Abstract
Equations of motion of a slurry in a narrow slot, such as a hydraulic fracture, are presented and solved numerically to obtain an estimate of the amount of gravity-driven vertical motion of proppantthat can occur within a fracture during placement.Two types of gravity-driven motion are studied: settling of heavy-proppant particles; and convective proppant transport, which refers to the motion driven by large-scale density differences between regions of different proppant concentration.Computer simulations are performed using realistic parameter values. In particular, the vertical motion of proppant in a slurry in which proppant particles are uniformly distributed across the fracture width (referred to as homogeneous flow) is compared with that in a slurry in which some unspecified, but rapid, process has caused all proppant to migrate across the fracture width into a close-packed sheet at the fracture center (referred to as sheet flow).In addition to considering a constant channel width, we also investigate the effects of an elliptic-fracture cross section on proppant placement. This fracture shape is predicted by idealized fracture propagation models such as the Perkins-Kerns-Nordgren (PKN) model. Main conclusions are that during placement: Proppant settling and convection can occur under practical conditions;Convection rates are slightly greater in sheet flow than in homogeneous flow, and settling is greatly enhanced in sheet flow. Overall, settling in sheet flow gives the worst vertical motion of proppant. Settling and convection in homogeneous flow cause no problems under conditions considered in this paper;In elliptic fractures, heavy, proppant-laden slurry can override earlier-pumped lighter pad (zero solids) under most fracturing conditions
چکیده
معادلات حرکت یک دوغاب در یک شکاف باریک مانند شکاف هیدرولیک، به صورت عددی ارائه و حل می شوند تا براوردی از مقدار حرکت عمودی گرانش-محور پروپانت بدست آید که در طول جابه جایی درون یک شکاف رخ می دهد. دو نوع حرکت گرانش محور مورد مطالعه قرار می گیرد: نشست ذرات سنگین پروپانت؛ و انتقال پروپانت همرفت که منجر به حرکت بر اساس اختلاف چگالی بزرگ مقیاس بین نواحی مختلف غلظت پروپانت می شود. شبیه سازیهای رایانه ای، با استفاده از مقادیر پارامتری حقیقی انجام شدند. به طور خاص، حرکت عمودی پروپانت در یک دوغاب که در آن، ذرات دوغاب به صورت یکنواخت در عرض شکاف توزیع شده اند (جریان همگن نیز نامیده می شود) با دوغابی مقایسه می شود که در آن، یک فرایند نامشخص اما سریع سبب می شود که همه پروپانت ها در عرض شکاف حرکت کنند و به ورقه تنگ پکیده در مرکز شکاف بروند (معروف به جریان ورقه ای). علاوه بر در نظر گرفتن یک عرض کانال ثابت، ما اثر سطح مقطع بیضوی شکاف را بر جابه جایی پروپانت بررسی می کنیم. این شکل شکاف، با مدل های انتشار شکاف ایدهآل مانند مدل پرکینز – کرنز – نوردگرن (PKN) پیشبینی می شود.
نتایج اصلی بدین صورت هستند که در طول جابه جایی: نشست و همرفت پروپانت، تحت شرایط عملی رخ می دهد. آهنگ همرفت در جریان ورقه ای اندکی بیشتر از جریان همگن است و نشست، در جریان ورقه ای، بسیار افزایش می یابد. در کل، نشست در جریان ورقه ای، بدترین حرکت عمودی پروپانت را ایجاد می کند. نشست و همرفت در جریان همگن، تحت شرایط در نظر گرفته شده در این مقاله، هیچ مشکلی ایجاد نمی کنند. در شکاف های بیضوی، دوغاب سنگین مملو از پروپانت، می تواند تحت بیشتر شرایط شکست، روی پد سبک تر پمپ شده اولیه (بدون جامد) سوار شود.
1-مقدمه
شکست هیدرولیک معمولاً برای افزایش بازیابی نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرد. این روش، از سیال غیرنیوتنی برای اعمال فشار بر چاه بهره می گیرد تا اینکه شکاف، در ساختمان سنگ توسعه یابد. جریان های سیال در شکاف، آن را به سمت مخزن پیش می برند. ذرات معروف به پروپانت به سیال افزوده می شوند تا مانع بسته شدن کامل شکست در انتهای فرایند شوند. حرکات گرانش محور قوی می تواند سبب شود که یکنواختی پروپانت در کل ارتفاع شکاف از بین رود یا پروپانت تنها روی بخشی از ارتفاع شکاف قرار گیرد. این امر زمانی اهمیت خاص می یابد که یک لایه سنگ رس در ناحیه نفت دار تعبیه شده باشد. اگر پروپانت، به صورت عمودی روی لایه و در بخش بالایی ناحیه نفت دار توسعه نیابد، تولید از بخش بالایی بسیار کاهش می یابد...