Движение пропанта

Свойства проппанта

Округлость и сферичность. Влияют на расположение зерен проп­панта и выдерживаемую ими нагрузку. Округлость - это показатель кривизны поверхности песчинок. Сферичность — это показатель того, насколько близка форма песчинок к шару. Рекомендуемые показате­ли округлости и сферичности — 0,6.

Плотность. Это показатель абсолютной плотности проппанта по отношению к воде. Плотность проппанта определяет перенос и рас­положение проппанта вдоль трещины. Проппанты высокой плотно­сти труднее поддерживать во взвешенном состоянии в жидкости раз­рыва при их транспортировании вдоль трещины. Заполнение трещи­ны проппантом высокой плотности может быть достигнуто двумя путями — использованием высоковязких жидкостей, которые транс­портируют проппант по длине трещины с минимальным его осажде­нием, либо применением маловязких жидкостей при повышенном темпе их закачки. Рекомендуемая предельная плотность — 2,65.

Объемная плотность. Это отношение массы материала к объему, который он занимает (фунт/фут³ или грамм/см³). Рекомендованная максимальная о.п. - 105 фунт/фут³, 1700 кг/м³).

Растворимость в кислоте (12% НС1 — 3% HF). Показатель количе­ства имеющихся примесей и относительной стойкости проппанта к кислоте. Измеряется массовой концентрацией в процентах. Рекомен­дуемый максимум для песка - 2%, для проппанта со смоляным по­крытием — 7%.

Примеси мелкозернистых частиц. Этот показатель определяет ко­личество примесей частиц глины, ила или другого мелкозернистого материала в проппанте. Содержание мелких частиц в проппанте мо­жет существенно понизить проницаемость трещины разрыва. Хоро­шо промытый и обработанный проппант не содержит большого ко-

личества мелкозернистых примесей. Единица измерения FTU. Реко­мендуемый показатель - 250 FTU (formation tubidity units).

Сопротивляемость раздавливанию. Обозначает относительную прочность проппанта путем измерения количества материала, кото­рое раздавливается под воздействием определенной нагрузки. Выра­жается в процентном содержании образованных мелких частиц. Ре­комендуемые АНИ максимальные пределы:

- для 12/60 - 16% при давлении 3000 psi (204 атм);

- для 20/40 - 14% при давлении 4000 psi (272 атм);

- для 12/20 со смоляным покрытием — 25% при давлении 7500 psi (510 атм);

- для 16/20 со смоляным покрытием - 25% при давлении 10000 psi (680 атм).

Сцепляемостъ. Измеряется массовой концентрацией в процентах. Обозначает силу прикрепления отдельных зерен проппанта друг к другу.

Эффективность любого гидроразрыва в большой степени зависит от проводимости созданной расклиненной трещины. Проводимость, в свою очередь, зависит от размера и прочности проппанта и распре­деления проппанта в трещине. Необходимо отметить, что проппант не всегда движется с жидкостью гидроразрыва из-за фильтрации жид­кости в породу, поэтому не происходит раскрытия трещины на 100% ее площади. Поверхности трещин, не разделенные проппантом, зак­роются обратно под действием существующего напряжения, то есть эти трещины сомкнутся. Таким образом, только расклиненные проп­пантом трещины будут доступны потоку жидкости и будут обеспечи­вать высокую эффективность ГРП.

При движении частиц проппанта при гидроразрыве существует не­сколько ступеней:

- движение через устьевое оборудование;

- движение вниз, через колонну НКТ;

- движение с изменением направления, через перфорационные от­верстия;

- транспортировка в трещине и дополнительное оседание, которое может произойти во время закрытия трещины.

Для того чтобы определить процесс движения проппанта по тре­щине, необходимо иметь представление о форме трещины.

Трещина может иметь две основные формы:

1) горизонтальная трещина - это разрыв, распространяющийся по всем направлениям от ствола скважины в плоскости, перпенди­кулярной стволу скважины;

2) вертикальная трещина — это разрыв, распространяющийся в двух направлениях от ствола скважины. Вертикальные трещины могут быть представлены в виде эллипса.

Для упрощения расчетов форму трещины принимают в виде прямо­угольника и допускают, что жидкость имеет проход по всей высоте трещины и что проппант входит в трещину всегда одинаково — по ширине трещины.

Движение частиц проппанта зависит от следующих параметров:

- размер проппанта;

- плотность проппанта;

- скорость жидкости;

- вязкость жидкости;

- утечки жидкости;

- плотность жидкости;

- форма проппанта;

- концентрация проппанта.

Горизонтальная скорость частиц и скорость оседания (вертикаль­ная скорость) будут определять распределение частиц в трещине. Ча­стица проппанта входит в трещину вместе с движущимся вперед по­током жидкости и продолжала бы свое горизонтальное движение с постоянной скоростью, если бы не контактировала со стенками по­роды. Если бы жидкость имела низкую вязкость (например, газ) или разница между плотностью жидкости и частиц была бы очень боль­шой, происходило бы буксование и частица двигалась бы медленнее жидкости. Одновременно частица будет двигаться вертикально вниз под действием силы тяжести. Когда сила захватывания будет уравно­вешена силами гравитации, произойдет оседание частицы. Скорость оседания частиц проппанта в ньютоновской жидкости зависит от ди­аметра частицы, вязкости жидкости, разницы между плотностью ча­стицы и жидкости.

Горизонтальная скорость жидкости зависит от ширины трещины и расхода жидкости при закачивании. По мере продолжения опера­ции по разрыву закачивается больше жидкости, и трещина растет в длину и ширину. Если поддерживается постоянный темп закачки,

скорость в любом месте по длине трещины со временем медленно понижается, т.к. увеличивается ширина трещины. К тому же в про­цессе закачки происходят потери флюида, что приводит к увеличе­нию концентрации проппанта, уменьшению скорости движения жид­кости и влияет на "скрытое оседание" проппанта.

Таким образом, расстояние вдоль трещины, которое проходит ча­стица проппанта, прежде чем достигнуть основания трещины, зави­сит от значения скорости жидкости, скорости оседания и высоты тре­щины. Скорость жидкости зависит от расхода при закачивании, ши­рины и высоты трещины в данный момент. Вертикальная скорость оседания будет зависеть от вязкости жидкости, диаметра и формы ча­стицы и различия в плотности частицы и жидкости.