大学招生黑幕-大学招生黑幕
利用
FLUENT
软件模拟研究支撑剂在裂缝内的输送沉降动态< /p>
徐暖筑
，徐宁
(1.
西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都
610500
；
2.
鸿飞投资集团燃气分公司，四川江油
621700)
摘要：
根据水力压裂中的支撑剂缝内输送沉降模型，利 用计算机流体动力学软件
FLUENT
对支撑剂在裂缝内的输送沉降进行 了数值模拟。从而得到了支撑剂的速度和浓度
的分布情况，
以及支撑剂颗 粒轨迹图，
表明了支撑剂在输送过程中初始速度较快，
随着时间
< br>的延续，
速度便逐渐接近平衡状态；
近井眼及裂缝底部的区域浓度较高，< /p>
并且在水平方向上
支撑剂浓度越来越小；
整个输送过程中，
支撑剂粘度是不断降低的。
模拟结果为水力压裂施
工中支
撑剂在裂缝中的输送沉降提供了一定的参考。
关键词：
支撑剂；缝内输送模型
；
FLUENT
1
2
The simulation of
transportation and sedimentation of
proppant in fracture based on FLUENT
Xu
Nuanzhu
1
，
Xu Ning
2
(1.
State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Southwest
Petroleum University, Chengdu
610500,Sichuan;
(2.
Hongfei Alliance Group natural gas branch, Jiangyou 621700, Sichuan)
Abstract
：
Depending on the transportation model of proppant in the fracturing fracture, then
perform numerical
simulation of it with the Computational Fluid
Dynamics software FLUENT. As
a result,
get the speed and concentration
distribution of the proppant,
and the graph of the particle
tracking .It shows proppant has a high
speed at first and then slow down as a
continuation of the
time .The
concentration of proppant is higher which is
closer from wellbore and in the bottom of
the fracture .As the distance in
horizontal direction ,the concentration is
smaller.
In the whole
process, the viscosity of proppant is
result of simulation provides the basis for the
transportation of proppant in fracture
at hydraulic fracturing construction.
Keywords
：
Proppant; Transportation model in the fracturing fracture; FLUENT.
1.
引言
水力压裂技术是改造油气藏的有效方法，不仅广泛
应用于低渗透油藏，在中、高渗透油
气藏的增产改造中也取得了很好的效果。
要
实现这一目标，<
/p>
必须确保支撑剂在裂缝中形成有效地支撑。
决定支撑剂在裂缝中分布规律的
因素，包括施工排量、施工压力、砂比、压裂液和支撑剂性能等。研究支撑剂在裂缝中的沉
降规律，
不但可以对施工排量和砂比等参数进行优化，
选择合适 的压裂液体系和支撑剂体系，
还可以有效地控制缝高。
但到目前为止，< /p>
对支撑剂在裂缝中沉降规律的认识还不够深刻，
没
有达到现
场应用的程度。
Stokes
[1]
通过解析方
法得出了圆球固体颗粒沉降时的阻力系数及沉
降速度公式。支撑剂在缝内的输送问题属于
固
-
液两相流的研究范畴。
目前，关于
支撑剂在裂缝内的输送沉降问题，多数模型主要还是建立在受力平衡状态下
基金项目：国家“十二五”科技重大专项：
2011ZX05042-0 02-001
资助。
作者简介：徐暖筑（
1988-
）
，女，四川江油人，在读硕士研究生，主要研究方向为油气
藏增产理论及措施。
的沉
降速度公式
[2,3]
，或者是通过固
-
液两相间的相对速度关系来推导颗粒的运动情况
[4]
。随
着模拟软件的兴起和成熟，
基于
CFD
的相关软件开始用于模拟石油工程的实际问题。
借助
计算流体动力学
(Computational
Fluid
Dynamics)
软件
FLUENT
[
5]
，研究了支撑剂缝内输送沉
降问题
.
2.
模型的建立
2.1
数学模型
固
-
液两相流 中，作用在颗粒上的作用力可分为以下
3
类：与颗粒
-
< p>流体间相对运动无关
的力
(
惯性力、
重力和压差力等
)
；
依赖于颗粒
-
流体间相对运动且方向与相对运动方向一致的
力
(
阻力、 附加质量力、
Basset
力等
)
；依赖于颗粒< /p>
-
流体间相对运动且方向垂直于相对运动方
向的力
(
升力、
Magnus
力、
Saffman
力等
)
。在对颗粒受力情况进行综合分析的基础上，得出
颗粒沉降速度方程如下
[6]
：
?
6
?
d
?
p
3
du
py
*
d
?
t
?
?
?
(
x
)
?
?
?
?
6
d
(
?
p
?
?
1
)
g
?
3
?
6
d
?
p
3
du
py
*
d
?
t
?
?
?
(
x
)
?
?
?
8
C
D
d
2
?
1
u
1
y
?
u
py
?
du
py
du
1
y
?
3
< br>?
?
(
u
1
y
?
u
py
)
?
d
?
1
?
?
*
*
12
?
?
?
?
?
?
d
?
t
?
?
(
x
)
< br>?
d
?
t
?
?
(
x
)
?
?
?
（
1
）
式中：
d
-
球形颗粒直径，
m
；
?
p
-
颗粒密度，
kg
/
m
3
；
u
py
-
颗粒沉降速度，
< br>m
/
s
；
?
1
-
液体密度，
k
g
/
m
3
；
2
g
-
重力加速度，
m
/
s
；
C
D
-
u
1
y
-
压裂液垂直方向流速，
m
/
s
；
t
*
-
当前注液时间，
min
；
?
(
x
< p>)
-
液体到达
x
处
所需时间，
min
。
根据连续介质场理论，
在质量守恒条件下，
任意时刻内注入单元体的质量减去流出 单元
体的质量，
等于单位时间内的质量的变化。
因此，< /p>
可推导出支撑剂颗粒在缝内的二维输送方
程
支撑剂
(
固相
)
输送方程：
< p>
?
?
?
(
C
W
u
px
)
?
(
C
W
u
py
)
?
(
C
W
)
?
0
（
2
）
?
x
?
y
?
t
缝内压降方程：
dP
(
x
,
t
)
64
q
(
x
)
?
?
?
（
3
）
dx
?
h
W
3
式中：
C
-
支撑剂浓度
(
砂比
)
；
q
-
泵注排量，
m
3
/
min
；
h
-
缝高，
m
；
W
-
裂缝宽度，
< br>m
；
P
-
缝内压力，
MPa
；
u
px
-
支撑剂水平方向流速，
m
/
s
；
u
py
-
颗粒沉降速度，
m
/
s
；
< p>
?
2
n
?
1
?
6
u
lx
?
-
视粘度，
mPa
?
< p>s
，
?
?
K
?
；
?
3
n
W
?
?
K
-
稠度系数，
Pa
s
n
；
n
n
-
流性指数。
边界条件及初始条件如下：
当发生穿层时
P
y
??
h
?
S
1
；
当裂缝在储层内时
P
y
??
h
?
S
2
；
泵入流量
q
?
3
m
/
min
；
液体进入裂缝时的压力
P
x
?
0,< /p>
t
?
0
?
P
wf
；
混砂液进入裂缝时的砂比
C
1
x
?
0,
< p>t?
0
?
25%
。
式中：
S
1<
/p>
、
S
2
-
产层应力，
MPa
；
3
P
wf
-
井 底压力，
MPa
。
由
沉降公式（
1
）
、支撑剂输送方程（
2
< p>）和缝内压降方程（3
）构成了该模型的主体，并
且
由附加方程及初、边值条件一起构成了描述缝内支撑剂输送数学模型的定解问题。
2.2
物理模型
根据经典的
PKN
模型进行简 化，由于靠近井筒时的裂缝近似于在同一层位上，温度变
化很小，可忽略温度的变化；<
/p>
PKN
模型的水平剖面为（
2n+2
）次抛物线形， 可简化为长方
形，
根据等比例原则，
简化的二维物理模型 如图
1
。
本文采用
DPM
离散相模 型来进行计算，
图
2
为对模型边界条件的描述，表
1
为计算过程中条件和材料的性质。
口腔类大学-口腔类大学
大莲的大学-大莲的大学
日本御大学-日本御大学
大学韩语课程-大学韩语课程
大学生活段子-大学生活段子
河北工程大学土木学院-河北工程大学土木学院
大学生心理问卷调查-大学生心理问卷调查
广州好的大学排名-广州好的大学排名
-
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