刘浩琦, 陈富红, 余致理, 龚伟, 罗西, 林魂

油气藏评价与开发 2025, 15 (3): 528-536. DOI:10.13809/j.cnki.cn32-1825/te.2025.03.021

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水力压裂作为页岩气藏开发的重要技术，如何有效提高深层页岩储层“狭长缝”内的支撑剂铺置效果成为目前亟须解决的难题。研究基于模拟深层页岩储层狭长裂缝的平板实验装置，对压裂液黏度、注入排量、支撑剂粒径、加砂质量浓度、裂缝宽度、支撑剂类型等参数进行对比实验，以了解支撑剂颗粒在深层页岩储层狭长裂缝内的沉降运移规律。结果表明：与宽缝相比，相同条件下支撑剂颗粒在深层页岩狭长缝内形成的砂堤前缘坡度降低，前后砂堤高度差距减少，支撑剂颗粒的整体铺置效果更加均匀平缓；在深层页岩狭长缝内，末端砂堤面积占整体砂堤面积的比重随压裂液黏度、注入排量的增大而增大，而加砂质量浓度对其影响程度较低；微小粒径支撑剂颗粒同样对末端砂堤的铺置具有促进作用，并且更有利于整体砂堤的均匀铺置；深层页岩狭长缝内裂缝宽度的收缩对收缩前裂缝内的砂堤铺置无明显影响，但会阻碍收缩后裂缝内支撑剂颗粒的流动铺置。收缩后裂缝内砂堤的覆盖面积减小，平衡高度降低，砂堤整体铺置更加均匀。但支撑剂的沉降量减少，同时增大了深层页岩储层裂缝有效压裂支撑的难度。该实验研究成果可为深层页岩储层的压裂改造设计提供有力的支撑。

与潘林华等[15]的实验（12 mm裂缝宽度内支撑剂运移展布物理实验，除裂缝宽度不同外，其他参数全部保持一致）进行对比发现（图3）：从砂堤的局部形态来看，在入口段，潘林华等的实验中砂堤呈明显上升趋势，高度差达到26 cm，而该实验的高度差仅为3.2 cm；潘林华等的实验中砂堤前缘坡度为32°，是该实验砂堤前缘坡度5°的6倍多。在中间段，潘林华等的实验中砂堤高度从54.2 cm减至42.3 cm，呈现下降趋势，而该实验中间段砂堤铺置较为均匀，砂堤高度保持在25 cm左右，无明显起伏。在出口段，潘林华等的实验中砂堤铺置均匀，砂堤高度保持在42 cm左右，而该实验出口段砂堤高度由25 cm涨至36 cm，呈现上升趋势。从砂堤整体而言，潘林华等实验的前后砂堤高度相差14 cm，高出该实验高度差6 cm。平衡高度的百分比和覆盖面积的百分比从潘林华等实验中的38.2%和50.0%减小到该实验的25.5%和1.3%，分别降低了12.7%和18.7%。对比结果表明：在相同条件下与宽缝相比，深层页岩狭长缝内砂堤平衡高度更低，覆盖面积更小，但铺置形态更趋于均匀平缓。前文提及的入口段的聚团效应和中间段的滑移现象分别是导致砂堤前缘坡度减小和出口端砂堤坡度增大的原因，同时也是狭长缝内支撑剂颗粒铺置形态趋于平缓的原因。砂堤平衡高度降低和铺置面积减少的原因在于，随着砂堤高度的增加以及裂缝宽度的收缩，流体过流断面减小，在流量一定的情况下，裂缝内流体的速度增大，支撑剂颗粒沉降运移时间减少所致。此外，与ZENG等[23]实验（采用长和高分别为

1.50 ? m 和 0.27 ? m 、 裂缝 宽度 为 3.00 ? m m

的平板裂缝）相比，该实验将平板裂缝高度扩大4倍多，设置为110 cm，更贴近实际情况。随着裂缝高度的增加，支撑剂颗粒的自由沉降时间延长，支撑剂颗粒在自身重力的作用下快速沉降填充，因而在裂缝入口端并未出现颗粒损耗区和具有明显坡度的砂堤。