射孔孔道中压裂液流动与支撑剂运移规律研究

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对套管完井的油气井,射孔孔道是联通井筒和油气藏储层的唯一通道。压裂时压裂液通过射孔孔道进入地层,当携砂压裂液在孔道中流动时,其流体的能量损失和支撑剂颗粒的沉降会直接影响压裂效果。压开地层的前置液所蕴含的能量和进入地层裂缝中的支撑剂含量是评价压裂施工与压裂后效果的主要因素,压裂液在孔道中能量损失越小,支撑剂颗粒在孔道中沉降越少,对压裂效果越有益。因此研究压裂液在射孔孔道中的流动和支撑剂在孔道运移时的沉降规律,对压裂施工的效果具有很大的意义。对国内外文献调研基础上,通过理论分析以及数值模拟实验对射孔孔道中压裂液和支撑剂运移规律进行了研究,并进行物理实验的验证。文章主要从下述几方面开展工作并得出相应结论:(1)调研国内外射孔完井时孔道中携砂液流动的相关理论模型。压裂液流体经过孔道时产生的摩阻损失不可忽略,且受多方面因素影响,主要从压裂液在孔道中的受力、流体类型和流体流速三方面来研究压裂液在射孔孔道中的压力损失。而支撑剂在孔道中沉降的直接原因是重力,不同类型的压裂液或者是支撑剂颗粒的物性不同,导致其最终沉降规律的差异性。(2)应用建模软件Gambit建立不同射孔参数的三维孔道模型,借助CFD软件Fluent对压裂液在射孔孔道中的流动情况进行计算。首先模拟单相水流在孔道中的流动,分析其流动形态的差异性;其次在Fluent中利用Euler模型建立压裂液的计算模型,改变压裂液物性和支撑剂物性,得出射孔孔道底部砂厚随着压裂液流速和粘度的增大而减小;砂厚与压裂液砂比浓度、支撑剂密度和粒径、射孔孔径均呈正相关的关系。(3)依据现场压裂施工程序,设计了一套压裂液在射孔孔道中流动的物理实验模拟系统。在数值模拟的基础上,通过物理实验研究射孔孔道中压裂液的流动形态和支撑剂沉降时形成砂床的差异性变化。最终得出射孔孔道中压裂液的流动摩阻随着泵注排量、压裂液粘度、砂比浓度、射孔孔径、支撑剂密度增大而非线性增长,支撑剂沉降规律与数值模拟相一致。
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