CN104535715A - 一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置与方法，包括恒温箱，所述恒温箱中设有夹持器外筒，所述夹持器外筒内置有橡胶筒，夹持器外筒与橡胶筒形成密闭空间，所述夹持器外筒两端设有进口端堵头和出口端堵头，所述夹持器外筒中部设有环压孔，环压测量表通过环压孔与夹持器外筒和橡胶筒形成的密闭空间导通，环压测量表的另一端依次连接有环压泵、环压储液罐。本发明基于设计的裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，建立了集配液、试压、注入、测压等流程为一体的与实验装置相匹配的裂缝转向剂暂堵能力评价方法，可真实模拟裂缝转向剂暂堵过程，操作安全、简单、自动化程度及结果可信度高。

Description

一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置与方法

技术领域

本发明涉及一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置与方法，属于石油压裂领域。

背景技术

随着常规石油天然气资源的不断消耗，低渗透油气资源在我国能源结构中的战略地位和作用日益凸显。水力压裂作为油气井投产或增产的主要措施，已广泛应用在低渗透油气田的开发中，为油气田高产和稳产做出了重要贡献。但受诸多因素影响，部分生产井初次水力压裂低效或失效，严重影响了油气田的正常开发，对这类井，为了获得高产和经济的开采效益，必须进行重复压裂。

重复压裂技术在国内外都有广泛应用，但其理论研究严重滞后于工程实践，使得该技术缺乏必要的、科学的、系统的理论指导，导致大量的重复压裂并没有取得理想的效果，浪费了大量的人力和物力资源。基于此，急需以技术进步来扭转重复压裂成功率低、有效期短、科研落后于现场施工等被动局面。但就低渗透油气藏而言，鉴于初次裂缝控制的油气已基本被采出，故实施转向重复压裂压出新裂缝，以动用老裂缝控制区以外的油气资源将更有意义。工程实践中通常采用裂缝转向剂暂堵老裂缝以实现应力干扰达到裂缝转向目的及保障重复压裂效果，其中，老裂缝转向剂的暂堵强度是保障裂缝转向的关键。

然而，目前裂缝转向剂封堵能力评价技术相对滞后，多采用单管或并联双管岩心或填砂模型流动模拟实验装置定性评价转向剂封堵能力，但存在无法模拟裂缝条件，且因注入问题不能模拟颗粒型、纤维型转向剂封堵等问题。申请号201110325821.9的专利公开了一种重复压裂堵剂的突破压力的测试方法，采用岩心劈开造缝填充的方式模拟堵剂封堵强度，但存在岩心制作过程复杂、裂缝可重复性差、裂缝规模受限（标准岩心尺寸较小）及堵剂无法动态注入等问题，与实际压裂过程中裂缝暂堵过程相差较远。

本发明针对上述情况进行科学合理的分析，自主研发出一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置与方法。

发明内容

为了能真实模拟现场实际，实现老裂缝转向剂的动态注入及封堵，模拟裂缝扩展及转向剂在裂缝中运移及动态封堵过程，准确计量裂缝转向剂封堵压力，获取裂缝转向剂暂堵能力评价指标，本发明提供了一种裂缝颗

粒转向剂暂堵能力评价装置与方法。

 本发明的技术方案为：

一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，包括恒温箱，所述恒温箱中设有夹持器外筒，所述夹持器外筒内置有橡胶筒，夹持器外筒与橡胶筒形成密闭空间，所述夹持器外筒两端设有进口端堵头和出口端堵头，进口端堵头和出口端堵头之间设置有呈V字形通道的上下对称裂缝块体，裂缝块体设置在橡胶筒内部，进口端堵头和出口端堵头与夹持器外筒之间密封固定连接，进口端堵头上留有进液口，出口端堵头上留有出液口，所述出液口连接有出液端量杯，进液口端依次连接有注入泵、工作液储液罐，所述夹持器外筒中部设有环压孔，环压测量表通过环压孔与夹持器外筒和橡胶筒形成的密闭空间导通，环压测量表的另一端依次连接有环压泵、环压储液罐。

    所述的对称裂缝块体中的每一个裂缝块体是由通过中部转轴连接的长块体和短块体组成，所述的长块体与出口端堵头活动连接，所述的短块体与进口端堵头活动连接。

    所述的长块体与出口端堵头通过前转轴活动连接，所述的短块体与进口端堵头通过后转轴活动连接。

    所述长块体相互对应的内壁处设有岩板。

    进口端堵头上留还留有测压孔，所述测压孔端依次连接有入口端压力表、回压阀、测压量筒，所述回压阀还连接有回压测量表和回压阀手摇泵。

    进口端堵头与夹持器外筒一端通过进口法兰固定连接，出口端堵头与夹持器外筒另一端通过出口法兰固定连接。

    一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价方法，包括以下步骤：

    （1）、检查裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置的完好性，并打开恒温箱模拟地层温度；

    （2）、将压裂液前置液置于工作液储液罐，所需的转向剂与压裂液的混合液配置好后置于另一个工作液储液罐中；所需的转向剂与压裂液混合体积比例为10-30：90-70；

   （3）、按照储层实际情况，通过由环压储液罐、环压泵、环压测量表及液压管道组成的环压供给装置给由橡胶筒、裂缝块体和岩板组成的裂缝系统夹持器加环压，达到30-60MPa模拟裂缝闭合压力；

    （4）、通过手摇泵及压力表设置回压阀压力值为20-30MPa，封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；

    （5）、通过注入泵向裂缝中注入可以迫使裂缝张开压裂液前置液，迫使裂缝张开，然后通过注入泵从内径达5-8mm的管线注入所需的转向剂与压裂液的混合液，之后再注入压裂液前置液，观察记录出口端量筒出液情况及缝内压力值；

    （6）、若回压值比20-30MPa高，记录出液口开始排液时的压力值即为转向剂封堵压力；封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；

（7）、转向剂封堵压力测得后，将裂缝系统夹持器继续在恒温箱内放置若干时间，再注入压裂液前置液，并观察记录出液口情况及缝内压力值，用以模拟裂缝转向剂降解后的封堵情况。

本发明的有益效果：

通过储液罐、注入泵、管线、夹持器、橡胶筒、裂缝块体、岩板、转轴、回压和测压组成一套评价颗粒转向剂在裂缝中动态封堵能力的实验装置，使得本装置结构新颖。

通过合理设计入口管线、入口孔眼尺寸及初始裂缝开启程度，实现老裂缝转向剂的动态注入及封堵，真实模拟现场实际使得对装置的操作安全、简单。

通过环压供给装置、橡胶筒、裂缝块体、岩板、转轴控制裂缝延伸压力，模拟裂缝扩展及转向剂在裂缝中运移及动态封堵过程；通过装置出液口和注入端设置的回压系统和测压装置，准确计量裂缝转向剂封堵压力，获取裂缝转向剂暂堵能力评价指标，使得本发明的自动化程度高，有利于操作，完成作业效率高。

基于裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，建立集配液、试压、注入、测压等流程为一体的与实验装置相匹配的裂缝转向剂暂堵能力评价方法，这种方法得出的结果可信度高。

以下将结合附图将进行详细的说明。

附图说明

图1  裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置示意图。

图2  裂缝系统夹持器正视示意图。

图3  裂缝系统夹持器侧视示意图。

图中，附图说明：1、出口端量筒；2、恒温箱；3、环压储液罐；4、环压泵；5、环压测量表；6、工作液储液罐；7、注入泵；8、入口端法兰；9、入口端堵头；10、前转轴；11、测压孔；12、裂缝块体；1201、长块体；1202、短块体；13、橡胶筒；14、中部转轴；15、入口端压力表；16、回压阀；17、回压测量表；18、回压阀手摇泵；19、测压量筒 ；20、岩板；21、后转轴；22、 出口端法兰；23、 出口端堵头；24、出液孔；25、夹持器筒体；26、环压孔；27、进液孔。

具体实施方式

实施例1：

为了真实模拟现场实际，准确计量裂缝转向剂封堵压力，获取裂缝转向剂暂堵能力评价指标本实施例提供如图1所示的一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，包括恒温箱2，所述恒温箱2中设有夹持器外筒25，所述夹持器外筒25内置有橡胶筒13，夹持器外筒25与橡胶筒13形成密闭空间，所述夹持器外筒25两端设有进口端堵头9和出口端堵头23，进口端堵头9和出口端堵头23之间设置有呈V字形通道的上下对称裂缝块体12，裂缝块体12设置在橡胶筒13内部进口端堵头9和出口端堵头23与夹持器外筒25之间密封固定连接，进口端堵头9上留有进液口，出口端堵头23上留有出液口24，所述出液口24连接有出液端量杯1，进液口端依次连接有注入泵7、工作液储液罐6，所述夹持器外筒25中部设有环压孔26，环压测量表5通过环压孔26与夹持器外筒25和橡胶筒13之间形成的密闭空间导通，环压测量表5的另一端依次连接有环压泵4、环压储液罐3；进液口端依次连接有注入泵7、工作液储液罐6，测压孔11端依次连接有入口端压力表15、回压阀16、测压量筒19， 所述回压阀16还连接有回压测量表17和控制回压测量表17的回压阀手摇泵18。

    由环压储液罐3、环压泵4、环压测量表5及液压管道组成的通过液压管道与裂缝系统夹持器的环压接口26相接且对夹于裂缝夹持器内部的被测试转向剂施加环向压力的环压供给装置。

由工作液储液罐6、注入泵7组成的用于注入转向剂及测压工作液的物料注入装置，为了保证所需的转向剂注入要求管线内径及注入孔径较大。

如图2和图3所示的夹持器，包括夹持器外筒25，所述夹持器外筒25内置有橡胶筒13、橡胶筒13内部设置有裂缝块体12，裂缝块体12的两端与进口端堵头9和出口端堵头23通过前转轴10和后转轴21连接，进口端堵头9与夹持器外筒25一端通过进口法兰8，出口端堵头23与夹持器外筒25另一端出口法兰22固定，进口端堵头9上留有进液口和测压孔11，出口端堵头23上留有出液口24，夹持器外侧设有用于模拟地层温度的恒温箱2。

裂缝系统夹持器外侧设有用于模拟地层温度的恒温箱2。

测压孔11通过管线与入口端压力表15及回压阀16连接，回压阀16通过手摇泵18及压力表17设置回压值，当裂缝内压力高于设置的回压值时，工作液则通过回压阀16排到测压量筒19内。

    实施例2：

    基于实施例1的基础上，所述的对称裂缝块体12中的每一个裂缝块体是由通过中部转轴14连接的长块体1201和短块体1202组成，所述的长块体1201与出口端堵头23活动连接，所述的短块体1202与进口端堵头9活动连接。

裂缝系统由四个裂缝块体12及块体转轴10、块体转轴14、块体转轴21组成，中部转轴14处四个块体截面都加工成有一定角度的斜面，以便保证裂缝闭合时有一定的活动空间，四个裂缝块体12与橡胶筒13接触的面加工成具有一定的向两端倾斜的角度，以便保证裂缝闭合时块体两端上翘的活动空间；两个长块体1201是模拟裂缝的主体部分，正常情况下裂缝进口端及中部开度大，向出口端开度逐步减小。

   所述的长块体1201与出口端堵头23通过前转轴10活动连接，所述的短块体1202与进口端堵头9通过后转轴21活动连接。

    裂缝块体12外部包围有橡胶筒13，通过环压供给装置向橡胶筒13外部供液加压达到橡胶筒13包裹裂缝系统及向裂缝内转向剂施加裂缝闭合压力的目的。

    长块体1201壁面处设有岩板20。

    长块体1201壁面处设有岩板20，用于模拟储层实际压裂过程中的裂缝壁面及其与转向剂间的作用；岩板20需加工成岩板槽尺寸，并可根据储层岩性进行置换。

    实施例3：

   基于实施例1、实施例2的基础上，本实施例提供一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价方法，包括以下步骤：

（1）检查裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置的完好性，并打开恒温箱2模拟地层温度；

（2）、将压裂液前置液置于工作液储液罐6，所需的转向剂与压裂液的混合液配置好后置于另一个工作液储液罐6中；所需的转向剂与压裂液混合体积比例为10-30：90-70；

（3）、按照储层实际情况，通过由环压储液罐3、环压泵4、环压测量表5及液压管道组成的环压供给装置给由橡胶筒13、裂缝块体12和岩板20组成的裂缝系统夹持器23加环压，达到30-60MPa模拟裂缝闭合压力；

（4）、通过手摇泵18及压力表17设置回压阀压力值为20-30MPa，封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；

（5）、通过注入泵7向裂缝中注入可以迫使裂缝张开压裂液前置液，迫使裂缝张开，然后通过注入泵7从内径达5-8mm的管线注入所需的转向剂与压裂液的混合液，之后再注入压裂液前置液，观察记录出口端量筒1出液情况及缝内压力值；

（6）、若回压值比20-30MPa高，记录出液口开始排液时的压力值即为转向剂封堵压力；封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；

（7）、转向剂封堵压力测得后，将裂缝系统夹持器继续在恒温箱2内放置若干时间，再注入压裂液前置液，并观察记录出液口情况及缝内压力值，用以模拟裂缝转向剂降解后的封堵情况。

实验过程中，可通过恒温箱2设置不同的温度，以模拟不同温度下的转向剂封堵情况；通过配置不同浓度转向剂及压裂液的混合液模拟不同浓度的转向剂封堵情况；通过环压供给装置设置不同的环压值模拟不同裂缝闭合压力下的转向剂封堵情况；通过转向剂封堵压力测得后，继续放置不同的时间模拟不同时间下转向剂降解后的封堵情况。

本实施例中采用的压裂液前置液为常规的压裂液前置液。

本实施例所提供的装置能真实模拟裂缝开启、转向剂注入机封堵全过程，相比目前的所需的转向剂评价装置，评价结果更真实可信。本实验装置除了模拟裂缝型转向剂外，同样适用于纤维转向剂及常规的凝胶转向剂的封堵能力评价，实验步骤同上。

以上是通过实施例对本发明进行具体描述；有必要在此指出的是本实施例仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。本实施例没有详细叙述的部件和结构及工艺步骤等均属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (7)

1.一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，其特征在于：包括恒温箱（2），所述恒温箱（2）中设有夹持器外筒（25），所述夹持器外筒（25）内置有橡胶筒(13)，夹持器外筒（25）与橡胶筒（13）形成密闭空间，所述夹持器外筒（25）两端设有进口端堵头(9)和出口端堵头(23），进口端堵头(9)和出口端堵头(23）之间设置有呈V字形通道的上下对称裂缝块体（12），裂缝块体（12）设置在橡胶筒(13)内部，进口端堵头(9)和出口端堵头(23)与夹持器外筒（25）之间密封固定连接，进口端堵头(9)上留有进液口（27），出口端堵头(23)上留有出液口（24），所述出液口（24）连接有出液端量杯（1），进液口（27）端依次连接有注入泵(7)、工作液储液罐(6)，所述夹持器外筒（25）中部筒壁上设有环压孔（26），环压测量表（5）一端通过环压孔（26）与夹持器外筒（25）和橡胶筒（13）形成的密闭空间导通，环压测量表（5）的另一端依次连接有环压泵(4)、环压储液罐(3）。

2.根据权利要求1所述一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，其特征在于：所述的对称裂缝块体(12)中的每一个裂缝块体是由通过中部转轴(14)连接的长块体（1201）和短块体（1202）组成，所述的长块体（1201）与出口端堵头(23）活动连接，所述的短块体（1202）与进口端堵头(9)活动连接。

3.根据权利要求2所述一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，其特征在于：所述的长块体（1201）与出口端堵头(23）通过前转轴（10）活动连接，所述的短块体（1202）与进口端堵头(9)通过后转轴（21）活动连接。

4.根据权利要求2所述一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，其特征在于：所述长块体（1201）相互对应的内壁处设有岩板(20)。

5.根据权利要求1所述一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，其特征在于：进口端堵头(9)上留还留有测压孔（11），所述测压孔(11)端依次连接有入口端压力表（15）、回压阀（16）、测压量筒（19），所述回压阀（16）还连接有回压测量表（17）和回压阀手摇泵（18）。

6.根据权利要求1所述一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，其特征在于：进口端堵头(9)与夹持器外筒（25）一端通过进口法兰(8)固定连接，出口端堵头(23)与夹持器外筒（25）另一端通过出口法兰(22)固定连接。

7.根据权利要求1—6所述的任意一种裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置，提供的一种转向剂暂堵能力评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、检查裂缝颗粒转向剂暂堵能力评价装置的完好性，并打开恒温箱(2)模拟地层温度；

（2）、将压裂液前置液置于工作液储液罐(6)，所需的转向剂与压裂液的混合液配置好后置于另一个工作液储液罐(6)中；所需的转向剂与压裂液混合体积比例为10-30：90-70；

（3）、按照储层实际情况，通过由环压储液罐(3)、环压泵(4)、环压测量表(5)及液压管道组成的环压供给装置给由橡胶筒(13)、裂缝块体(12)和岩板(20)组成的裂缝系统夹持器加环压，达到30-60MPa模拟裂缝闭合压力；

（4）、通过手摇泵(18)及压力表(17)设置回压阀压力值为20-30MPa，封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口端排出；

（5）、通过注入泵(7)向裂缝中注入可以迫使裂缝张开压裂液前置液，迫使裂缝张开，然后通过注入泵(7)从内径达5-8mm的管线注入所需的转向剂与压裂液的混合液，之后再注入压裂液前置液，观察记录出口端量筒(1)出液情况及缝内压力值；

（6）、若回压值比20-30MPa高，记录出液口开始排液时的压力值即为转向剂封堵压力；封堵压力超过此值液体从进口端排出，低于此值则从出口段排出；

（7）、转向剂封堵压力测得后，将裂缝系统夹持器继续在恒温箱(2)内放置若干时间，再注入压裂液前置液，并观察记录出液口情况及缝内压力值，用以模拟裂缝转向剂降解后的封堵情况。