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压裂气井生产过程中支撑剂回流机理研究

傅英  
【摘要】:加砂压裂不仅是低渗透气田增产的首选措施和有效方法,还是一种重要开发手段,因其在老气田增产和新气田勘探开发中具有重要作用,受到国内外气田勘探开发的高度重视和推广应用,并得以长足发展。然而,压裂工艺同时也存在着一些不足,例如:压裂气井生产过程中,由于气流速高,常常出现支撑剂回流现象,严重影响气井生产。由于支撑剂回流问题的复杂性和不确定性,其机理研究进展缓慢,相关研究还主要集中在控制技术上,而国内对回流机理的研究基本上还是一片空白。 本文在支撑剂拱与砂拱之间的稳定相似性和受力平衡原理基础上,系统研究了压裂气井生产过程中支撑剂回流的机理,确定了支撑裂缝的稳定性准则,建立了支撑剂回流力学一数学模型。深入研究支撑裂缝流动规律,采用“一相流动涵括两相流动”的方法,摆脱单纯依靠经验关系式确定惯性阻力系数这一传统方法的束缚,建立了针对支撑剂回流模型的气相裂缝流动模型。通过压降参数这个有机衔接点,将支撑剂回流力学-数学模型和气体裂缝流动模型“融合”,建立了压裂气井生产过程中的支撑剂回流模型。以本文回流模型中所考虑参数为出发点,设计了一套完整的实验方案,在压裂酸化裂缝导流能力测试分析系统上实现了压裂气井生产过程中的支撑剂回流室内模拟,验证了本文对支撑剂回流机理研究的正确性和以及回流模型可靠性。对比分析实验和模拟计算结果,寻找二者之间的强规律性,利用拟合方程对模型进行修正,进一步提高本文回流模型的准确度。 根据上述的基础理论研究,编制了压裂气井生产过程中支撑剂回流预测软件,该软件可预测支撑剂发生回流的临界气流速度和临界气井产量。通过软件计算,定性和定量分析了相关参数对支撑剂回流的影响方式和影响程度,包括支撑缝宽、闭合应力、支撑剂粒径分布等常规参数和支撑缝长、生产压差、温度、含水饱和度以及毛管力等非常规参数。通过定性分析发现,对于压裂气井生产过程中的支撑剂回流而言,支撑裂缝的稳定性与闭合应力、支撑剂粒径成正比,与支撑缝宽和缝长、生产压差、温度、含水饱和度以及毛管力成反比;定量性影响分析揭示了各参数对支撑剂回流的影响程度也不尽相同;该分析也进一步证实了本文模型以及软件的可靠性。另外,根据分析结果,从预防和控制回流角度提出了不同时期气井工作制度合理选择以及压裂方案优化建议。 本文研究对确保压裂气井的增产稳产、制定合理的气井压后管理措施以及压裂施工的有效性、成功性有着较强的理论和现实指导意义。


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