自悬浮支撑剂性能评价关键技术指标探讨

自悬浮支撑剂通过遇水自增粘来降低沉降、提升携砂能力,具有改善铺砂剖面的技术优势。目前按照石油行业标准《水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法》无法全面表征其性能,给材料评价和优选带来困难。本文设计出自悬浮支撑剂增粘能力测试方法,提出纵向上、下密度比值来定义悬浮率,并研制出相关设备和评价方法,测试结果表明适用性良好,为产品优选和现场应用奠定了基础。

油基岩屑残渣自悬浮支撑剂的制备及性能评价

目的为了安全有效地处置和利用页岩气开采过程中产生的油基岩屑残渣,采用其烧结陶粒支撑剂,同时,为提高支撑剂在清水中的悬浮性能、改善支撑剂在裂缝中的分布、简化压裂施工工艺、提高压裂增产效果,进行了自悬浮支撑剂的制备与研究。方法通过聚合反应将聚丙烯胺树脂包覆在支撑剂表面,制得膨胀型自悬浮支撑剂,研究了交联剂用量、单体量、合成温度对自悬浮支撑剂膨胀性能的影响。结果覆膜材料配比(质量比)为:m(陶粒)∶m(丙烯酰胺)∶m(N,N′-亚甲基双丙烯酰胺)∶m(过硫酸铵)∶m(N,N,N′,N′-四甲基乙二胺)=10.000∶2.000∶0.002∶0.020∶0.031时,自悬浮支撑剂性能最佳,其膨胀倍数为4.3,沉降速度为45 mm/s。结论覆膜支撑剂自悬浮功能的实现主要与聚丙烯酰胺树脂的溶胀有关,树脂的体积膨胀和聚丙烯酰胺分子链向外延伸引起溶液黏度的增加,提升了支撑剂在溶液中的沉降阻力。该研究对拓宽油基岩屑烧结支撑剂的应用范围、提高油基岩屑残渣资源化利用产品附加值有十分重要的意义。

自支撑相变压裂技术中相变热对裂缝温度的影响

采用差示扫描量热法测试了相变流体热通量曲线,以此建立反映相变转化率与温度、时间关系的反应动力学模型,进而构建了考虑相变热的裂缝和岩体温度场模型,采用前人建立的温度场模型验证了本模型的可靠性,利用新模型研究了不同注入参数、相变压裂液性能参数对裂缝和岩体温度变化的影响规律。研究表明:缝内温度在不同位置、不同时间受注入冷流体的冷却效应和相变过程中的放热效应交替主导;压裂液注入初期,缝内温度较高、相变速度较快,相变放热对储层岩石温度影响较大;注入后期,缝内温度降低,相变放热速度减慢、压裂液对储层岩石的冷却效应增强。相变热对裂缝温度的影响较大,与不考虑相变热相比,当考虑相变热时,注液结束时缝内温度均有不同程度上升,当相变热由20J/g上升至60J/g时,缝内温度上升最大值由2.1℃升至6.2℃。相变热和相变流体(PF)体积分数与裂缝温度变化呈正相关,比热容则与温度变化呈负相关。随着注入时间的增加,缝口温度、相变速度逐渐降低,最大相变速度和最大温度差值位置逐渐从缝口转移到距缝口约10 m处。

环境友好型高成球产率自生支撑剂的构筑与性能

为了避免使用有机溶剂、改善自生支撑剂在井下生长过程中易粘并团聚的问题,采用苯乙烯(St)和二乙烯基苯(DVB)作为可相变组分、含分散剂的水溶液作为不可相变组分,设计了一种环境友好型自生支撑剂。通过调控不可相变组分中分散剂的组成和用量及两组分的预混合搅拌转速等方法,确定自生支撑剂的最佳配方及制备工艺。通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析、红外光谱分析了自生支撑剂的形貌与结构,通过颗粒强度测定仪、恒载试验机等评价了自生支撑剂的性能。结果表明,两组分的预混合转速为120r/min。不可相变组分中的分散剂为聚乙烯醇-1788、甲基纤维素、十二烷基苯磺酸钠(质量比为5000∶175∶2)。在模拟裂缝温度为100℃且完全静置反应的条件下,自生支撑剂的液-固相变时间范围为32.5~40.0min,相变后约24min时完成强度的快速增长。自生支撑剂单颗粒分散微球的产率可达78%,且可控制60%的微球尺寸分布于0.850~0.425mm(20~40目)。自生支撑剂微球单颗粒强度极大值约32N,视密度约1.18g/cm^(3),球形度高于0.9,酸溶解度低至2.47%。自生支撑剂微球的单颗粒强度与市售陶粒支撑剂相当,显著高于市售石英砂支撑剂;其耐酸性显著高于市售陶粒和石英砂支撑剂。提出的自生支撑剂体系和制备方法改善了自生支撑剂流体在缺失剪切力辅助作用下易团聚、产率低、成球率低的难题,且不需添加有机溶剂、环境友好,具有深部储层开采的极大潜力。

复杂裂缝分叉结构处悬浮支撑剂的分流比定量表征模型及影响因素

为了定量表征悬浮支撑剂在复杂裂缝分叉结构处的运移规律,基于裂缝分叉结构处悬浮支撑剂的受力分析,构建了裂缝分叉结构处悬浮支撑剂的分流比计算模型,分析了压裂液参数(注入速度和黏度)、支撑剂参数(密度、粒径和砂比)及裂缝形态(缝宽、缝宽比、逼近角)对悬浮支撑剂分流比的影响,并用数值模拟结果进行验证。结果表明:所建立的计算模型能较准确地计算出裂缝分叉结构处悬浮支撑剂的分流比;裂缝分叉结构处悬浮支撑剂的分流比随流体分流比的增加而增大,但其远小于流体分流比;裂缝分叉结构处悬浮支撑剂分流比随流体黏度、砂比、缝宽、缝宽比的增大而增大,但却随注入速度、支撑剂粒径、支撑剂密度、逼近角的增大而减小。因此,在非常规储层改造时选用小粒径、低密度支撑剂可以提升分支裂缝的支撑效果。研究结果可为非常规储层改造的支撑剂优选提供重要理论支撑。

煤层气低温低伤害自悬浮支撑剂性能评价与现场应用

为了实现煤层气储层高效开发,需要开展储层改造,水力压裂则是最重要的改造手段。面对深部煤储层加砂困难易砂堵、支撑缝长较短、改造范围较小等问题,常规“活性水+石英砂”的砂液组合已无法满足压裂改造需要,因此从支撑剂角度入手,提出一种自悬浮压裂液体系,以提升压裂改造效果。本文对该体系的悬浮性能、流变性能、破胶性能、压裂液破胶液残渣含量、岩心伤害情况开展室内实验评价,结合裂缝导流能力模拟、裂缝监测结果和实际产气量验证了自悬浮支撑剂与石英砂的组合加砂模式可以提高压裂改造效果,大幅提升煤层气井的产气量,可进一步应用于现场。

自移管缆拖移装置设计

随着煤矿开采机械化水平越来越高,掘进和回采工作面两巷采用人工和绞车回撤和拖动电缆、水管等已不能适应工作面高效生产的需求,表现出效率低、容易对电缆造成伤害以及安全隐患多等问题。为了解决这些问题,设计了一种利用吊挂在巷道顶板悬空轨道自移的管缆拖移装置。

自锚式悬索桥吊索张拉对主缆垂度敏感性分析

为确定大跨自锚式悬索桥先斜拉、后悬索施工方案中吊索张拉方案,以鹅公岩轨道交通专用桥工程为背景,采用有限元软件ANSYS建立自锚式悬索桥成桥的计算模型,依据Ernst公式调整材料等效弹性模量,研究在单吊点、双吊点、三吊点荷载作用下主缆的位移变化,在前期大部分未挂上吊索、后期少部分未挂上吊索时通过4个算例分析主缆位移变化,分析不同吊索张拉方案、结构体系转化工程中对主缆垂度敏感性。研究结果表明:单位荷载作用下,中跨与边跨节点主缆位移变化明显,主塔两侧、中跨跨中、主梁锚固端对单位荷载的作用不敏感;吊索张拉过程中张拉位置处的主缆变形对已张拉点主缆垂度敏感性弱相干,对未张拉相邻吊点主缆垂度敏感性强相干;吊索张拉前期,主缆位移呈非线性变化,后期呈线性变化。

新型自悬浮支撑剂性能评价与现场应用

针对常规胍胶压裂液压裂时残渣对低渗油藏储层伤害大、配液流程复杂、作业强度大的问题,以覆膜石英砂为支撑剂核心、膨胀性树脂为悬浮性材料制备了自悬浮支撑剂,对其性能进行了评价,并开展了清水压裂试验。室内性能评价结果表明:自悬浮支撑剂的理化性能与陶粒、覆膜石英砂相当,导流能力与覆膜石英砂相当,可以在140s内形成悬浮状态,在110℃下静置120min不会分层;在540s^(-1)剪切速率下,剪切10min后,稳定时间为27min,而且破胶后胶液的黏度只有4mPa·s。该自悬浮支撑剂在6口井的清水压裂中进行了应用,施工成功率100%,达到了国内常规冻胶压裂液加砂压裂的技术指标。研究结果表明,自悬浮支撑剂可以满足清水压裂施工的需求,能达到节省胍胶、简化配液流程、减轻储层伤害的目的,具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

新型自悬浮压裂支撑剂的应用

目前常规的水力压裂一般由冻胶压裂液和支撑剂两部分组成,压裂施工流程复杂,冻胶残渣对地层伤害大,施工成本较高。新型自悬浮支撑剂压裂技术利用支撑剂表面可水化分子涂层的溶胀、润滑、增黏作用,实现支撑剂与压裂液合二为一的突破,简化施工流程,减少储层伤害,降低压裂成本。对新型自悬浮支撑剂的自悬浮、溶胀、防膨、破胶性能及裂缝导流能力等进行了室内实验研究,并进行了自悬浮支撑剂压裂技术矿场试验。研究结果表明,自悬浮支撑剂压裂工艺技术降本增效效果显著,具有良好的应用前景。

高通道压裂自聚性支撑剂研究进展

针对非常规油气资源难以开采且多依赖水力压裂增产措施的特点,结合近几年刚刚兴起的高通道压裂技术,介绍了国外支撑剂自聚调控技术的最新进展。重点综述了自聚性支撑剂表面处理技术、表面改性机理、支撑剂在线涂层工艺的研究现状,指出了高通道压裂自聚性支撑剂亟需解决的问题及发展趋势。

平胜大桥体系转换施工控制的关键技术

针对自锚式悬索桥体系转换施工期的受力和变形特点,系统地总结和提出吊索张拉方案(含鞍座顶推)确定的六原则。以此原则为基础,探讨平胜大桥(世界上第一座独塔自锚式悬索桥)吊索张拉的可能方案,给出推荐方案。针对自锚式悬索桥吊索张拉方案中各施工步实施及其控制的共性问题,讨论吊索张拉方案中各施工步的实施控制原则和实施方法,给出建议。平胜大桥按推荐方案、建议的施工步实施控制原则和实施方法进行吊索张拉和鞍座顶推施工和控制,高效、高精度地达到了预期目标。

一种新型自支撑压裂液体系实验研究

水力压裂是油气藏增产改造的重要技术手段,已广泛应用于国内外各大油田生产中。通过对压裂液体系进行大量文献调研后发现,目前压裂液体系的各种改进,主要围绕着“携砂”在进行。提出了一种新型自支撑压裂液体系,该液体体系完全摆脱了“携砂”的概念,在压裂液泵注过程中完全不携带固体支撑剂,而是将压裂液与支撑剂结合为一体,当液体到达目的层后通过地层温度控制由液相转化为固相支撑压裂裂缝。实验获得的自支撑压裂液体系能够在85°C、30 min内形成具有一定圆球度和强度的支撑固体。液体体系的黏度上限为45.58 mPa·s,具有良好的注入性和稳定性。液体相变后形成的固体支撑剂密度为1.07 g/cm^3,分选系数为1.41,主要粒径为20~40目和40~70目,其破碎率分别为4.7%和8.75%。

自悬浮支撑剂清水携砂压裂增产机理研究

自悬浮支撑剂作为一种压裂用新型支撑剂,目前国内外相关文献报道的内容主要是室内性能评价及矿场试验情况,而对其增产机理几乎未见公开报道。通过自悬浮支撑剂悬浮性能理论分析,对其覆膜的溶解、溶胀性进行评价;采用物理模拟与数值模拟的方法研究其混砂液动态流动规律,评价其导流能力并进行了影响因素分析。研究结果表明:骨料密度、溶胀倍数、水化后液体黏度是影响自悬浮支撑剂沉降速度、实现自悬浮的主要因素;相对于普通支撑剂,自悬浮支撑剂的铺置距离更远、纵向铺置更均匀,有利于提升压裂裂缝的导流能力。现场在苏北的溱潼凹陷试验了两井次,相较同区块的常规压裂井日产油量增加2倍以上,表明自悬浮支撑清水携砂压裂能有效提高压裂井的产能。

黄河桃花峪自锚式悬索桥体系转换方案的比较研究

结合世界最大跨度自锚式悬索桥黄河桃花峪大桥的工程实例,针对平面主缆双塔三跨自锚式悬索桥缆索体系各阶段的几何和力学特点,明确该桥型吊索张拉有"先边后中"、"边中共进"2类和每类6种的吊杆张拉思路,分析空缆状态及各种方案转换过程缆索系统的几何与力学特点、"多轮循环法"与"逐步推进法"的施工特点,指明体系转换方案择优的方向。在此基础上,确定并比较"先边后中"的方案2、"边中共进"的方案1和"边中共进"的方案2,明确"先边后中"的方案2和"边中共进"的方案1是黄河桃花峪大桥较优的体系转换方案,且各有特点和优势。继而给出其中之一的体系转换优选典型方案——"先边后中"的方案2的关键计算结果,证明该方案的可行性、安全性、经济性和可控性。体系转换的结构效应实测值与理论值吻合良好,表明了体系转换方案确定与论证的正确性,以及体系转换方案实施的高质量。

基于自锁原理的磁悬浮飞轮电磁锁紧机构

为满足空间用磁悬浮飞轮在发射过程的性能需求,提出了一种基于机构自锁原理的可重复电磁锁紧机构。针对磁悬浮飞轮设计了质量为158 g的锁紧/解锁机构,尺寸为45 mm×49 mm×40 mm。给出了锁紧/解锁机构的组成和工作原理,建立了锁紧/解锁机构的数学模型。针对地面和空间两种环境,分析了机构在锁紧和解锁过程中锁紧力和解锁力的变化曲线,并根据某型卫星发射过程中的正弦振动、随机振动和冲击力学试验验证了锁紧机构。结果表明,该机构最大锁紧力为650 N,保持锁紧和解锁状态的力分别为133.8 N和-9.4 N,可有效实现锁紧和解锁功能,重力对锁紧机构的性能影响很小,从而为磁悬浮飞轮的空间应用奠定了技术基础。

自支撑相变压裂技术室内研究与现场应用

为了解决常规水力压裂普遍存在的砂堵、残渣伤害、设备磨损、裂缝远端难以得到有效支撑等问题,提出了一种自支撑相变压裂技术,即:向储层注入由相变流体和非相变流体组成的相变压裂液体系,在地层温度的刺激下,相变流体发生相变,由液体变为固体的相变支撑剂颗粒从而支撑水力裂缝,而非相变流体占据的空间在其返排后则成为油气高速流动的通道;在此基础上,进行了材料性能评价、工艺参数优化和现场应用。研究结果表明:①在30℃下,相变压裂液体系是一种无固相的液体,流动性好,随着温度的升高,逐渐生成相变支撑剂颗粒;②相变流体相变时间可调,能够适合不同温度的储层;③在不同配方、不同剪切速度条件下,相变压裂液体系能够形成粒径介于0.1~5.0 mm的相变支撑剂;④裂缝导流能力与粒径大小呈正比,导流能力优于石英砂和陶粒。现场应用效果表明,缝长及导流能力优化、注液排量设计、温度场模拟计算等配套手段进一步完善了自支撑相变压裂技术体系,能够有效地指导自支撑相变压裂现场实施。结论认为,现场应用的成功,验证了该项技术的可行性,可以为储层改造提供一种新的压裂技术。

气悬浮支撑剂技术在长庆致密气压裂中的应用

滑溜水压裂液对致密储层伤害较低,但携砂能力弱,难以实现高砂比、长距离携砂,造成支撑缝面积远低于改造缝面积。通过气悬浮支撑剂技术,对支撑剂表面进行特殊改性,使其具有吸附气泡的能力,吸附气泡后的支撑剂体积密度大幅降低,运移能力大幅增强。室内实验表明,经气悬浮剂改性的20/40目及以下粒径的支撑剂,在常温、常压、黏度为15 mPa·s的滑溜水中可100%悬浮,观察2 h无沉降。动态输砂实验表明支撑剂在裂缝中呈整体均匀铺置,高温高压条件下气泡仍能对支撑剂有效悬浮。岩心伤害实验表明,破胶液和含气悬浮剂的破胶液对岩心渗透率的伤害率接近,且均低于10%,说明气悬浮剂不会对储层带来明显的附加伤害。该气悬浮支撑剂压裂技术在长庆油田鄂尔多斯盆地东部致密砂岩气藏开展了7口井先导实验,以黏度9~15 mPa·s的滑溜水在5 m^(3)/min排量下施工,压后产量为邻井常规压裂的1.2~1.9倍。气悬浮支撑剂将对压裂液黏度的需求从40~80 mPa·s的线性胶降至10 mPa·s左右的滑溜水,大幅降低了对压裂液黏度的依赖,从而降低了储层伤害,同时增加裂缝铺置效率,有利于提高单井产量及开发效益。

新型型钢混凝土大梁吊模体系设计机理研究

提出型钢梁自承重式和型钢梁组合式2种新型吊模体系构造,讨论该新型吊模支撑体系构造选择的原则、传力机理及受力分析方法.结合工程案例,分析吊模间距、型钢截面高度和跨度、型钢含钢率等关键参数对施工阶段型钢梁的最大挠度和截面最大应力的影响,为新型型钢混凝土大梁吊模体系施工技术方案的优化提供依据.分析结果表明,型钢梁的最大挠度和截面最大应力基本不受吊模间距变化的影响,随着型钢截面高度的增大呈减小趋势,随着型钢混凝土大梁高跨比的减少呈增大趋势,随着型钢混凝土大梁含钢率的增加呈减小趋势.结合工程实践,对新型吊模体系的构件设计和参数布置进行优化和标准定型,研究可指导工程实践中的吊模体系设计.

双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换方案与控制方法

针对双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工期的受力和变形特点,提出该类自锚式悬索桥体系转换方案(即吊索张拉方案)确定的原则。以杭州江东大桥为工程背景,研究该类自锚式悬索桥体系转换方案的确定过程,提出"在适当时机张拉临时索附近的永久吊索,以克服临时索容许索力不足的缺陷"的调索思路。通过优化计算,获得无需主动放松临时索的该类自锚式悬索桥体系转换方案,并给出该方案各施工步桥梁的反应。基于施工期的参数敏感性分析,提出该类自锚式悬索桥临时吊索及永久吊索的张拉控制方法。江东大桥的工程实践表明,按该方法进行双塔大横向倾角空间主缆自锚式悬索桥体系转换施工或控制,能确保成桥线形和内力达到理想效果。