压裂过程岩石摩擦行为研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:pbsiszx1234567
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油气田水力压裂广泛应用于石油和页岩气的增产,是石油工业中的一项有效技术,他会在油井周围的岩石中形成一系列的岩石裂缝,为油气提供流动的路径,从而大大增加了流动效率。而压裂液进入井下,当到达岩石的破裂压力后,压裂液以液压的方式使岩石开裂,压裂液携带支撑剂进入裂缝后,与岩石形成一定的固-液体系,岩石发生摩擦影响开裂的效率,从而影响压裂作业的实际效果。本文通过实验研究了压裂过程中,在不同固液环境下,页岩表面形成的固-液界面对于页岩摩擦的影响,分别在不同液体环境下、不同载荷和滑动速度的条件下,研究页岩与页岩之间、页岩与支撑剂之间的摩擦磨损规律,并探究了新型聚合物覆膜支撑剂在与页岩发生摩擦时的性能,实验后通过表面形貌仪以及SEM、EDS进行进一步分析。结果表明:(1)页岩-页岩摩擦副在不同的固液体系中,页岩表面吸附不同的分子,造成其在摩擦受到影响。当清水或者瓜尔胶溶液在页岩表明吸附形成液体膜时,摩擦系数的减小有利于压裂时裂缝开裂并扩大,石墨烯作为润滑添加剂加入时能够吸附于页岩表面形成固体膜,得到更小的摩擦系数和更低的页岩表面磨损,有利于压裂作业时岩石开裂。较大的滑动速度、合适的负载,能够快速形成石墨烯固体膜,有效支持压裂作业效果。(2)页岩-陶粒摩擦副在不同固液体系中,页岩与支撑剂陶粒表面吸附不同分子影响其摩擦行为。当瓜尔胶溶液在表面吸附形成液体膜时,低载荷低滑动速度下具有一定减摩效果,石墨烯作为润滑添加剂加入后在页岩、陶粒表面吸附形成固体膜,能够带来良好的润滑效果,摩擦系数随滑动速度增大而减小,在压裂作业时有助于支撑剂迅速进入岩石裂缝,摩擦系数随载荷增大先减小后增大,有助于减少支撑剂返排,提高压裂作业效果。(3)新型聚合物覆膜支撑剂具备更好的疏水性,高抗压性和低回流速率。新型聚合物覆膜支撑剂高速泵入井底裂缝后,支撑剂可以与裂缝中的压裂液一起快速移动,支撑剂与页岩之间较小的摩擦力有效减少了聚合物涂层膜与井下岩石之间的磨损,能够有效地减少了支撑剂进入裂缝深度的时间以及进入裂缝时的难度。另外,当聚合物涂覆的支撑剂到达裂缝的深度时,由于压力的增加,摩擦系数增加并且聚合物膜被迅速破坏,支撑剂颗粒这可以有效地停留在裂缝深处,有效减少了支撑剂回流。
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