8.3.4 沉降型支撑剂分布在线视频

同学们好

本节我们学习沉降型支撑剂的分布

我们学习了全悬浮型的支撑剂

在裂缝中的分布状态

对于裂缝中的支撑剂来说

如果高粘度的压裂液

悬浮支撑剂的能力不够

支撑剂总会有在重力的作用之下

沉降的趋势

对于全悬浮型的支撑剂来说

因为粘度高 携带能力强

可以达到全悬浮的状态

对于沉降型的支撑剂来说就不一样了

我们需要关心

支撑剂在裂缝中的运动状态

因此我们首先来看一下

在裂缝中的固体颗粒

它的受力和运动状态是什么样的

这是一颗支撑剂的颗粒

它在裂缝中受到的有三个力的作用

首先 重力 压裂液的浮力

以及向前运动的压裂液

对于固体颗粒的摩擦携带力

在这三个力的作用之下

支撑剂在裂缝当中

处于什么样的运动状态呢

是向前运动 还是沉降下来

要取决于这三个力的合力的作用

因此我们说在裂缝当中

沉降型的支撑剂

要与这三个力的作用之下

它的运动状态是有关系的

在这个问题里面

我们需要关注的有以下几点

首先

支撑剂进入到裂缝中之后

它有沉降下来的趋势

那么这个沉降下来的趋势

主要受到了摩擦携带力的影响

也就是摩擦携带力越强

它向前运动就越明显

如果携带力弱了 它就要沉降下来

而摩擦携带力呢

是跟压裂液的粘度

以及压裂液的流动速度是有关系的

那么我们在整个的压裂过程当中

能够控制的是流动速度

也就是在地面上注入的压裂液的排量

排量可以控制 有高有低

进入到裂缝中之后

流动速度就可以有变化

除此之外 我们还关注的问题

就是如果支撑剂沉降到裂缝的底端

使得在裂缝中流动的液体的

流动速度会受什么样的影响呢

如果压裂液的排量一定

流入到裂缝中的流动速度

就取决于它在裂缝里面的流通的面积

而流通的面积呢

开始的时候整个的裂缝里面

全充填有压裂液的时候

它的流通面积相对是大的

流通面积大了它的流动速度就要低

它的携带能力呢就要差一些

这时候支撑剂沉降下来的趋势

就更明显一些

随着支撑剂在裂缝中沉降

堆起来的沙堤高度越来越高了

那么剩余有压力液流动的空间就少了

换句话说

它的流通面积就小了

同样的排量 流通面积小了

它的流动速度就要加大

流动速度加大

就使得它的携带能力就增强

所以在裂缝当中

压裂液和支撑剂的运移的问题

那么要取决于它的流动面积

要取决于它堆起的沙堤的高度

这是我们要关注的一个方面

另外的一个方面

就是在垂向上

压裂液携带的支撑剂

是同一个浓度吗

对于全悬浮型的来说

当然是同一个浓度

但是对于沉降型的来说

它就有垂向上的浓度的差别

显然越靠下它的浓度就会要高一些

而靠上浓度要小一些

甚至是它最上端的时候

是没有支撑剂存在的

这是浓度上的分布的问题

另外还有

在流动的过程里面

有特殊的一种现象

什么样的现象呢

就是沉积下来的 或者是堆积起来的

这些支撑剂的颗粒

是固定不动的吗

我们来看下面的一段实验的录像

这段实验

是用了透明的 相对的有机玻璃板

形成了一条裂缝

然后在缝口端注入了携砂液

来观察这些支撑剂

在裂缝里面它的运动的状态

我们可以看到

在缝口的这个位置

砂子已经堆起来了一个砂堤

而砂堤以上

我们可以仔细看

它的流动速度是比较快的

而到了砂堤的后端这一部分

因为它的流通面积大了

流动速度慢了

我们会发现

支撑剂有沉降下来的趋势

而且在垂向上呢

我们也发现支撑剂的浓度呢

大小是不一样的

刚才我们说到的特殊现象是什么

同学们可以仔细观察

在砂堤的表面上 这些砂粒

处于了一种滚动的状态

也就是说

沉降下来的砂粒

在砂堤的表面的时候

受到了压裂液向前运动的携带力的作用

这些携带力使得这些砂粒呢

有向前滚动的趋势

这是我们通过实验观察到的一种情况

那么随着流动的进行

整个的压裂液和支撑剂

会处于一种什么样的状态呢

我们会发现

砂堤的高度不再变化了

为什么

是因为在这一部分里面

支撑剂在向前运动的过程当中

没有沉降下来了

换句话说

支撑剂在这种情况之下

就出现了一种平衡的状态

这种平衡的状态导致了不沉降

向前运移

也就意味着砂堤的高度不变化

变化的是什么呢

就是沙堤的长度

也就是随着施工时间的延长

越来越多的支撑剂被注入到裂缝当中

而裂缝里面的支撑剂堆起的砂堤

它的长度会延长了

这就是我们要追求的

一种施工时候的一种平衡状态

我们再来看

随着我们注入的流动速度的改变

砂堤的高度是可以变化的

是我们可以控制

到了最后这种情况我们加大排量

最高的排量

甚至可以把砂堤完全吹走

吹到了后方

这就是说施工的时候

排量是一个主控的因素

它决定了堆起砂堤的高度

这样我们在设计

整个沉降型的支撑剂

在裂缝内分布的时候

我们就有了一个能够人为决定

或者是控制的因素

好了

总结起来支撑剂

也就是沉降型的支撑剂

在裂缝里面 在缝的高度上

也就是在垂向上

它的分布分为了四个区

首先最底端是砂堤区

往上是滚流区

滚流区以上就是悬浮区。

悬浮区以上叫做无砂区

在缝高方向上有这么四个区间

那这四个区间呢

是随着注入流速 压裂液的流速是有变化的

这种变化 如果加大流速

我们说这四个方面的区域

会有什么样的影响呢

同学们可以考虑

加大流速 就意味着砂堤

就会被冲得要低一些

甚至是完全冲走了 消失了

而哪些区域会变大呢

加大流速以后实际上增大了悬浮区

而其他的几个区域都是要变小

甚至是消失的

而减小流速

砂堤的高度就要垒得更高

那么这个时候我们追求的一种现象

就是所谓的平衡状态

也就是在一个固定的排量之下

总有一个固定的砂堤的高度

来达到平衡的状态

使得砂堤不再增高

而支撑剂 砂子会继续向后流动

而使得整个砂堤的长度增加

我们追求的这样一种状态

在现实的施工当中

可以通过排量的方式来达到

我们来看所谓的平衡状态

指的就是液体的流速

逐渐的达到了使颗粒悬浮的状态

这种时候颗粒就停止了沉降

是向前运移的

所以达到平衡状态

而平衡状态对应的液体的速度

我们称为平衡流速

也就是平衡的时候的流速

也就是液体携带颗粒

向前运动的最小流速

那么怎么去计算它的平衡状态与平衡流速的呢

我们来看这个示意图

达到了这种平衡状态之后

平衡流速呢可以用排量

裂缝的宽度和流动的空间的高度来表示

这个地方我们用了hEq来表示

这段砂堤以上的流通通道的高度。

利用这个式子

我们可以求平衡流速

变换一下形式呢 我们又得到了

这段流动空间的高度

它是怎么算出来的

这样的话

我们就可以用总的裂缝高度

也就是它的动态缝高

减掉这一部分流动空间的高度

我们就得到了砂堤的高度

这个砂堤的高度

我们称为砂堤的平衡高度

平衡高度就是用了这个表达式来计算

同时我们看到

它跟动态缝高有关 跟排量有关

缝宽有关 和平衡流速有关

也就意味着什么呢

我们对于一个压开的裂缝来说

我们想得到砂堤的高度

我们可以用这个式子去计算

其中能够控制的因素就是排量

也就是通过排量

我们可以控制在一个缝里面

它的砂堤高度是多少

为什么要控制它呢

同学们可以想象

这样的一个裂缝里面堆起来沙堤之后

如果停泵 施工结束了

整个的这个缝 它支撑住得真正的缝高

也叫支撑缝高 是谁呢

也就是这个砂堤的高度

也就是说只有砂堤才支撑出了 有效的一个缝高

而上面的这一部分就闭合了

也就是在这种支撑型

也就是叫沉降型的支撑剂里面

在真正的支撑裂缝的时候

并不是动态缝高

而是砂堤堆起来的高度

砂堤堆起来的高度

我们用排量来控制它了

其实就是控制了整个裂缝里面的缝高问题

那么下面我们就来看一下

沉降型的支撑剂

跟我们前面讲过的

全悬浮型的支撑剂有什么样的区别呢

对于全悬浮型的支撑剂来说

进入到裂缝中之后有一种状态大家还记得

就是压裂液到达的地方

就是支撑剂到达的位置

那么这种状态使得裂缝的形态有什么样的特点呢

裂缝的缝长 也就是它的支撑缝长

可以达到动态缝长的这样的一种程度

也就是所有的位置都有可能有支撑剂撑住

这是缝长 而缝高同样的

压裂液撑起来的缝高

如果都有支撑剂撑住的话

那么整个的缝高也可以达到动态的缝高

但是缝宽 就不行了

缝宽的影响 取决于支撑剂

在裂缝里面浓度的分布

浓度越高

撑住的裂缝的缝宽就越宽一些

而相对来说

悬浮型的支撑剂

撑起来的裂缝

它的缝宽要窄一些

我们来看沉降型的支撑剂

沉降型的支撑剂是进入到裂缝之后

它的缝宽是可以达到动态缝宽的

为什么这么说

我们说堆起来的砂堤完全的充满了

压裂液张开的裂缝

这个时候

裂缝在闭合的时候呢

就有可能接近动态缝宽

因为它是用砂堤堆起来的

是密实的一种堆积形式

而它的缝长就不一定了

也就是说 缝长的确定

是取决于砂堤的长度

而砂堤的长度呢取决于施工的时间

大家还记得平衡状态的时候

它的砂堤延长的长度

就是跟施工时间有关系的

裂缝的高度呢

裂缝的高度显然也不是动态的缝高

刚才我们已经强调了

它取决于砂堤堆起的平衡高度

那么相对来说 沉降型的支撑剂

能够压开的裂缝 能够支撑的裂缝

就是宽一些 相对短一些的裂缝

它的导通能力 或者导流能力要强一些

按照我们前面的理解

对于这种悬浮型的支撑剂

和沉降型的支撑剂来说

全悬浮型容易形成的是窄而长的裂缝

而沉降型的支撑剂能够形成的

是相对宽而短一些的裂缝

这种沉降型的支撑剂

就适合于中高渗透率的地层

进行压裂的时候使用

而全悬浮型的支撑剂呢就适合于

渗透率相对低一些的地层来使用

以上就是本节介绍的主要内容

同学们再见