CN102174883A - 清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，这种清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，制备符合清水压裂泄压返排后裂缝壁面闭合形态的岩芯试件，钻取Φ50×100mm圆柱形试件，正交预制划痕，并劈裂制作拉伸破坏型裂缝壁面，将壁面错动，把岩芯端面研磨平整，获得无支撑剂非啮合裂缝壁面组合；然后进行裂缝导流能力测试，把制备好的岩芯试件放入岩芯夹持系统，模拟地层应力和温度环境，设置并发出控制指令，各系统动作并反馈信号，最终收集测试结果，计算并得到清水压裂自支撑裂缝导流能力。本发明能够较真实反映清水压裂过程裂缝拉伸破坏和剪切滑移过程，并还原到地下赋存的压力环境和温度环境测试其导流能力，测试方法切实可行。

Description

清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法

一、技术领域：

本发明涉及的是油气田开发过程中清水压裂自支撑裂缝导流能力的室内测试和评价方法，具体涉及的是清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法。

二、背景技术：

清水压裂是指在低渗透油气藏改造中，应用在清水中加入降阻剂、活性剂、防膨剂等或线性胶作为工作液进行的压裂作业，作业液中一般不加或铺垫少量支撑剂。大量现场实践证明与传统的冻胶压裂相比，在低渗透油气藏中清水压裂能产生更好的增产效果，且施工成本明显比传统的冻胶压裂的施工成本低得多。但使用清水压裂受到储层地应力、渗透率、岩石力学性质等限制，并不是所有低渗透地层都适合清水压裂。清水压裂与地层的配伍性，主要取决于清水压裂形成的自支撑裂缝能否为油气输运提供足够的导流能力，但清水压裂自支撑裂缝导流能力的室内测试和评价方法，一直未见到国内外相关文献的发表，成为制约清水压裂推广应用的技术瓶颈，因此建立清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法有重要意义。

三、发明内容：

本发明的目的是提供清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，它用于目前油气田开发过程中缺乏清水压裂自支撑裂缝导流能力的室内测试和评价方法的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法：

首先制备符合清水压裂泄压返排后裂缝壁面闭合形态的岩芯试件，钻取Φ50×100mm圆柱形试件，正交预制划痕，并劈裂制作拉伸破坏型裂缝壁面，然后将壁面错动，把岩芯端面研磨平整，获得无支撑剂非啮合裂缝壁面组合或铺垫少量支撑剂的非啮合裂缝壁面组合；

然后进行裂缝导流能力测试，把制备好的岩芯试件放入岩芯夹持系统，连接仪器，分别启动轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统和温度加载系统，模拟地层应力和温度环境，设置并发出控制指令，各系统动作并反馈信号，最终收集测试结果，计算并得到清水压裂自支撑裂缝导流能力。

有益效果：

1、本发明提供的清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，原理可靠，裂缝壁面制作和测试装置结构简单，能够较真实反映清水压裂过程裂缝拉伸破坏和剪切滑移过程，并还原到地下赋存的压力环境和温度环境测试其导流能力，测量方法切实可行，试验结果适应性好。本发明为评价清水压裂自支撑裂缝导流能力提供了测试装置和评价方法。

2、本发明建立了清水压裂拉伸破坏产生的具有一定粗糙度裂缝壁面的制备方法；

3、本发明真实的模拟了清水压裂泄压返排过程中裂缝壁面剪切滑移过程；

4、本发明能够模拟测试清水压裂无支撑剂非啮合型裂缝和铺垫少量支撑剂非啮合型裂缝导流能力；

5、本发明能够模拟清水压裂自支撑裂缝在地下赋存的压力环境和温度环境，测试其导流能力。

四、附图说明：

图1是本发明清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法的流程图。

图2是本发明清水压裂自支撑裂缝导流能力测试装置的结构框图。

图3是在圆柱形试件上沿轴线方向和直径方向正交绘制划痕示意图；

图4是劈裂试验时三棱压刀和岩芯试件的状态示意图；

图5是啮合的裂缝壁面组合示意图；

图6是滑移后非啮合的裂缝壁面组合示意图；

图7是磨平后无支撑剂非啮合裂缝壁面组合示意图；

图8是磨平后铺垫少量支撑剂非啮合裂缝壁面组合示意图；

图9岩芯试件端面磨平后涂抹AB胶示意图；

图10是涂抹AB胶后的铺垫少量支撑剂非啮合裂缝壁面组合示意图。

1轴向加载控制器2轴向螺旋加载器3轴向伺服控制器4轴向应力传感器5岩芯夹持系统6岩芯试件7加热套8传压介质9双柱塞微量泵10驱替液存储容器11过滤器12手阀13围压加载器14压力表15手阀16电子天平17上游压力传感器18热电耦19下游压力传感器20计算机21划痕22AB胶

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明要解决的技术问题主要集中两个方面：

(1)制备具有清水压裂自支撑裂缝壁面特征的岩石试件。

清水压裂自支撑裂缝壁面具备两个特征：①是由岩石拉伸破坏产生的，具有一定粗糙度；②压裂过程中裂缝壁面产生剪切滑移，泄压返排过程中，裂缝面不能完全啮合。

(2)模拟清水压裂自支撑裂缝在地下赋存的压力环境和温度环境，测试其导流能力。

结合图1所示，为了解决上述两个问题，本发明采用的技术方案具体为：

首先制备符合清水压裂泄压返排后裂缝壁面闭合形态的岩石试件，钻取Φ50×100mm圆柱形试件，正交预制划痕21，并劈裂制作拉伸破坏型裂缝壁面，然后将壁面错动，把岩芯端面研磨平整，获得无支撑剂非啮合裂缝壁面组合或铺垫少量支撑剂的非啮合裂缝壁面组合；

然后进行裂缝导流能力测试，把制备好的岩芯试件放入岩芯夹持系统，连接仪器，分别启动轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统和温度加载系统，模拟地层应力和温度环境，设置并发出控制指令，各系统动作并反馈信号，最终收集测试结果，计算清水压裂自支撑裂缝导流能力。

结合图2所示，本发明中清水压裂自支撑裂缝导流能力的测试装置，主要由：岩芯夹持系统，轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统，温度加载系统和控制采集系统组成。

岩芯夹持系统5的主要组件有耐温耐压耐腐蚀不锈钢筒体、流体循环通道及夹持器总成、测量柱塞。夹持器抗高温，抗高压，耐腐蚀，装卸岩芯试件6方便，更换岩芯试件6方便，在不卸压的情况下，可打开和关闭流体循环通道。

轴压加载系统的主要组件有轴向加载控制器1、轴向螺旋加载器2、轴压伺服控制器3和轴向应力传感器4。

围压加载系统的主要组件有围压加载器13和压力表14。

液压加载系统主要组件有高精度平流泵，该高精度平流泵采用双柱塞微量泵9、手阀12、手阀15、过滤器11等，传压介质8经双柱塞微量泵9输送到驱替液存储容器10中，驱替液通过过滤器11、手阀12、岩芯试件6和手阀15，最后被接收和测量。液压加载系统提供正反向及高低量程转换，压力精确测量。

温度加载系统的主要组件有加热套7和热电偶18。

控制采集系统的主要组件有压力传感器、温度传感器、电子天平16、各种控制采集电路接口及计算机20等，岩芯试件前安装有上游压力传感器17，岩芯试件后安装有下游传感器19，各种传感器与计算机20相连，通过计算机发出控制指令并采集反馈信号。

通过上述各系统协调工作，能够模拟清水压裂自支撑裂缝在地下赋存的轴向压力、围压和温度环境，测试其导流能力。

实施例1：

首先制备符合清水压裂泄压后裂缝壁面闭合形态的岩芯试件，其制作方法如下：

(1)钻取Φ50×100mm的圆柱形试件，在105～110℃的温度下烘24小时，然后放入干燥器内冷却至室温。

(2)在岩芯试件侧面延轴线方向和端面延直径方向正交预制划痕21，诱导裂缝延划痕方向拉伸破裂，并获得较完整的裂缝壁面，见图3。

(3)将实验岩芯横放于劈裂仪的底座，调节岩芯的位置，使岩芯轴线方向划痕处于三棱柱状硬质合金压刀正下方，端面沿直径方向划痕保持竖直，均匀加压，直至岩芯试件劈裂，见图4。

(4)将粗糙的裂缝壁面，错动δ位移，模拟清水压裂缝面剪切滑移特性，然后将试件固定在研磨机上，将错动岩芯端面研磨平整，避免表面有剥落和凹凸不平之处，测试试样长度L，δ在1-4mm之间。

(5)制备啮合的裂缝壁面组合如图5所示，滑移后非啮合的裂缝壁面组合如图6，打磨后平整的无支撑剂非啮合的裂缝壁面组合如图7所示，打磨后铺垫少量支撑剂非啮合裂缝壁面组合如图8。

(6)将岩芯试样两个端面均匀涂上AB胶22，待凝24小时，如图9和图10所示。

接下来，进行裂缝导流能力测试，其具体过程为；

(1)配制驱替流体，测试其试验温度下的流变参数，然后将驱替流体放置到液压加载系统的驱替液存储容器10内。

(2)将制备好的岩芯试件放入岩芯夹持系统，并连接仪器，检查各部件密封性和可靠性。

(3)分别启动轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统和温度加载系统。根据地层应力和温度环境，设置并发出控制指令，各系统动作并反馈控制型号。

(4)收集测试结果，包括：工作液循环系统入口，出口压力和流量等参数，计算压差Δp和和流量Q。

(5)将测试结果代入中，计算清水压裂自支撑裂缝在不同轴向压力，侧向压力和温度环境下的导流能力。

Claims (4)

1.一种清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，其特征在于：这种清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法：

首先制备符合清水压裂泄压返排后裂缝壁面闭合形态的岩芯试件，钻取Φ50×100mm圆柱形试件，正交预制划痕(21)，并劈裂制作拉伸破坏型裂缝壁面，然后将壁面错动，把岩芯端面研磨平整，获得无支撑剂非啮合裂缝壁面组合或铺垫少量支撑剂的非啮合裂缝壁面组合；

然后进行裂缝导流能力测试，把制备好的岩芯试件放入岩芯夹持系统，连接仪器，分别启动轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统和温度加载系统，模拟地层应力和温度环境，设置并发出控制指令，各系统动作并反馈信号，最终收集测试结果，计算并得到清水压裂自支撑裂缝导流能力。

2.根据权利要求1所述的清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，其特征在于：所述的制备符合清水压裂泄压返排后裂缝壁面闭合形态的岩芯试件的具体方法为，

(1)钻取Φ50×100mm的圆柱形试件，在105～110℃的温度下烘24小时，然后放入干燥器内冷却至室温；

(2)在岩芯试件侧面延轴线方向和端面延直径方向正交预制划痕(21)，诱导裂缝延划痕方向拉伸破裂，并获得较完整的裂缝壁面；

(3)将实验岩芯横放于劈裂仪的底座，调节岩芯的位置，使岩芯轴线方向划痕处于三棱柱状硬质合金压刀正下方，端面沿直径方向划痕保持竖直，均匀加压，直至岩芯试件劈裂；

(4)将粗糙的裂缝壁面错动δ位移，模拟清水压裂缝面剪切滑移特性，然后将试件固定在研磨机上，将错动岩芯端面研磨平整，避免表面有剥落和凹凸不平之处，测试试样长度L，δ在1-4mm之间；

(5)制备无支撑剂非啮合的裂缝壁面组合及铺垫少量支撑剂非啮合裂缝壁面组合；

(6)将岩芯试样两个端面均匀涂上AB胶(22)，待凝24小时。

3.根据权利要求1或2所述的清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，其特征在于：所述的进行裂缝导流能力测试的具体过程为，

(1)配制驱替流体，测试其试验温度下的流变参数，然后将驱替流体放置到液压加载系统的驱替液存储容器内；

(2)将制备好的岩芯试件放入岩芯夹持系统，并连接仪器，检查各部件密封性和可靠性；

(3)分别启动轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统和温度加载系统。根据地层应力和温度环境，设置并发出控制指令，各系统动作并反馈控制型号；

(4)收集测试结果，包括：工作液循环系统入口，出口压力和流量等参数，计算压差Δp和和流量Q；

(5)将测试结果代入

中，计算清水压裂自支撑裂缝在不同轴向压力，侧向压力和温度环境下的导流能力。

4.根据权利要求3所述的清水压裂自支撑裂缝导流能力测试方法，其特征在于：所述的清水压裂自支撑裂缝导流能力方法使用的装置由岩芯夹持系统，轴压加载系统，围压加载系统，液压加载系统，温度加载系统和控制采集系统组成。

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