CN103543086B - 支撑剂短期导流能力的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种支撑剂短期导流能力的测试方法和装置，方法包括：向待测的支撑剂填充层加载闭合压力；在稳定之后，测量支撑剂填充层的填充宽度和填充厚度；在稳定之后，使实验气体从支撑剂填充层的长度方向的一端流入，并穿过支撑剂填充层的内部，从支撑剂填充层的长度方向的另一端流出；在实验过程中测得各项数据并通过计算得出支撑剂的短期导流能力。实现该方法的装置包括：导流室，向支撑剂填充层加载闭合压力p；第一压力传感器，测量压力p1；第二压力传感器，测量压力p2；气体流量计，测量体积流量Q0。本发明的测试方法及装置克服了行业标准适用范围窄的缺点，且测试过程简单、测试成本低，利于推广，并且整个测试时间短。

Description

支撑剂短期导流能力的测试方法
技术领域
本发明涉及支撑剂领域，具体而言，涉及支撑剂短期导流能力的测试方法和装置。
背景技术
短期导流能力是评价支撑剂的压裂性能的一个重要参数。相关技术中，通常采用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6302—2009《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》测试支撑剂的短期导流能力。
上述方法的测试原理是：以液体为实验流体，使其在某一闭合压力（加载在支撑剂填充层上的闭合压力）下流过支撑剂填充层，并且测量支撑剂的填充缝宽、厚度、压差和流量，再利用达西渗流定律计算出支撑剂填充层的导流能力。其中，由于液体在支撑剂填充层中的流动状态更接近层流状态，因而可以运用达西渗流定律计算导流能力。
但是，由于气体在支撑剂填充层中的流动不是层流状态，因此利用上述方法得到的导流能力不能准确评价支撑剂导流气体的能力。而相关技术中还没有一种测试支撑剂对气体的短期导流能力的方法，通常是采用上述方法得到的结果做参考。可见，研究一种测试支撑剂对气体的短期导流能力的方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供支撑剂短期导流能力的测试方法和装置，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了支撑剂短期导流能力的测试方法，包括下列步骤：
向待测的支撑剂填充层加载闭合压力p，再稳定；
在稳定之后，测量支撑剂填充层的填充宽度W和填充厚度Wf；
在稳定之后，使实验气体从支撑剂填充层的长度方向的一端流入，并穿过支撑剂填充层的内部，从支撑剂填充层的长度方向的另一端流出；
在实验气体流动的过程中，测量实验气体在流入支撑剂填充层之前的压力p1，测量实验气体在流出支撑剂填充层之后的压力p2，测量实验气体在流出支撑剂填充层之后的体积流量Q0，测量压力p1的测量点与压力p2的测量点之间的距离L；
根据以上测量数据及以下公式计算得到支撑剂的渗透率初值K0：
其中p0为大气压，μ为实验气体的粘度；
根据以下公式计算得到支撑剂的非达西渗流系数β：β=b/K0 a，其中，a、b为支撑剂的粒径的两个相关系数；
根据以下公式计算得到待测的支撑剂的短期导流能力kWf：
其中，ρg为实验气体的密度。
在本发明的实施例中还提供了用于上述支撑剂短期导流能力的测试方法的测试装置，包括：
导流室，导流室填充有待测的支撑剂；导流室的长度方向的一端连接储气室，与储气室相对的另一端连接气体流量计；储气室与导流室之间通过第一阀门连接，第一阀门与导流室之间设有第一压力传感器，导流室与气体流量计之间设有第二压力传感器；
导流室用于：向支撑剂填充层加载闭合压力p；
第一压力传感器用于：测量压力p1；
第二压力传感器用于：测量压力p2；
气体流量计用于：测量体积流量Q0。
本发明上述实施例的支撑剂短期导流能力的测试方法和装置，
可用于准确测试支撑剂对气体的短期导流能力，为支撑剂用于气体开发提供了准确的理论值，其测试原理具体为：
利用现有技术中立方体形的支撑剂填充层，同时利用气体的流动状态为非达西渗流的特点，以气体为实验流体，进行测试。首先在第一步中，对填充层施加压力，再稳定。第二步中，获得了填充层的填充宽度W和填充厚度Wf。第三步中，模拟实验气体在填充层中的流通过程。第四步中，获得了p1、p2、Q0和L。最后根据福希海默（Forchhimer）非达西渗流理论以及渗透率初值K0的定义以及非达西渗流系数β的定义β=b/K0 a，计算得到支撑剂对气体的短期导流能力kWf。
本发明上述实施例的支撑剂短期导流能力的测试可以用于上述测试方法，因此可达到与上述方法相同的技术效果，其使用方法为：
启动导流室，使其对支撑剂填充层加载闭合压力p，稳定一段时间。再打开第一阀门，使储气室中的气体流过支撑剂填充层，此时采用第一压力传感器测量p1，采用第二压力传感器测量p2，采用气体体积流量测量Q0。最后利用上述测量的数据计算出最终结果。
附图说明
图1示出了本发明实施例二提供的支撑剂短期导流能力的测试装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例一
该实施例提供了一种支撑剂短期导流能力的测试方法，包括下列步骤：
第一步：向待测的支撑剂填充层加载闭合压力p，再稳定；
第二步：在稳定之后，测量支撑剂填充层的填充宽度W和填充厚度Wf；
第三步：在稳定之后，使实验气体从支撑剂填充层的长度方向的一端流入，并穿过支撑剂填充层的内部，从支撑剂填充层的长度方向的另一端流出；
第四步：在实验气体流动的过程中，测量实验气体在流入支撑剂填充层之前的压力p1，测量实验气体在流出支撑剂填充层之后的压力p2，测量实验气体在流出支撑剂填充层之后的体积流量Q0，测量压力p1的测量点与压力p2的测量点之间的距离L；
第五步：根据以上测量数据及以下公式计算得到支撑剂的渗透率初值K0：
其中p0为大气压，μ为实验气体的粘度；
根据以下公式计算得到支撑剂的非达西渗流系数β：β=b/K0 a，其中，a、b为支撑剂的粒径的两个相关系数；
根据以下公式计算得到待测的支撑剂的短期导流能力kWf：
其中，ρg为实验气体的密度。
上述方法可用于准确测试支撑剂对气体的短期导流能力，为支撑剂用于气体开发提供了准确的理论值。上述方法的测试原理具体为：
上述方法利用了现有技术中立方体形的支撑剂填充层，同时利用了气体的流动状态为非达西渗流的特点，以气体为实验流体，进行测试。首先在第一步中，对填充层施加压力，再稳定。第二步中，获得了填充层的填充宽度W和填充厚度Wf。第三步中，模拟实验气体在填充层中的流通过程。第四步中，获得了p1、p2、Q0和L。最后根据Forchhimer非达西渗流理论以及渗透率初值K0的定义以及非达西渗流系数β的定义β=b/K0 a，计算得到支撑剂对气体的短期导流能力kWf。
上文中的渗透率初值K0的定义参考油层物理（第二版，何更生，唐海主编；北京：石油工业出版社，57-58）。非达西渗流系数β的定义“多层压裂支撑剂导流能力（石油技术，1973年第25期，1101-1107页）”（ConductivityofFractureProppantsinMultipleLayers,JournalofPetroleumTechnology，1973，25,1101-1107），其中，支撑剂的粒径的两个相关系数a、b也参考文献中的定义，如表1所示，已知支撑剂的目数，即可从表1中找出其相关系数a、b。
当需要测定支撑剂在不同闭合压力下的短期导流能力时，只需要改变闭合压力，按照上述方法测试即可。
表1不同支撑剂粒径下的系数a和b
支撑剂目数（目） a b
8～12 1.24 3.32
10～20 1.34 2.63
20～40 1.54 2.65
40～60 1.60 1.10
另外，上述测试方法还可以进一步改进，以达到更多的技术效果，例如：
优选地，测试中的实验气体可采用惰性气体，惰性气体的化学性质稳定，因而在测试过程中不会与支撑剂等物质发生反应，因此测试结果更加准确。可用的惰性气体如氮气、氦气等。
优选地，稳定的时间为0.2-0.3h。采用该时长，支撑剂填充层可达到半稳态，因而测试结果更加准确。为了进一步改善该效果，可以更优选地采用0.25h。
实施例二
该实施例提供了一种支撑剂短期导流能力的测试装置，如图1所示，包括：
导流室3，导流室3填充有待测的支撑剂；导流室3的长度方向的一端连接储气室1，与储气室1相对的另一端连接气体流量计5；储气室1与导流室3之间通过第一阀门2连接，第一阀门2与导流室3之间设有第一压力传感器7，导流室3与气体流量计5之间设有第二压力传感器6；
导流室3用于：向支撑剂填充层加载闭合压力p；
第一压力传感器7用于：测量压力p1；
第二压力传感器6用于：测量压力p2；
气体流量计5用于：测量体积流量Q0。
上述测试装置可以用于实施例一的测试方法，因此可达到与实施例一相同的技术效果，其使用方法为：
启动导流室3，使其对支撑剂填充层加载闭合压力p，稳定一段时间。再打开第一阀门2，使储气室1中的气体流过支撑剂填充层，此时采用第一压力传感器7测量p1，采用第二压力传感器6测量p2，采用气体体积流量测量Q0。最后利用上述测量的数据计算出最终结果。
同样，上述测量装置也可以进一步改进，以达到更多的技术效果，例如：
优选地，第二压力传感器6与气体流量计5之间通过第二阀门4连接。设置第二阀门4的作用：测试发生异常时，即时关闭第二阀门4，以检查问题。
优选地，导流室3为美国石油协会标准（API）导流室。该导流室的稳定性高，可提高结果的稳定。
优选地，第一压力传感器7为压阻式压力传感器。该传感器具有较高的精度和较好的线性特性。同理，第二压力传感器6也可采用压阻式压力传感器。
此外，为了更进一步说明本发明的性能，以下还提供了具体的试验例，以下试验例采用实施例二的装置。
试验例一
试验方法
已知某20～40目支撑剂体积密度为1.57g/cm3，采用API导流仪在不同闭合压力下测试其气测（空气）短期导流能力，已知铺置浓度C为9.8kg/m2，填充宽度为3.81cm，空气粘度为0.018，空气密度为0.001205g/cm3，出口压力为标准大气压，保持气体流量为2000cm3/min，测压孔距离为17.78cm，不考虑闭合压力下支撑剂的破碎对短期导流能力的影响。该组试验为非达西渗流组。
对照组
采用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6302—2009测试支撑剂的短期导流能力，为达西渗流组。
试验结果
测试数据见表2。
表2试验例一的测试结果
试验例二
试验方法
已知某10～20目支撑剂体积密度为1.42g/cm3，采用API导流仪在不同闭合压力下测试其气测（空气）短期导流能力，已知铺置浓度C为9.8kg/m2，填充宽度为3.14cm，空气粘度为0.018，空气密度为0.001205g/cm3，出口压力为标准大气压，保持气体流量为3000cm3/min，测压孔距离为12.46cm，不考虑闭合压力下支撑剂的破碎对短期导流能力的影响。该组试验为非达西渗流组。
对照组
采用中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T6302—2009测试支撑剂的短期导流能力，为达西渗流组。
试验结果
测试数据见表3。
表3试验例二的测试结果
从表2和表3中数据分析可知，本发明的测试方法具有明显的非达西渗流特征，其气测短期导流能力仅为采用达西渗流测试短期导流能力的一半左右。本发明的测试方法克服了行业标准适用范围窄的缺点，完善了支撑剂短期导流能力测试理论，能准确计算出真实的气测支撑剂填充层短期导流能力，为气藏压裂施工参数的优选提供了理论基础，且测试过程简单、测试成本低，利于推广，并且整个测试时间只需约6小时。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.支撑剂短期导流能力的测试方法，其特征在于，包括下列步骤：
向待测的支撑剂填充层加载闭合压力p，再稳定；
在所述稳定之后，测量所述支撑剂填充层的填充宽度W和填充厚度Wf；
在所述稳定之后，使实验气体从所述支撑剂填充层的长度方向的一端流入，并穿过所述支撑剂填充层的内部，从所述支撑剂填充层的长度方向的另一端流出；
在所述实验气体流动的过程中，测量所述实验气体在流入所述支撑剂填充层之前的压力p1，测量所述实验气体在流出所述支撑剂填充层之后的压力p2，测量所述实验气体在流出所述支撑剂填充层之后的体积流量Q0，测量所述压力p1的测量点与所述压力p2的测量点之间的距离L；
根据以上测量数据及以下公式计算得到支撑剂的渗透率初值K0：
其中p0为大气压，μ为所述实验气体的粘度；
根据以下公式计算得到支撑剂的非达西渗流系数β：β＝b/K0 a，其中，a、b为支撑剂的粒径的两个相关系数；
根据以下公式计算得到所述待测的支撑剂的短期导流能力kWf：
其中，ρg为所述实验气体的密度。
2.根据权利要求1所述的支撑剂短期导流能力的测试方法，其特征在于，所述实验气体为惰性气体。
3.根据权利要求2所述的支撑剂短期导流能力的测试方法，其特征在于，所述实验气体为氮气。
4.根据权利要求1所述的支撑剂短期导流能力的测试方法，其特征在于，所述稳定的时间为0.2-0.3h。
5.根据权利要求1所述的支撑剂短期导流能力的测试方法，其特征在于，所述稳定的时间为0.25h。
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