CN106337677A - 页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，包括导流室、三通阀门、气液分离器、流量计、计重器、一号高压反应釜及二号高压反应釜，所述导流室包括导流室本体、安装在导流室本体中空腔室内的主导流硅胶管及沿主导流硅胶管的长度方向按照预设角度并与主导流硅胶管相连通的多根次导流硅胶管，主导流硅胶管连通导流室本体的进口和出口。将模拟主裂缝和次裂缝的主导流硅胶管和次导流硅胶管放入导流室本体内，然后照实验要求的铺砂浓度和支撑剂的粒径往主导流硅胶管和多根次导流硅胶管内铺置支撑剂形成缝网，能更加真实的模拟测试页岩压后气水同产时导流能力的大小。本发明还同时公开了采用这种测试系统的测试方法。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，本发明还涉及采用这种测试系统的测试方法。
背景技术
据中国页岩气资源调查报告(2014)，截至2014年12月底，全国共设置页岩气探矿权54个，面积17×104km2，获得页岩气三级地质储量近5000×108m3，具有很大的资源潜力(来源于中国地质调查局《中国页岩气资源调查报告(2014)》http://www.cgs.gov.cn/xwtzgg/jrgengxin/122749.htm,2015-06-10.)。水平井分段体积压裂技术成为页岩气快速开发的关键技术之一。页岩气井压后产量受多重因素影响，学者Mayerhofer et al.通过耦合Barnett页岩压后复杂缝网中微裂缝作用，认为支撑裂缝导流能力是决定页岩产能大小的关键因素(SPE-102103-MS，2006)。
目前普遍研究方法是根据中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T 6302-2009压裂支撑剂充填层短期导流能力推荐方法》进行测试获取液相导流能力数据，在一定程度上对页岩气压裂施工优化设计提供基础参数，应用较为广泛。
但是，支撑剂导流能力受支撑剂类型与形状、粒径组成、铺砂浓度、闭合压力、岩石硬度、测试条件、压裂液性质、流动条件、承压时间等多种因素影响，若考虑支撑裂缝多重影响因素叠加效果，其导流能力比常压状态下导流能力下降98％(SPE-100574-MS，2006)。页岩气压后开采，复杂支撑缝网是主要气水渗流通道，气水同采长期存在并影响导流能力(纪国法，张公社，许冬进，等.页岩气体积压裂支撑裂缝长期导流能力研究现状与展望[J].2016，16(14)：78-88.)，而上述行业标准对针对此类情况没有做出一般性规定的操作规范。
发明内容
本发明的目的就是要针对传统加工方法的不足，提供一种页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统及测试方法，能更加真实的模拟测试页岩压后气水同产时导流能力的大小。
为实现上述目的，本发明所设计的页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，包括导流室、与导流室进口相连的三通阀门、与导流室出口相连的气液分离器、与气液分离器气体出口相连的流量计及与气液分离器液体出口相连的计重器，连接有一号高压恒速泵的一号高压反应釜通过一号阀门与三通阀门相连，连接有二号高压恒速泵的二号高压反应釜通过二号阀门与三通阀门相连，所述导流室包括导流室本体、安装在导流室本体中空腔室内的主导流硅胶管及沿主导流硅胶管的长度方向按照预设角度并与主导流硅胶管相连通的多根次导流硅胶管，主导流硅胶管连通导流室本体的进口和出口，每根次导流硅胶管的末端与导流室本体的中空侧壁连通；还包括与导流室本体中空腔室相连的三号高压恒速泵，且所述三号高压恒速泵与所述导流室本体之间设置有一号压力表。
进一步地，所述每根次导流硅胶管的末端位置处设置有支撑剂防流网。
进一步地，所述多根次导流硅胶管中的一部分次导流硅胶管设置在主导流硅胶管一侧，剩余部分次导流硅胶管设置在主导流硅胶管另一侧，且主导流硅胶管两侧的次导流硅胶管呈对称布置。
进一步地，所述导流室出口与所述气液分离器之间设置有回压阀，所述回压阀的进口与四号高压恒速泵相连，且所述回压阀与所述四号高压恒速泵之间设有二号压力表。
进一步地，所述三通阀门与所述导流室之间设有三号阀门，并且所述三号阀门与所述导流室本体之间设置有三号压力表。
进一步地，所述流量计与数据采集系统相连。
进一步地，所述预设角度α为锐角。
进一步地，所述预设角度α为30°～60°。
一种如上述所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
1)按照实验要求的铺砂浓度和支撑剂的粒径往主导流硅胶管和多根次导流硅胶管内铺置支撑剂形成缝网；
2)将液压油通过三号高压恒速泵注入导流室本体的中空腔室内直至充满整个中空腔室且液压油为常压状态，通过一号压力表读取记录常压状态下液压油体积V0；并将高压气相流体注入一号高压反应釜内，高压水相流体注入二号高压反应釜内；
3)设置预设闭合压力p，启动三号高压恒速泵继续向导流室本体中空腔室内注入液压油，至一号压力表的压力为预设闭合压力p后，稳定导流室本体中空腔体内的压力，并记录由常压升至闭合压力p过程三号高压恒速泵所注入的液压油体积V1；
由常压升至闭合压力p液压油由于压力升高导致的体积变化量V2＝pC×[V0+V1(1+Cp)]，其中，C为液压油压缩系数；
主导流硅胶管和多根次导流硅胶管受压后体积变化量V3＝V1-V2；
由于常压状态下主导流硅胶管和多根次导流硅胶管内完全充填支撑剂，主导流硅胶管的直径为d0，主导流硅胶管的长度为l0，多根次导流硅胶管的直径依次为d1～di，多根次导流硅胶管的长度依次为l1～li，根据主导流硅胶管和多根次导流硅胶管的直径和长度，计算等效的初始缝网体积VF0和初始缝网宽度w0，即其中n为一个主导流硅胶管与多根次导流硅胶管的根数总和；
并计算闭合压力p下的等效缝网宽度
4)打开一号阀门、二号阀门和三号阀门，启动一号高压恒速泵和二号高压恒速泵，设定一号高压恒速泵和二号高压恒速泵的注入比λ，以恒速模式驱动一号高压反应釜内的高压气相流体和二号高压反应釜内的高压水相流体至导流室本体内的缝网中；
当导流室本体进口的高压气相流体与气液分离器气体出口流量相等，同时，导流室本体进口的高压水相流体与气液分离器液体出口流量相等时，记录进出口压差Δp、气相流体流量qg和水相流体流量qw，采用达西定律计算等效相渗透率
其中，μg为气相黏度、μw为水相黏度；
5)改变一号高压恒速泵和二号高压恒速泵的注入比λi，重复步骤4)，测试不同注入比λi下的等效相渗透率kgi、kwi，从而计算出气水两相导流能力kgiw、kwiw。
进一步地，所述步骤5)测试完毕后，改变不同铺砂浓度，重复步骤4)和步骤5)，来测试不同铺砂浓度、不同注入比下气水两相的导流能力。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：将模拟主裂缝和次裂缝的主导流硅胶管和次导流硅胶管放入导流室本体内，然后照实验要求的铺砂浓度和支撑剂的粒径往主导流硅胶管和多根次导流硅胶管内铺置支撑剂形成缝网，能更加真实的模拟测试页岩压后气水同产时导流能力的大小；并且导流管采用硅胶管，可承受高闭合压力，使得模拟测试更加真实。
附图说明
图1为本发明页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统结构示意图；
图2为图1中导流室结构示意图；
图3为图2中主导流硅胶管和次导流硅胶管结构放大示意图。
其中：二号高压恒速泵1、二号高压反应釜2、二号阀门3、三通阀门4、三号压力表5、导流室6(其中：导流室本体6a、中空侧壁6b、主导流硅胶管6c、次导流硅胶管6d)、回压阀7、气液分离器8、计重器9、流量计10、数据采集系统11、一号高压反应釜12、一号阀门13、三号阀门14、三号高压恒速泵15、四号高压恒速泵16、一号压力表17、二号压力表18、一号高压恒速泵19。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如图1所示页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，包括导流室6、与导流室6进口相连的三通阀门4、与导流室6出口相连的气液分离器8、与气液分离器8气体出口相连的流量计10及与气液分离器8液体出口相连的计重器9，以及与流量计10相连的数据采集系统11，连接有一号高压恒速泵19的一号高压反应釜12通过一号阀门13与三通阀门4相连，连接有二号高压恒速泵1的二号高压反应釜2通过二号阀门3与三通阀门4相连；另外，三通阀门4与导流室6之间设有三号阀门14，并且三号阀门14与导流室6之间设置有三号压力表5。本实施例中计重器9为高精度天平9，流量计10为面板式有机玻璃转子流量计10。
本发明的关键点在于：结合图2、图3所示，导流室6包括导流室本体6a、安装在导流室本体6a中空腔室内的主导流硅胶管6c、沿主导流硅胶管6c的长度方向按照预设角度并与主导流硅胶管6c相连通的多根次导流硅胶管6d及设置在每根次导流硅胶管6d末端位置处的支撑剂防流网，主导流硅胶管6c连通导流室本体6a的进口和出口，每根次导流硅胶管6d的末端与导流室本体6a的中空侧壁6b连通(而中空侧壁6b用于测试流体通过次导流硅胶管6d的流通通道)，而导流室本体6a中空腔室相连的三号高压恒速泵15，且三号高压恒速泵15与导流室本体6a之间设置有一号压力表17。主导流硅胶管6c用于模拟页岩体积压裂时的主裂缝(即主裂缝的直径为2mm～5mm)，次导流硅胶管6d用于模拟页岩体积压裂时的次裂缝(0.2mm～1.0mm)，不同尺寸大小的导流硅胶管内填充支撑陶粒，用于模拟不同铺砂浓度，而页岩体积压裂时主裂缝与次裂缝一般以一定角度形成缝网，该角度可以是0～90°以内的任意锐角，即预设角度α为锐角，且优选为30°～60°。
多根次导流硅胶管6d中的一部分次导流硅胶管6d设置在主导流硅胶管6c一侧，剩余部分次导流硅胶管6d设置在主导流硅胶管6c另一侧，且主导流硅胶管6c两侧的次导流硅胶管6d呈对称布置，也可以错开分布，次导流硅胶管6d间距可由水平井分簇簇间距按照几何相似准则确定。本实施例中次导流硅胶管6d沿主硅导流管6c等间距对称分布为最优方案，导流室本体6a容积为80cm×40cm×20cm，包括一根主导流硅胶管6c、十四根次导流硅胶管6d和十六个支撑剂防流网，十四根次导流硅胶管6d分成两组，每组八根等间距对称分布，如图2所示。
另外，导流室6出口与气液分离器8之间还设置有回压阀7，回压阀7的进口与四号高压恒速泵16相连，且回压阀7与四号高压恒速泵16之间设有二号压力表18，回压阀7可控制导流室6出口压力，而回压大小由四号高压恒速泵16控制。
上述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统的测试方法包括如下步骤：
1)按照实验要求的铺砂浓度和支撑剂的粒径往主导流硅胶管6c和多根次导流硅胶管6d内铺置支撑剂形成缝网；
2)向导流室本体6a的中空腔室内注入液压油，该液压油用于传递和模拟闭合压力；将液压油通过三号高压恒速泵15注入导流室本体6a的中空腔室内直至充满整个中空腔室且液压油为常压状态，通过一号压力表17读取记录常压状态下液压油体积V0；并将高压气相流体注入一号高压反应釜12内，高压水相流体注入二号高压反应釜2内；
3)设置预设闭合压力p，启动三号高压恒速泵15继续向导流室本体6a中空腔室内注入液压油，至一号压力表17的压力为预设闭合压力p后，稳定导流室本体6a中空腔体内的压力，并记录由常压升至闭合压力p过程三号高压恒速泵15所注入的液压油体积V1；
由常压升至闭合压力p液压油由于压力升高导致的体积变化量V2＝pC×[V0+V1(1+Cp)]，其中，C为液压油压缩系数；
主导流硅胶管6c和多根次导流硅胶管6d受压后体积变化量V3＝V1-V2，即V3又表示为支撑剂在主导流硅胶管和次导流硅胶管内受压后缝宽减少所导致的体积变化量；
由于常压状态下主导流硅胶管6c和多根次导流硅胶管6d内完全充填支撑剂，主导流硅胶管6c的直径为d0，主导流硅胶管6c的长度为l0(即主导流硅胶管从进口到出口的直线距离)，多根次导流硅胶管6d的直径依次为d1～di，多根次导流硅胶管6d的长度依次为l1～li，根据主导流硅胶管6c和多根次导流硅胶管6d的直径和长度，计算等效的初始缝网体积VF0和初始缝网宽度w0，即其中n为一个主导流硅胶管6c与多根次导流硅胶管6d的根数总和，因此可以计算出常压下的相渗透率；
并计算闭合压力p下的等效缝网宽度
4)打开一号阀门13、二号阀门3和三号阀门14，启动一号高压恒速泵19和二号高压恒速泵1，设定一号高压恒速泵19和二号高压恒速泵1的注入比λ，以恒速模式驱动一号高压反应釜12内的高压气相流体(氮气)和二号高压反应釜2内的高压水相流体(蒸馏水、破胶压裂液)至导流室本体6a内的缝网中；
当导流室本体6a进口的高压气相流体与气液分离器气体出口流量相等，同时，导流室本体进口的高压水相流体与气液分离器液体出口流量相等时，记录进出口压差Δp、气相流体流量qg和水相流体流量qw，采用达西定律计算等效相渗透率
其中，μg为气相黏度、μw为水相黏度；
5)改变一号高压恒速泵19和二号高压恒速泵1的注入比λi，重复步骤4)，测试不同注入比λi下的等效相渗透率kgi、kwi，从而计算出气水两相导流能力kgiw、kwiw；
6)改变不同铺砂浓度，重复步骤4)和步骤5)，来测试不同铺砂浓度、不同注入比下气水两相的导流能力。
其它未详细说明的均属于现有技术。
Claims (10)
1.一种页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，包括导流室、与导流室进口相连的三通阀门、与导流室出口相连的气液分离器、与气液分离器气体出口相连的流量计及与气液分离器液体出口相连的计重器，连接有一号高压恒速泵的一号高压反应釜通过一号阀门与三通阀门相连，连接有二号高压恒速泵的二号高压反应釜通过二号阀门与三通阀门相连，其特征在于：所述导流室包括导流室本体、安装在导流室本体中空腔室内的主导流硅胶管及沿主导流硅胶管的长度方向按照预设角度并与主导流硅胶管相连通的多根次导流硅胶管，主导流硅胶管连通导流室本体的进口和出口，每根次导流硅胶管的末端与导流室本体的中空侧壁连通；还包括与导流室本体中空腔室相连的三号高压恒速泵，且所述三号高压恒速泵与所述导流室本体之间设置有一号压力表。
2.根据权利要求1所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述每根次导流硅胶管的末端位置处设置有支撑剂防流网。
3.根据权利要求1或2所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述多根次导流硅胶管中的一部分次导流硅胶管设置在主导流硅胶管一侧，剩余部分次导流硅胶管设置在主导流硅胶管另一侧，且主导流硅胶管两侧的次导流硅胶管呈对称布置。
4.根据权利要求3所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述导流室出口与所述气液分离器之间设置有回压阀，所述回压阀的进口与四号高压恒速泵相连，且所述回压阀与所述四号高压恒速泵之间设有二号压力表。
5.根据权利要求4所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述三通阀门与所述导流室之间设有三号阀门，并且所述三号阀门与所述导流室本体之间设置有三号压力表。
6.根据权利要求5所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述流量计与数据采集系统相连。
7.根据权利要求6所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述预设角度α为锐角。
8.根据权利要求3所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统，其特征在于：所述预设角度α为30°～60°。
9.如权利要求1～8任一权利要求所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括如下步骤：
1)按照实验要求的铺砂浓度和支撑剂的粒径往主导流硅胶管和多根次导流硅胶管内铺置支撑剂形成缝网；
2)将液压油通过三号高压恒速泵注入导流室本体的中空腔室内直至充满整个中空腔室且液压油为常压状态，通过一号压力表读取记录常压状态下液压油体积V0；并将高压气相流体注入一号高压反应釜内，高压水相流体注入二号高压反应釜内；
3)设置预设闭合压力p，启动三号高压恒速泵继续向导流室本体中空腔室内注入液压油，至一号压力表的压力为预设闭合压力p后，稳定导流室本体中空腔体内的压力，并记录由常压升至闭合压力p过程三号高压恒速泵所注入的液压油体积V1；
由常压升至闭合压力p液压油由于压力升高导致的体积变化量V2＝pC×[V0+V1(1+Cp)]，其中，C为液压油压缩系数；
主导流硅胶管和多根次导流硅胶管受压后体积变化量V3＝V1-V2；
由于常压状态下主导流硅胶管和多根次导流硅胶管内完全充填支撑剂，主导流硅胶管的直径为d0，主导流硅胶管的长度为l0，多根次导流硅胶管的直径依次为d1～di，多根次导流硅胶管的长度依次为l1～li，根据主导流硅胶管和多根次导流硅胶管的直径和长度，计算等效的初始缝网体积VF0和初始缝网宽度w0，即其中n为一个主导流硅胶管与多根次导流硅胶管的根数总和；
并计算闭合压力p下的等效缝网宽度
4)打开一号阀门、二号阀门和三号阀门，启动一号高压恒速泵和二号高压恒速泵，设定一号高压恒速泵和二号高压恒速泵的注入比λ，以恒速模式驱动一号高压反应釜内的高压气相流体和二号高压反应釜内的高压水相流体至导流室本体内的缝网中；
当导流室本体进口的高压气相流体与气液分离器气体出口流量相等，同时，导流室本体进口的高压水相流体与气液分离器液体出口流量相等时，记录进出口压差Δp、气相流体流量qg和水相流体流量qw，采用达西定律计算等效相渗透率
其中，μg为气相黏度、μw为水相黏度；
5)改变一号高压恒速泵和二号高压恒速泵的注入比λi，重复步骤4)，测试不同注入比λi下的等效相渗透率kgi、kwi，从而计算出气水两相导流能力kgiw、kwiw。
10.根据权利要求9所述页岩气压裂缝网气水两相导流能力测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤5)测试完毕后，改变不同铺砂浓度，重复步骤4)和步骤5)，来测试不同铺砂浓度、不同注入比下气水两相的导流能力。
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