压裂套管中的支撑剂运动已经确定，但它对页岩井的重要性到底有多大？

支撑剂由在压裂作业期间注入压裂液的沙粒大小的颗粒组成。 在页岩油气井中，压裂液通常是水，添加了一些减摩剂（如肥皂）以降低压裂泵送压力。 支撑剂的目的是在水力压裂停止和升高的压力消失后阻止储层中的诱导裂缝闭合。

在页岩油和页岩气井中，使用的支撑剂是 100 目砂和 40-70 目砂的混合物，这些颗粒的直径均小于 XNUMX 毫米。 如此小的砂粒尺寸对于砂子通过压裂操作产生的裂缝网络中的狭窄裂缝是必需的。 较大的沙子会堵塞网络并且无法注入——这是在页岩革命的早期发现的。

通常，页岩水平井有 40 英里长，通过 250 个单独的压裂操作或阶段进行泵送。 每个阶段大约长 10 英尺，金属外壳包含 20-XNUMX 个穿孔簇，每个簇中有几个穿孔。 理想情况下，水平井用这些孔彻底打孔。

支撑剂颗粒的流动路径是难以捉摸的。 首先，谷物必须做一个直角弯曲，才能沿着套管流入穿孔。 然后它面临着复杂的裂缝几何形状——可能是主裂缝分支成次要裂缝，就像树干延伸到树枝然后是树枝一样。

支撑剂颗粒能否进入所有这些裂缝，还是其中一些太窄？ 当 100-40 颗粒不能时，70 目砂粒可能能够挤入较窄的裂缝。

使用粒度小于 100 目支撑剂提高油气产量 已记录在案，并建议将微小的支撑剂颗粒放入更小的裂缝中以保持它们对石油或天然气分子的流动开放。 一种这样的支撑剂称为 DEEPROP。

支撑剂流出套管的新测试.

最近有些 新的测试 已经完成调查 支撑板流量t 穿过套管本身，这意味着一小段水平套管已被穿孔以使压裂液流出。 这不是地下测试——管道铺设在地表的桶上，桶收集离开射孔的支撑剂和流体。

大量运营商支持了该项目，其中使用了具有不同射孔费用、设计和方向的各种射孔组。 已经研究了不同的泵送速率、支撑剂尺寸和砂质。

测试硬件尽可能真实。 套管为 5.5 英寸标准，穿孔直径也是如此。 泵速高达 90 bpm（每分钟桶数），以前从未用于测试支撑剂运动。

通过沿约 200 英尺长的管道对不同的簇进行穿孔来测试单个压裂阶段。 每个 perf 集群都有自己的护罩，将捕获的流体和支撑剂引导到自己的罐中，因此可以对其进行测量。

结果显示了两组不同的集群：一个阶段有 8 个集群，每个集群有 6 个 perfs，或者一个阶段有 13 个集群，每个集群有 3 个 perfs。 测试人员使用 40-70 目沙子或 100 目沙子，这些沙子由以 90 bpm 泵送的滑溜水流体输送。

这些 SPE 论文报告说，支撑剂通过 perf 簇逃逸到桶中是不均匀的：

· 一些支撑剂制品，特别是像 40-70 目这样的较大目数，会驶过第一个簇射孔，直到沿着该阶段进一步进入地层。 这些较大的粒子具有更大的动量。

· 较小的支撑剂颗粒，如 100 目，更均匀地进入簇射孔。

· 已开发出有限的入口设计，在套管顶部每簇只使用一个射孔。

· 特别是对于较大的支撑剂，套管底部的射孔会吸引过多的支撑剂（重力效应），并且可能会因侵蚀而扩大，从而使更少的支撑剂沿着压裂阶段进一步聚集射孔。

套管的支撑剂出口不均匀。

所有的测试都显示出不均匀的支撑剂出口分布。 该表显示了离开簇的最大支撑剂：离开簇的最小支撑剂（即最大支撑剂：最小支撑剂）以及第二大支撑剂：第二低支撑剂的比率。 这些比率代表了不均匀性——比率越大意味着分布越不均匀，反之亦然。

结果表明，在两种集群方案中，40-70 目支撑剂（较大的比率）的分布不如 100 目支撑剂（较低的比率）均匀。

报告给出的解释是，与 40 目支撑剂相比，更多的 70-100 支撑剂是更大和更重的砂粒，在离开较早的穿孔簇之前，往往会被它们的动量带走，然后离开较晚的穿孔簇.

这不是那么理想，因为目标是在一个压裂阶段使支撑剂均匀分布在所有射孔簇中。 但现在有一个大问题，这有多大的不同？

挑战在于优化程序，使支撑剂出口分布更加均匀。 根据报告，测试结果已被纳入计算流体动力学模型（固相萃取209178）。 这种方法已被纳入称为 StageCoach 的压裂咨询计划中。

同时，报告指出，“套管中支撑剂的不均匀流动可能与地层可变性和应力阴影一样重要。” 让我们更深入地研究一下。

页岩油产量波动的其他来源。

真正的问题是支撑剂的不均匀分布对页岩油气的生产有多重要？

页岩油气井变异性大 已记录在案. 例如，典型长度为 4000-5000 英尺的 Barnett 页岩中的水平井显示，底部 10% 的井产量低于 600 Mcfd，而顶部 10% 的井产量超过 3,900 Mcfd。

已知其他几个因素会导致页岩油或天然气流量的广泛变化。

如果水平井长度和井位被归一化以消除它们的可变性，那么压裂阶段、支撑剂尺寸和支撑剂量可以被认为是一阶效应。 这些一级效应已在更成熟的页岩区中得到优先考虑和优化。

然后是页岩中的天然裂缝、地应力和页岩的可裂性等地质特性。 这些被认为是二阶效应，因为它们更难量化。 尽量减少这些可变性来源的努力包括对水平井进行测井，安装光缆或声波仪器或微震地震检波器以测量裂缝扩展以及沿水平井与当地地质的相互作用。

针对这些可变性来源，套管出口分布和支撑剂的均匀性似乎与其他二级效应（例如沿水平井的地质和应力变化）具有相当的重要性。 正如在 Barnett 页岩中观察到的那样，套管出口均匀性无法解释 600 Mcfd 和 3,900 Mcfd 之间的产量变化。

换一种说法，关键是让支撑剂从大多数穿孔簇中排出，并进入形成的裂缝中。 这是通过泵送非常小的支撑剂、100 目或 40-70 目（通常两者兼有）和优化特定页岩区的支撑剂浓度和数量来实现的。

这是过去 90 年页岩革命取得显著成功的目标的 20%。 因此，从新的地面测试中很难看出支撑剂从一个射孔组出口到另一个射孔组的微小变化可能对石油或天然气生产产生一级影响。

但也许这个项目中其他测试、不同测试的结果将揭示对页岩生产的更显着影响。