西南石油大学：郭建春-深层页岩压裂多级裂缝内支撑剂运移与分布规律

深层页岩天然裂缝与层理缝发育，经体积改造后易形成“主缝＋支缝＋次微缝”的多级裂缝结构，但受高垂向应力和高水平应力差条件的影响，深层页岩压裂裂缝开度极窄且主次缝开度差异较大。为了明确多级裂缝内支撑剂运移机制与分布规律，搭建了大型可视化支撑剂输送实验系统，研究了泵注排量、液体黏度、支撑剂粒径、支撑剂浓度、裂缝特征参数对支撑剂运移与分布的影响规律，最后基于水电相似原理计算了裂缝整体导流能力并开展了评价分析。

研究结果表明：缝内支撑剂存在多种堆积模式，其形成由流体对支撑剂的携带能力决定；支撑剂分流效率受多种因素影响，增大排量与减小支撑剂粒径均可提高分流效率；多级裂缝内，增大排量与压裂液黏度均在一定程度上改善了支撑剂非均匀分布，但裂缝导流能力表现为先增大后减小；综合支撑剂分流结果与多级裂缝内支撑剂分布规律，推荐坚持“大排量+低黏度”泵注思想，以保证大粒径支撑剂占比，适当混合小粒径支撑剂，构建“近井区高导流+远井区有支撑”的高导流裂缝体。

结论认为，基于含多级裂缝的大型可视化支撑剂输送实验系统，全面系统研究了不同条件下多级裂缝内支撑剂运移与堆积的模式，研究成果可为深层页岩压裂泵注工艺参数设计与优化提供理论支撑。

结论与展望

针对深层页岩压裂，搭建多级裂缝支撑剂输送实验系统，开展缝内支撑剂运移与分布实验，得出以下结论：

1）垂直缝内，增大泵注排量与液体黏度、减小支撑剂粒径均减弱支撑剂沉降趋势，增加了支撑剂运移能力，促使支撑剂从主缝/支缝双推移模式朝双叠层模式转换。

2）水平缝内支撑剂堆积模式较垂直缝内不同且存在两种典型模式，增大泵注排量与减小支撑剂粒径使得支撑剂从“点—片—面”模式朝“点—条—片—面”模式转换。

3）支撑剂在裂缝交互处分流效率与多种因素有关，其中泵注排量与分流效率呈正相关，支撑剂粒径与分流效率呈负相关，增大液体黏度，分流效率先增加后减小，存在最优黏度范围。

4）增大排量、增大液体黏度均有利于推动支撑剂进入二级次缝，缝内支撑剂分布均匀程度增加，裂缝导流能力先增大后减小。5）综合裂缝导流能力与支撑剂均匀分布程度，工程上应坚持大排量低黏度携砂思想，保证大粒径支撑剂占比，在70/140目石英砂基础上混合小粒径支撑剂，以构建“近井区高导流+远井区有支撑”的高导流裂缝体。

引用本文

郭建春,唐堂,张涛,周航宇,刘彧轩,李明峰,杨若愚.深层页岩压裂多级裂缝内支撑剂运移与分布规律[J].天然气工业,2024,44(07):1-11.DOI:10.3787/j.issn. 100 0-0976.2024.07. 001