自生固相化學(xué)壓裂溫度場模擬研究

發(fā)布時間：2020-06-08 00:10

【摘要】：為解決常規(guī)水力壓裂存在的加砂工藝復(fù)雜、易砂堵、壓裂液殘渣傷害、支撐劑破碎及嵌入地層等問題,提出了一種全新的水力壓裂工藝措施一自生固相化學(xué)壓裂技術(shù)。其原理是利用不混相的兩種(或多種)流體壓開并形成一定幾何尺寸的人工裂縫,通過化學(xué)方法讓裂縫中流體之一或之二形成眾多獨立的“化學(xué)砂堆”支撐裂縫,從而形成高導(dǎo)流能力的自生固相化學(xué)支撐裂縫,從而提高單井產(chǎn)量。對于自生固相化學(xué)壓裂技術(shù)而言,溫度尤為關(guān)鍵。一方面,溫度控制著化學(xué)壓裂液的相變,決定著能否相變及相變時機(jī);另一方面,溫度控制著壓裂液的流變性,從而影響壓裂裂縫的幾何尺寸和導(dǎo)流能力。因此,認(rèn)清整個化學(xué)壓裂過程中的液體溫度分布規(guī)律對參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和材料選擇具有重要的指導(dǎo)意義。本文針對自生固相化學(xué)壓裂的工藝特點,從化學(xué)壓裂裂縫延伸、注液過程中井筒-裂縫溫度場模型等方面展開研究,對現(xiàn)有溫度場模型進(jìn)行了推導(dǎo)和改進(jìn),主要工作如下:(1)對新型化學(xué)壓裂液的相變溫度、相變時間、粘溫關(guān)系、濾失性和比熱容開展了實驗測試,并擬合了粘溫關(guān)系、比熱容-溫度關(guān)系,為后續(xù)溫度場模擬提供基礎(chǔ)參數(shù);(2)建立了井筒一維傳熱、地層二維傳熱的非穩(wěn)態(tài)井筒溫度場模型。計算討論了管柱結(jié)構(gòu)、摩擦生熱、軸向?qū)釋囟葓龅挠绊懗潭?并對泵注排量、液量、體積比、粘度等參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析;(3)耦合擬三維裂縫模型和裂縫傳熱模型,構(gòu)建了自生固相化學(xué)壓裂擬三維裂縫溫度場模型。計算分析了粘度、比熱容對裂縫尺寸和溫度的影響,并對影響裂縫溫度場的參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析;(4)耦合了井筒溫度場模型、擬三維裂縫延伸模型和裂縫傳熱模型,編制程序進(jìn)行了實例計算,對化學(xué)壓裂全過程中井筒-裂縫-地層溫度進(jìn)行了模擬,明確了不同時間相變區(qū)域。本文的研究對化學(xué)壓裂設(shè)計及現(xiàn)場施工具有重要的指導(dǎo)意義。研究表明:首先,在壓裂施工過程中,在濾失前緣和靠近裂縫尖端部分裂縫中,液體溫度高于相變溫度,存在“提前”相變的可能,需采取泵注前置液降溫降濾等措施;其次,停泵后,靠近縫口部分縫中液體升溫到相變溫度需要較長時間,需尾注一段相變溫度較低的化學(xué)壓裂液體系或攜砂壓裂液。
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