Hydrodynamic Calculation of the Process of Propping of Hydraulic Fractures

Abstract

Аннотация:Работа посвящена вопросам технологии проведения гидравлического разрыва угольных пластов. Приведены общие сведения о развитии данной технологии и об используемых закрепляющих материалах. Отмечена целесообразность применения местных песков для закрепления трещин гидроразрыва при добыче метана из угольных пластов. Дано обоснование наиболее подходящей модели течения гидросмеси (жидкости-песконосителя с пропантом) в трещине гидроразрыва. В качестве одного из параметров процесса закрепления принята критическая (минимальная безосадочная) скорость движения гидросмеси в трещине. Подробно рассмотрен метод определения критической скорости, основанный на понятиях теории подобия и анализа размерностей. Другим важным параметром, влияющим на закрепление трещин гидроразрыва, является степень отфильтровывания жидкой фазы гидросмеси в проницаемый угольный пласт. Явление отфильтровывания транспортирующей жидкости приводит к уменьшению скорости потока гидросмеси в трещине, что, соответственно, ведет к повышению интенсивности осаждения закрепляющего материала. Это может стать причиной невозможности дальнейшего полноценного качественного закрепления (заполнения пропантом) трещины гидроразрыва. Поэтому для оценки расхода транспортирующей жидкости построена модель течения гидросмеси в горизонтальной и вертикальной трещине. В результате получены выражения для определения интенсивности фильтрации транспортирующей жидкости в проницаемый угольный пласт. Результаты позволяют обоснованно определять режимы подачи гидросмеси и концентрацию пропанта в ее составе.Ключевые слова: метан угольных пластов, гидравлический разрыв пласта, пропант, песок, проницаемость, гидравлическая крупность, критическая скорость, фильтрация. Abstract:The article is devoted to the issues of hydraulic coal seam fracturing technology. General information about the development of this technology and the used propping agents is given. The expediency of using local naturally occurring sands for propping fractures, when extracting methane from coal seams, is noted. The most suitable model of the proppant-laden slurry flow in hydraulic fracture is proved. The critical (minimum non-settling) velocity of the slurry flow in fracture is taken as one of the parameters of the process of propping fractures. The method of determining the critical velocity based on concepts of the theory of similarity and the dimensional analysis is considered in detail. Another important parameter affecting hydraulic fracture propping is the filtration of the liquid phase of slurry into the permeable coal seam. The phenomenon of fracturing fluid filtration leads to a decrease in the rate of slurry flow in fracture that increases the intensity of proppant settling. It may cause the impossibility of further full high-quality propping (filling with proppant) of hydraulic fracture. Therefore, the model of the slurry flow in horizontal and vertical fracture is developed to estimate the fracturing fluid flow rate. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2019. № 4, с.90-9...