CN102183796A - 一种模拟支撑剂回流的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟支撑剂回流的测试装置及方法。该测试装置主要由储液罐、腔室泵、管线加热套、流量计、导流室、位移传感器、油压机、砂样收集器、废液罐、数据采集控制板、计算机组成。该测试方法依次包括：将支撑剂铺置于两块岩板之间，装载于导流室内；开启腔室泵，以小排量驱替；油压机两侧装载位移传感器，并加载至设计压力；启动计算机、管线电加热套、电加热棒，调节腔室泵排量，所有数据通过数据采集控制板传输至计算机；逐级增大排量，得到一定闭合压力下的支撑剂回流临界流速；逐级增大闭合压力，可得到不同闭合压力条件下的支撑剂回流临界流速。本发明能够模拟压裂裂缝中支撑剂回流的真实条件，满足在不同环境条件下支撑剂回流的测试要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于油气田开发过程中模拟支撑剂回流的测试装置及方法。
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。然而，压裂施工井在生产过程中受地层流体流速等因素影响，常常出现支撑剂的回流现象。支撑剂回流会严重影响油气井的正常生产。一方面，在近井筒地层形成裂缝伤害带，严重降低支撑裂缝的导流能力，引起油气井产量的大幅度下降；另一方面，回流支撑剂堆积井底掩埋下部储层，或冲蚀刺坏地面管线及仪表，造成生产设备严重损坏，影响生产工作的顺利进行。因此，研究支撑剂回流现象，对于采用合理的工艺技术措施防止支撑剂回流以及提高压裂效果具有重要意义。
目前模拟支撑剂回流的测试装置和方法，明显存在以下缺点：
(1)不能模拟不同的铺砂浓度对支撑剂回流的影响；
(2)未考虑地层闭合压力对支撑剂回流的影响；
(3)支撑剂由近井筒裂缝回流至井筒的通道是射孔孔眼，没有模拟这一过程就不能反应支撑剂回流的真实情况；
(4)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；
(5)不能研究裂缝宽度与支撑剂回流现象的关系；
(6)地层温度对支撑剂回流的影响不容忽视，没有模拟地层温度就不能反应支撑剂回流的真实情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟支撑剂回流的测试装置，以及使用该装置测量支撑剂回流的方法。使用这种测量装置和方法，能够模拟压裂裂缝中支撑剂回流的真实条件，满足在不同环境条件下支撑剂回流的测试要求，用以指导采用合理的工艺技术措施防止支撑剂回流以及确定合理的油气井生产工艺。
实验中，按照设计铺砂浓度，所需的支撑剂质量：
mp＝(49.64+9.07)×0.1×Cp
式中：
mp-所需支撑剂质量，g；Cp-铺砂浓度，Kg/m2。
支撑剂回流的临界流速：
v＝0.0059Q/Wpf
式中：
v-支撑剂回流的临界流速，m/min；Q-支撑剂回流的临界流量，mL/min；Wpf-支撑剂充填层厚度，cm。
一种模拟支撑剂回流的测试装置，主要由储液罐、腔室泵、流量计、管线加热套、导流室、位移传感器、油压机、砂样收集器、废液罐、数据采集控制板、计算机组成。所述导流室内侧有深孔用于插入电加热棒、温度传感器；导流室内腔装有岩板，并且岩板之间为支撑剂铺置区；导流室的上下部均有活塞与油压机相连，利用密封圈密封，导流室两端分别有进液孔和出液孔；所述进液孔依次连接前侧接头、流量计、管线加热套、腔室泵；所述出液孔顺序连接后侧接头、砂样收集器；所述前侧接头和后侧接头均通过紧固螺栓固定于导流室两端，利用密封垫圈帖合密封。
所述油压机连有位移传感器，可全程监测裂缝宽度随支撑剂回流的变化；所述腔室泵、管线电加热套、流量计、温度传感器、位移传感器均与数据采集控制板相连，数据采集控制板又和计算机相连。
本发明中，所述进液孔连接的前侧接头内部有进液喇叭口导流槽，与进液孔吻合，可有效避免测试流体对铺砂层的射流冲刷，确保测试结果的真实性。
本发明中，所述出液孔连接的后侧接头内部有圆形孔眼，可模拟支撑剂由近井筒裂缝经过射孔孔眼回流至井筒的真实过程。
一种模拟支撑剂回流的测试方法，依次包括以下步骤：
(1)将地层岩石切割成形状符合标准导流室尺寸的岩板，长度18.0cm、宽度3.4cm、厚度2.0cm；
(2)将岩板侧面涂抹密封硅胶，放置于导流室中部，等待硅胶固化后，修整岩板边缘，确保岩板上端面平整；
(3)在支撑剂铺置区内以一定铺砂浓度铺置支撑剂；
(4)将另一块已涂抹密封胶的岩板置于支撑剂铺置区上部，装载导流室上下部的活塞，使用油压机加载初始压力；
(5)打开储液罐，开启腔室泵，以小排量驱替，使整个测试管线和支撑剂铺置区充满测试液体；
(6)油压机两侧装载位移传感器，并加载至设计压力，启动计算机，输入实验参数，启动管线电加热套、电加热棒，调节腔室泵按设计排量注入测试介质，所有数据通过数据采集控制板传输至计算机；
(7)逐级增大测试介质排量，直至砂样收集器中出现砂粒，得到一定闭合压力条件下的支撑剂回流临界流速；
(8)逐级增大闭合压力，重复进行(6)、(7)步骤，可以得到不同闭合压力条件下的支撑剂回流临界流速。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)可以模拟不同的铺砂浓度对支撑剂回流的影响；(2)真实模拟闭合压力对支撑剂回流的影响；(3)模拟了支撑剂由近井筒裂缝经过射孔孔眼回流至井筒的真实过程；(4)可针对不同地层岩石进行重复性实验，实验结果的适应性良好；(5)可以全程监测裂缝宽度随支撑剂回流的变化；(6)真实反映了地层温度对支撑剂回流的影响。
本发明提供的一种模拟支撑剂回流的测试装置，原理可靠，结构简单，测试方法切实可行。本发明不仅可用于准确描述普遍存在的支撑剂回流现象，还能得到具体的支撑剂回流临界流速，克服了现有技术的缺陷，为研究压裂油气井的支撑剂回流现象提供了专用设备和测试方法。
附图说明
图1是模拟支撑剂回流的测试装置结构示意图。
图2是导流室结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图进一步说明本发明。
参看图1、图2。
一种模拟支撑剂回流的测试装置，主要由储液罐2、腔室泵1、管线加热套3、流量计4、导流室6、位移传感器5、油压机7、砂样收集器8、废液罐9、数据采集控制板10、计算机11组成；所述导流室6内侧有深孔用于插入电加热棒12、温度传感器13；导流室6内腔装有岩板19，并且岩板19之间为支撑剂铺置区20；导流室6的上下部均有活塞21与油压机7相连，利用密封圈22密封；导流室6两端分别有进液孔14和出液孔15；所述进液孔14依次连接前侧接头16、流量计4、管线加热套3、腔室泵1；所述出液孔15顺序连接后侧接头17、砂样收集器8；所述进液孔14连接的前侧接头16内部有进液喇叭口导流槽；所述出液孔15连接的后侧接头17内部有圆形孔眼；所述前侧接头16和后侧接头17均通过紧固螺栓18固定于导流室6两端，利用密封垫圈23帖合密封。
所述油压机7连接位移传感器5；所述腔室泵1、管线电加热套3、流量计4、温度传感器13、位移传感器5均与数据采集控制板10相连，数据采集控制板10又和计算机11相连。
假设模拟一口油井的人工裂缝，典型参数为：铺砂浓度10Kg/m2、地层温度80℃、闭合压力13.8MPa，则测试所需的支撑剂重量为：
mp＝(49.64+9.07)×0.1×Cp＝(49.64+9.07)×0.1×10＝58.71g
利用上述装置模拟支撑剂回流的测试方法，依次包括以下步骤：
(1)取压裂施工地层岩石，切割成形状符合标准导流室6尺寸的岩板19，长度18.0cm、宽度3.4cm、厚度2.0cm；
(2)将岩板19侧面涂抹密封硅胶，放置于导流室6中部，等待硅胶固化后，修整岩板19边缘，确保岩板19上端面平整；
(3)导流室6两侧端口加装筛网，在支撑剂铺置区20内装入58.71g支撑剂，并刮平；
(4)将另一块已涂抹密封胶的岩板19置于支撑剂铺置区20上部，装载导流室6上下部的活塞21，使用油压机7加载至初始压力6.9MPa；
(5)取出导流室6两侧筛网，加装前侧接头16和后侧接头17，打开储液罐2，开启腔室泵1，以50mL/min排量驱替，使整个测试管线和支撑剂铺置区20充满测试液体；
(6)油压机7两侧装载位移传感器5，并加载压力至13.8MPa，设定管线电加热套3、电加热棒12温度为80℃，启动计算机11，输入实验参数，所有数据通过数据采集控制板10传输至计算机11，每0.5分钟记录一次数据；
(7)计算机11控制腔室泵1以5分钟为间隔，逐级递增50mL/min测试介质排量，直至砂样收集器8中出现砂粒，采用v＝0.0059Q/Wpf计算得到13.8MPa闭合压力条件下的支撑剂回流临界流速；
(8)逐级增大闭合压力，重复进行(6)、(7)步骤，可以得到不同闭合压力条件下的支撑剂回流临界流速。
Claims (4)
1.一种模拟支撑剂回流的测试装置，主要由储液罐(2)、腔室泵(1)、管线加热套(3)、流量计(4)、导流室(6)、位移传感器(5)、油压机(7)、砂样收集器(8)、废液罐(9)、数据采集控制板(10)、计算机(11)组成，其特征在于，所述导流室(6)内侧有深孔用于插入电加热棒(12)、温度传感器(13)；导流室(6)内腔装有岩板(19)，岩板(19)之间为支撑剂铺置区(20)；导流室(6)的上下部均有活塞(21)与油压机(7)相连，利用密封圈(22)密封；导流室(6)两端分别有进液孔(14)和出液孔(15)；所述进液孔(14)依次连接前侧接头(16)、流量计(4)、管线加热套(3)、腔室泵(1)；所述出液孔(15)顺序连接后侧接头(17)、砂样收集器(8)；所述前侧接头(16)和后侧接头(17)均通过紧固螺栓(18)固定于导流室(6)两端，利用密封垫圈(23)帖合密封；所述油压机(7)连接位移传感器(5)；所述腔室泵(1)、管线电加热套(3)、流量计(4)、温度传感器(13)、位移传感器(5)均与数据采集控制板(10)相连，数据采集控制板(10)又和计算机(11)相连。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述前侧接头(16)内部有进液喇叭口导流槽。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述后侧接头(17)内部有圆形孔眼。
4.利用权利要求1所述的测试装置模拟支撑剂回流的方法，依次包括以下步骤：
(1)将地层岩石切割成形状符合标准导流室尺寸的岩板；
(2)将岩板侧面涂抹密封硅胶，放置于导流室中；
(3)在支撑剂铺置区内铺置支撑剂；
(4)将另一块已涂抹密封胶的岩板置于支撑剂铺置区上部，装载导流室上下部的活塞，使用油压机加载初始压力；
(5)开启腔室泵驱替，使整个测试管线和支撑剂铺置区充满测试液体；
(6)油压机两侧装载位移传感器，并加载至设计压力，启动计算机，输入实验参数，启动管线电加热套、电加热棒，调节腔室泵注入测试介质，所有数据通过数据采集控制板传输至计算机；
(7)逐级增大测试介质排量，直至砂样收集器中出现砂粒，得到一定闭合压力条件下的支撑剂回流临界流速；
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