CN105372161A - 一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法。该方法包括以下步骤：1)将导流室内部划分为过渡区S₀和对比区S，对比区S的内部划分为n个相等的子区域；其中，n≥2，且n为自然数；2)将需要测试的支撑剂按照预定的铺置浓度分别铺置在不同的子区域中；3)对导流室施加闭合压力；4)使油相和水相混合后均匀进入导流室，测量流体的流入压力、分别测量流体由不同子区域流出时的流出压力，油相、水相的流量；5)根据达西定律分别计算每一个子区域中支撑剂的油相相对渗透率和水相相对渗透率。本发明提供的技术方案能够真实反映不同支撑剂样品在相同压力系统、动态条件下对油相、水相的选择渗透性能。

Description

一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法

技术领域

本发明涉及一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法，特别涉及一种不同支撑剂样品在相同压力系统下的选择性渗透能力的测试方法，属于油气田开发领域。

背景技术

支撑剂在压裂结束后，能够支撑压开的水力裂缝，保持裂缝张开不闭合，使裂缝保持一定的导流能力，为油气从地层向井眼的流动提供通道。压裂裂缝的有效缝长和裂缝的导流能力直接决定了油气井的改造效果，而这些因素都与支撑剂的性质息息相关。

传统的支撑剂主要包括：天然石英砂，树脂覆膜砂(树脂覆膜陶粒)，高、中、低密度陶粒。随着改造对象和改造工艺的发展，出现了一些新型支撑剂包括：能够自悬浮的支撑剂，用于油井防砂的“棒状”支撑剂，用于超过140MPa闭合压力的超高强度支撑剂，以及能够阻水透油、阻水透气的选择性支撑剂等。

支撑剂的性能测试主要依据SY/T5108-2006(APIRP56/APIRP60)和SY/T6302-2009(APIRP61)，但其中并没有给出如何测试支撑剂选择性渗透能力的相关内容。目前支撑剂选择性渗透能力的测试方法主要包括静态法和简易动态法：静态法包括通过测量油、水在支撑剂表面的润湿性来间接计算支撑剂的选择性渗透能力，以及利用扫描电镜(SEM)观察支撑剂的表面形态来间接表征支撑剂的选择性能；简易动态法包括通过测量支撑剂填砂管的油、水相对渗透率来计算油、水阻力比，通过观察不同液体的驱替形态来直接表征支撑剂的选择性渗透能力，以及通过测量不同液体在填砂管中的渗透时间来表征支撑剂的选择性渗透能力。

传统的简易动态测试法通常是在常压条件下，使用单相液体测量填砂管中支撑剂的选择性渗透能力，其测量结果与支撑剂在实际应用时的性能相差较大，在实际应用时，支撑剂处于储层的裂缝中，处于受压条件，此外，实际应用时通常使用的是多相液体，因而传统的简易动态测试法，并不能很好地反映出支撑剂的性质。

目前国内外尚无相关文献报道在覆压、动态条件下对支撑剂的油相、水相选择性渗透能力进行测试的方法，因而制约了新型选择性支撑剂的研发和选择性支撑剂在油田现场的应用。

因此提供一种新的支撑剂选择性渗透能力的测试方法成为本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法。该方法能够准确测量、对比不同类型支撑剂在相同压力系统下对油相和水相的选择性渗透能力，真实地反映支撑剂在覆压条件下对油相和水相的选择性渗透能力，为定量表征选择性支撑剂的选择性渗透能力、新型选择性支撑剂的研发及为选择性支撑剂在油田现场应用优选提供实验依据。

为达到上述目的，本发明提供了一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法，其包括以下步骤：

步骤一、设置导流室，所述导流室为长方体结构，其内部划分为两个区域，分别为过渡区S₀和对比区S，所述对比区S的内部划分为n个相等的子区域；

所述过渡区S₀与所述对比区S是沿流体流动的方向依次排列的，且所述过渡区S₀位于流体流动方向的上游，所述对比区S位于流体流动方向的下游；

所述n个相等的子区域是沿垂直于流体流动的方向依次水平排列的，且每一个子区域均与过渡区S₀连通；

其中，所述n≥2，且n为自然数；

步骤二、将需要测试的支撑剂按照预定的铺置浓度分别铺置在不同的子区域中，并铺满，每一个支撑剂的铺置尺寸即为其所在子区域的尺寸；

步骤三、对导流室施加闭合压力直至达到预设的地层闭合压力；

步骤四、将油相和水相混合后得到混合流体，使所述混合流体均匀流入导流室，并测量混合流体流入导流室时的流入压力P₀；

当混合流体由不同的子区域流出导流室时，分别测量每一个子区域对应的流出压力P，以及每一个子区域流出的混合流体中油相的流量Q_o、水相的流量Q_w；

步骤五、根据达西定律分别计算每一个子区域中支撑剂的油相相对渗透率k_o和水相相对渗透率k_w，完成了对支撑剂选择性渗透能力的测试。

步骤五结束后，根据油相相对渗透率k_o和水相相对渗透率k_w，分别计算得到每一个支撑剂的油水渗透率比，通过对比不同支撑剂之间的油水渗透率比值，即可评价出符合需要的支撑剂。

现有技术中尚无在覆压、动态条件对支撑剂的油相、水相选择性渗透能力评价的方法，而本发明提供的技术方案弥补了这一空白，其能够在覆压、动态条件下对多个支撑剂的油相、水相选择性渗透能力进行评价，操作简单、快速，能够有效地为选择性支撑剂在油田现场中的应用提供依据。

在上述方法中，优选地，n＝2。

在上述方法中，优选地，在步骤一中，所述对比区S中子区域的个数与需要测试的支撑剂的数目相等。

在上述方法中，优选地，在步骤一中，所述流体的流动方向为水平方向。

在上述方法中，优选地，在步骤一中，所述过渡区S₀在与流体流动方向相垂直的面上设有进液口；所述每一个子区域在与流体流动方向相垂直的面上均设有出液口；更优选地，流体流入导流室时，先由进液口流入过渡区S₀中，然后流入对比区S内的不同的子区域中，最后从不同的出液口流出导流室。

在上述方法中，优选地，在步骤二中，所述过渡区S₀铺置不具油水选择性的支撑剂，该不具油水选择性的支撑剂能够使进入的混合流体充分扩散，使油水能够在对比区S内的子区域中进行自由流动和分配；更优选地，所述不具油水选择性的支撑剂包括石英砂。

在上述方法中，优选地，所述对比区S中的每一个子区域的尺寸均满足以下关系：

H＝H_S；L＝L_S；W＝1/nW_S；

式中，H为高度，L为长度，W为宽度，n为子区域的个数。

在上述方法中，优选地，所述过渡区S₀和对比区S满足以下关系：

H_S0＝H_S＝H_导流室；L_S0+L_S＝L_导流室；W_S0＝W_S＝W_导流室；

式中，H为高度，L为长度，W为宽度。

在上述方法中，优选地，在步骤五中，

支撑剂的油相相对渗透率的计算公式为：

$k_o=\frac{Q_o{\mathrm{\μ}}_{o}L}{WH(P_0-P)};$

支撑剂的水相相对渗透率的计算公式为

$k_w=\frac{Q_w{\mathrm{\μ}}_{w}L}{WH(P_0-P)};$

式中，

k_o、k_w分别是支撑剂的油相相对渗透率和水相相对渗透率；

Q_o、Q_w分别是油相的流量和水相的流量；

μ_o、μ_w分别是油相的粘度和水相的粘度；

P₀、P分别是混合流体流入导流室时的流入压力，以及混合流体由不同的子区域流出导流室时，每一个子区域对应的流出压力；

H、L、W分别是支撑剂所在子区域的高度、长度和宽度。

在上述方法中，优选地，所述L_S0＝(1/3-1/4)L_S；更优选地，所述H_导流室＝1.5-3.0cm，L_导流室＝15.0-20.0cm，W_导流室＝8.0-10.0cm。

在上述方法中，优选地，在步骤二中，所述铺置浓度是根据储层的导流能力计算得到的，不同的储层有不同的特点，其对导流能力的要求也不相同，本领域技术人员能够根据储层的实际情况，确定合适的铺置浓度。

在上述方法中，优选地，在步骤四中，将油相和水相混合后得到混合流体时，控制混合流体中油相和水相的体积比为1:1。

在上述方法中，优选地，在步骤四中，采用计量装置(可以是量筒)分别持续盛接每一个子区域中流出的混合流体，分别得到每一个子区域对应流出混合流体中油相的流量Q_o、水相的流量Q_w，其中，盛接流体的时间可以根据流体流出导流室时的流量大小进行调整，流量大时可以缩短时间，流量小时可以延长时间；更优选地，控制计量装置持续盛接流出的混合流体的时间为10-30min。

在上述方法中，优选地，在步骤三中，以3500Kpa/min的速度对导流室施加闭合压力直至达到预设的地层闭合压力，然后稳压30min。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案填补了国内外尚无在覆压、动态条件下测试支撑选择性渗透能力的方法这一空白，该方案能够直观而真实地反映不同支撑剂样品在相同的压力系统、动态条件下对油相、水相的选择渗透性能，为测试覆膜砂等支撑剂的选择渗透性能，新型选择性支撑剂的研发，选择性支撑剂在油田现场的应用提供了指导，同时为油藏数值模拟数据的优化提供了依据；

此外，本发明提供的技术方案对油田开发过程中的高含水问题和老井重复改造过程中的“控水增油”问题具有一定的借鉴意义，对“控水”的原理和水的流动形态具有一定的模拟意义。

附图说明

图1为导流室的立体结构示意图；

图2为导流室内部区域划分情况的俯视图；

主要附图标号说明：

1：导流室；2：下垫片；3：支撑剂铺置层；4：上垫片；5带有密封圈的盖板；6：进液口；7：第一出液口；8：第二出液口。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例

本实施例提供了一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法，该方法包括以下步骤：

1)根据储层特点初步估算达到要求的导流能力所需的支撑剂铺置浓度，本实施例中为5Kg/m³；

2)设置导流室的铺置区域：导流室1为长方体结构，其立体结构示意图如图1所示，导流室1的内部划分为两个区域，分别为过渡区S₀和对比区S，其中，对比区S内部又划分为两个相等的子区域，分别为S₁和S₂(如图1和图2所示)，S₀、S₁、S₂构成支撑剂铺置层3；

流体的流动方向为水平方向，过渡区S₀和对比区S是沿流体流动的方向依次排列的，过渡区S₀位于流体流动方向的上游，对比区S位于流体流动方向的下游；

两个子区域S₁和S₂是沿垂直于流体流动的方向依次水平排列的，且S₁和S₂均与过渡区S₀连通；

过渡区S₀在与流体流动方向相垂直的面上设有进液口6，两个子区域S₁和S₂在与流体流动方向相垂直的面上均设有出液口，分别为第一出液口7和第二出液口8(如图1和图2所示)，流体进入导流室时，由进液口6进入S₀区域，然后由S₀区域分别进入S₁和S₂区域，最后分别从第一出液口7和第二出液口8流出导流室；

在本实施例中，两个子区域S₁和S₂大小是相等的，它们的尺寸均满足以下关系：

H_S1＝H_S2＝H_S；L_S1＝L_S2＝L_S；W_S1＝W_S2＝1/2W_S；

过渡区S₀和对比区S的尺寸满足以下关系：

H_S0＝H_S＝H_导流室；L_S0+L_S＝L_导流室；W_S0＝W_S＝W_导流室；

上式中，H_S0、H_S1、H_S2、H_S和H_导流室分别为S₀、S₁、S₂、S和导流室的高度；

L_S0、L_S1、L_S2、L_S和L_导流室分别为S₀、S₁、S₂、S和导流室的长度；

W_S0、W_S1、W_S2、W_S和W_导流室分别为S₀、S₁、S₂、S和导流室的宽度；

其中，L_S0＝(1/3-1/4)L_S，H_导流室＝2.5cm，L_导流室＝16.1cm，W_导流室＝8.0cm。

3)将需要进行测试的不同支撑剂样品按照步骤(1)中的铺置浓度分区域铺置到导流室1中，其中，S₀铺置100目石英砂，该层不具备油水选择性，目的是使进入的油水充分扩散，保持自由流动和分配，S₁、S₂两个子区域为对比层，分别铺置需要测试的支撑剂样品，其中，S₁区域铺置20-40目陶粒、S₂区域铺置20-40目覆膜砂；

4)组装导流室：首先上丝，加滤网，将进液装置与进液口6相连、在第一出液口7和第二出液口8分别连接计量装置(可以为量筒)；其次，在支撑剂铺置层3的底部加入下垫片2，按照预设布局，在相应的铺置区域内加入相应的支撑剂、刮平，在支撑剂铺置层3的顶部加入上垫片4，将带有密封圈的盖板5平压在上垫片4的上面；

5)对组装好的导流室1进行加压，将其置于压机的中间，以3500Kpa/min的速度施加闭合压力，当压力示数缓慢上升至预设的地层压力40MPa时，稳压30min；

表1实验结果

6)在正式实验开始前，先对将要进入导流室的混合流体进行进液测试，以确保流入导流室的混合流体中油相和水相的体积比为1:1；进液测试可以按照以下操作步骤进行：

用量筒持续盛接由进液装置直接滴出的混合液体，一段时间后，观察进液状态(为了便于观察，在盛接的液体中滴加少量指示剂，并振荡)，当看到盛接的液体基本为油水体积比1:1时，表明进液状态符合实验要求，可以开始进液，此时混合流体进入导流室的流动压力逐渐上升，待压力稳定时说明进液状态稳定，此时分别记录混合流体由进液口6进入导流室时的流入压力P₀，混合流体由第一出液口7流出导流室的流出压力P₁，以及混合流体由第二出液口8流出导流室的流出压力P₂；

7)用两个计量装置(量筒)分别同时持续盛接由第一出液口7和第二出液口8流出的液体20min，然后分别测量两个量筒内油相的体积(分别记为V_o1、V_o2)和水相的体积(分别记为V_w1、V_w2)；

8)最后根据达西定律分别计算陶粒的油相相对渗透率k_o1、水相相对渗透率k_w2，以及覆膜砂的油相相对渗透率k_o2,、水相相对渗透率k_w2；

9)重复以上步骤，再进行一组实验，最终的实验结果如表1所示。

从表1中可以明显看出两种对比支撑剂对油相、水相的选择性渗透能力具有明显的差异，覆膜砂端的油水渗透率比要远远大于陶粒端的油水渗透率比，且该结果是在覆压、动态条件下评价的支撑选择性渗透能力，实验结果直观而真实地反映不同支撑剂样品在相同的压力系统、动态条件下对油相、水相的选择渗透性能。

Claims (14)

1.一种支撑剂选择性渗透能力的测试方法，其包括以下步骤：

步骤一、设置导流室，所述导流室为长方体结构，其内部划分为两个区域，分别为过渡区S₀和对比区S，所述对比区S的内部划分为n个相等的子区域；

所述过渡区S₀与所述对比区S是沿流体流动的方向依次排列的，且所述过渡区S₀位于流体流动方向的上游，所述对比区S位于流体流动方向的下游；

所述n个相等的子区域是沿垂直于流体流动的方向依次水平排列的，且每一个子区域均与过渡区S₀连通；

其中，所述n≥2，且n为自然数；

步骤二、将需要测试的支撑剂按照预定的铺置浓度分别铺置在不同的子区域中，并铺满，每一个支撑剂的铺置尺寸即为其所在子区域的尺寸；

步骤三、对导流室施加闭合压力直至达到预设的地层闭合压力；

步骤四、将油相和水相混合后得到混合流体，使所述混合流体均匀流入导流室，并测量混合流体流入导流室时的流入压力P₀；

当混合流体由不同的子区域流出导流室时，分别测量每一个子区域对应的流出压力P，以及每一个子区域流出的混合流体中油相的流量Q_o、水相的流量Q_w；

步骤五、根据达西定律分别计算每一个子区域中支撑剂的油相相对渗透率k_o和水相相对渗透率k_w，完成了对支撑剂选择性渗透能力的测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述n＝2。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤一中，所述对比区S中子区域的个数与需要测试的支撑剂的数目相等。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤一中，所述流体的流动方向为水平方向。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其中：在步骤一中，所述过渡区S₀在与流体流动方向相垂直的面上设有进液口；

所述每一个子区域在与流体流动方向相垂直的面上均设有出液口；

优选地，流体流入导流室时，先由进液口流入过渡区S₀中，然后流入对比区S内的不同的子区域中，最后从不同的出液口流出导流室。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤二中，所述过渡区S₀铺置不具油水选择性的支撑剂；

优选地，所述不具油水选择性的支撑剂包括石英砂。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：所述对比区S中的每一个子区域的尺寸均满足以下关系：

H＝H_S；L＝L_S；W＝1/nW_S；

式中，H为高度，L为长度，W为宽度，n为子区域的个数。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其中：所述过渡区S₀和对比区S满足以下关系：

H_S0＝H_S＝H_导流室；L_S0+L_S＝L_导流室；W_S0＝W_S＝W_导流室；

式中，H为高度，L为长度，W为宽度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤五中，

支撑剂的油相相对渗透率的计算公式为：

$k_o=\frac{Q_o{\mathrm{\μ}}_{o}L}{WH(p_0-P)};$

支撑剂的水相相对渗透率的计算公式为

$k_w=\frac{Q_w{\mathrm{\μ}}_{w}L}{WH(P_0-P)};$

式中，

k_o、k_w分别是支撑剂的油相相对渗透率和水相相对渗透率；

Q_o、Q_w分别是油相的流量和水相的流量；

μ_o、μ_w分别是油相的粘度和水相的粘度；

P₀、P分别是混合流体流入导流室时的流入压力，以及混合流体由不同的子区域流出导流室时，每一个子区域对应的流出压力；

H、L、W分别是支撑剂所在子区域的高度、长度和宽度。

10.根据权利要求8所述的方法，其中：所述L_S0＝(1/3-1/4)L_S；

优选地，所述H_导流室＝1.5-3.0cm，L_导流室＝15.0-20.0cm，W_导流室＝8.0-10.0cm。

11.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤二中，所述铺置浓度是根据储层的导流能力计算得到的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤四中，将油相和水相混合后得到混合流体时，控制混合流体中油相和水相的体积比为1:1。

13.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤四中，分别测量每一个子区域流出的混合流体中油相的流量Q_o、水相的流量Q_w时，控制计量装置持续盛接流出的混合流体10-30min。

14.根据权利要求1所述的方法，其中：在步骤三中，以3500Kpa/min的速度对导流室施加闭合压力直至达到预设的地层闭合压力，然后稳压30min。