CN108627446B - 一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，它能更好地模拟封堵压裂实际条件，并对优选封堵剂和封堵剂用量提供指导。包括：S1、测试封堵剂的抗溶解能力；S2、测试封堵剂的支撑裂缝渗透率；S3、测试封堵剂封堵支撑裂缝的能力；S4、测试封堵剂封堵中空裂缝的能力。
Description
技术领域
本发明属于水力压裂技术领域，涉及一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法。
背景技术
水力压裂是裂缝性致密砂岩油气藏实现经济有效开发的关键技术，但是由于大量天然裂缝(特别是高角度天然裂缝)的存在，使得水力压裂形成的水力裂缝极易沿着天然裂缝延伸而在纵向上沟通临近水层，使得油气井大量产水而大幅降低油气产量。目前，解决该问题最为有效的方法是在压裂施工过程中伴随压裂液加入封堵剂(颗粒状不溶固体)，封堵剂进入天然裂缝之后将会在裂缝内憋压，当裂缝内压力高于使裂缝发生转向的压力之后，水力裂缝将转向其他方向延伸，而失去在纵向上沟通水层的可能。为了防止压裂施工结束后，封堵剂失效导致地层水经裂缝流入井筒从而使油气井大量产水的问题，就必须保证封堵剂能够长时间实现封堵作用。可见，封堵剂的封堵性能评价是该方法能否在现场获得成功应用的关键。
在封堵剂实现长时间封堵的过程中有以下关键点：(1)封堵剂在地层温度条件下是否溶于油和水，若溶于油水中则无法实现封堵；(2)如果封堵剂在支撑剂进入裂缝之后加入，那么封堵剂如何实现对支撑(填砂)裂缝的封堵；(3)如果封堵剂在支撑剂进入裂缝之前加入，那么封堵剂如何实现对中空裂缝的动态封堵(封堵剂将会在中空裂缝中边运动、边封堵)；(4)压裂施工结束之后，封堵剂能否在油气井生产过程中长时间阻止地层水通过裂缝流入井筒。可见，为了更好地评价封堵剂的封堵能力，需在室内尽可能地还原地层条件，模拟上述四个关键点。然而，目前并没有制定相关行业标准，也没有相关发明专利申请，极大制约了封堵剂在裂缝性致密油气藏中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，它能更好地模拟封堵压裂实际条件，并对优选封堵剂和封堵剂用量提供指导。
本发明的目的是这样实现的：
一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，包括：
S1、测试封堵剂的抗溶解能力
测试封堵剂在地层温度条件下，分别在油和水中的抗溶解能力；
S2、测试多种宽度的支撑裂缝渗透率
将支撑剂以多种铺砂浓度铺置在酸蚀裂缝导流仪的API导流室内，以多种铺砂浓度的支撑剂模拟多种宽度的支撑裂缝，测试地层闭合压力下多种宽度的支撑裂缝渗透率；
S3、测试封堵剂封堵支撑裂缝的能力
将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂按比例放入酸蚀裂缝导流仪的API导流室中，封堵剂和支撑剂的比例代表封堵剂的添加剂量，模拟封堵剂对填砂裂缝的封堵，在地层闭合压力和地层温度下，逐步提高驱替压力至转向压力，测试封堵剂突破压力和突破后渗透率；
S4、测试封堵剂封堵中空裂缝的能力
将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂按比例放入酸蚀裂缝导流仪的API导流室中，支撑剂与封堵剂之间预留空隙，以模拟封堵剂对未填砂裂缝的动态封堵，在地层闭合压力和地层温度下，逐步提高驱替压力至转向压力，测试封堵剂突破压力和突破后渗透率。
优选地，S1中，分别取Wf量的封堵剂，分别加入装有柴油/地层原油的烧杯以及装有蒸馏水的烧杯之中搅拌均匀并密封，放入恒温箱加热至地层温度，每隔t时间后，取出两个烧杯并观测，测试T时间后，将两烧杯中未溶解的封堵剂分别用滤纸过滤烘干称重，分别记为W1和W2，T＝nt，n＝1、2、3……，封堵剂在油和水中的抗溶解能力公式为：
其中，DRo为封堵剂在油中的抗溶解能力，DRw为封堵剂在水中的抗溶解能力。
优选地，T≥300小时。
优选地，S2中，将支撑剂以多种铺砂浓度铺置在酸蚀裂缝导流仪的API导流室内，以多种铺砂浓度的支撑剂模拟多种宽度的支撑裂缝，对API导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力，采用API方法，测试在地层闭合压力条件下，支撑裂缝液测渗透率K1，并记录裂缝宽度。
优选地，S3中，按照不同比例将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂分布铺置在API导流室的入口端和出口端，封堵剂和支撑剂之间不留空隙，对API导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力并加热至地层温度，采用定压力液测方式按照相同压力间隔逐步提高驱替压力，在每一驱替压力下至少稳定10分钟，当出口端连续出液时封堵剂即突破，此时驱替压力为突破压力Pb1，突破后继续正向驱替模拟地层水，测量突破后渗透率K2，突破后封堵剂对支撑裂缝的封堵率计算公式为：
其中，Zp为封堵剂对支撑裂缝的封堵率，K1为未加入封堵剂的支撑裂缝渗透率，K2为入封堵剂的支撑裂缝突破后渗透率；若驱替压力达到裂缝转向压力仍未突破，则在该压力下继续驱替至少2小时，而后停泵。
优选地，S4中，按照不同比例将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂分布铺置在API导流室的入口端和出口端，封堵剂和支撑剂之间留出四分之一至二分之一空隙，对导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力并加热至地层温度，采用定压力液测方式按照相同压力间隔逐步提高驱替压力，在每一驱替压力下至少稳定10分钟，当出口端连续出液时封堵剂即突破，此时驱替压力为突破压力Pb2，突破后继续正向驱替模拟地层水，测量突破后渗透率K3，突破后封堵剂对中空裂缝的封堵率计算公式为：
其中，Ze为封堵剂对中空裂缝的封堵率，K1为未加入封堵剂的支撑裂缝渗透率，K3为入封堵剂的中空裂缝突破后渗透率；若驱替压力达到裂缝转向压力仍未突破，则在该压力下继续驱替至少2小时，而后停泵。
优选地，S3、S4中，如果驱替压力达到转向压力之前封堵剂便突破，则停止测试。
优选地，S3、S4中，如果驱替压力达到转向压力时，封堵剂仍未突破，则分别在S3和S4步骤之后直接在酸蚀裂缝导流仪中以实际地层生产压差进行一定时间反向驱替，以测试生产过程中封堵剂能否长时间封堵。
优选地，测试完成后，评价封堵剂的封堵能力。
优选地，从抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替情况，综合评价封堵剂的封堵能力，抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替时间数值越高，则封堵性能好，反之则较差。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，首先在地层温度条件下分别测试在一较长时间内封堵剂在油和水中的抗溶解能力。然后，以不同铺砂浓度代表不同裂缝宽度，测试地层闭合压力下不同铺砂浓度的支撑裂缝渗透率和裂缝宽度。再次，分别模拟封堵剂对填砂裂缝和中空裂缝的动态封堵过程，测试封堵剂的突破压力和突破后的渗透率。最后，模拟压裂之后长时间生产过程中封堵状态，测试生产过程中封堵剂的长时间封堵能力。可见，该方法尽可能地还原了封堵压裂整个过程，以地下实际条件开展封堵剂封堵能力的测试，综合抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替情况来分析封堵剂的封堵能力。填补了封堵剂封堵能力测试方面的空白，可较好地指导封堵的选型和参数优化，有助于封堵剂在裂缝性储层水力压裂中的应用。
附图说明
图1是本发明中封堵剂对支撑裂缝封堵测试示意图；
图2是本发明中封堵剂对中空裂缝动态封堵测试示意图。
附图标记
附图中，1为API标准导流室内腔，2为铺置在导流室内的封堵剂，3为铺置在导流室内的支撑剂，4为封堵剂与支撑剂之间的空白区域。
具体实施方式
参见图1-图2，压裂用封堵剂的封堵能力测试方法的一种实施例，包括以下步骤：
步骤一，将一定量(记为wf)封堵剂分别加入装有一定量柴油(或地层原油)和蒸馏水的烧杯之中搅拌均匀并密封，放入恒温箱加热至地层温度。每隔一定时间取出并拍照观测，测试一较长时间(建议大于等于300小时)后用滤纸过滤烘干称重，分别记为w1和w2。封堵剂在油和水中的抗溶解能力公式为：
其中，DRo为封堵剂在油中的抗溶解能力，DRw为封堵剂在水中的抗溶解能力。
步骤二，将支撑剂以不同铺砂浓度铺置在酸蚀裂缝导流仪的API导流室内，以模拟不同支撑裂缝宽度。采用API方法，测试在地层闭合压力条件下支撑裂缝液测渗透率K1，并记录裂缝宽度。
步骤三，按照不同比例将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂分布铺置在API导流室的入口端和出口端，封堵剂和支撑剂之间不留空隙。对导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力并加热至地层温度。采用定压力液测方式按照相同压力间隔逐步提高驱替压力，在每一驱替压力下至少稳定10分钟。当出口端连续出液时封堵剂即突破，此时驱替压力为突破压力Pb1，突破后继续正向驱替模拟地层水，测量突破后渗透率K2。若驱替压力达到裂缝转向压力(水力裂缝中使裂缝从最小主应力方向转至最大主应力方向所需的注入压力)仍未突破，则在该压力下继续驱替至少2小时，而后停泵，表示能够长时间封堵。该步骤中，铺砂浓度代表不同压裂裂缝宽度，封堵剂和支撑剂的比例代表封堵剂的加量。突破后封堵剂对支撑裂缝的封堵率计算公式为：
其中，Zp为封堵剂对支撑裂缝的封堵率，K1为未加入封堵剂的支撑裂缝渗透率，K2为入封堵剂的支撑裂缝突破后渗透率。
步骤四，按照不同比例将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂分布铺置在API导流室的入口端和出口端，封堵剂和支撑剂之间流出四分之一至二分之一空隙。对导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力并加热至地层温度。采用定压力液测方式按照相同压力间隔逐步提高驱替压力，在每一驱替压力下至少稳定10分钟。当出口端连续出液时封堵剂即突破，此时驱替压力为突破压力Pb2，突破后继续正向驱替模拟地层水，测量突破后渗透率K3。若驱替压力达到裂缝转向压力(水力裂缝中使裂缝从最小主应力方向转至最大主应力方向所需的注入压力)仍未突破，则在该压力下继续驱替至少2小时，而后停泵，表示能够长时间封堵。该步骤中，铺砂浓度代表不同压裂裂缝宽度，封堵剂和支撑剂的比例代表封堵剂的加量。
突破后封堵剂对中空裂缝的封堵率计算公式为：
其中，Ze为封堵剂对中空裂缝的封堵率，K1为未加入封堵剂的支撑裂缝渗透率，K3为入封堵剂的中空裂缝突破后渗透率。
步骤五，若步骤三和(或)步骤四中驱替压力达到转向压力时，封堵剂仍未突破，则在分别在步骤三和(或)步骤四之后直接在酸蚀裂缝导流仪中以实际地层生产压差进行一定时间t反向驱替，以测试生产过程中封堵剂能否长时间封堵。若步骤三和(或)步骤四中驱替压力达到转向压力之前便突破，则停止测试。
步骤六，根据上述步骤获得的抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替情况对封堵剂的封堵能力进行综合评价。当抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替时间等数值越高，则封堵性能好，反之则较差。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，包括：
S1、测试封堵剂的抗溶解能力
测试封堵剂在地层温度条件下，分别在油和水中的抗溶解能力；
S2、测试多种宽度支撑裂缝的渗透率
将支撑剂以多种铺砂浓度铺置在酸蚀裂缝导流仪的API导流室内，以多种铺砂浓度的支撑剂模拟多种宽度的支撑裂缝，测试地层闭合压力下多种宽度的支撑裂缝渗透率；
S3、测试封堵剂封堵支撑裂缝的能力
将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂按比例放入酸蚀裂缝导流仪的API导流室中，封堵剂和支撑剂的比例代表封堵剂的添加剂量，模拟封堵剂对填砂裂缝的封堵，在地层闭合压力和地层温度下，逐步提高驱替压力至转向压力，测试封堵剂突破压力和突破后渗透率；
S4、测试封堵剂封堵中空裂缝的能力
将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂按比例放入酸蚀裂缝导流仪的API导流室中，支撑剂与封堵剂之间预留空隙，以模拟封堵剂对未填砂裂缝的动态封堵，在地层闭合压力和地层温度下，逐步提高驱替压力至转向压力，测试封堵剂突破压力和突破后渗透率。
2.根据权利要求1所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，S1中，分别取Wf量的封堵剂，分别加入装有柴油/地层原油的烧杯以及装有蒸馏水的烧杯之中搅拌均匀并密封，放入恒温箱加热至地层温度，每隔t时间后，取出两个烧杯并观测，测试T时间后，将两烧杯中未溶解的封堵剂分别用滤纸过滤烘干称重，分别记为W1和W2，T＝nt，n＝1、2、3……，封堵剂在油和水中的抗溶解能力公式为：
其中，DRo为封堵剂在油中的抗溶解能力，DRw为封堵剂在水中的抗溶解能力。
3.根据权利要求2所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，T≥300小时。
4.根据权利要求1所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，S2中，将支撑剂以多种铺砂浓度铺置在酸蚀裂缝导流仪的API导流室内，以多种铺砂浓度的支撑剂模拟多种宽度的支撑裂缝，对API导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力，采用API方法，测试在地层闭合压力条件下，支撑裂缝液测渗透率K1，并记录裂缝宽度。
5.根据权利要求4所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，S3中，按照不同比例将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂分布铺置在API导流室的入口端和出口端，封堵剂和支撑剂之间不留空隙，对API导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力并加热至地层温度，采用定压力液测方式按照相同压力间隔逐步提高驱替压力，在每一驱替压力下至少稳定10分钟，当出口端连续出液时封堵剂即突破，此时驱替压力为突破压力Pb1，突破后继续正向驱替模拟地层水，测量突破后渗透率K2，突破后封堵剂对支撑裂缝的封堵率计算公式为：
其中，Zp为封堵剂对支撑裂缝的封堵率，K1为未加入封堵剂的支撑裂缝渗透率，K2为入封堵剂的支撑裂缝突破后渗透率；若驱替压力达到裂缝转向压力仍未突破，则在该压力下继续驱替至少2小时，而后停泵。
6.根据权利要求4所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，S4中，按照不同比例将相同铺砂浓度的封堵剂和支撑剂分布铺置在API导流室的入口端和出口端，封堵剂和支撑剂之间留出四分之一至二分之一空隙，对导流室施加闭合压力至实际地层闭合压力并加热至地层温度，采用定压力液测方式按照相同压力间隔逐步提高驱替压力，在每一驱替压力下至少稳定10分钟，当出口端连续出液时封堵剂即突破，此时驱替压力为突破压力Pb2，突破后继续正向驱替模拟地层水，测量突破后渗透率K3，突破后封堵剂对中空裂缝的封堵率计算公式为：
其中，Ze为封堵剂对中空裂缝的封堵率，K1为未加入封堵剂的支撑裂缝渗透率，K3为入封堵剂的中空裂缝突破后渗透率；若驱替压力达到裂缝转向压力仍未突破，则在该压力下继续驱替至少2小时，而后停泵。
7.根据权利要求1所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，S3、S4中，如果驱替压力达到转向压力之前封堵剂便突破，则停止测试。
8.根据权利要求1所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，S3、S4中，如果驱替压力达到转向压力时，封堵剂仍未突破，则分别在步骤S3和S4之后，直接在酸蚀裂缝导流仪中以实际地层生产压差进行反向驱替，以测试生产过程中封堵剂能否长时间封堵。
9.根据权利要求8所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，测试完成后，评价封堵剂的封堵能力。
10.根据权利要求9所述的一种压裂用封堵剂的封堵能力测试方法，其特征在于，从抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替情况，综合评价封堵剂的封堵能力，抗溶解能力、突破压力、封堵率和反向驱替时间数值越高，则封堵性能好，反之则较差。
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