二氧化碳泡沫压裂液流变性及压裂设计模型研究

常规水力压裂技术对于低压、低渗、水敏地层的增产增注效果不是很理想，甚至失败。对于这类储层的改造须采用泡沫压裂技术。泡沫压裂由于具有地层伤害小、返排迅速、滤失低、粘度高、摩阻低以及携砂能力强等优点，因而在以上储层的改造中得到了广泛应用。 但是，泡沫压裂的理论研究远远落后于现场中的应用，这严重制约了泡沫压裂的广泛应用。主要表现在：对常温常压下的泡沫压裂液的流变模式还没有一个统一的认识，对高温高压下的泡沫压裂液的流变性更是没有研究；没有关于泡沫压裂较完整的裂缝延伸模型报道。因而有必要对高温高压下泡沫压裂液的流变性以及泡沫压裂裂缝延伸模型进行研究。 在前人研究的基础上，本文主要对以下四方面进行了研究并取得了相应的结论： 1．利用大型高参数泡沫压裂液流动回路研究了高温高压下CO2泡沫压裂液的流变模式；研究了剪切速率、泡沫质量、温度、压力等参数对CO2泡沫压裂液的流变参数的影响规律；拟合了CO2胍胶泡沫压裂液的流变参数计算式。并取得了以下结论：（1）当泡沫质量小于0.9时，CO2泡沫压裂液的流变模型可用幂律模型描述；在泡沫质量大于0.9时，CO2泡沫压裂液的流变模型可用宾汉模型描述。（2）CO2泡沫压裂液是一种剪切变稀和温度变稀流体。（3）泡沫质量和温度以指数规律影响着CO2泡沫压裂液流变参数，而压力的影响不是很大。（4）随着泡沫质量的增大，流变指数减小，稠度系数增大；随着温度的升高，稠度系数减小，流变指数增加。 2．研究了CO2泡沫压裂液在井筒中的流动，根据CO2泡沫压裂液的特点建立了泡沫压裂液在井筒中流动时的静液柱和摩阻模型，并进行了实例计算。计算表明：随着泡沫质量的增大，油管中的摩擦压降增大，但在泡沫质量较大时，增大速度是逐渐减小的；在泡沫质量较低时，增大速度是逐渐增加的。泡沫质量越大，泡沫的重位压降就越小，重位压降的变化趋势减小。 3．根据泡沫压裂的特殊性，建立了泡沫压裂液表现为幂律流体时的拟三维裂缝延伸模型，该模型主要由缝中流体流动的压降方程、裂缝宽度方程、裂缝高度方程、连续性方程、状态方程组成。在井筒温度场的计算中考虑了由摩擦产生的热量的影响。并分析了泡沫质量、排量等参数对裂缝尺寸的影响规律。计算表明，温度对CO2在井筒中的状态有显著影响。泡沫压裂设计中，泡沫压裂液的压缩性不可忽略不计。 4．推导了CO2泡沫压裂液表现为赫巴流体时在缝内的压降方程、建立了CO2泡沫压裂液表现为赫巴流体时的二维裂缝延伸模型，给出了详细的解法，并进行了实例计算。