沈云琦，李鳳霞，張 巖，劉長印，張旭輝

（1.中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國科學(xué)院力學(xué)研究所，北京 100190）

頁巖油氣是非常重要的非常規(guī)能源［1-2］，水力壓裂技術(shù)已大規(guī)模地應(yīng)用于頁巖油氣的開采中。在水力壓裂的過程中，將支撐劑和攜砂液的混合物注入到裂縫中。在停止注入后，由于水壓的降低和地應(yīng)力的作用，裂縫寬度會逐漸減小甚至閉合，此時分布于裂縫中的支撐劑就會起到支撐裂縫以防止其閉合的作用，從而增加裂縫的導(dǎo)流能力，進(jìn)而形成油氣的運(yùn)移通道［3］。

水力壓裂后形成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中支撐劑運(yùn)移過程非常復(fù)雜，會受到裂縫幾何形態(tài)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、支撐劑密度、粒徑及種類、攜砂液性質(zhì)以及施工條件等多種參數(shù)的影響［4-5］。比如由于入口處輸送排量的增加，會使流動從層流向湍流改變；隨著支撐劑砂比的增加或者液體的濾失，裂縫中攜砂液的流動會從泊肅葉流動轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)西流動［5-6］。因此，研究支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)移以及鋪置規(guī)律，是影響頁巖油氣有效開發(fā)的重要理論基礎(chǔ)。

對于支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)移，前人已經(jīng)進(jìn)行過一些研究。ALOTAIBI 等設(shè)計(jì)了一個包含一條主裂縫及多條分支裂縫的裂縫網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)支撐劑容易進(jìn)入分支裂縫，但是支撐劑在分支裂縫中的運(yùn)移距離很短，并給出了支撐劑堆積平衡高度的擬合關(guān)系式［7］。SAHAI 等研究了輸送速度、輸送濃度以及顆粒粒徑等對支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)移的影響，并分析了支撐劑從主裂縫進(jìn)入分支裂縫的力學(xué)機(jī)理［8］。MCCLURE 通過實(shí)驗(yàn)研究了支撐劑堆積床層的形成過程，采用顆粒起動理論來分析支撐劑堆積床層達(dá)到穩(wěn)定的臨界條件［9］。孫海成通過理論推導(dǎo)獲得了脆性頁巖裂縫網(wǎng)絡(luò)中支撐劑沉降的控制參數(shù)［10］。李靚對復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中攜砂液運(yùn)移與支撐劑沉降特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，初步分析了復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中支撐劑密度、流體速度和黏度等對攜砂液流動的影響［11］。張礦生等研究了不同粒徑組合的支撐劑在裂縫中的運(yùn)移，發(fā)現(xiàn)不同比例的中等粒徑與小粒徑組合時，支撐劑能獲得比中等粒徑與大粒徑的支撐劑組合更遠(yuǎn)的鋪置距離，且形成的砂堤高度較為理想［12］。目前，針對復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中支撐劑的輸送規(guī)律研究還存在急需解決的問題：①不同類型支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中的鋪置規(guī)律。②支撐劑進(jìn)入復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)所用支撐劑總質(zhì)量之比（簡稱為復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支撐劑進(jìn)入量）的影響因素。為此，通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)移及鋪置規(guī)律，主要分析砂比、主裂縫與分支裂縫夾角以及支撐劑種類的影響。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

自主設(shè)計(jì)了多裂縫攜砂液運(yùn)移規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括攪拌罐、輸送泵、復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)、出口儲料罐、攝像系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。攪拌罐是一內(nèi)徑為73 cm、高度為50 cm、容積為0.21 m3的圓筒形不銹鋼罐體；其內(nèi)部安裝攪拌葉片，由頻率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)攪拌速度；罐體下方是攜砂液出口，由一閥門控制其開啟和關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)開始前先在罐體內(nèi)裝入支撐劑和攜砂液，并充分?jǐn)嚢栊纬删鶆蚧旌衔?。輸送泵為G型單螺旋泵，輸送介質(zhì)范圍廣，適合輸送高濃度含有懸浮物的漿料且輸送平穩(wěn)，設(shè)計(jì)最大排量為30 m3/h，揚(yáng)程為30 m。采用電磁流量計(jì)計(jì)量輸送流量，測量范圍為2～40 m3/h。

目前，大多數(shù)研究支撐劑鋪置規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置是以單一主裂縫為主，并未考慮分支裂縫，特別是可變角度分支裂縫的影響，但是在頁巖油氣實(shí)際壓裂施工中，不同角度分支裂縫大量存在，因此，為了能更加接近地下真實(shí)情況，此次研究所設(shè)計(jì)的復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)包括一條主裂縫和一條分支裂縫，其中主裂縫長度為2 m，長度方向分為2 段，每段長度都為1 m，第1段高度為0.4 m，第2段高度為0.2 m（圖1），主裂縫的寬度為6 mm。主裂縫的入口呈漸擴(kuò)形，出口呈漸縮形（圖2）。支撐劑和攜砂液的混合物通過漸擴(kuò)分散入口進(jìn)入主裂縫。在距離主裂縫入口0.5 m 處（圖1）有一道矩形槽，作為分支裂縫的入口，分支裂縫的尺寸為長0.6 m×高0.4 m×寬6 mm。主裂縫與分支裂縫夾角可調(diào)，分別為30°，45°，60°和90°。

圖2 主裂縫入口及出口細(xì)節(jié)Fig.2 Details of inlet and outlet of main fracture

攝像系統(tǒng)包括一臺美國Phantom VEO410 高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)以及一臺?？低旸S-2CE16C3T-IT3彩色攝像機(jī)?？刂葡到y(tǒng)包括攜砂液調(diào)速、流量顯示以及混砂調(diào)速、照明等電器，均安裝在主控制柜中，實(shí)行集中控制。

1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)及方案設(shè)計(jì)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

為了能更加貼近真實(shí)地下情況，該室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的各參數(shù)需要與實(shí)際常規(guī)頁巖油藏水力壓裂現(xiàn)場施工參數(shù)（表1）一致，其中，支撐劑密度為堆積密度，砂比指支撐劑的堆積體積與攜砂液凈液量的比值。

表1 實(shí)際常規(guī)頁巖油藏水力壓裂現(xiàn)場施工參數(shù)Table1 Actual field construction parameters of hydraulic fracturing in conventional shale oil reservoirs

因室內(nèi)實(shí)驗(yàn)受限于裂縫規(guī)模，某些參數(shù)選取時，需按照一定比例縮小，如室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的輸送排量根據(jù)裂縫入口處的面積由攜砂液在裂縫入口處的平均運(yùn)移速度（簡稱入口速度）換算得到，入口速度與輸送排量的關(guān)系式為：

換算得到的輸送排量為2～12 m3/min。現(xiàn)在頁巖氣藏大多選用滑溜水作為壓裂液［13-14］，滑溜水由清水與各種添加劑如減阻劑、殺菌劑、黏土穩(wěn)定劑及助排劑等組成，其中添加劑占比很低，不到1%，與清水相比可將摩擦阻力降低50%～80%。實(shí)驗(yàn)壓裂液中的前置液和攜砂液采用滑溜水，因清水與滑溜水的黏度相近，且實(shí)驗(yàn)中裂縫由有機(jī)玻璃板制成，本身摩擦阻力不大，因此為簡化實(shí)驗(yàn)選用清水作為壓裂液，其黏度為1 mPa·s，密度為1 000 kg/m3。實(shí)驗(yàn)中支撐劑粒徑為20/40 目（平均粒徑為0.63 mm）和40/70 目（平均粒徑為0.3 mm）。此外，實(shí)驗(yàn)選用3種支撐劑，分別為石英砂、陶粒和自懸浮支撐劑，其密度分別為1 920，1 700 和1 480 kg/m3。自懸浮支撐劑以覆膜石英砂為支撐劑核心、膨脹性樹脂為懸浮性材料制備而成，在與水混合以后，膨脹性樹脂能夠增大支撐劑顆粒所受的浮力，降低其下沉速度。

受限于實(shí)驗(yàn)裝置，裂縫長度、寬度、高度及分支裂縫距主裂縫入口的距離為常數(shù)，因此實(shí)驗(yàn)主要研究砂比、主裂縫與分支裂縫夾角以及支撐劑種類對支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)移及鋪置規(guī)律的影響。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)工況匯總見表2。為研究砂比對支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)移及鋪置規(guī)律的影響設(shè)計(jì)了3組實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)1，2，3），砂比分別為3.0%，3.4%和4.2%，支撐劑選用20/40 目石英砂，主裂縫與分支裂縫夾角為90°。實(shí)驗(yàn)步驟為：①配制砂比分別為3.0%，3.4%和4.2%的支撐劑和攜砂液混合物，置于攪拌罐內(nèi)攪拌。②開啟輸送泵和攪拌罐閥門，將混合物輸送進(jìn)裂縫網(wǎng)絡(luò)，記錄輸送的整個過程。③支撐劑堆積穩(wěn)定后關(guān)閉攪拌罐閥門和輸送泵。④清洗實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。

表2 實(shí)驗(yàn)工況匯總Table2 Summary of experimental conditions

為研究分支裂縫與主裂縫夾角的影響，設(shè)計(jì)了4組實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)2，4，5，6），主裂縫與分支裂縫夾角分別為90°，60°，45°和30°，支撐劑選用20/40 目石英砂，砂比為3.4%。

在研究支撐劑種類的影響時，設(shè)計(jì)了3 組實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)3，7，8），3 種支撐劑分別為石英砂、陶粒和自懸浮支撐劑，主裂縫與分支裂縫夾角為90°。

實(shí)驗(yàn)過程中記錄支撐劑堆積的平衡高度，即支撐劑鋪置達(dá)到穩(wěn)定后的鋪置高度，主裂縫和分支裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)，以及支撐劑在分支裂縫入口處和主裂縫高度變化處運(yùn)動及堆積形態(tài)的變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 定性結(jié)果

2.1.1 主裂縫與分支裂縫內(nèi)支撐劑堆積形態(tài)對比

由實(shí)驗(yàn)1 得出，支撐劑進(jìn)入裂縫網(wǎng)絡(luò)后在重力作用下沉降到裂縫的底部堆積形成砂堤，砂堤的高度隨輸送時間逐漸增大，在此過程中砂堤的長度變化很小。砂堤的形成是先在高度方向上增加，達(dá)到平衡高度以后才慢慢向前推移（圖3），這個現(xiàn)象與數(shù)值模擬以及前人實(shí)驗(yàn)所得的現(xiàn)象基本相同［7，15-16］。

圖3 主裂縫內(nèi)支撐劑堆積形態(tài)隨時間的變化（實(shí)驗(yàn)1）Fig.3 Change of proppant sedimentation morphology with time in main fracture（Experiment 1）

主裂縫和分支裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)有很大不同，主裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)呈梯形，而分支裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)呈拋物線型（圖4）。這是主裂縫和分支裂縫的入口效應(yīng)差異導(dǎo)致的，在主裂縫內(nèi)入口效應(yīng)相對較弱，分支裂縫內(nèi)入口效應(yīng)較強(qiáng)。支撐劑進(jìn)入分支裂縫時在主裂縫內(nèi)已經(jīng)沉降至裂縫底部，然后支撐劑在攜砂液作用下由主裂縫底部向分支裂縫運(yùn)移，導(dǎo)致在分支裂縫的入口處支撐劑堆積形成的砂堤受到的沖刷作用強(qiáng)一些，因此支撐劑在分支裂縫的入口處堆積較少。

圖4 分支裂縫內(nèi)支撐劑堆積形態(tài)隨時間的變化（實(shí)驗(yàn)1）Fig.4 Change of proppant sedimentation morphology with time in branch fracture（Experiment 1）

2.1.2 主裂縫內(nèi)支撐劑堆積特征

主裂縫內(nèi)砂堤中間存在間斷，間斷處砂堤呈“月牙”形，間斷位置處于主裂縫與分支裂縫交叉處（圖3a）。這是因?yàn)閿y砂液流動到主裂縫與分支裂縫的交叉處時，流動面積突然增大，導(dǎo)致流速降低，支撐劑顆粒受到攜砂液的攜帶力減小，使得支撐劑顆粒在主裂縫與分支裂縫交叉處的運(yùn)動速度減小，交叉處相當(dāng)于支撐劑與攜砂液的流速突變區(qū)域，如果分支裂縫的寬度較大，相應(yīng)的流速突變也會很大。復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)的主裂縫和分支裂縫的寬度達(dá)6 mm，因此流速突變較大，由此產(chǎn)生了支撐劑堆積的間斷區(qū)域。

由于在實(shí)際地層中，裂縫的高度往往是變化的，一般在裂縫入口處高度很大，越往地層深處，裂縫的高度慢慢減小。該實(shí)驗(yàn)裝置中主裂縫設(shè)計(jì)成為不同高度，在距離主裂縫入口1 m 處主裂縫的高度由0.4 m變?yōu)?.2 m。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在裂縫高度變化處支撐劑鋪置高度會明顯增加（圖5），該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因與在分支裂縫入口處支撐劑堆積產(chǎn)生間斷相似，裂縫高度變化時，攜砂液流動面積也在變化，導(dǎo)致攜砂液的流動速度改變，支撐劑在流速變化處易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，此處流速由慢變快。依據(jù)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以預(yù)測，在實(shí)際地層壓裂過程中，在裂縫高度變化處容易發(fā)生砂堵。

圖5 支撐劑鋪置高度隨裂縫高度的變化（實(shí)驗(yàn)1）Fig.5 Height of proppant bed varying with fracture height（Experiment 1）

以實(shí)驗(yàn)1得出的支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)運(yùn)移及鋪置規(guī)律定性研究結(jié)果為基礎(chǔ)，定量分析了支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)運(yùn)移及鋪置規(guī)律的影響因素。

2.2 影響因素分析

2.2.1 砂比

隨著砂比從3.0%增大到4.2%，支撐劑鋪置高度變大，但支撐劑的整體堆積形態(tài)不變（圖6）；主裂縫入口處支撐劑堆積的坡度逐漸減小，同時支撐劑堆積可更快達(dá)到平衡高度，主裂縫內(nèi)支撐劑鋪置高度與裂縫高度之比從0.44增大到0.465，但是在主裂縫入口處存在著砂堵的風(fēng)險，因此，砂比不是越大越好。與主裂縫類似，隨著砂比增大，分支裂縫內(nèi)支撐劑鋪置高度變高，進(jìn)入的支撐劑也更多（圖7）。在實(shí)際施工中，若支撐劑能夠有效地進(jìn)入分支裂縫，將大大提高油氣產(chǎn)量。因此進(jìn)入分支裂縫的支撐劑質(zhì)量成為一個重要的評價參數(shù)。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)了不同砂比條件下分支裂縫內(nèi)支撐劑質(zhì)量與復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中支撐劑質(zhì)量之比（簡稱為支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比）隨實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比的變化，隨著砂比增大，支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比增加，從21%增大到25%（圖8）。

圖6 35 s時不同輸送砂比條件下主裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)Fig.6 Proppant sedimentation morphology in main fracture with different sand ratio at 35 s

圖7 35 s時不同輸送砂比條件下分支裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)Fig.7 Proppant sedimentation morphology in branch fracture with different sand ratio at 35 s

圖8 不同砂比條件下支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比隨實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比的變化Fig.8 Change of mass ratio of proppant entering branch fracture with ratio of experiment time to total experiment time under different sand ratios

2.2.2 主裂縫與分支裂縫夾角

隨著主裂縫與分支裂縫夾角從90°減小到30°，支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比明顯增大，從22%增大到30%。只有當(dāng)分支裂縫與主裂縫夾角為30°時，由于泵的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致支撐劑未能均勻地從攪拌罐中運(yùn)移出來，支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比減小，當(dāng)輸送穩(wěn)定后支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比增大。由此可見，主裂縫與分支裂縫夾角越小，支撐劑越容易進(jìn)入分支裂縫（圖9）。這是因?yàn)樵谥髁芽p與分支裂縫夾角較小時，攜砂液進(jìn)入分支裂縫的速度較大，支撐劑顆粒受到的攜砂液的攜帶力相應(yīng)增大，所以支撐劑更容易進(jìn)入分支裂縫。因此，實(shí)際地層中主裂縫與分支裂縫夾角較小時，支撐效果相對較好。

圖9 不同主裂縫與分支裂縫夾角條件下支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比隨實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比的變化Fig.9 Change of mass ratio of proppant entering branch fracture with ratio of experiment time to total experiment time at different angles between main fracture and branch fracture

此外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在主裂縫與分支裂縫夾角較小時，支撐劑在分支裂縫內(nèi)鋪置高度和堆積范圍更大（圖10），且在不同的主裂縫與分支裂縫夾角時，主裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)基本相同（圖11）。說明在主裂縫與分支裂縫夾角較小時，支撐劑更容易進(jìn)入分支裂縫，同時主裂縫與分支裂縫夾角對支撐劑在主裂縫中的運(yùn)移影響很小。

2.3 支撐劑進(jìn)入趨勢

由實(shí)驗(yàn)1，2，3 的結(jié)果（圖12a）和實(shí)驗(yàn)2，4，5，6的結(jié)果（圖12b）可見，復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支撐劑進(jìn)入量隨實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比呈先快速增加后緩慢增加的趨勢，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比為0.6 時復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支撐劑進(jìn)入量為65%～80%（圖12），即在輸送的前半段時間，支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中的鋪置形態(tài)已基本形成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明砂比和主裂縫與分支裂縫夾角對復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支撐劑進(jìn)入量的影響很小（圖12）。

2.4 不同種類支撐劑的輸送特性

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石英砂、陶粒和自懸浮支撐劑在主裂縫內(nèi)的鋪置高度基本相同，但陶粒和自懸浮支撐劑的運(yùn)移距離遠(yuǎn)大于石英砂（圖13）。這是因?yàn)樘樟Ｃ芏容^低，而自懸浮支撐劑由于膨脹性材料增大其所受浮力，導(dǎo)致陶粒和自懸浮支撐劑在裂縫內(nèi)的下沉速度遠(yuǎn)小于石英砂，運(yùn)移距離相應(yīng)變大，在主裂縫高度變化處，陶粒的鋪置高度很高，容易造成砂堵（圖13b）。

比較不同種類支撐劑，一個明顯的區(qū)別就是在主裂縫入口處，陶粒和自懸浮支撐劑堆積較少。在壓裂現(xiàn)場施工中，如果主裂縫入口處支撐劑沒有進(jìn)行有效鋪置，當(dāng)壓裂液返排后，裂縫內(nèi)壓力降低，有可能導(dǎo)致裂縫入口完全閉合，即便是支撐劑在裂縫中后部進(jìn)行了有效鋪置，也會大大降低壓裂施工的效果。因此，在使用陶粒和自懸浮支撐劑時需要考慮主裂縫入口閉合的情況，可嘗試在輸送后期降低排量，使支撐劑在裂縫入口處同樣有效鋪置。

圖10 不同主裂縫與分支裂縫夾角時分支裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)Fig.10 Proppant sedimentation morphology in branch fracture at different angles between main fracture and branch fracture

圖11 不同主裂縫與分支裂縫夾角時主裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)Fig.11 Proppant sedimentation morphology in main fracture at different angles between main fracture and branch fracture

圖12 支撐劑進(jìn)入量隨實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比的變化Fig.12 Change of injection amount of proppant with ratio of experiment time to total experiment time

圖13 不同種類支撐劑在主裂縫內(nèi)的堆積形態(tài)對比Fig.13 Comparison of sedimentation morphology of different types of roppants in main fracture

圖14 不同種類支撐劑在分支裂縫內(nèi)的堆積形態(tài)對比Fig.14 Comparison of sedimentation morphology of different types of proppants in branch fracture

在分支裂縫內(nèi)，陶粒和自懸浮支撐劑在分支裂縫內(nèi)的堆積反而沒有石英砂多，石英砂的鋪置效果較好（圖14）。這是因?yàn)樘樟：妥詰腋≈蝿┻M(jìn)入分支裂縫以后運(yùn)移速度較大，而復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)分支裂縫的長度只有0.6 m，支撐劑在分支裂縫中運(yùn)移的水平距離大于0.6 m，大部分支撐劑都隨著攜砂液流出復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)，所以造成陶粒和自懸浮支撐劑在分支裂縫內(nèi)未有效鋪置，但在實(shí)際施工中，陶粒和自懸浮支撐劑在分支裂縫中的鋪置優(yōu)于石英砂。

3 結(jié)論

通過室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)，得到砂比、主裂縫與分支裂縫夾角以及支撐劑種類對支撐劑在復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)移和鋪置規(guī)律的影響：①主裂縫與分支裂縫內(nèi)支撐劑的堆積形態(tài)有很大不同，主裂縫內(nèi)支撐劑堆積形態(tài)呈梯形，而分支裂縫內(nèi)堆積形態(tài)呈拋物線型。此外，主裂縫內(nèi)支撐劑堆積存在間斷，間斷處砂堤呈“月牙”形，間斷位置處于主裂縫與分支裂縫交叉處。②在實(shí)際地層中，裂縫的高度往往是變化的，一般入口處裂縫高度很大，越往地層深處，裂縫的高度慢慢減小，在裂縫高度變化處容易發(fā)生砂堵。③隨著砂比增大，支撐劑堆積可更快達(dá)到平衡高度，但是在主裂縫入口處存在砂堵風(fēng)險，分支裂縫內(nèi)支撐劑鋪置高度變大，進(jìn)入分支裂縫的支撐劑也更多，支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比從21%提高到25%。④隨著主裂縫與分支裂縫夾角減小，支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比明顯增大，即主裂縫與分支裂縫夾角越小，支撐劑越容易進(jìn)入分支裂縫，支撐劑進(jìn)入分支裂縫的質(zhì)量占比從22%提高到30%。實(shí)際地層中，主裂縫與分支裂縫夾角較小的地方支撐效果相對好一些。⑤復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支撐劑進(jìn)入量隨實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比呈先快速增加后緩慢增加的趨勢，當(dāng)實(shí)驗(yàn)時間與總實(shí)驗(yàn)時間之比為0.6 時復(fù)雜裂縫網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支撐劑進(jìn)入量為65%～80%。⑥與石英砂相比，陶粒和自懸浮支撐劑在裂縫中運(yùn)移更遠(yuǎn)且鋪置高度更高，但是，在主裂縫入口處陶粒和自懸浮支撐劑的鋪置效果不如石英砂。

符號解釋

H——主裂縫入口高度，m；

Q——輸送排量，m3/min；

wa——主裂縫寬度，mm。