循环应力加载条件下支撑剂破碎率实验研究

宋时权

（中国石化胜利油田采油工艺研究院，东营 257000）

循环应力加载条件下支撑剂破碎率实验研究

宋时权

（中国石化胜利油田采油工艺研究院，东营 257000）

运用微机控制电液伺服万能试验机，对循环应力加载条件下支撑剂破碎率进行实验研究，考察不同支撑剂及不同应力加载次数下支撑剂的破碎率情况。实验结果表明：循环应力加载对支撑剂的破碎率影响很大。随着应力循环加载次数的增加，破碎率上升明显，且破碎率开始上升较快，随着循环次数的增加而上升缓慢。

循环应力；支撑剂；破碎率

水力压裂是油田的各种增产措施中常用的有效方法之一。水力压裂的目的是要在井筒附近地层形成一条高导流能力的裂缝。裂缝在支撑剂充填层上闭合，每当井底流压发生变化 （如周期性关井、收缩、张开等),作用在支撑剂充填层上的应力也随之变化或随之循环，会产生交变应力，支撑剂和地层物质因交变应力的作用而产生疲劳破坏,导致流体通道坍塌,支撑剂嵌入岩石以及破碎［1］。目前关于循环应力加载对支撑剂破碎率的影响还未见报道，本文模拟在应力循环加载的条件下，支撑剂破碎率的变化情况。

1 实验研究

1.1 实验装置

采用SHT4305微机控制电液伺服万能试验机，模拟地层闭合压力,测支撑剂的破碎率。

1.2 实验方法

按照SY/T 5108-2006行业标准进行破碎率的测试实验。

1.3 实验方案

（1）两种陶粒的对比：对两种不同的30/50目陶粒在69MPa压力下分别进行循环应力加载，测试其破碎率。

（2）循环次数的对比：对陶粒分别进行1次应力加载、3次应力加载、10次应力加载下的破碎率测试。

2 实验结果及分析

2.1 两种陶粒的对比

（1）陶粒1的破碎率实验

应力循环对陶粒1破碎率的影响如图1所示。

图1 应力循环对陶粒1破碎率的影响

随着应力循环加载次数的增加，破碎率上升明显。破碎率为从开始的4%上升到5.2%，增加了30%。

（2）陶粒2的破碎率实验

应力循环对陶粒2破碎率的影响如图2所示。

图2 应力循环对陶粒2破碎率的影响

随着应力循环加载次数的增加，破碎率明显上升。破碎率从开始的4.5%上升到6%，增加了33.3%。

陶粒1和陶粒2在循环应力加载情况下破碎率表现的趋势是一致的，只是幅度不一样，这与支撑剂本身物理性能有关。

2.2 循环次数的对比

应力循环次数对陶粒破碎率的影响见图3。

图3 应力循环次数对陶粒破碎率的影响

随着应力循环加载次数的增加，陶粒1和陶粒2的破碎率都上升明显。陶粒1从1次加载到3次加载时破碎率增加30%，从3次加载到10次加载破碎率增加了15%，陶粒2从1次加载到3次加载时破碎率增加了33.3%，从3次加载到10次加载时破碎率增加了13.3%。由此可见破碎率开始上升较快，随着循环次数的增加上升缓慢。

3 结 论

（1）循环应力加载对支撑剂的破碎率产生很大的影响。随着应力循环加载次数的增加，破碎率上升明显。且破碎率开始上升较快，随着循环次数的增加上升缓慢。

（2）不同支撑剂在循环应力加载情况下破碎率表现的趋势是一致的，只是幅度不一样，这与支撑剂本身物理性能有关。

（3）压裂施工设计预测裂缝导流能力时应考虑循环应力加载因素对陶粒破碎率的影响。

[1]温庆志.影响支撑剂长期导流能力的因素分析与探讨[J].内蒙古石油化工，2003,29(3):101-104.

Study of the Breakage of Proppant Under Cyclic Stress Loading

SONG Shiquan
(Oil Production Institute of Shengli Oilfiled,SINOPEC,Dongying 257000）

Using computer controlled electro-hydraulic servo universal testing machine,under the conditions of cyclic stress loading rate,this paper studies proppant crushing experimental,and effects of different number of support agents and under different stress loading rate of proppant crushing situation.The results show that cyclic stress loading on the breaking rate of proppant has a huge impact.With the increase in the number of cyclic loading stress,fragmentation rate increased significantly.And the fragmentation rate begins to rise rapidly,with the increase in the number of cycles increased slowly.

cyclic stress；proppant；breakage

TE357

A

1673-1980（2012）01-0085-02

2011-08-21

宋时权（1985-），男，湖北嘉鱼人，助理工程师，研究方向为油气增产及检测。