低密度陶粒支撐劑000

CARBOinChina

2008andbeyondMaximizingValueinFractureStimulations

-RealisticConductivityandtheLightweightFactor提綱Introduction/Motivation/ProppantSelectionRealisticConductivityTheLightweightAdvantageMaximizingValue每當我們壓裂施工后，。。所有的施工設備都撤離，留在井內(nèi)裂縫里的全部是。。。支撐劑選擇“技術”“很簡單,只要泵入可找到最便宜的支撐劑就行了.”“不太難,只要看

_______

然后看哪種在我們的條件下是最好的.”

-depth,stress,crush,MPD,price,publishedconductivity,salesengineer,etc“這太復雜了，有很多的參數(shù)而且我也沒有那么多時間去模擬，

所以大家用啥我就用啥（或前次用啥還用啥）”其它??那么如何選擇支撐劑?Conductivitytestingcoupledwithestimatesofrealisticconditionsusingafracturemodel,accountingforthecostvsbenefitsofeachproppant.壓裂技術研討裂縫有效有效導流能力BarrierstoAchievinganOptimalFracDesignFrequentlyMisunderstoodFracGeometryFluidflowwithinfracturesGeldamage&CleanupProductionimpactsofdesignchangesIndicationsourFracturesarenotOptimalSteepproductiondeclinesShortapparentfracturelengthsSmalldrainageareas-extensiveinfillrequiredPoorsuccessmodelingproductionPoorluckselectingoptimalwellspacingandfraclengthWefracit…

usinghigh-techequipmentandfluids,elaboratedesigns,state-of-theartmonitoring,etc.支撐劑的評價－1

對常規(guī)外觀檢驗方法的討論定義圓度測量顆粒棱角的相對銳利的程度球度測量顆粒接近球的形狀圓度增加球度增加APIRP60,FromStratigraphyandSedimentation,KrumbeinandSloss定義形狀我們用園球度來描述支撐劑RoundnessSphericity0.10.30.50.70.90.30.50.70.9ImprovingShape支撐劑的對比–形狀APIRP60,FromStratigraphyandSedimentaion,KrumbeinandSloss優(yōu)質(zhì)陶粒優(yōu)質(zhì)石英砂許多石英砂某些陶粒RoundnessSphericity0.10.30.50.70.90.30.50.70.9定義支撐劑的粒經(jīng)和均勻程度(篩析,粒度分布)篩析分布來描述顆粒尺寸的范圍。API規(guī)定90%的支撐劑都應落在這兩個設計的篩析尺寸之間。顆粒直徑增大高質(zhì)量的支撐劑的篩析分布在很窄的范圍(均徑），獲得最大的孔隙度和流動能力CarboLite支撐劑‘B’支撐劑‘A’生產(chǎn)的陶粒支撐劑并不完全是一樣的!幾種不同廠家生產(chǎn)的陶粒的剖面20/40CARBOLiteSLFPBPGTBP陶粒支撐劑產(chǎn)品LightweightCeramic(EconomyandPremiumdistributionsavailable)IntermediateStrengthCeramicHighStrengthCeramic(Bauxite)CARBOECONOPROP?CARBOLITE?CARBOHSP?CARBOPROP?

支撐劑的評價－2

對支撐劑破碎試驗的研討來源:Stim-LabConsortium,2001年7月1.8-1020/4016/2012/18單顆粒破碎的力（磅）No！事實上顆粒強度隨粒徑的增大而增加！粒徑（英寸）單顆粒破碎情況破碎率試驗過程APIRP-56和RP-60試驗前支撐劑被篩分以篩除比規(guī)定粒徑范圍小的顆粒。干燥的支撐劑以4磅/平方英尺的鋪砂濃度放置在不銹鋼的試驗槽內(nèi)（室溫）。支撐劑表面水平并分布均勻。用一致的加載速度加載應力。應力保持2分鐘。試驗后篩分支撐劑。記錄通過粒徑范圍下限篩子的樣品質(zhì)量。

對于16/20目支撐劑，<20目的顆粒都是“破碎的顆?！睂τ?0/50目支撐劑，<50目的顆粒都是“破碎的顆?！笨煽啃耘c重復性破碎率數(shù)據(jù)由不同的實驗室測試的結果差異大（甚至在同一個實驗室采用了不同的操作）

原因是不同的加載操作技術形成的支撐劑的充填排列的差異造成的CARBO每年進行數(shù)萬次的破碎試驗

CARBO開發(fā)了自動將支撐劑加入破碎容器的方法，以確保恒定的加入方式用這套自動的系統(tǒng)，CARBO可以使所有的破碎率的測試結果有很好的重復性和可靠性

支撐劑粒經(jīng)對破碎率的影響

@7500psiSource:CarboC這是否就意味著大粒徑陶粒本身就脆弱呢?“顆粒數(shù)量的力量”1.小的顆粒以大量的接觸點將閉合應力分散承擔。2.小的顆?？梢杂懈嗟膶觼肀Ｗo內(nèi)部的顆粒。裂縫的寬度也影響破碎率嗎?在窄的縫寬中破碎率明顯增加外部顆粒則承受的應力是不均勻的內(nèi)部顆粒均勻的在內(nèi)部6個面承載破碎試驗是在~4lb/ft2的條件下做得－相比實際很寬破碎率也取決于裂縫的寬度!Monolayer~0.2lb/sqft20/40CARBOEconoProp破碎后的粒徑篩析分布Source:CARBOAnalysesNov199820/40EconoProp在6000psi條件下標準的API測試仔細察看破碎的粒徑分布

Source:CARBOAnalysesNov1998不會運移的分界在20/40的鋪置內(nèi)潛在可運移的粒徑。(SPE24008)標準試驗得到的“2%破碎率”可以理解為：每100粒有2粒破裂（成為不能運移的4顆顆粒），或者該2粒成為400?？蛇\移的100目微粒。這是完全不一樣的2種情況！中等強度陶粒

20XPhotomicrographsStim-Lab@4000psi@8000psi@10000psi相差40%的孔隙-40/+70Mesh20/40

LanzhouSandAPICrushTest6kpsiPhotomicrographs-55XWholePellet

-70/+100Mesh-100/+200Mesh液體對破碎率的影響破碎率試驗中使用的是干燥的支撐劑。如果支撐劑是濕的會怎么樣？不同的破碎率試驗結果EconoProp，應力6000psi來源:CARBOTechBrochure3/4/96對破碎率試驗結果的理解破碎率試驗是工廠控制質(zhì)量的很好的衡量尺度導流能力是考核優(yōu)選支撐劑的關鍵數(shù)據(jù)支撐劑的評價－3

裂縫導流能力是優(yōu)選支撐劑的關鍵性能參數(shù)目前壓裂工程界遇到的問題實際的支撐裂縫長度短

試井，遞減曲線，壓裂延伸模擬，裂縫監(jiān)測測繪的結果不一致生產(chǎn)模擬預測性差

壓裂及重復壓裂效果，產(chǎn)量，遞減曲線的預測行很差瓜膠的清除很差

所有的問題都回到我們對壓裂裂縫導流能力的理解和認識!!

API短期導流能力試驗鋼片2lb/ft2

支撐劑鋪置每個應力測試時間15minutes室內(nèi)溫度極低的水的流速

(2%KCl)(2ml/min)(5mm/min)Reference:APIRP-61典型的參考數(shù)值是短期導流能力測壓差的接口測壓力口拆開的API標準導流單元支撐劑砂巖巖芯進液口短期導流能力試驗

不能反映裂縫內(nèi)的真實流動情況嵌入對導流能力的影劇響試驗改進：a)使用砂巖巖芯達到一定的嵌入和散裂支撐劑鋪砂濃度為1lb/ft2(5kg/m2)并使用軟巖芯時，發(fā)現(xiàn)導流能力下降90%。參考:Stim-LabConsortiaFeb20021.6-46,SPE16415散裂時間對導流能力的影響試驗改進：

b)試驗時間增加到50小時(原來15分鐘)參考:SPE16415,14133隨時間的增加導流能力下降溫度對導流能力的影響試驗改進：c)實際溫度非包裹和樹脂包裹石英砂在高溫下導流能力下降很多。陶粒支撐劑燒結溫度達~2700°F(1500°C)，導流能力不受油藏溫度的影響。參考:Stim-LabConsortiaFeb2002Fig1.7-8長期導流能力試驗導流單元2%KCL水2ml/minISO13503-5

長期導流能力試驗Ohio砂巖片2lb/ft2

支撐劑鋪置每個應力測試時間

50hours150or250°F極低的水的流速

(2%KCl)(2ml/min)(5mm/min)Reference:ISO13503-5典型的參考數(shù)值是長期導流能力ModifiedAPIRP-61ConductivityTestOhioSandstone2lb/ft2LoadingStressmaintainedfor50hours150or250degreesExtremelylowwatervelocity(2ml/min)Velocityofdistilledwater:2ml/minequatesto~0.2inchesperminute

or8bwpdfrombi-wingfrac,30ftfracheight,2lb/sqftReference:APIRP-61CARBOPROP?ShortTerm

Conductivityvs.ClosureStress

(2#/sqft,roomtemperature)CARBOPROP?LongTerm

Conductivityvs.ClosureStress

(2#/sqft,250°F)CARBOPROP?LongTerm

Conductivityvs.ClosureStress

(2#/sqft,250°F)20/40Proppant

LongTermConductivityLet’slookatoneofCARBO’sProppantbrochures…長期導流能力試驗裝置支撐劑的評價－4

實際裂縫導流能力的研究（影響實際裂縫導流能力的因素）流動匯集FlowConvergence裂縫半長50m，裂縫高度15m，3,000m2

裂縫表面積（油藏巖石與裂縫接觸面）如果假設裂縫寬度為7mm(~15kg/m2或3lb/ft2

)

裂縫截面積僅僅為=0.2m23,000m2

裂縫面積上的流動對應于0.2m2

裂縫截面積的流動裂縫剖面中的表觀流速是地層中流速的15,000倍！裂縫導流能力常常抑制了產(chǎn)量！裂縫中的流速條件:16/20CarboLite，15kg/m2鋪砂濃度，272psi閉合壓力裂縫高度15m，假設50%濾餅下面的圖片描述了流體通過實際的支撐劑充填層的情況。圖片通過X射線CT對272atm應力下的16/20目CarboLite支撐劑進行掃描得到。流速，API試驗2ml/min通過16/20目支撐劑充填層流速100桶油/天，50%氣或4萬立方英尺/天干氣井底流壓500psi或12萬立方英尺/天，

井底流壓1500psiRealisticproppantconductivitymustaccountfor:Non-DarcyFlow–reducedpermMultiphaseFlow–reducedperm

Realisticproppantconductivitymustaccountfor:Non-DarcyFlowMultiphaseFlowReducedProppantConcentration–reducedwidthANDpermduetoNDaffectsRealisticproppantconductivitymustaccountfor:Non-DarcyFlowMultiphaseFlowReducedProppantConcentrationGelDamage–reducedpermandwidth(andlength)Realisticproppantconductivitymustaccountfor:Non-DarcyFlowMultiphaseFlowReducedProppantConcentrationGelDamageOtherEffects,includingCyclicStressFinesMigrationTimeTemperatureEmbedmentAsphaltenes,etcAPITestversusModified50-hourTest~20to30%reductionagainsthardcoreandmodestconditionsReferences:STSand:SPE14133,16415,CL:Carbotypical,LT:Stim-LabPredK2002Conditions:YM=5e6psi,zerogeldamage,250°F,2lb/ft2,6000psiYM=34e3MPa,zerogeldamage,121°C,10kg/m2,41MPa測得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響

多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻1)非達西流效應(慣性效應)~40%reductionforlowproductivitydrygaswellReferences:Stim-LabPredK2002,Forchheimereffect,SPE54630,77675Conditions:YM=5e6psi,zerogeldamage,250°F,2lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpayYM=34e3MPa,zerogeldamage,121°C,10kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpayLowvelocitytestingmeasuresonlyfriction.Realisticflowratesalsoconsiderfluidacceleration.達西流動(摩阻的影響)在API試驗中，流體流速通常很低。壓力損失由摩阻控制，可表示為達西流動定律。

P/L=

v/k在實際生產(chǎn)中，流體速度非常高。壓力損失由加速度（慣性影響）控制，可表達為Forchheimer公式。這里與達西定律的不同就是有效導流能力的損失。

P/L=

v/k+

v2非達西流動(慣性的影響)達西流與Forchheimer公式

P/L=

v/k壓降與流體流速成正比只適用于低流速

P/L=

v/k+

v2

壓降與流速的平方成正比

適用于實際裂縫中的流動Beta在支撐裂縫中的P是用Forchheimer公式來很好描述：式中速度項是平方的（v2），其壓降是以指數(shù)的關系隨流速的增大而增大的。Beta

則必須要考慮支撐劑的選擇。

P/L=

v/k+

v2在裂縫中的壓力降

在現(xiàn)實的條件下，液體的速率很高，其壓力損失是受加速度控制的（慣性作用）。

即便是在產(chǎn)量一般的井，液體也會以每秒穿過成百上千的粒徑來流動的。

液體的加速度要比達西的摩阻的因素更重要。在裂縫中的壓力降Forchheimer方程式

P/L=

v/k+

v2重新整理為直線方程Y=1/k0+X其中: Y=

p/(L

v)

X=(

v/

)

k0

是絕對滲透率Beta系數(shù)的測量0.00000.00050.00100.00150.0020200040006000800010000閉合應力(psi)Beta系數(shù)(atm-sec^2/gram)01000200030004000500060007000導流能力(md-ft)Beta系數(shù)導流能力天然氣井達西和非達西流動影響比較Conditions:20/40JordanSand,4000psistress,50%geldamage,50ftfracheight,0.20inchwidth,1000psiBHFP,SLFrac2001APITestinginlaminarflowThiscomponentcontrolledby

v/k+

v2

12/20Hickory/BradySandat6000psi.

CourtesyStim-Lab,Inc.ProppantConsortium

IntermediateStrengthCeramicat8000psi.

CourtesyStim-Lab,Inc.ProppantConsortium

ResinCoatedSandat8000psi.

CourtesyStim-Lab,Inc.ProppantConsortium哪個Beta最低?Beta系數(shù)一種材料性能參數(shù)，對不同大小和類型的支撐劑，都可以通過實驗測得。本質(zhì)上是對支撐劑充填層中流動路程的彎曲的量度。降低Beta系數(shù)的方法：高初始滲透率/孔隙度（高滲透率相當于流動路程彎曲較少）窄的粒度分布（比較一致的孔隙大小，并且高孔隙度使膨脹損失/收縮損失減少到最?。┨岣咧蝿┣蚨龋ǔ山嵌炔缓茫┕饣闹蝿┍砻鏈y得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻2)多相流的效應~60to80%reductionformodestliquidratesReferences:Stim-LabPredK2002,Forchheimereffect,SPE54630,77675Conditions:YM=5e6psi,zerogeldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,zerogeldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/dliquidgas氣井中多相流引起的巨大壓降

是如何形成的？相態(tài)相互作用:速度較快的氣體在對液滴加速時“消費”了能量。但液體常常在每一個孔隙喉道處停留，然后被重新加速。流動效率非常低！含水飽和度變化:液體趨向于在裂縫內(nèi)積聚，氣體無法通過被液體占據(jù)的孔隙。相對滲透率:支撐劑飽和了液體后不利于氣體流動。干氣中的液體影響

來源:Stim-LabProppantConsortium,Feb.2001.2.8lb/sqftCarboLite，應力4000psi,參考滲透率550Darcy.干氣在非達西流條件下總壓降的增加倍數(shù)。

流速相當于井底壓力2000psi時，50英尺高的裂縫內(nèi)的流速。由于支撐劑充填層中流動液體而增加的壓降-1020304050600%5%10%15%液體相流動分數(shù)總壓降的倍數(shù)75萬立方英尺25萬立方英尺趨勢線對于油井是怎樣的情況?含氣量高時:

通常情況下油井的氣油比為550標準立方英尺/桶或100m3/m3

壓力(atm) 氣體體積% 1 99% 10 90% 100 50% 200 33%

井底壓力>泡點壓力 0%單相流模型:

假設100%液體沒有考慮:

氣體占據(jù)的孔隙內(nèi)，液體需要更高的流速，相態(tài)相互作用，氣相的壓力損失的增加。非達西流和多相流的影響Conditions:YM=5e6psi,,250°F,1lb/ft2,6000psi,500mcfd,1000psibhfp,50ftH,2blpdReferences:PredictK&SPE106301在生產(chǎn)500MCFD及2BLPD的井由于ND&MP流的影響損失了75-85%的導流能力.0.30.60.91.22.11.51.8Conditions:YM=5e6psi,50%geldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,50%geldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/dReferences:STSand:SPE14133,16415,CL:Carbotypical,LT:Stim-LabPredK2002,SPE24008,3298,7573,11634,CARBOTechRpt99-062,Run#6542,StimLabJuly2000,SPE16912,19091,22850累積下降的導流能力測得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻3)循環(huán)加載效應Strongerproppantsarelessdamagedbyrepeatedstresscycles.References:CARBOTechRpt99-062,StimLabJuly2000,SPE16912,19091,22850Conditions:YM=5e6psi,50%geldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,50%geldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/d生產(chǎn)井頻繁關井SPE14160BJ調(diào)查了10主要的作業(yè)者發(fā)現(xiàn)平均每口井年瞬時關井86次游梁抽油井和間歇氣舉井要有上千次的應力循環(huán)載荷變化!循環(huán)應力加載支撐劑充填帶循環(huán)加載所有的支撐劑都可能在持續(xù)的應力加載下受到傷害Source:CARBOTechRpt99-062測得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻4)顆粒運移阻塞效應Uniformlysized,sphericalproppantslesssusceptibletoplugging.Largerporethroatsreducebridging.References:Stim-Labthinsectionphotos,SPE24008,3298,7573,11634Conditions:YM=5e6psi,50%geldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,50%geldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/dRCSandCeramic測得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻5)瓜膠傷害~70%damagefor50%lossinlaminarflow.(Geldamageaffectsbetamorethanperm)References:Stim-LabPredK2002,Stim-LabSEMphotosConditions:YM=5e6psi,50%geldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,50%geldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/d瓜膠傷害三種情況下考慮對導流能力的傷害PhotocourtesyofHalliburtonEnergyServices-

瓜膠殘渣傷害-由于濾餅造成裂縫寬度的減少-由于靜止的瓜膠在端部堵塞造成有效縫長的損失測得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻6)窄裂縫效應~65%damageforcuttingconcentrationby50%.Non-linear,aspressuredropfunctionofvelocity-squared,andembedmentmoresignificantReferences:Stim-LabPredK2002,Forchheimereffect,SPE54630,77675測得的導流能力參數(shù)中

未考慮的因素在一定流速范圍內(nèi)的非達西影響多相流循環(huán)應力加載微粒運移壓裂液傷害軟地層或窄裂縫中的嚴重嵌入支撐劑分布不均勻7)嵌入效應60-65%damageforcuttingconcentrationby50%.Non-linear,aspressuredropfunctionofvelocity-squared,andembedmentmoresignificantReferences:SPE106301Conditions:YM=5e6psi,zerogeldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,500mcfd,1000psibhfp,20ftpay,2blpdYM=34e3MPa,zerogeldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,14000m3/d,7MPabhfp,6mpay,0.3m3l/d1lb/ft220/40LightweightCeramicorSand20/40orIntermediateStrengthCeramic20/40LightweightCeramicorSand造成寬度減小的一些原因…由于嵌入及濾餅損失33%的縫寬1.5lb/ft2LWC六層陶粒由于嵌入及濾餅損失40%的縫寬1.5lb/ft2ISP五層陶粒1lb/ft2LWC~三層陶粒由于嵌入及濾餅損失67%的縫寬低的支撐劑鋪砂密度在API/ISO測試中,proppantisuniformlydistributedat2lb/ft2Inactualfractures,theactualconcentrationistypicallymuchlowerTypicalTightGasfracturingitis<1lb/ft2Realistically,theproppantisnotuniformlyplaced,insideofuniformfracturefaces0.30.60.91.22.11.51.80.0001D-m0.001D-m0.029D-mConditions:YM=5e6psi,50%geldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,50%geldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/dReferences:STSand:SPE14133,16415,CL:Carbotypical,LT:Stim-LabPredK2002,SPE24008,3298,7573,11634,CARBOTechRpt99-062,Run#6542,StimLabJuly2000,SPE16912,19091,22850有效導流能力只有API試驗值的1%。降低了99.6%降低了98.9%降低了95.3%CL比Jordan石英砂好20倍，但根據(jù)API試驗值僅為5倍。累積下降的導流能力有效支撐縫長的討論測繪的裂縫半長攜砂液/支撐的裂縫半長會短些端部瓜膠堵塞假設表觀導流能力為10md-ft，擬合生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到的“表觀”裂縫半長“等效無限導流能力的裂縫半長清除瓜膠后的流動裂縫半長會更短優(yōu)化壓裂設計，完善壓裂系統(tǒng)工程支撐劑評價研究總結陶粒支撐劑應考慮用于最小應力環(huán)境在最小應力條件下，陶?？商峁┹^高的孔隙度和滲透率較低的系數(shù)較大的裂縫寬度中和高強度陶粒的密度對裂縫寬度的影響應予以考慮。壓裂設計中選擇陶粒時應考慮非達西流動、多相流動對導流能力的影響。低密度陶粒支撐劑

市場對低密度陶粒支撐劑的反應如何?

PrivatelyHelduntil1996IPOToomsboro-Line1Russia-Line1+Toomsboro2startupToomsboro-Line2fullcapacity過去幾年，CARBO低密度陶粒的年產(chǎn)量已增加500millionlbs的生產(chǎn)能力，足跡可提供年產(chǎn)1billionlbs.為何低密度陶粒的市場持續(xù)的增長?有關實際導流能力的認知和現(xiàn)場的驗證促使低密度陶粒進入傳統(tǒng)的石英砂和樹脂包砂的市場.在實際條件下低密度陶粒有著遠優(yōu)于高密度陶粒的優(yōu)點.支撐劑的密度低密度陶粒與高密度陶粒的不同低密度陶粒比重=2.7g/ccBD＝1.47高密度陶粒比重=3.27g/ccBD＝1.84與低密度陶粒的材質(zhì)中鋁的含量有關:低密度約含50%鋁,高密度約含75%鋁高密度的強度更高，但是…CARBOLite的導流能力和滲透率更好在同等重量下

CARBOLite

支撐的縫更寬

CARBOLite的攜砂性能更好卡博陶粒產(chǎn)品參考導流能力裂縫幾何尺寸與導流能力

（基本概念）一百元人民幣的幾何尺寸6.14incheslong（156mm）2.61inchestall（67mm）0.0043inchesThick（0.11mm）裂縫尺寸的比例假若我們想用鈔票紙印制50’（15.2m）x600’（183m）x0.125”（3.18mm）裂縫幾何尺寸的比例,那么印出的鈔票就是…而井筒的尺寸比例相當于鉛筆250incheslong（6350mm）41張20inchestall（508mm）7張0.0043inchesthick支撐劑導流能力導流能力(Cf)是測量裂縫支撐劑充填帶通過流體的能力wfcf=kf

*

wfkf導流能力的定義支撐劑滲透率Ameasureoffluidfrictionwithintheproppantpack.Appropriatecriterionforextremelylowvelocityflow

P/L=

v/kf裂縫寬度Distancebetweenformationfaces.Widthlosswithproppantcrush,compaction,andembedmentintoformation裂縫導流能力Proppantpermeabilitymultipliedbyfracturewidth.Ameasureoffluidcarryingcapacityunderlowvelocityflowcf=kf*wfwf1導流能力和滲透率CARBOLite

增大裂縫支撐寬度，提供較高的滲透和導流能力20/40

產(chǎn)品的參考導流能力TestConditions:2lb/sqft,250°F,zerogeldamage,YM=5e6psi,StimLabdata35%19%16/2016/30產(chǎn)品的參考導流能力TestConditions:2lb/sqft,250°F,zerogeldamage,YM=5e6psi,StimLab24%支撐裂縫寬度

Stim-Lab,2lb/sqft,20/40,5e-6psicore19%wider裂縫寬度的影響（考慮非達西流）在大多數(shù)氣井和低飽合壓力下生產(chǎn)的油井的壓力損失主要是受慣性作用控制的。（非達西流）如果裂縫寬度增加19%,（表觀流速降低19%）,那么壓差就減小42%(1.192=1.42)如果裂縫寬度增加36%,(表觀流速降低36%),表觀流速降低85%(1.362=1.85)

P/L

v22lb/sqft(10kg/sqm)

equals~5layersofBroadISP2lb/sqft(10kg/sqm)

equals~6layersofPremium20/40LWC密度與裂縫寬度充填相同支撐裂縫體積所需支撐劑

重量對比Ifafracturecanbefilledwith100,000lbsofLWCat8000psistress:（45.5T）Itwillrequirepurchaseof119,000lbsofBroadISPtofillthesamevolumeandachievesamelowfluidvelocity（54.1T）Conditions:8000psi,YM=5e6psi,Stim-LabdataSowhatdoesthismean?wfDiffuseslurry6ppaLWCAfterclosure,anarrowerfracisretainedwhenusingthesamemassofadenseproppantDiffuseslurry6ppaIDCIdenticalpumpingwidth;about20%fewerpelletswf不同密度支撐劑的比較泵入等重量的的

CARBOLite

和高密度的支撐劑結果形成的支撐縫寬約高出~20%獲得等體積量的

CARBOLite

那么就需要多泵入~

20%重量的高密度支撐劑

2壓裂液傷害CARBOLite

增大裂縫支撐寬度，有助于降低壓裂液傷害，促進瓜膠返排清除。瓜膠傷害三種情況下考慮對導流能力的傷害PhotocourtesyofHalliburtonEnergyServices-

瓜膠殘渣傷害-由于濾餅造成裂縫寬度的減少-由于靜止的瓜膠在端部堵塞造成有效縫長的損失瓜膠殘渣分布最近Stim-Lab的研究展示瓜膠殘渣的傷害35pptCMHPG+Zrin20/40LWC濾餅–有效縫寬的損失這里濾餅達到0.75

的

20/40LWC

的粒經(jīng)最近Stim-Lab的研究展示濾餅的傷害35pptCMHPG+Zrin20/40LWC濾餅

–有效縫寬的損失試驗過程中的濾餅是濃縮的瓜膠，如同一層非常柔韌的膠膜。通常濾餅的瓜膠濃度在

400to700lb/1000gal

（相當于壓裂液的10倍以上）(12.5X)filtercakehasbeenpeeledupfromcoreandislaidovershowingtenacityoffiltercake.Atbottomofphoto,embeddedgrainsinfiltercakewhichhasnotbeenpulledawayfromcore膠液堵塞–沿裂縫長度返排清除瓜膠是非牛頓液體在流動前必須克服一定的“屈服”或啟動壓差清除壓裂液的啟動壓差dP

@4.0lb/sqft+YF130LG+

Breakers@150DegFand2000psiClosureStress減小裂縫中的壓力損失則有助于反排清除更長的裂縫。盡管在低的閉合應力下,還是較大粒徑，圓球度和均勻的陶?？梢允沟脝拥膲翰钚』謴蛯Я髂芰Φ陌俜謹?shù)

@4.0lb/sq.ft.+YF130LG+Breakers

150oFand2000psiClosureStressSource:Stim-Lab12/97盡管在2000psi閉合應力下,還是較大粒徑，圓球度和均勻的陶?？梢垣@得較高的導流能力恢復百分數(shù)壓裂液清除后的導流能力比較

@4.0lb/sq.ft.+YF130LG+Breakers

150oFand2000psiClosureStressSource:Stim-Lab12/97導流能力損失~70-90%寬裂縫受壓裂液濾餅的傷害比較Source:SPE84306,Barree,Cox,Barree,Conway

2lb/sqftBroadISP2lb/sqftPremiumLWC壓裂液濾餅厚度

對裂縫寬度的傷害Effectivefractureisnow36%widerthanBroadISP50%losstofiltercakeIdenticalfiltercakethickness;equatesto42%damage1lb/ft220/40LightweightCeramic20/40orBroadSievedIntermediateStrengthCeramic20/40LightweightCeramic通常導致縫寬減少的原因Assume33%lossduetofiltercake2lb/ft2LWCis~6layersproppantYieldsa40%lossduetofiltercake2lb/ft2ISPis~5layersproppant1lb/ft2LWCis~3layersproppantYieldsa67%lossduetofiltercake壓裂液傷害

~70%damagefor50%lossinlaminarflow.(Geldamageaffectsbetamorethanperm)References:Stim-LabPredK2002,Stim-LabSEMphotosConditions:YM=5e6psi,50%geldamage,250°F,1lb/ft2,6000psi,250mcfd,1000psibhfp,20ftpay,10blpdYM=34e3MPa,50%geldamage,121°C,5kg/m2,41MPa,7000m3/d,7MPabhfp,6mpay,1.6m3l/d瓜膠的清除返排實驗室研究已證明：與其它類型的支撐劑相比，陶粒支撐劑較高的孔隙度，滲透率，圓球度，以及其較低的?值都促進瓜膠液的返排清除。從現(xiàn)場研究也觀察到：為了促進返排回收水力壓裂的瓜膠需要高的有效Fcd’s(>30)。IndustrySPEPapersDocumentingBenefitofIncreasedConductivitySPE77675summarized80SPEpaperssince197335RegionsAlaska,Algeria,Angola,Appalachians,Australia,Bolivia,Borneo,Brazil,California,China,Colorado,Colombia,Europe,Germany,GulfofMexico,Illinois,Iowa,Indonesia,JavaSea,Louisiana,Malaysia,Nebraska,NewMexico,NorthSea,Norway,Ohio,Oklahoma,Oman,Siberia,Sumatra(Indonesia),Texas,Venezuela,Vietnam,Wyoming,Zaire(WAfrica),

Oilwells,gaswells,leanandrichcondensateCarbonate,SandstoneandCoal

WellRates

WellDepths1to25,000bopd 100to20,000feet0.25-100MMSCFD

Over70Companies

AGLPetroleum,Amoco,Andina-Bolivia,ARCO,ARI,BakerOilTools,BannonEnergy,BarrettResources,BEB,BergesonandAssoc.,BJServices,BlackSeaEnergy,BritishGas,BP,CARBOCeramics,Chevron,CJSCTuraPetroleum,CompletionEng.,Corpoven,CrownCentralPetro,Ely&Assoc.,EastOhioGas,Esso/Exxon,Falcon,ForestOilCorp.,Gidley,GRI/GTI,Gulf,Halliburton,Holditch-ReservoirTechnologies,Imperial,InsightConsulting,JOBP-Gulf,KinderMorgan,Koninklijke,LangfangBranchofRIPED,MitchellEnergy,Mobil,NorskHydro,Norton,NSI,OilandGasJournaleditors,Pennzoil,PERTAMINA,Petrobras,Petrofina,PetroleumDevelopment-Oman,Petronas,RPI-Scandpower,Repsol-YPF,Santos,SaudiAramco,(Dowell)Schlumberger,Shell,Sohio,Sonatrach,StandardOil,Statoil,Stim-Lab,SunE&P,TejasGas,Texaco,TexasA&M,Total-Fina-Elf,TheWesternCompany,U.S.DOE,U.S.NationalEnergyTechnologyLab,Unocal,VastarResources,Vietsovpetro,andvariousconsultantsCARBOwebsitelists140fieldstudies!RealisticConductivity

Whilethequestionofdeterminingtherealisticconductivityofahydraulicfractureiscertainlycomplex,theindustryhasfoundthattheanswerisactuallyquitesimple: Mosthydraulicfracturesareconductivitylimited,sothemoreconductivityyourproppantcaneconomicallydeliver,themoreproductionyouwillmake.返排需要高的導流能力嗎?SolimanandHunt[i]notethatthereductionofwellperformanceismorepronouncedinlowpermeabilitygasreservoirs.Forlongfractures,theirmodelingsuggeststhatadimensionlessfractureconductivity(FCD)of50wouldbenecessarytoavoidearlygasbreakthroughatthewellbore,andanFCDof100wasrequiredtooptimizethecleanupoffracfluids.Forshortfracturesinhigherpermeabilityreservoirs,theoptimumFCDdropstoaround40.返排需要高的導流能力嗎?Robinson[ii]notesthatanFCDgreaterthan30isoftenrequiredtoproducegaswithminimalpressuredrop.Montgomery,Holditch,andBerthelot[iii]notethat“afractureconductivityhighenoughtoefficientlyproducegasfromareservoirmaynot,however,besufficientlyhightooptimizerecoveryofthefracturingfluid.”返排需要高的導流能力嗎?ShermanandHolditch[iv]referenceanumberofstudieswhererigorousfielddataweregatheredtomonitorcleanupperformance.TheyalsoclarifythatSolimon,Montgomery,andRobinson’srecommendationsforoptimumFCDrefertoconductivityaftercorrectionfornon-Darcyflow.返排需要高的導流能力嗎?SchubarthandChabaud,[v]notedtheseconclusions,andattemptedtodesignfracturesinthetightFrontierFormationinMoxaArchWyomingtoachieveanFCDofapproximately30.

Uncoatedfracsandk<0.006md, RCSif0.006<k<0.035md, LWCfork>0.035md.Noticethattheselectionofproppantswasnotmadebasedonwelldepthorproductstrength,butmoreappropriatelyontheconductivityneedsofthespecificwell.

Firstyearrecoverieswereimprovedby50%withhigherconductivityproppants.

返排需要高的導流能力嗎?Barreeetal,[vi,vii]notedthataFcdcriticalofaround30isoftennecessarytocleanupaproppantpack.

Laboratorystudiesandfielddatashowedlongereffectivefracturesandincreasedproductionratewithimprovedfractureconductivity.Lowfractureconductivityreducesgelcleanupandimpairsfracturelength返排需要高的導流能力嗎?[i]Soliman,M.Y.,andHunt,J.L.:“EffectofFracturingFluidandItsCleanuponWellPerformance,”paperSPE14514presentedatthe1985SPEEasternRegionalMeeting,Morgantown,WestVirginia,Nov.6-8.[ii]Robinson,B.M.,Holditch,S.A.,andWhitehead,W.S.:“MinimizingDamagetoaProppedFracturebyControlledFlowbackProcedures,”paperSPE15250,JPT(1988)753.[iii]Montgomery,K.T.,Holditch,S.A.,andBerthelot,J.M.:“EffectofFractureFluidInvasiononCleanupBehaviorandPressureBuildupAnalysis,”paperSPE20643presentedattheSPEAnnualTechnicalConference,NewOrleans,Louisiana,Sep.23-26.[iv]Sherman,J.B.,andHolditch,S.A.:“EffectofInjectedFractureFluidsandOperatingProceduresonUltimateGasRecovery,”paperSPE21496presentedattheSPEGasTechnologySymposium,Houston,Texas,Jan.23-25.[v]Schubarth,S.K.,andChabaud,R.A.:“MoxaArchFrontierFormationDevelopmentSuccessThroughIncreasedFractureConductivity,”paperSPE28610presentedatthe1994SPEAnnualTechnicalConference,NewOrleans,LA,Sep.25-28.Alsosee:MontgomeryK.T.Thesis1990TexasA&M[vi]Barree,R.D.,Cox,S.A.,