[發明專利]一種支撐劑有效沉降粒徑的測量方法

有效

• 申請號: 201410471855.2
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104198345A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 張國棟;李明忠;謝建勇;石彥;李吉斌
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發明涉及油氣田開發水力壓裂技術領域，具體涉及一種支撐劑有效沉降粒徑的測量方法。

背景技術

水力壓裂技術自20世紀30年代誕生以來推動了石油工業的快速發展。在水力壓裂設計過程中，支撐劑的沉降規律始終是石油工作者研究的主要問題之一，它直接決定裂縫中砂堤的展布形態，影響壓裂施工效果。準確計算支撐劑沉降速度，精確預測裂縫中砂堤展布形態，對壓裂設計和壓后產能分析具有重要的意義。近年來，隨著全球能源需求的增加以及常規油氣資源產量的大幅降低，世界能源結構發生了巨大變化，頁巖氣、頁巖油以及致密油氣等非常規油氣藏成為開發熱點。與常規油氣藏相比，該類儲層滲透率極低，通常需要進行水平井+滑溜水壓裂技術，而由于滑溜水的低粘度，支撐劑在其中的沉降行為更加顯著，使得精確計算支撐劑在滑溜水壓裂液中的沉降速度顯得尤為重要。

在水力壓裂過程中，支撐劑的沉降速度受壓裂液性質、裂縫壁面、濃度以及顆粒形狀等多重因素影響，其中支撐劑的不規則性是主要影響因素之一。針對非球形顆粒的沉降速度，通常引入表征顆粒不規則性的形狀因子進行修正。Wadell提出了球形度的概念，它表征了與固體顆粒等體積球的表面積與固體顆粒表面積的比值，然而對于規則程度較差的顆粒，其表面積難以精確計算。Corey和Krumbein分別提出了形狀系數和Krumbein球形度的概念，該兩種方法需要測量不規則顆粒三維方向上的軸徑，對于小顆粒這顯然是很難做到的。佐藤博引入固體顆粒等價球直徑，提出了面積指數的概念，雖然隨著高精度電子天平的出現，不規則顆粒等價球直徑相對容易測量，但對于小粒徑支撐劑，該方法操作相對復雜，仍較難實現。

支撐劑有效沉降粒徑表征的是與支撐劑顆粒具有相同沉降速度的等價球直徑。在進行壓裂設計之前，預先通過室內實驗測定支撐劑顆粒在所需壓裂液中的有效沉降粒徑，進而在壓裂設計中以此計算支撐劑沉降速度。該方法有效消除支撐劑顆粒的不規則性對其沉降速度的影響，能夠精確預測裂縫中砂堤展布形態，提高壓裂施工效果預測精度。

發明內容

針對現有技術的不足，尤其是不規則顆粒沉降速度計算時，球形度等修正系數測量、計算困難，本發明提供一種支撐劑在不同性質流體中沉降時的有效沉降粒徑的測量方法，該方法可有效消除支撐劑不規則性對沉降速度的影響，滿足現場壓裂施工的設計要求。

術語說明：

牛頓流體：是指在受力后極易變形，且剪切應力與剪切速率成正比的低粘性流體。

冪律流體：是指符合τ＝Kγⁿ流變規律的流體。式中：τ--剪切應力，K--稠度系數，單位(Pa·sⁿ)，γ—剪切速率，單位(s^-1)，n--流性指數，K值是粘度的度量。

粘彈性流體：是指介于黏性流體和彈性固體之間，同時表現出黏性和彈性。在不超過屈服強度的條件下，剪切應力除去以后，其變形能部分復原。

本發明的技術方案如下：

一種支撐劑有效沉降粒徑的測量方法，步驟如下：

S₁、測定支撐劑顆粒在流體中的自由沉降速度v；

S₂、給出一支撐劑顆粒有效沉降粒徑初值d_e0，輸入相應的各參數值，計算支撐劑雷諾數；

當流體為牛頓流體時，雷諾數按公式(1)計算，

Rep0=ρlvde0μ---(1)]]>

當流體為冪律流體時，雷諾數按公式(2)計算，