Das Konzept der „umfassenden Rissunterstützung“ zielt darauf ab, die Rissausbreitungsform durch effiziente Platzierung des Hauptrisses und mehrstufige Rissunterstützung unterschiedlicher Skalen zu verbessern und das Problem der begrenzten Unterstützungsvolumina in unkonventionellen Öl- und Gaslagerstätten effektiv zu lösen. Die Verwendung von Stützmittel-Faser-Cluster anstelle von reinem Stützmittel als grundlegende Transporteinheit innerhalb des Risses kann die laterale Transportdistanz und die vertikale Einsatzhöhe des Stützmittels im Hauptriss effektiv erhöhen und ist ein entscheidender technologischer Ansatz zur effizienten Rissanordnung. In dieser Studie wurde durch mikroskopische Beobachtung der Struktur von Stützmittel-Faser-Clustern, statische Sedimentationsversuche und dynamische Transportexperimente ein physikalisches Modell von Stützmittel-Faser-Clustern erstellt, das die Sedimentations- und Lagerungsgesetze der Cluster-Einheiten im Riss aufzeigt. Die Studienergebnisse zeigen, dass Stützmittel-Faser-Cluster ein Verbundsystem aus einem Faserrückgrat zur Erfassung von Stützmittelpartikeln, einem polymeren Netz aus Reibungsreduzierer-Fäden und einer stabilisierenden lamellenartigen Struktur sind. Durch die Identifizierung von Cluster-Einheiten und die Charakterisierung der Größenverteilung wurde festgestellt, dass eine Erhöhung des Faser-Massenanteils und der Faserlänge die Bildung größerer Cluster-Einheiten begünstigt; die Zugabe eines Faser-Massenanteils von 0,5 % in der Stützmittelmischung erhöhte die durchschnittliche Einsatzhöhe im Vergleich zum reinen Stützmittel um 116,6 %; nach 30 s Sedimentation betrugen die durchschnittlichen äquivalenten Durchmesser der Cluster-Einheiten aus 6 mm bzw. 12 mm langen Fasern 2,15 mm bzw. 4,26 mm, jedoch besteht eine nichtlineare Beziehung zwischen der Scherverdünnung der Schlitze-Wasser-Viskosität und der Cluster-Einheitsgröße. Mehrstufige Rissentransportexperimente zeigen, dass eine Erhöhung des Faser-Massenanteils und der Faserlänge die Einsatzhöhe des Stützmittels im Hauptriss erhöhen kann, jedoch tritt an den Risskreuzungspunkten ein Faser-Sandblockierungseffekt auf. Daher ist die Optimierung der intrinsischen Materialeigenschaften und Injektionsprozessparameter für die Realisierung einer umfassenden Rissunterstützung mit Schwerpunkt auf dem Transport von Stützmittel-Faser-Clustern von praktischer Bedeutung. Die Forschungsergebnisse liefern auch eine theoretische Referenz für die Optimierung des faserunterstützten Fracturing-Verfahrens und dessen Feldanwendung.

unkonventionelles Öl und Gas; umfassende Rissunterstützung; Stützmittel; Fasern; Stützmittel-Faser-Cluster; Transportregeln