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含纤维的低摩阻压裂液试验研究


油 气 藏评 价 与开 发  
第3 卷 第1 期 
R E S E R V O I R   E V A L U A T I O N   A N D   D E V E L O P M E N T   2 0   1   3 年2 月  

含纤维的低摩阻压裂液试验研究 
吴红军   , 伊向艺  , 林 笑   , 祝 成  

, 杨 杰5 吴元琴  
( 1 . 油气 藏地 质及 开发工程 国家重点实验室 ( 成都理 工大学 ) , 四川 成 都 6 1 0 0 5 9 ; 2 成 都 理工大学能源学院 ,   四川 成都 6 1 0 0 5 9 ; 3 . 中国石油西南油气 田分公 司 , 四川 成 都 6 1 0 0 5 1 ; 4 . 中国石油大庆油 田有 限责任公 司第 十采 油厂 ,   黑龙江 大庆 1 6 3 0 0 0 ; 5 . 中国石油青海油 田公 司, 甘肃 敦煌 7 3 5 1 0 0 1  

摘要: 压裂施工 时, 支撑剂 一般 靠较 高黏度 的常规聚合 物压裂液运输 , 管流摩 阻高 ; 低 浓度 降阻剂压裂液管 流摩 阻低 , 携 砂  能力也 较低 ; 含 有纤维 的低 浓度 降阻剂压 裂液 能显著 提高支撑 剂 的输送 能力 , 且能 降低 管流摩 阻。在不 改变压 裂液性 能 
的前提 下, 通过 室 内试验 , 优选 出最佳 降阻剂 浓度 下最佳 纤维浓度 的压 裂液 , 不仅 可 以降低成本 , 而且 其 降阻效果 比最佳 

降阻剂浓度压 裂液更好、 携砂 能力更 强。   关键词 : 管流 ; 纤维; 压裂液 ; 低 摩阻 ; 携砂 能力  
中图分类号 : T E 2 5 4   文献标识码 : A  

Ex pe r i me nt a l   s t ud y   o n  l o w  f r i c t i o n   ibr f o us   f r ac t ur i ng   lui f d 
Wu   H o n g j u n 。 , Y i   X i a n g y i   , L i n   X i a o   , Z h u   C h e n g   , Y a n g   J i e   a n d   Wu   Y u a n q i n  


S t a t e   Ke yL a b o r a t o r yo f Oi l a n d   Ga s   Re s e r v o i rGe o l o g ya n dE x p l o i t a t i o n , C h e n g d u   Un i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y , C h e n g d u , S i c h u a n  

6 1 0 0 5 9 , C h i n a ; 2 . C o l l e g e   o fE n e r g yRe s o u r c e , C h e n g d u   U n i v e si r t yo f T e c h n o l o g y , C h e n g d u 。 S i c h u a n   6 1 0 0 5 9 , C h i n a ; 3 . S o u t h w e s t   O i l   a n dGa s   F i e l dC o mp a n y , P e t r o C h i n a , C h e n g d u , S i c h u a n   6 1 0 0 5 1 , C h i n a ; 4 . NO. 1 0   Oi l P r o d u c t i o n   P l a n t , D a q i n g   Oi l F i e l dC o m pa n y ,  

P e t r o C h i n a 。 D a q i n g , He i l o n g j i a n g1 6 3 0 0 0 , C h i n a ; 5 . Q i n g h a i   O i l F i e l d   C o m p a n y , P e t r o C h i n a , D u n h u a n g , G a n s u   7 3 5 1 0 0 , c h i o s )  

Ab s t r a c t : I n   t h e   c o n s t r u c t i o n   o f   f r a c t u r i n g , t h e   p r o p p a n t   i s   t r a n s p o r t e d   b y   h i g h   v i s c o s i t y   c o n v e n t i o n a l   p o l y me r   f r a c t u in r g   l f u i d   i n   g e n e r a l   wi t h   h i g h   p i p e   l f o w   f r i c t i o n   r e s i s t a n c e . Wh i l e   i f   t h e   p r o p p a n t   i s   t r a n s p o t r e d   b y   l o w   c o n c e n t r a t i o n   f r i c t i o n   r e d u c e r   ra f c t u in r g  
l f u i d , a l t h o u g h   t h e   p i p e   f l o w   f r i c t i o n   r e s i s t a n c e   i s   l o w, i t s   c a p a c i t y   o f   c a r r y i n g   p r o p p a n t   i s   a l s o   l o w. B y   c o n t r a s t , t h e   l o w  ib f r o u s   c o n —  

c e n t r a t i o n   f r a c t u r i n g   l f u i d   c a n   n o t   j u s t   i m p r o v e   t h e   c a p a c i t y   o f   c a r r y i n g   p r o p p a n t , b u t   a l s o   r e d u c e   t h e   p i p e   l f o w   f i r c t i o n   r e s i s t a n c e   o f  
f r a c t u r i n g   l f u i d . I n   t h e   p r e mi s e   o f   n o t   c h a n g i n g   t h e   p e r f o r ma n c e   o f   f r a c t u r i n g   lu f i d , r e s u l t s   o f   i n d o o r   e x p e r i me n t s   s h o we d   t h a t   o p t i mi —   z a t i o n   o f   o p t i mu m  ib f r o u s   c o n c e n t r a t i o n   f r a c t u r i n g   lu f i d   u n d e r   o p t i mu m  r f i c t i o n   r e d u c e r   c o n c e n t r a t i o n   n o t   o n l y   c a n   r e d u c e   t h e   c o s t ,  
b u t   i t s   r e s i s t a n c e   r e d u c i n g   e f f e c t   a n d   c a p a c i t y   o f   c a r r y i n g   p r o p p a n t   i s   b e t t e r   t h a n   t h o s e   w i t h o u t   i f b r e .  

K e y   wo r d s : p i p e   l f o w, i f b r e , ra f c t u r i n g   l f u i d , l o w  ri f c t i o n , p r o p p a n t   c a r r y i n g   c a p a c i t y  

随 着油气 勘探 技术 的不 断进 步 , 发现 的深储 层  越来越 多 , 管道 中压裂 液流动产 生的摩阻越来 越大 ,  
施 工排 量受到 限制 , 增加 了改造 难度 , 影 响了改造效  率川 。多 数人研 究 了纤维 网络 加砂压 裂优 化支 撑剂 

的研 究 较少 。在 深储层 压裂 施工 过程 中 , 只含有 低 

浓度 降阻剂 的压 裂液有 降阻效 果 , 但携 砂能力较低 ,  
高 排量下管 流摩阻仍然较 高 , 限 制了施工排量 , 不能 

达 到 施工 需 求 , 使 压 裂施 工 不能 达 到较 好 的 效果 。  
在 不改 变压 裂液性 能 的前提 下 , 通过 室 内试 验对 低 

在裂缝 中 的铺置 , 改善裂缝导流 能力 , 降低压 裂液黏  度, 配合 液体快 速返 排 , 防止 支撑剂 回流 , 减小 滤失  伤 害等特 点 。施 工 完成后 测试 产量 高 , 显 示 了纤维 

浓 度降阻剂压 裂液和含有纤 维 的低浓 度降阻剂 压裂  液 进行 了研究 , 优 选 出 了最 佳 降阻剂 浓度 和最佳 纤 

加砂 压裂 技术 的 良好 应用 前景  , 但 对加 入纤 维可  以降低压 裂液 的管 流摩阻 , 增 强压裂 液 的携 砂性 能 

维 浓度 , 通过 室 内试验 对含 有纤维 的低 浓度 降 阻剂 
压 裂液 降阻性 和携 砂性 能进 行评价 和研 究 , 探讨 了 

收稿 日期 : 2 0 1 2 — 0 7 — 0 5 。   第一作者简介 : 吴红军 ( 1 9 8 8 一) , 男, 在读硕土研究生 , 主要从 事储层 改造及储层保护研究 。  

5 6   纤维降阻和携砂 的机理 。  

油气藏评价与开发 

第3 卷 
表1   优选 最佳 降阻剂浓 度试验设计 

Ta b l e   1   Op t i mi z a t i o n   o f   o p t i mu m  f r i c t i o n   r ed u c e r  

1 管流摩 阻系数测试原理及方法 
试验用设备 主要是成都理工 大学油气藏地 质及 
开发工程 国家重点实验室 自主研 制的高温高压 多相  管流流变 分析仪 , 该设备 能严格 控制试验温度 , 试验 
数据 的采集 和处理实现 了智能化 。试验装置 主要 由  

c o n c e n t r a t i o n   t e s t   d e s i g n  

压裂液配方 : 羟丙基 瓜胶+ 0 . 1 %杀菌剂+ 0 - 2%助排剂+ 0 . 2%黏度  稳定剂+ O . 3%增效剂 

以下 组件 构成 : ①动 力系统— —提供 稳定 排量 的液 

体; ②储 液系统——存储 并加热试验液体 ; ③长管路  系统——试 验液 体流 动通道 并加热 液体 ; ④混 砂 系  统——恒 定 比例给管 路 中加 入支 撑剂 ; ⑤控 制系统 
— —

控 制 整 个 试 验 的温 度 及 排 量 等 ; ⑥ 测 量 系统 




精 密压力 计 ; ⑦ 数据 采集 系统—— 采集 整个试 
0.1   0. 1 5   0 . 2   0 . 2 5   0 . 3   0 .3 5  

验过程的排量 、 温度 、 压差 等数据 。  

试验 主要分 为 以下几个 过程 : ①启 动 高温高 压 
0  
●  

盟毒 f  
O  
● 

O  
● 

O   0  
●  ● 

0   0  
●  ● 

羟 丙 基 瓜 胶 浓 度, % 

多相管流流 变分析仪 , 开启 加热装置预热试验液 体 ;  
3  
2  

0  

O  
2  
7  

0   O  
2   l  
2   7  

O  
1  
2  

0   O  
0   O  
7   2  

图1   不 同降阻剂浓度下压裂液的管流摩 阻系数对 比 
F i g . 1   C o mp a r i s o n   o f   p i p e   l f o w  f r i c t i o n   r e s i s t a n c e   c o e f f i c i e n t   u n d e r   d i f f e r e n t   f r i c t i o n   r e d u c e r   c o n c e n t r a t i o n  

②打 开可设 定稳定 排量 的泵 , 使压裂 液 以一定排 量 

在 圆管 中恒 温流 动 ; ③ 开启数 据采集 系统 自动采 集 
直管段和弯 管段的压裂液在管道 内稳定流动 时在 管 

图1 表明 , 在 这六种浓度 下 , 羟丙基瓜胶 在浓度  为0 . 2%时 的管流摩 阻系数 最小 。由于在低 降 阻剂 

道几个 端点 的压力值并计 算压差值 。摩 阻系数计算 
方法如下 :  

浓度 时 , 压 裂液黏 度太低 , 降 阻效果不 明显 , 在较 高 

根 据 压 力 损 失 公 式   : △ p = A 寺  
将 :  
1 T d  

( 1 )  
( 2 )  

降 阻剂浓度 时 , 压裂液黏度增 大 , 黏性液体质点 之间 

带入 ( 1 ) 式得 :  
A:一 w 2 A p d 5  

和黏性液体 与管 柱 内壁之 间都存 在着摩擦而消耗 的 
能 量越 大 , 压 裂液 在管 道 中流 动损 失 的压 力越 大 。   羟丙基瓜胶 为 0 . 2%时 , 压裂液 的其 它性能也满 足要 

8 1 pQ‘  

求, 选择 0 . 2%为在这几种浓度 中羟丙基瓜胶 的最佳  降阻剂浓度 。  

式中:   △ 卜
— —

压差 , P a ;  

摩擦 阻力系数 ;  

2 . 2 优选最佳纤维浓度 

Z ——管道长度 , 1 T l ;   d ——管道 内径 , m;   p ——流体密度 , k g / m   ;  
— —

试验所用 的压裂液 的降阻剂浓度为羟丙基 瓜胶 
最佳 降阻浓度 , 表2 为优选最 佳纤维浓 度试验设计 ,  
试验结果如图 2 所示 。  
表2 优选最佳 纤维浓度试验设计 
Ta b l e   2   Op t i mi z a t i o n   o f   o p t i mu m  f i b r e   c on c e n t r a t i o n  

管 内流体流速 , m / s ;  

p ——流体流量 , m   / s 。  

t e s t   d e s i g n  

2 试验设计及结果讨论 
2 . 1   优选最佳 降阻剂浓度 

瓜胶浓度 , % 纤维浓度 , % 温度  ( 1 o  

, )管流摩 阻系数 

试验所用压裂液的降阻剂为羟丙基瓜胶 , 表1 为 

压裂液配方 : 0 . 2%羟丙基瓜胶+ 0 . 1%杀菌剂+ O . 2%助排 剂+ 0 . 2% 

优选最佳降阻剂浓度试验设计 , 试验结果如图 1 所示 。  

黏度稳定剂+ 0 . 3 %增效剂+ 纤维 


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