CN104153754B - 用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，主要由氮气瓶、搅拌装置、导流室、废料收集器组成，氮气瓶连接搅拌装置，搅拌装置包括搅拌室主体、密封盖，密封盖上有辅料加入口，搅拌室主体外部有可控温加热保温套，下部有出料口；导流室位于可调温恒温箱内，通过入口稳流管与搅拌装置的出料口连接，通过出口稳流管与废料收集器连接；导流室由导流室腔体、上活塞、下活塞、岩板、出入口接口构成。本发明可模拟交联压裂液和支撑剂的混合液体在泵注过程中沿井筒进入地层逐渐加温的动态过程，并按一定速率泵注进入导流室，实现动态铺砂，铺砂后能模拟交联压裂液动态破胶过程，为测试模拟地层条件下的导流能力提供条件。

Description

用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置

技术领域

本发明涉及石油勘探开发过程中一种用于支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，为测试模拟地层条件下的导流能力提供条件。

背景技术

水力压裂是一项广泛应用的油气井增产措施，该措施利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底油层上形成很高的压力，当这种压力超过井底附近油层岩石的破裂压力时，油层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂(通常石英砂)的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。水力压裂措施的有效性在很大程度上取决于人造裂缝的支撑剂导流能力，在进行模拟地层条件下的支撑剂导流能力测试之前，需要进行铺砂。

申请号为CN201110450238.0的中国专利文献公开了一种优化均匀铺置浓度的压裂设计方法。它通过先加入前置液，随后不间断的加入混砂液实现，按照如下四个步骤进行，步骤一，确定液体效率η；步骤二，确定前置液量ν；步骤三，确定加砂梯度；步骤四，进行均匀铺置浓度泵注程序，先加入前置液，前置液量ν由步骤二确定，随后根据步骤三设计的加砂梯度，不间断的加入混砂液。该方法是现场施工设计使用的方法，不能用于实验室测试支撑剂导流能力。

我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”公开了一种测试导流能力的支撑剂铺置方法。该方法通过在导流室中人工铺置干燥支撑剂，并使用刮板工具将支撑剂充填层刮平的办法铺置支撑剂。该方法的主要缺点有：1、使用人工均匀铺砂，铺砂情况过于理想，不能模拟实际情况；2、人工铺砂方式没有考虑交联压裂液对铺置的影响；3、没有能动态模拟压裂液和支撑剂混合液在泵注过程中沿井筒及进入地层逐渐加温的动态过程；4、目前没有模拟在支撑剂充填层中能实现压裂液交联后破胶过程，及其对支撑剂充填层的伤害；5、目前流体驱动主要使用动力泵(如离心泵、活塞泵、隔膜泵等)，对于流固两相(压裂液为液体，支撑剂为固体)具有先天不足，使用寿命短等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，该装置模拟了油气田开发压裂过程中，交联压裂液和支撑剂的混合液体在泵注过程中沿井筒进入地层逐渐加温的动态过程，并按一定速率泵注进入导流室，实现动态铺砂，铺砂后能模拟交联压裂液动态破胶过程，为测试模拟地层条件下的导流能力提供条件，克服了现有技术的不足。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，主要由氮气瓶、搅拌装置、导流室、废料收集器组成，所述氮气瓶通过导气管连接搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌室主体、密封盖，密封盖上设有可关闭的辅料加入口，搅拌室主体内部有搅拌棒及多级搅拌叶片，搅拌棒连接搅拌电机，搅拌室主体外部有可控温加热保温套，下部有出料口；所述导流室位于可调温恒温箱内，该导流室通过入口稳流管与搅拌装置的出料口连接，通过出口稳流管与废料收集器连接，所述废料收集器位于天平上；所述导流室由导流室腔体、上活塞、下活塞、岩板、出入口接口构成，所述岩板位于上活塞、下活塞之间，所述上活塞、下活塞连接推进板和推进电机，推进板用于推动上、下活塞，出入口接口位于导流室腔体两端，分别连接入口稳流管和出口稳流管。

所述所述搅拌装置的出料口和导流室的入口稳流管之间设有电磁流量计。

所述搅拌装置的密封盖设有安全阀(限压阀)和放空阀(泄压阀)。

所述氮气瓶设有减压阀。

一种使用所述的动态铺置装置的铺砂方法，依次包括以下步骤：

(1)将装配好的导流室放入可调温恒温箱中，连接入口稳流管、出口稳流管，装配好推进板；

(2)设定可调温恒温箱至模拟地层温度，并加热至该温度；

(3)将配置好的压裂液基液和称量好的支撑剂倒入搅拌室主体中，盖上密封盖，开动搅拌电机，使其均匀混合；

(4)通过可关闭的辅料加入口，向搅拌室主体中加入交联剂和破胶剂；

(5)开启可控温加热保温套，使其在一定时间内加热至指定温度，模拟从井筒到地层的逐渐加温过程；

(6)连接导气管，关闭可关闭的辅料加入口，打开出料口，开启氮气瓶，调整减压阀至电磁流量计达到预期流量；

(7)待流量稳定后，关闭出料口；

(8)关闭可控温加热保温套；

(9)启动推进电机，缓慢推动推进板，作用活塞之上，使得模拟地层岩板闭合，完成动态铺置，岩板闭合后，支撑剂被固定铺置到岩板之间(此过程同时模拟交联液的动态破胶过程)；

(10)关闭可调温恒温箱使其缓慢恢复至室温；

(11)取出导流室，进行后续导流能力测试；

(12)清洗流程。

实验压裂液和支撑剂在实验开始前预先称量重量，在实验过程中，随时监测天平的读数，当读数达到总重量的70％时，启动报警功能，实验停止。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：模拟了油气田开发压裂过程中，交联压裂液和支撑剂的混合液体在泵注过程中沿井筒及进入地层逐渐加温的动态过程，并按一定速率泵注进入导流室，实现动态铺砂，铺砂完后能模拟交联压裂液动态破胶过程，为测试模拟地层条件下的导流能力提供条件。

附图说明

图1是本发明所述的一种动态铺置装置的结构示意图。

图2是图1中的导流室的侧视图。

图3是图1中的导流室的俯视图。

图中：1氮气瓶，2减压阀，3导气管，4安全阀，5放空阀，6搅拌电机，7可关闭的辅料加入口，8搅拌棒，9密封盖，10搅拌室主体，11可控温加热保温套，12多级搅拌叶片，13出料口，14电磁流量计，15入口稳流管，16导流室，17推进电机，18推进板，19出口稳流管，20可调温恒温箱，21废料收集器，22天平，23导流室腔体，24上活塞，25下活塞，26出入口接口，27岩板。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

参看图1、图2、图3。

用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，主要由氮气瓶1、搅拌装置、导流室16、废料收集器21组成，所述氮气瓶1通过导气管3连接搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌室主体10、密封盖9，密封盖上设有可关闭的辅料加入口7，搅拌室主体内部有搅拌棒8及多级搅拌叶片12，搅拌棒连接搅拌电机6，搅拌室主体外部有可控温加热保温套11，下部有出料口13；所述导流室16位于可调温恒温箱20内，该导流室通过入口稳流管15与搅拌装置的出料口13连接，通过出口稳流管19与废料收集器21连接，所述废料收集器位于天平22上；所述导流室由导流室腔体23、上活塞24、下活塞25、岩板27、出入口接口26构成，所述岩板27位于上活塞24、下活塞25之间，所述上活塞、下活塞连接推进板18和推进电机17，出入口接口26位于导流室腔体两端，分别连接入口稳流管15和出口稳流管19。

所述所述搅拌装置的出料口13和导流室的入口稳流管15之间设有电磁流量计14。

所述搅拌装置的密封盖9设有安全阀4和放空阀5。

所述氮气瓶1设有减压阀2。

实施例1

实验假设：模拟对象井深4000m，地层温度120℃，压裂使用3‘1/2(3寸半)油管，内径76mm。压裂施工过程中，使用20/40目中密支撑剂，视密度1.76g/cm³，模拟砂比30％，施工排量6m³/min，形成人工裂缝，缝高50m，缝宽10mm。模拟反排时间4小时，并假设裂缝在2小时后闭合。导流室使用API标准导流室，宽度为38mm。

实验参数计算：动态铺砂过程中，可支持流动3min，按缝内流速相等进行计算，实际地层缝内流速＝排量/(缝高×缝宽)，则(6000L/min)/(50000mm×10mm)＝模拟缝内流量/(38mm×10mm)，计算可得模拟缝内流量为4.56L/min。混合液体总量为4.56L/min×3min/0.7＝19.54L，砂比30％，可计算出压裂液基液为16.89L，支撑剂用量8916g。

实验方法步骤：

1、将装配好的导流室16放入可调温恒温箱20中，连接入口稳流管15、出口稳流管19，装配好推进板18；

2、设定可调温恒温箱20至模拟地层温度120℃，并加热至该温度；

3、将配置好的压裂液基液16.89L，称量好的20/40目中密支撑剂8916g，倒入搅拌室主体10中，盖上密封盖9，开动搅拌电机6，使其均匀混合；

4、通过可关闭的辅料加入口7，向搅拌室主体10中加入交联剂和破胶剂；

5、开启可控温加热保温套11，使其在2小时内加热至120℃(模拟从井筒到地层的逐渐加温过程)；

6、连接导气管3，关闭可关闭的辅料加入口7，打开出料口13，开启氮气瓶1，调整减压阀2至电磁流量计14达到预期流量4.56L/min；

7、待流量稳定在4.56L/min后，关闭减压阀2，关闭出料口13，同时打开放空阀5；

8、关闭可控温加热保温套11；

9、启动推进电机17，缓慢推动推进板18，作用上活塞24、下活塞25，使得模拟地层岩板27在设置的2小时后闭合，完成动态铺置(岩板闭合后，支撑剂被固定铺置到岩板之间)；

10、在启动推进电机17经过4小时后，关闭可调温恒温箱20使其缓慢恢复至室温(以上步骤9、10过程为交联液的动态破胶过程)；

11、取出导流室，进行后续导流能力测试；

12、清洗流程。

安全措施：

①实验压裂液和支撑剂在实验开始前需预先称量重量，在实验过程中，随时监测天平22的读数，当读数达到总重量的70％时，启动报警功能。实验停止，自动关闭减压阀2，关闭出料口13，同时打开放空阀5泄压。

作用：由于使用气体驱动，为防止实验过程中由于实验液体用完导致被加热的高压气体从流程中喷溅而出，造成事故。故天平的重量监测为防护手段。

②安全阀4设定一定压力值，当搅拌室内压力超过安全压力则自动泄压，保证安全。

上述说明描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述启示或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，由氮气瓶(1)、搅拌装置、导流室(16)、废料收集器(21)组成，其特征在于，所述氮气瓶(1)通过导气管(3)连接搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌室主体(10)、密封盖(9)，密封盖上设有可关闭的辅料加入口(7)，搅拌室主体内部有搅拌棒(8)及多级搅拌叶片(12)，搅拌棒连接搅拌电机(6)，搅拌室主体外部有可控温加热保温套(11)，下部有出料口(13)；所述导流室(16)位于可调温恒温箱(20)内，该导流室通过入口稳流管(15)与搅拌装置的出料口(13)连接，通过出口稳流管(19)与废料收集器(21)连接，所述废料收集器位于天平(22)上；所述导流室由导流室腔体(23)、上活塞(24)、下活塞(25)、岩板(27)、出入口接口(26)构成，所述岩板(27)位于上活塞(24)、下活塞(25)之间，所述上活塞、下活塞连接推进板(18)和推进电机(17)，出入口接口(26)位于导流室腔体两端，分别连接入口稳流管(15)和出口稳流管(19)。

2.如权利要求1所述的用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，其特征在于，所述搅拌装置的出料口(13)和导流室的入口稳流管(15)之间设有电磁流量计(14)。

3.如权利要求1所述的用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，其特征在于，所述搅拌装置的密封盖(9)设有安全阀(4)和放空阀(5)。

4.如权利要求1所述的用于模拟地层条件下支撑剂导流能力测试的动态铺置装置，其特征在于，所述氮气瓶(1)设有减压阀(2)。