压裂缝内支撑剂沉降和运移规律实验研究

页岩气具有分布广泛,开发潜力巨大的特点。水力压裂作为页岩气开发的重要增产改造措施,发挥着十分重要的作用。由于在水力压裂过程中,支撑剂的输送规律影响支撑剂在裂缝中的铺设形态,从而决定了压裂改造的最终效果。因此,对支撑剂在裂缝中的输送规律开展研究极具必要性。 本文通过大量调研国内外文献和广泛收集现场资料,完成了以下工作： (1)首先从支撑剂自由沉降的机理入手,分析页岩气压裂中影响支撑剂颗粒沉降的因素,优选出支撑剂输送物理实验的主控因素。(2)基于现场施工参数,运用Babcock支撑剂运移模型进行了砂堤形态的计算,揭示了建立该模型实验装置的局限性。(3)根据页岩气储层复杂裂缝网络的特征,对研究团队已有的大尺寸平行板实验装置进行改进,完成物理实验装置的搭建。(4)以改进的装置为基础建立三维模型,利用Fluent软件对支撑剂在裂缝中的输送开展模拟,验证流场参数的合理性。(5)利用改进后的实验装置开展不同条件下支撑剂在单缝和多裂缝中输送的模拟实验,研究泵注施工条件、压裂液性质和支撑剂性质以及裂缝条数对支撑剂铺设形态的影响。(6)运用物理实验与数值模拟结合的手段,进一步揭示了支撑剂在裂缝中的输送规律。 通过以上工作,本文取得以下三点突破：(1)设计了不同条件下单缝与多裂缝的物理实验,更符合页岩气压裂施工后复杂裂缝网络的特点。(2)在前人平衡高度和平衡时间的基础上,提出了砂堤前缘距离裂缝入口的距离和砂堤前缘的坡度两个表征参数,更完善的表征了裂缝中的砂堤形态。(3)以物理实验为主,数值模拟为辅,建立了分析评价裂缝中砂堤形态的综合方法。为建立更为合理的支撑剂输送模型提供依据,为页岩气压裂设计以及施工提供指导。