壓裂套管中的支撐劑移動已經確定，但它對於頁岩井到底有多重要？

支撐劑由在壓裂作業期間注入壓裂液的沙子大小的顆粒組成。 在頁岩油氣井中，壓裂液通常是水，並添加一些減摩劑（如肥皂）以降低壓裂泵壓。 支撐劑的目的是在水力壓裂停止和升高的壓力消失後阻止儲層中的誘導裂縫閉合。

在頁岩油和頁岩氣井中，使用的支撐劑是100目砂和40-70目砂的混合物，這些顆粒的直徑都小於一毫米。 如此小的砂粒尺寸對於攜帶砂子穿過壓裂作業產生的裂縫網絡中的狹窄裂縫是必要的。 較大的沙子會堵塞網路並且無法注入——這是頁岩革命早期發現的。

通常，頁岩水平井長兩英里，透過 40 個獨立的壓裂作業或階段進行泵送。 每個等級長約 250 英尺，金屬外殼包含 10-20 組穿孔，每組有多個穿孔。 理想情況下，水平井被這些孔徹底射孔。

支撐劑顆粒的流動路徑是難以捉摸的。 首先，穀物必須進行直角彎曲，才能沿著套管流入穿孔。 然後它面臨著複雜的斷裂幾何形狀——也許是一個主斷裂，分支成次要斷裂，就像樹幹伸展成樹枝，然後伸展成細枝一樣。

支撐劑顆粒是否能夠進入所有這些裂縫，或者其中一些裂縫太窄？ 100 目的沙粒可能能夠擠入較窄的裂縫，而 40-70 目的沙粒則不能。

使用粒度小於 100 目的支撐劑提高石油和天然氣產量 已被記錄，並表明即使是微小的支撐劑顆粒也值得進入更小的裂縫中，以保持它們對石油或天然氣分子的流動開放。 其中一種支撐劑稱為 DEEPROP。

支撐劑從套管流出的新測試.

最近有些 新的測試 已經完成調查 支撐烷流量穿過套管本身，這意味著一段短的水平套管已被穿孔以讓壓裂液流出。 這不是地下測試——管道鋪設在地面的桶上，桶收集從射孔排出的支撐劑和液體。

許多營運商都支援該項目，其中使用了具有不同射孔費用、設計和方向的各種射孔集群。 對不同的泵送速率、支撐劑尺寸和砂質質量進行了研究。

測試硬體盡可能真實。 套管和穿孔直徑均為 5.5 英吋標準。 泵速高達 90 bpm（桶每分鐘），以前從未用於測試支撐劑移動。

透過沿著大約 200 英尺長的管道對不同的群組進行射孔來測試單一壓裂階段。 每個性能簇都有自己的護罩，將捕獲的流體和支撐劑引導到自己的儲存槽中，以便可以進行測量。

給出了兩組不同集群的結果：一個階段中有 8 個集群，每個集群有 6 個效能，或一個階段中有 13 個集群，每個集群有 3 個性能。 測試人員使用 40-70 目沙子或 100 目沙子，並以 90 bpm 的速度泵送滑溜水。

這些 SPE 論文報告稱，支撐劑通過射孔簇並進入管的逸出是不均勻的：

·一些支撐劑製品，特別是較大的篩孔尺寸如40-70篩孔，駛過第一簇射孔並且直到進一步沿該階段才進入地層。 這些較大的顆粒具有更大的動量。

· 較小的支撐劑顆粒，例如100目，更均勻地進入簇射孔。

· 已開發出有限入口設計，僅在套管頂部的每一簇中使用一個穿孔。

· 特別是對於較大的支撐劑，套管底部的射孔會吸引過多的支撐劑（重力效應），並且可能會因侵蝕而擴大，使得較少的支撐劑沿著壓裂階段進一步聚集射孔。

支撐劑從套管的出口不均勻。

所有測試均顯示支撐劑出口分佈不均。 表格顯示了離開簇的最大支撐劑與離開簇的最小支撐劑的比率(即最大支撐劑:最小支撐劑)，以及第二大支撐劑:第二低支撐劑。 這些比率是不均勻性的代表——比率越大意味著分佈越不均勻，反之亦然。

結果表明，在兩種群聚方案中，40-70 目支撐劑（較大比例）的分佈不如 100 目支撐劑（較低比例）均勻。

報告給出的解釋是，與40 目的支撐劑相比，更多的70-100 支撐劑是較大且較重的砂粒，往往會被其動量攜帶通過較早的射孔簇，然後在較晚的射孔簇中退出。 。

這並不是那麼理想，因為目標是在水力壓裂的一個階段中使支撐劑均勻分佈在所有射孔簇中。 但現在的一個大問題是，這會產生多大的差異？

面臨的挑戰是優化程序，使支撐劑出口分佈更加均勻。 從報告來看，測試結果已納入計算流體動力學模型中（固相萃取 209178）。 這種方法已被納入壓裂諮詢程序中，稱為 StageCoach。

同時，報告指出，“套管中支撐劑的不均勻流動可能與地層變化和應力陰影一樣重要。” 讓我們更深入地研究一下這一點。

頁岩產量波動的其他來源。

真正的問題是支撐劑分佈不均勻對於頁岩油氣生產有多重要？

頁岩油氣井變異性大 已被記錄。 例如，Barnett 頁岩中典型長度為 4000-5000 英尺的水平井顯示，底部 10% 的井產量低於 600 Mcfd，而頂部 10% 的井產量超過 3,900 Mcfd。

已知還有其他幾個因素會導致頁岩油或天然氣流量的廣泛變化。

如果水平井長度和井方位被標準化以消除其可變性，則壓裂階段、支撐劑尺寸和支撐劑量可以被認為是一階效應。 這些一階效應已在更成熟的頁岩氣區中優先考慮和優化。

然後是頁岩的天然裂縫、地面應力和頁岩的可破裂性等地質特性。 這些被認為是二階效應，因為它們更難量化。 盡量減少這些變異來源的措施包括水平井測井、安裝光纜或聲波儀器或微震地震檢波器來測量裂縫擴展以及沿水平井與當地地質的相互作用。

針對這些可變性來源，套管出口分佈和支撐劑的均勻性似乎與其他二階效應（例如沿水平井的地質和應力變化）具有相當的重要性。 套管出口均勻性無法解釋 Barnett 頁岩中觀察到的 600 Mcfd 和 3,900 Mcfd 之間的產量變化。

換句話說，關鍵是讓支撐劑從大多數射孔簇中排出，並進入所形成的裂縫中。 這是透過泵送非常小的支撐劑（100 目或 40-70 目（通常兩者））並針對特定頁岩區優化支撐劑濃度和用量來實現的。

這是過去90年頁岩革命取得巨大成功的目標的20%。 因此，從新的地面測試中很難看出，從一個射孔簇到另一個射孔簇的支撐劑出口的微小變化可能會對石油或天然氣生產產生一階影響。

但也許該專案中其他測試、不同測試的結果將揭示對頁岩生產的更顯著影響。