交叉裂缝中支撑剂铺置面积研究综述

在非常规油气开采过程中压裂为技术发挥了关键作用，压裂后形成的裂缝容易与天然裂缝相连后形成交叉裂缝，为了提高裂缝的导流能力，需要在裂缝内注入支撑剂防止裂缝闭合，以达到油气产量增产的效果。目前研究支撑剂在单一裂缝和交叉裂缝中的运移规律，已经了解了单一裂缝内支撑剂的运移规律，近年来交叉裂缝成为人们备受关注的研究。国内外学者研究方法分为物理实验和数值模拟，在室内自主搭建可视化实验平台来完成支撑剂复杂裂缝中运移规律的研究，数值模拟一般采用的模型分别是欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型。

1 裂缝类型

1.1 单裂缝

当水力压裂形成单一裂缝时，通常是通过控制注水流量和压力来确保只有一个裂缝形成，以保证油气能够顺利地从裂缝中渗出。

1.2 复杂裂缝

复杂裂缝是指在水力压裂过程中形成的多个、错综复杂的裂缝网络。这种情况通常是由于地质条件复杂、井底压力不均匀或水力压裂参数控制不当等因素导致的，裂缝之间相互交错、交织，使得油气的渗流路径变得复杂和难以预测。

2 研究参数

目前在研究支撑剂在复杂裂缝中的运移沉降和分布规律的过程中一般采用的是单一控制变量法，研究参数多数为流体速度、压裂液黏度、支撑剂尺寸、支撑剂密度和形状、分支缝位置、分支缝与主缝夹角、射孔高度和大小、裂缝粗糙度和宽度等，其中任意变量都可以引起支撑剂在裂缝中的分布规律和支撑效果的改变。

3 支撑剂运移物理实验

Li 等[1]通过搭建可视化大型设备，改变了多种参数研究了复杂裂缝中支撑剂放置规律，得出了在二次裂缝中随着沙比和沙粒度的增加，平衡高度也随之增加，平衡高度随着注入速度的增加而降低。Wen 等[2]利用平行板装置研究了复杂裂缝网络中支撑剂的运移和沉降规律。研究发现：拐点可显著降低裂缝导流能力和有效支撑面积；次生裂缝越靠近入口，对支撑剂运移和裂缝支撑面积的影响越显著。

4 支撑剂运移数值模拟

4.1 CFD 方法

崔传智等[3]运用欧拉-欧模进行研究，结果表明：注入速度增大，主裂缝沙堤面积逐渐减小，次级缝沙堤面积先增大后减小。流体黏度越大，各级裂缝中的沙堤面积越小。支撑剂粒径增大，主裂缝沙堤面积逐渐增大。任岚等[4]运用欧拉-欧模型进行研究，结果表明：采用大排量、高黏度压裂液能更好地铺置裂缝深处，但在入口附近分布不均匀；低密度支撑剂体系在复杂裂缝中运移能力提高，整体铺置效果更好。

4.2 CFD-DEM 方法

Zhu 等[5]通过改变宏观尺度压裂参数对粗糙水力裂缝中含支撑剂流体的运移规律和分布规律进行了数值研究。研究表明：和光滑裂缝相比，颗粒在粗糙裂缝中的输运轨迹更曲折，粗糙裂缝中支撑剂颗粒的浓度分布不均匀。Ma 等[6]基于CFD-DEM 方改变多种参数分析了交叉裂缝中支撑剂输运规律的影响。结果表明：增加压裂液黏度，支撑剂运移能力提高，支撑剂堆积越分散会被输送到更远的位置；如果注入速率过高，支撑剂会快速到达裂缝末端流出。

5 结语

随着对非常规油气藏的开发，对支撑剂在交叉裂缝中的支撑效果和填充速度的要求进一步加大，提高交叉裂缝内的导流能力是关键，决定了油气的开采产量。另外，随着计算机模拟技术的进步，缩短数值模拟的时间、增加计算的准确性尤为关键。借助计算机技术克服物理实验的条件限制和周期较长，需要模拟结果更加接近于现场施工状况。

参考文献

[1] LI N, LI J, ZHAO L, et al. Laboratory Testing on Proppant Tra nsport in Complex-Fracture Systems[J]. SPE PRODUCTION & OPERATI ONS, 2017,32(4): 382-391.

[2] WEN Q, WANG S, DUAN X, et al. Experimental investigation of proppant settling in complex hydraulicnatural fracture system in shale r eservoirs[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 2016.

[3] 崔传智, 李景林, 吴忠维, 等. 复杂裂缝内支撑剂铺置规律及有效支撑面积[J]. 科学技术与工程, 2023,23(30): 12926-12935.

[4] 任岚, 林辰, 林然, 等. 复杂裂缝中低密度支撑剂铺置数值模拟[J].大庆石油地质与开发, 2021,40(6): 52-61.

[5] ZHU G, ZHAO Y, ZHANG T, et al. Micro-scale reconstruction and CFD-DEM simulation of proppant-laden flow in hydraulic fractures[J]. Fuel, 2023,352: 129151.

[6] MA L, GUO J, LU C, et al. A coupled CFD-DEM numerical st udy of proppant transport in hydraulic fracture and natural fracture[J]. Pet roleum science and technology, 2022,40(24): 2988-3004.

作者简介：孙莉丽（2001-），女，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向：复杂流体流动与数值模拟