封面論文 | 東北石油大學王鐸副教授等：水力裂縫中支撐劑的結構穩定性與返排機理研究

  • 2024-06-22 09:00
  • JRMGE期刊

點擊上方藍字關注我吧！

東北石油大學王鐸副教授等撰寫的“Evaluating the stability and volumetric flowback rate of proppant packs in hydraulic fractures using the lattice Boltzmann-discrete element coupling method”（水力裂縫中支撐劑的結構穩定性與返排機理研究）一文發表在JRMGE期刊2024年第16卷第6期，該文入選本期封面論文。歡迎各位老師和同學們下載和閱讀！

https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2023.11.008

掃描二維碼獲取全文

論文介紹


水力裂縫中支撐劑的結構穩定性與返排機理研究
非常規油氣正成爲我國能源重要的安全保障。2021年8月，中國石油大慶油田實現松遼盆地頁岩油重大戰略性突破，新增石油預測地質儲量12.68億噸，是我國陸相頁岩油效益開發的重點攻關目標。但在實際生產中，諸多井組存在支撐劑返排量高、產量衰減快的現象。如何在支撐劑的使用上做到“注得進、送得到、撐得住”，很大程度上決定了壓裂施工的效率與單井的產量，也成爲了學術界與工業界共同關注的熱點問題。本文重點針對“撐得住”這一課題，使用格子玻爾茲曼-離散元（LBM-DEM）耦合計算框架，結合儲層應力下支撐劑的嵌入模型，對水力裂縫中支撐劑結構的穩定性與返排過程開展研究。
支撐劑返排常見於水力壓裂施工結束後的排液清理（clean-up）和油氣的生產過程中，此時裂縫中壓力梯度與壓裂施工時方向相反，部分支撐劑顆粒會隨流體運動、離開所在裂縫。支撐劑的返排，一方面會造成部分裂縫失去支撐、在地應力作用下閉合，重分佈的支撐劑在縫網中堆積，進而導致儲層縫網滲透率的下降；另一方面部分支撐劑返排後會進入井筒，造成堵塞的同時也損壞生產設備，額外增加了油氣開採的時間與經濟成本。
本文以大慶古龍頁岩爲研究對象，通過構建隨機分佈顆粒支撐的水平裂縫，並應用Chen等（J. Pet. Sci. Eng. 149, 2017, 428-435）所提出的支撐劑嵌入深度模型，針對支撐劑在流體作用下的運動規律開展了顆粒尺度的數值模擬。本文評價了不同層數支撐劑結構在流體剪切作用下的穩定性，並在揭示了支撐劑顆粒流的非牛頓流體性質的基礎上，定量分析了支撐劑的返排量。主要研究發現爲：
  1. 支撐劑沉降後在裂縫中所形成的砂堤，其固體體積分數約爲0.575。
  2. 當裂縫開度-支撐劑粒徑比不大於4時，支撐劑結構較爲穩定，若超過此數值，支撐劑在流體作用下出現明顯返排。
  3. 支撐劑返排所形成的顆粒流符合泊肅葉流的流動規律，返排量隨裂縫開度-支撐劑粒徑比呈二次型增長、隨流體壓力梯度呈線性增長。
本文在“保證支撐劑結構的穩定”和“控壓減少支撐劑的流動”兩方面論述了支撐劑返排的控制方法，後續將針對裂縫表面粗糙度、支撐劑的破碎率等參數開展更細化的研究工作。

作者介紹


王鐸，副教授，本科與碩士分別畢業於北京科技大學和英國斯旺西大學，2019年博士畢業於澳大利亞昆士蘭大學。2020年入選廣東省海外博士後人才支持項目，進入南方科技大學開展博士後研究。2022年6月加入東北石油大學潘哲君教授研究團隊。長期從事支撐劑運移與裂縫導流能力優化方面的研究工作，研究方法涵蓋數值模擬與實驗研究，參與編寫數值模擬軟件2套、主持設計並製造大型支撐劑運移實驗設備1臺。主持多項國家級與省部級科研項目，並擔任評審專家。曾作爲主要成員參與粵港澳大灣區國際創新中心建設，負責多相流計算方法的開發與應用。現作爲子課題負責人蔘與多資源協同陸相頁岩油綠色開採全國重點實驗室建設，負責頁岩複雜縫網導通機理研究。公開發表學術論文10篇，其中作爲第一作者發表中科院1區或TOP期刊論文5篇。

論文摘要與關鍵詞


論文部分配圖


裂縫中支撐劑的壓實與嵌入

不同裂縫開度-支撐劑粒徑比時支撐劑的返排模擬




發展歷程





點擊這裏閱讀全文