压裂封口防砂技术调研报告

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1、压裂封口防砂技术调研压裂气井在返排过程中和生产过程中，有两种情况可能导致出砂：裂缝还未 完全闭合或裂缝中只部分填充了支撑剂，还留有部分流动的余地。如果有部分支 撑剂未能被裂缝壁夹住，还自由地悬浮着。液体的回流可能将这些支撑剂带回井 筒。如果液体还维持有足够的黏度，裂缝还未闭合时就开始返排，就可能出砂。 从压裂角度出砂分析：（1）煤层的杨氏模量较常规砂岩小，易形成较宽的水力裂缝，而煤层的闭 合压力一般较低，这些特性造成煤层压后支撑剂回流严重（2）关井时间过短，未破胶的高粘度液体，易携支撑剂返排。为了加速返 排，通常采用液氮拌注增能压裂、泡沫压裂液作业，提高压后返排速度，但此类 方法增加了流体动能

2、，使得支撑剂容易返吐，一定程度上限制了返排速度的进一 步提高。同时破坏了压裂施工原有的人工裂缝的铺砂剖面。针对上述问题对大粒径、纤维、覆膜砂尾追技术进行了调研。1. 大粒径尾追压裂技术1.1定义在一次压裂施工中按一定次序添加多种尺度的支撑剂，分别利用不同尺度 支撑剂的各自特性，在裂缝端部或空间狭窄的区域添加小粒径支撑剂,在缝口或 造缝质量良好的区域添加大粒径支撑剂，保障施工成功、防止支撑剂返吐、提高 裂缝质量，使裂缝导流能力达到最佳。1.2作用原理（借鉴压裂防砂原理）流体对颗粒的冲刷与携带能力主要取决于其流速，流速越大，对地层的冲刷 作用越厉害，出砂就越严重。大粒径支撑剂的支撑孔隙要高于小粒径

3、支撑剂的支 撑孔隙，使井筒附近流体流速降低，从而降低了对小颗粒的冲刷和携带作用，大 大减轻出砂程度。1.3支撑剂分类支撑剂类别主要作用粉砂既是降滤剂，又可阻挡部分煤粉回流细砂对煤粉起过滤作用中砂支撑裂缝，增加裂缝导流能力粗砂增大缝口导流能力，还可减少支撑剂回流1.4施工难点由于一般采用低黏压裂液，沉砂剖面上的动态平衡高度较小，上边的流速快。 因此，常规尾追大粒径支撑剂的方法很难在近井筒处实现（见下图）。此时应该采 用变排量方法，降低沉砂高度，增大砂堤上的过流端呵高度，才能使后续加入的 大粒径支撑剂按预期那样堆积在征井筒处。2. 尾追纤维压裂防砂技术2.1纤维压裂工艺定义将拌有纤维的携砂液注入裂

4、缝后，通过纤维缠绕来包裹支撑剂颗粒，压裂施 工结束而裂缝闭合时，裂缝中的支撑剂因承受侧限压力，颗粒间以接触的形式相 互作用而达到力学平衡，从而达到防砂的工艺。纤维压裂可以分为：尾追纤维压裂和全程纤维网络压裂。2.2作用机理返排压裂液时，流体流动的冲刷使平衡受到破坏，支撑剂颗粒发生塑性剪切 形变，形成一系列的砂拱结构，使一盘散砂包裹成了一个个整体。排液过程中砂拱 剪切变形引起纤维的变形，纤维轴向力分解为切向、法向两部分，切向分量直接抵 抗砂拱剪切变形，法向分量增加侧限压力，进而增大支撑剂间的摩擦力，间接抵 抗砂拱剪切变形，从而提高砂拱的稳定性和压裂液的临界返排速度，有效防止支 撑剂的返出。作用原

5、理如图1所示：侧限JE力侧阻正力图纤维防砂作用原理2.3纤维压裂优点A. 纤维的作用产生超强的悬浮携砂能力和支撑剂固定能力；B. 受地层流体、地层温度、闭合压力和关井时间的影响较小；C. 与压裂液的配伍性良好；D. 可在压后直接开井返排，实现快速、高效排液，降低地层伤害。2.4纤维的分类陶瓷纤维、金属纤维、碳纤维、石棉纤维、有机聚合纤维、无机玻璃纤维、 热固树脂纤维等。2.5尾追纤维控砂实验及应用调研根据纤维控砂返出机理，在加砂后期阶段尾追纤维可以有效控制砂在排液过程中或输 气初期返出。为此，开展了纤维控砂实验研究，实验结果下表：表支撑剂在不同压裂液粘度和闭合压力下的临界流速（ml/min）闭

6、合压力压裂激粘度(inPa* f(忧P司50LS9.550- 1 Q 2 200 200注意：基液粘度18Pa*s在不加纤维的情况下，支撑剂流动的压裂液临界(最小)流速与压裂液的粘度和裂缝闭合 压力有关：压裂液粘度越大，支撑剂流动需要的临界流速越小，支撑剂越容易返出；在压裂 液粘度一定的情况下，裂缝闭合压力越大，支撑剂流动需要的临界流速越大，支撑剂越不容 易返出。当裂缝闭合压力为1MPa时，压裂液粘度从50 MPa*s下降到5MPa*s时，支撑剂流 动需要的临界流速从(34) ml/m in增加到(380400) ml/m in，可见，压裂液粘度降9倍，支 撑剂流动需要的临界流速则增加近40倍

7、;当压裂液粘度为5MPa*s时，裂缝闭合压力从 (0.1-0.2) MPa增加到1 MPa时，支撑剂流动需要的临界流速从(17 190) ml/m in增加到(380 400 )ml/m in，可见，裂缝闭合压力只增加0.8MPa，而支撑剂流动需要的临界速度增加了 1倍 以上。表明在压裂液未破胶或未完全破胶的情况下，支撑剂最容易返出；裂缝闭合压力增大, 有助于增强裂缝对支撑剂的夹持作用，降低支撑剂返出几率。实际上川西侏罗系气藏垂直井 深一般在2400m以内，裂缝闭合压力远大于实验条件下的闭合压力，因此，实际上压后支撑 剂返出量并不很大，但因压裂液高速流动的磨蚀作用很强，所以其危害性很大。根据在

8、支撑剂中加入纤维后的实验结果(表3)，在裂缝闭合压力为1MPa和压裂液粘度 为18MPa*s的条件下，未加纤维时，陶粒流动需要的临界流速只有5m l/m in。当加入0.9% 的纤维后，陶粒流动需要的临界流速大于200ml/min，可见，加入纤维后，压裂液临界流速增 加了 40倍以上。表明在加砂后期阶段，将纤维与陶粒混合后注入裂缝对支撑剂具有很强的 固定作用，能有效控制支撑剂的返出，进而消除支撑剂返出带来的诸多危害。根据CX483井 上层和下层加砂压裂的现场对比试验，该井上层在加砂后期尾追纤维70kg，入地压裂液量 411.4方，入地砂量50.5方，压后获天然气产量7.6332*104方/d;

9、下层压裂没有加入纤维, 入地压裂液量304.4方，入地砂量22方，压后获天然气产量1.0292*104方/d。压后上层以最高速度排液的时间为10h，压裂液返排率达85.8%（ 353方）时的排液总时间为30h，平均 排液速度11.8方/h，返排过程中未出砂；而未加入纤维的下层以最高速度排液的时间为18h， 压裂液返排率达80.6% （ 245方）时的排液总时间约40h，平均排液速度6.1方/h，返排中出 砂0.3方。可见,CX483井上层以最高速度排液的时间比未加纤维的下层提前了 8h，上层平 均排液速度是下层的2倍左右，总排液时间上层比下层缩短了 10h，且上层没有支撑剂返出, 而下层却有支

10、撑剂返出现象。正是因为上层尾追纤维后提高了排液速度，缩短了排液时间和 压裂液与地层的接触时间，降低了储层伤害，所以尾追纤维的上层获得了 7.6倍于下层的天 然气产量。常期汗裂-D-奸雄厘裂H-iiJr图尾追纤维压裂与常规压裂的压后排液速率对比图在大量实验研究基础上，先后对川西气田数口井（层）成功进行了尾追纤维加砂压裂施工, 取得了显著效果（表4）。采用尾追纤维技术后，绝大多数井都没有支撑剂的返出现象，并缩短 了排液时间、降低了储层伤害，显著提高了裂缝导流能力，获得了压后显著的增产效果。在 川西气田采用尾追纤维技术压裂了 32个气层，压后获天然气总无阻流量260.44 . 104方/d， 平均单

11、层获无阻流量8.14 *104方/d。经标准化递减方程估算，其中的CX483井JS22采用 尾追纤维技术压裂后，稳产期长达9年零5个月，实际可累计产气6989 *104方，按无阻流量 的25%配产，理论上可累计产气20791*104方，实际产气量占理论产气量的32.65%。同井 场同层位的CX483- 1井采用常规加砂技术施工后，获天然气无阻流量21.9*104方/d，按相同 方法估算的稳产期为6年零1个月，可实际累计产气3980.5*104方，比CX483井同层少产 气3008.5*104方。表明尾追纤维技术不仅能有效控制川西气井压后出砂和消除其危害，还能 降低储层伤害而显著提高油气井增产稳

12、产效果和采收率。表尾追纤维技术在川西气井压裂中控砂返出及增产效果统计表加砂量尾追纤维技压裂液返排率无阻流量层散 压裂层位（】）（虹）%(X 1心3 M)备注总量平均总量平均总量 平均总最平均32& P 上 S ,l3 sii13601 41 535()51102(121 5 63l 2260.44 & 14未单层最大量10056086286出单层最小量173()542砂综上可见，采用尾追纤维技术后，不仅能有效地控制支撑剂的返出，还能显著地提高压 裂液的返排速度，缩短总排液时间，减少压裂液与地层的接触时间，进而降低压裂液对储层 的伤害，提高支撑裂缝的导流能力和压后天然气的增产效果。因此，尾追纤维

13、技术不仅能有 效控制砂的返出以消除其危害，还能有效降低储层伤害和提高油气增产效果。2.6全程纤维网络压裂实验与应用调研川西高压高产气井约有50%的井（层）存在不同程度的出砂，出砂量一般在1方左右， 个别井的出砂量达到了 2-4方以上。据采输部门反应，部分压裂井在采气生产过程中也存在 支撑剂回流的现象，尤其在投产初期发生的频率最大。排液测试过程中支撑剂回流，刺坏地 面流程，造成经济损失，同时带来安全生产隐患；若压裂井出砂量大，则支撑剂沉入井底， 可能砂埋产层，降低压裂井的产量甚至堵死产层，造成压裂井的产能损失等等危害，鉴于此， 西南油气分公司工程技术研究院开展了纤维加砂防支撑剂回流研究。从纤维加

14、砂性能评价到 现场施工参数设计，室内进行了针对性的实验。主要从以下几个方面着手1、纤维对压裂液成胶和破胶的影响室内分别在温度为40 r和60 r情况下，在压裂液中加入纤维，观察对压裂液成胶和破 胶性能的影响。表1纤维名称WLD-S玻璃纤维GX-2BX-260 r沙溪庙压裂液 配方成胶无无无无破胶有有有有40 r蓬莱镇压裂液 配方成胶无/破胶有/实验结果为：配方都是川西气田沙溪庙组和蓬莱镇组最常用的压裂液配方。4种纤维对 压裂液的成胶性能没有影响，但是在相同破胶剂浓度下对破胶时间有延后影响，需加大破胶 剂加量来满足要求的破胶时间。2、纤维在压裂液中的分散性评价室内选取4种不同纤维在不同介质中，评价其分散性能，试验结果如表2所示:纤维名称WLD-S玻璃纤维BX-2GX-2颜色白色亮白色白色白色在清水中的分散性无法分散吸水性差、分散快且均匀、当纤维浓 度N1.2%时有少量纠结成团现象无法分散分散均匀，当纤 维浓度N1.2%时 有少量纠结成团 现象在压裂液基液中的 分散性分散均匀，但纤 维浓度N 0.9% 时，纤维在静止 状态下有上浮 呈絮团状分散均匀、静止状态有下沉现象分散均匀，但纤维 浓度N0.9%时，纤 维在静止状态下 有上浮呈絮团状分散均