CN101519961A - 支撑剂嵌入深度的测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于油气田开发过程中压裂用支撑剂嵌入深度的测量装置和方法，该装置由平流泵、储液罐、平板夹持器、液压机、数据采集板、计算机等组成。该测量方法包括：将支撑剂铺置于两块钢板间，钢板装载于平板夹持器腔体中，置平板夹持器于液压机平台上；启动计算机，输入实验参数；平流泵泵注储液罐液体进入夹持器内模拟地层流体状态，电加热棒和液压机模拟地层温度和压力，位移传感器显示裂缝变化，所有数据通过数据采集板传输至计算机；用岩心替换钢板，重复以上步骤；计算机对数据进行处理和计算，得到不同环境条件下支撑剂嵌入深度。本测量装置原理可靠，结构简单，测量方法切实可行，为评价油气田压裂过程中支撑剂嵌入岩石深度提供专用设备和评价方法。
Description
技术领域
本发明涉及石油工业部门，在油气田开发过程中对注入岩层的支撑剂嵌入岩石深度进行测量的装置及方法。
背景技术
采用支撑剂压裂改造储层是目前油气藏建产、投产、高效开发的关键工程技术。压裂施工结束后，在地层闭合应力的作用下支撑剂嵌入地层岩石降低支撑裂缝宽度，严重影响压裂效果，这种现象在软地层中尤为明显。分析评价支撑剂嵌入岩石的深度(对应于支撑剂嵌入岩石的严重程度)，对于采用合理的工艺技术措施以防止支撑剂嵌入、提高压裂效果具有重要意义。
目前国内未见有关支撑剂嵌入深度的测试仪器和测试方法。
国外目前采用的是用均匀粒径海滩砂胶结模拟地层岩石，用一定粒径钢球模拟支撑剂进行测试(SPE38590)，该方法明显存在以下缺点：
1、用钢球模拟支撑剂和用胶结海滩砂模拟地层岩石不能反映压裂支撑剂与地层岩石作用的真实情况。
2、不能针对不同地层岩石进行重复性实验，实验结果的适应性差。
3、仅用于描述普遍存在的支撑剂嵌入现象，不能得到具体的嵌入深度，对压裂设计缺乏实际指导意义。
发明内容
本发明的目的在于提供支撑剂嵌入深度的测量装置，以及使用该装置测量支撑剂嵌入深度的方法。使用这种测量装置和方法，能够模拟压裂裂缝中支撑剂嵌入地层的真实条件，满足在不同环境条件下支撑剂嵌入深度的测量要求，用以指导压裂技术措施决策和压裂优化设计。
支撑剂嵌入深度受到多种因素的综合影响，但要评价油田开发中支撑剂嵌入的各个影响因素所占权重，需要对其进行单因素分析，因此在实验过程中用到了高强度钢板与地层岩心进行对比实验，以消除支撑剂压实、破碎等带来的影响。在计算嵌入深度时，是依据嵌入装置两端的位移计进行测量的。首先测试支撑剂在钢板中通过一定流体的裂缝导流能力，钢板不变形，几乎没有嵌入，考虑此时的嵌入量为零，得到其每个时刻的裂缝宽度Wf0t，然后用实验岩心替代钢板，在相同条件下模拟地层环境进行测试，同样得到一套每个时刻的裂缝宽度Wf1t。利用此方法来消除支撑剂之间的压实作用及支撑剂的破碎，能够得到某一时刻支撑剂对岩石的嵌入深度ht，
ht＝Wf0t-Wf1t
式中，ht为嵌入深度，单位为mm；Wf0t为使用钢板实验时任意时刻模拟支撑裂缝宽度，单位为mm；Wf1t为使用地层岩心实验时任意时刻模拟支撑裂缝宽度，单位为mm。
本发明支撑剂嵌入深度的测量装置，主要由平流泵、平板夹持器、液压机、数据采集板、计算机组成，所述平板夹持器位于液压机平台上，所述平板夹持器是一中空容器，其腔体上下各有一活塞，活塞之间是岩心(或钢板)，岩心之间装有支撑剂，在岩心四周均有密封垫片，在腔体内侧与活塞间也有密封垫片；所述平板夹持器腔体内侧有深孔用于插入电加热棒和温度传感器，其两端分别有用于进出实验流体的小孔，所述进液小孔连有平流泵和储液罐，所述出液小孔连有废液罐；所述液压机连有位移传感器和压力传感器；所述平流泵、温度传感器、位移传感器、压力传感器均和数据采集板相连，数据采集板又和计算机相连。
支撑剂嵌入深度的测量方法，包括以下步骤：
(1)、将支撑剂以一定铺置浓度铺置于两块钢板之间，将两块钢板装载于平板夹持器腔体中，将活塞与密封垫片放入平板夹持器腔体内进行密封，同时将电加热棒和温度传感器插入平板夹持器腔体内侧的深孔中；
(2)、将平板夹持器置于液压机平台上，其进液小孔连有平流泵和储液罐，出液小孔连有废液罐；
(3)、将与液压机相连的位移传感器和压力传感器、平流泵、温度传感器与数据采集板、计算机连接；
(4)、启动液压机，加载压力至初始压力，各传感器参数清零，启动计算机控制程序，输入实验参数；
(5)用平流泵泵注储液罐液体进入平板夹持器内模拟地层流体状态，电加热棒和液压机分别模拟储层条件下地层温度和压力，位移传感器上显示出裂缝变化，所有数据通过数据采集板传输至计算机；
(6)、用岩心替换钢板，重复进行(1)、(2)、(3)、(4)、(5)步骤；
(7)、计算机通过控制程序对数据进行处理和计算，得到不同环境条件下的支撑剂嵌入深度。
与现有技术相比，本发明提供的支撑剂嵌入深度的测量装置，原理可靠，结构简单，测量方法切实可行，既可反映压裂支撑剂与地层岩石作用的真实情况，又能针对不同地层岩石进行重复性实验，实验结果适应性好。本发明不仅可用于描述普遍存在的支撑剂嵌入现象，还能得到具体的嵌入深度，克服了现有技术的缺陷，为评价油气田压裂过程中支撑剂嵌入岩石深度提供了专用设备和评价方法。
附图说明
下面根据附图进一步说明本发明。
图1是支撑剂嵌入深度的测量装置结构图。
图2是平板夹持器结构图。
具体实施方式
参看图1、图2。支撑剂嵌入深度的测量装置，主要由平流泵2、平板夹持器3、液压机4、数据采集板9、计算机11组成，所述平板夹持器3位于液压机4平台上，所述平板夹持器是一中空容器，其腔体18上下各有一活塞15，活塞之间是岩心(或钢板)13，岩心之间装有支撑剂14，在岩心四周均有密封垫片12，在腔体内侧与活塞间也有密封垫片16；所述平板夹持器腔体内侧有深孔用于插入电加热棒8和温度传感器6，其两端分别有用于进出实验流体的小孔17，所述进液小孔连有平流泵2和储液罐1，所述出液小孔连有废液罐10；所述液压机连有位移传感器5和压力传感器7；所述平流泵2、温度传感器6、位移传感器5、压力传感器7均和数据采集板9相连，数据采集板9又和计算机11相连。
下面举一个典型实例来说明支撑剂嵌入深度测试的方法和流程：
平板夹持器是一个腔体深度为8cm，长度为20cm，宽度为4cm的中空容器，将一块长4cm，宽2cm，厚2cm的实验钢板水平放入平板夹持器内，在钢板上均匀铺置1-15kg/cm2的陶粒支撑剂，将另外一块同规格的实验钢板也放入平板夹持器内，使支撑剂均匀铺置在两块钢板之间，将密封橡胶垫片及活塞放入平板夹持器腔体内进行密封。将两个500W的电加热棒和温度传感器插入平板夹持器腔体内侧；将平板夹持器置于液压机平台上，其进液小孔连接平流泵和储液罐，出液小孔连接废液罐，储液罐内装入2L清水；将与液压机相连的位移传感器和压力传感器、平流泵、温度传感器与数据采集板、计算机连接；启动液压机，加载压力至初始压力6.9MPa，各传感器参数清零，启动计算机控制程序，输入实验参数，流量5ml/min，压力6.9—69MPa，每级6.9MPa递增，每个压力点承压时间10min，温度90℃；启动平流泵、电加热棒、温度传感器和位移传感器，平流泵泵注储液罐液体进入平板夹持器内模拟地层流体状态，电加热棒和液压机分别控制模拟储层条件下地层温度和压力，位移传感器上显示出裂缝变化，所有数据通过数据采集板传输至计算机；用相同规格的岩心替换钢板，在其他条件相同的情况下重复进行实验，所有数据通过数据采集板传输至计算机；计算机通过控制程序对数据进行处理和计算，得到在温度90℃，清水滤失速度5ml/min，每个压力点下的支撑剂嵌入深度。
Claims (5)
1 支撑剂嵌入深度的测量装置，主要由平流泵(2)、平板夹持器(3)、液压机(4)、数据采集板(9)、计算机(11)组成，其特征在于，所述平板夹持器(3)位于液压机(4)平台上，所述平板夹持器是一中空容器，其腔体(18)上下各有一活塞(15)，活塞之间是岩心或钢板(13)，岩心之间装有支撑剂(14)；所述平板夹持器腔体内侧有深孔用于插入电加热棒(8)和温度传感器(6)，其两端分别有用于进出实验流体的小孔(17)，所述进液小孔连有平流泵(2)和储液罐(1)，所述出液小孔连有废液罐(10)；所述液压机连有位移传感器(5)和压力传感器(7)；所述平流泵(2)、温度传感器(6)、位移传感器(5)、压力传感器(7)均与数据采集板(9)相连，数据采集板(9)又与计算机(11)相连。
2 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，在平板夹持器(3)的岩心(13)四周均有密封垫片(12)，在腔体内侧与活塞间也有密封垫片(16)。
3 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，平板夹持器(3)的腔体(18)深度为8cm，长度为20cm，宽度为4cm。
4 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述岩心或钢板(13)长4cm，宽2cm，厚2cm，在岩心或钢板上均匀铺置陶粒支撑剂，铺置浓度为1-15kg/cm2。
5 支撑剂嵌入深度的测量方法，包括以下步骤：
(1)、将支撑剂铺置于两块钢板之间，将两块钢板装载于平板夹持器腔体中，将活塞与密封垫片放入平板夹持器腔体内进行密封，同时将电加热棒和温度传感器插入平板夹持器腔体内侧的深孔中；
(2)、置平板夹持器于液压机平台上，其进液小孔连有平流泵和储液罐，出液小孔连有废液罐；
(3)、将与液压机相连的位移传感器和压力传感器、平流泵、温度传感器与数据采集板、计算机连接；
(4)、启动液压机，加载压力至初始压力，启动计算机，输入实验参数；
(5)用平流泵泵注储液罐液体进入平板夹持器内模拟地层流体状态，电加热棒和液压机分别模拟地层温度和压力，位移传感器上显示出裂缝变化，所有数据通过数据采集板传输至计算机；
(6)、用岩心替换钢板，重复进行(1)、(2)、(3)、(4)、(5)步骤；
(7)、计算机对数据进行处理和计算，得到不同环境条件下的支撑剂嵌入深度。
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