CN109854220A - 一种适用于低渗储层水力压裂模拟试验的注液管密封方法 - Google Patents
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- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
本发明提供了一种适用于低渗储层水力压裂模拟试验的注液管密封方法,采用造胶黏剂A、B液,配合十二至十四烷基缩水甘油醚与乙醇作为密封材料;注胶液时采用多次注胶的方式进行密封,分8‑10层缓慢注入,每层注入间隔9~10s,注入时针头的尖端始终处于胶体中,保证岩‑胶紧密结合,且不影响裸眼段注液。本发明消除了水力压裂过程中密封管段的漏失问题,使得压裂液通过注液管顺利到达靶区,可操作性强,可以有效解决岩‑胶界面渗漏的密封问题,对于进一步开展水力压裂试验有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于实验室测试及非常规能源开发领域,尤其是涉及一种适用于低渗岩样水力压裂注液管的密封方法。
背景技术
目前在非常规能源领域,致密气藏的开采已经成为一个热门的话题,针对其赋存的地质条件,在开采低渗气体时会对储层进行改造,水力压裂是主要的方式,由于受到现场的种种原因影响,对于其改造的效果无法进行理想的分析,目前研究人员主要是依靠室内的实验仪器对现场压裂改造过程进行物理模拟,借助于这一方法的结论,给现场水力压裂生产提供有力理论支持。此外,进行水力压裂试验时,无论是重塑样还是原样均需考虑水力压裂过程中岩样与注液管的密封问题,因此研究两者胶结的密封性问题是非常重要的,不仅可以促进水力压裂试验的进一步发展,还可以进一步对现场实际开采起到指导的作用。近年来,随着页岩气、煤层气为代表的非常规能源钻采事业的研究逐步深入,与之相关的室内试验相继开展。经过研究发现岩样模拟井筒的密封性处理存在
(1)注液管与岩样只是简单的联结,没有考虑密封的效果和强度,使得未达到岩样起裂压力即发生密封段漏失;
(2)对于裸眼段没有很好的保护,胶体可能会渗入裸眼段堵塞注液孔;
(3)常规的一次注胶过程中会产生气泡等干扰因素。
基于以上不足,一些研究学者在实验时会将注液管在试样的制备过程中将注液管放在要处理的试件中预定位置,与样品一起成型,但是其适用的样品类型极少、且不能预留有裸眼段,所以改进上述的不足,配制胶体、处理注液管的端部、调整注液操作,分层注胶,并证明该注胶方式下形成的岩-胶强度更佳,从而更好的将岩样与注液管粘结,使得水力压裂试验的效果更佳,对非常规能源储层水力压裂室内模拟试验的开展具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,针对水力压裂试验中试样注液管密封过程中存在的不足,提供一种适用于水力压裂的低渗试样注液管密封方法。
为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:
一种适用于室内水力压裂过程中低渗岩样注液管的密封方法,其特征包括以下步骤:
步骤S1、钻孔:在注液处,沿注液方向钻导流孔的深度至试样长度的3/5-2/3,并清除碎屑;
步骤S2、调制胶体:分别量取总胶体体积40%-45%的A胶和总胶体体积40%-45%的B胶,按照A胶:B胶为1:1的比例混合,再分别量取总胶体体积9%-17%的十二至十四烷基缩水甘油醚和总胶体体积1%-3%的乙醇混合作为稀释剂加入混合好的AB胶中,减缓胶体的初凝时间,加强密封效果;
步骤S3、注液管端部处理:将弹性密封圈套在距注液管底部5-10mm处,采用密封胶带压密,并将弹性密封圈与注液管固定;
步骤S4、固定注液管:将处理后的注液管伸入钻孔深度的1/2-2/3的地方固定,预留裸眼段;
步骤S5、注胶:将注胶针管伸入试样与注液管的环状空间底部,先初步注入少量胶体(1/50胶体体积)至密封端部形成初凝界面,然后将胶体最少分8份注入密封段,每次注液间隔9~10s,且确保每次注胶针头保持在胶体中,完成密封。
进一步的,所述A、B胶混合体积为钻孔体积的80%-85%为宜,胶体固结强度须大于岩样的起裂强度,且初凝时间大于20分钟,24小时达到胶体最终固结强度。
进一步的,所述稀释剂可以降低胶体的粘度,参与固化反应,其中十二至十四烷基缩水甘油醚体积占胶体体积的9%-17%为宜,乙醇为2%最佳。
进一步的,所述密封圈为氟橡胶o型圈,紧箍于注液管,具有弹性,耐高温、耐酸碱、耐腐蚀。
进一步的,所述密封圈固定的位置距注液管底部5mm最佳,注液管底部距钻孔底部为钻孔深度的1/3为宜。
进一步的,所述首次注胶的量越少越好,但胶体厚度至少要覆盖密封端部之上3mm,注胶次数根据注液管的长度调整,一般须大于8次,每次注胶时的温度保持一致。
本发明采用多次注胶,多次注胶与目前采用的单次注胶相比,具有明显的优越性,其机理如下:
取胶体与岩样接触的界面进行分析:假设密封圈与密封胶带紧密结合,质量很小,与岩样的摩擦力足够承受胶体重量;岩样、胶体都是均质的;单次注胶时间极短;胶体介质均一,岩-胶界面散热速率相同;胶体注入的初始温度为T0,胶体与岩样胶结的温度至少大于Tc,且温度大于Tc时,胶结体形成速率均值为
由上,注入单位厚度的胶体所形成的胶结体厚度由温度从T0降到Tc的时间决定,根据可知,一定的热量在不同的介质传播速率不同,注入胶体后,胶体下端与弹性密封圈、密封胶带接触,传热快,温度由T0降到Tc用时短,为上部与空气接触,传热慢,温度由T0降为TC用时长,为中间部分胶结时间为t中部,因此在底端和顶端存在区别于中间部分的不均匀胶结区,底端不均匀区胶结深度与距底端距离的函数为H下(l);上端胶结深度与距中间部分上端距离的函数为H上(l)。
其中,u=u(t,x,y,z)表温度,是时间t与空间(x,y,z)的函数,k是胶体热扩散率,分别表示空气、岩样、注液管、胶体、密封圈的导热系数。
如果分多次注胶,第N(N≠1)次注胶后,底端不均匀区域的长度lN1与注胶的总长lN的比值lN1/LN=m,上端不均匀区域的长度lN3与注胶的总长lN的比值lN3/LN=n,忽略其他不必要因素,除第一次注胶外,lN1/LN=m,lN3/LN=n为定值。由于温差热量扩散使得相邻两次注胶接触端部最终形成均一的胶结体。
第一次注胶长度l1为总注胶长度L的1/k,胶结面积为:
当k→+∞时,即在满足完全覆盖密封段端部的前提下,首次注入较少的胶体量为宜,第一次注胶后端部不均匀区域的长度l11与第一次注胶的总长l1的比值l11/l1=m1,上端不均匀区域的长度l13与第一次注胶的总长l1的比值l13/l1=n1。
N次注胶结束后的胶结面积:
当(k→∞∩N→∞)时对应的N次注胶后的胶结面积为上式仅k和N为未知参数。
如果一次全部注入胶结面积为:
可知:s一次注入<s总<s′总
由上知,多次注胶形成的胶结体面积比一次注胶形成的胶结体面积大,则岩样密封的注胶问题需通过分析胶体与岩样结合速率及温度由T0降为Tc的时间,来确定注胶时间间隔;考虑岩样钻孔直径大小,可调整首次注胶量和注胶次数;如果改变密封材料则可调整n,在不同的空气环境中注胶则可调整m,实现胶结界面强度的最大化,从而解决岩样密封的问题,即在密封材料一定的情况下,控制首次注胶量和累次注胶次数,在确定的时间间隔内实现注胶均匀并减少不均匀区域,使得胶结界面强度得到提升。
因此,根据岩样及密封材料,混合胶体注入温度设为80℃,首次注胶量为总胶量体积的1/50,后将胶体分8-10层注入,注胶的间隔时间Δt小于岩样与胶体的固结时间,确定为9-10s。对压裂时胶结界面受力分析:压裂液作用于胶结界面底端的应力(3σ围-σ轴-σt),胶体与岩样结合后的强度为σ胶-岩,通过上述操作胶体强度满足:
本发明的密封方法与现有技术相比的优点在于:
(1)胶体通过配合十二至十四烷基缩水甘油醚和乙醇,可以在20分钟内保持其流动性,利于对水力压裂的注液管密封,24h可达到试样所需的密封效果。
(2)注液管的端部即距注液管底部5mm处用密封圈和密封胶带进行密封隔离,一方面可以使胶体与注液管及钻孔环状空间紧密结合,另一方面可避免胶体进入裸眼段堵塞注液孔。
(3)通过优化首次注胶量和采用多次注胶的方式,可以使胶体的密封层更加均匀,胶结强度提升。本发明采用混合胶体配方,以9-10S的时间间隔分8-10层注入,达到较好的胶结强度,可以满足岩样起裂压力要求。该方法可操作性强,针对的试样为低渗、致密的硬脆性岩样或重塑样,提高了水力压裂模拟试验的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解,构成本申请实施例的一部分,并不构成对本申请实施例的限定。
图1为本申请注液管的密封模拟结果正视图;
图2为图1中的C-C剖视图;
图3为水力压裂后试样内部图;
图4为密封试样水压曲线图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更清楚明白,下面结合实施例对本发明进行进一步的说明,有必要指出本实施例只用于对本发明的进一步说明,并不作为对本申请实例的限定。
实施例1
以圆柱形岩样的注液管密封来说明本发明注液管密封方法,如图1所示。
步骤S1、钻孔:在直径为100mm,高200mm的圆柱形重塑样7上表面圆心处,用zs-100型钻机沿着注液方向钻入130mm注液孔,钻孔1直径8mm并清除岩屑;
步骤S2、调制胶体:将造胶黏剂A、B胶置于电热扇的前端,电扇温度调为80度,用量筒分别量取1.1ml的A胶和1.1ml的B胶,按照A胶:B胶为1:1的比例边加热边混合,最后量取0.4ml的十二至十四烷基缩水甘油醚和0.04ml的乙醇混合,加入到混合好的AB胶中,减缓胶体的初凝时间,增长浇注的时间,加强密封效果。
步骤S3、注液管处理:用O型氟橡胶密封圈6套于内径2mm,外径4mm,长75mm的注液管2距底部5mm的地方,将其与注液管2固定,选择与弹性密封圈6等厚度的密封胶带5对弹性密封圈6的外部进行压密,使得最外层胶带5刚好形成直径8mm的密封垫圈。
步骤S4、固定注液管:将注液管2伸进入注液孔内70mm的地方固定,使得距离孔底一定距离,满足因水力压裂试验须预留裸眼段4的要求。
步骤S5、注入胶体等待胶结:选择5ml的针管和2mm直径的针头,吸取调制好的胶体,将针头伸入重塑样7与注液管形成的环形胶结区3底部,先注入0.04ml胶体,然后分8次注入,每次注入0.3ml,时间间隔为10s,且注液时确保针头的尖端每次刺入胶体中,直到胶体溢出钻孔,拿掉针管,让胶体与岩样7形成聚沉区3。
对该密封试样进行水力压裂模拟试验,观察岩样破裂后的剖面图发现在密封段,注液管2和岩样7胶结界面未发生漏液,而压裂靶区产生了明显的裂缝,如图3所示,从图中可以看出本发明效果较好,水力压裂有效范围较大。如图4所示,从水压曲线可以看出缝内水压的变化达到了试验的要求,即达到岩样的起裂压力,满足水力压裂注液压力的要求。
实施例2
以圆柱形岩样的注液管密封来说明本发明注液管密封方法步骤S1、钻孔:在直径为100mm,高200mm的圆柱形重塑样上表面圆心处,用zs-100型钻机沿着注液方向钻入130mm注液孔,钻孔直径11mm并清除岩屑;步骤S2、调制胶体:将造胶黏剂A、B胶置于电热扇的前端,电扇温度调为80度,用量筒分别量取2ml的A胶和2ml的B胶,按照A胶:B胶为1:1的比例边加热边混合,最后量取0.55ml的十二至十四烷基缩水甘油醚和0.05ml的乙醇混合,加入到混合好的AB胶中,减缓胶体的初粘时间,使得浇注的时间增长,加强密封效果。
步骤S3、注液管处理:用O型氟橡胶密封圈套于内径2mm,外径4mm,长75mm的注液管距底部5mm的地方,用胶水将其与注液管固定,选择与密封圈厚度同等厚度的密封胶带对密封圈的外部进行压密,使得最外层胶带刚好形成直径11mm的密封垫圈。
步骤S4、固定注液管:将注液管伸进入注液孔内70mm的地方固定,使得距离孔底一定距离,满足因水力压裂试验须预留裸眼段的要求。
步骤S5、注入胶体等待胶结:选择5ml的针管和2mm直径的针头,吸取调制好的胶体,将针头伸入重塑样与注液管形成的环形胶结区底部,先注入0.08ml胶体,然后分8次注入,每次注入0.57ml,时间间隔为9s,且注液时确保针头的尖端每次刺入胶体中,直到胶体溢出钻孔,拿掉针管,固结胶体与岩样。
实施例3
以立方体页岩样的注液管密封来说明本发明注液管密封方法
步骤S1、钻孔:在300×300×300mm的立方体页岩样上表面中心处,用zs-100型钻机沿着注液方向钻入200mm注液孔,钻孔直径20mm并清除岩屑;
步骤S2、调制胶体:将造胶黏剂A、B胶置于电热扇的前端,电扇温度调为80度,用量筒分别量取12ml的A胶和12ml的B胶,按照A胶:B胶为1:1的比例边加热边混合,最后量取2.5ml的十二至十四烷基缩水甘油醚和0.6ml的乙醇混合,加入到混合好的AB胶中,减缓胶体的初粘时间,使得浇注的时间增长,加强密封效果。
步骤S3、注液管处理:用O型氟橡胶密封圈套于内径6mm,外径10mm,长120mm的注液管距底部5mm的地方,用胶水将其与注液管固定,选择与密封圈厚度同等厚度的密封胶带对密封圈的外部进行压密,使得最外层胶带刚好形成直径20mm的密封垫圈。
步骤S4、固定注液管:将注液管伸进入注液孔内115mm的地方固定,使得距离孔底一定距离,满足因水力压裂试验须预留裸眼段的要求。
步骤S5、注入胶体等待胶结:选择30ml的针管和2mm直径的针头,吸取调制好的胶体,将针头伸入页岩样与注液管形成的环形胶结区底部,先注入0.5ml胶体,然后分9次注入,每次注入3ml,时间间隔为10s,且注液时确保针头的尖端每次刺入胶体中,直到胶体溢出钻孔,拿掉针管,固结胶体与页岩样。
Claims (4)
1.一种适用于低渗储层水力压裂模拟试验的注液管密封方法,其特征包括以下步骤:
步骤S1、钻孔:在注液处,沿注液方向钻导流孔的深度至试样长度的3/5-2/3,并清除碎屑;
步骤S2、调制胶体:分别量取总胶体体积40%-45%的A胶和总胶体体积40%-45%的B胶,按照A胶:B胶为1:1的比例混合,再量取总胶体体积9%-17%的十二至十四烷基缩水甘油醚和总胶体体积1%-3%的乙醇,混合后作为稀释剂加入混合好的AB胶中;
步骤S3、注液管端部处理:将弹性密封圈套在距注液管底部5-10mm处,弹性密封圈外部用宽度与弹性密封圈套厚度等值的密封胶带压密,并将弹性密封圈与注液管固定;
步骤S4、固定注液管:将端部处理后的注液管伸入钻孔深度的1/2-2/3的地方固定,预留裸眼段;
步骤S5、注胶:将注胶针管伸入试样与注液管的环状空间底部,先初步注入少量胶体至密封端部形成初凝界面,然后分8-10层缓慢注入,每层注入间隔9~10s,注入时针头的尖端始终处于胶体中,全部注入完成后,待24小时达到胶体固结强度。
2.如权利要求1所述的一种适用于低渗储层水力压裂模拟试验的注液管密封方法,其特征在于:参与固化反应的稀释剂十二至十四烷基缩水甘油醚体积占总胶体体积的10%-15%。
3.如权利要求1所述的一种适用于低渗储层水力压裂模拟试验的注液管密封方法,其特征在于:所述弹性密封圈为氟橡胶o型圈,与注液管紧密结合。
4.如权利要求1所述的一种适用于低渗储层水力压裂模拟试验的注液管密封方法,其特征在于:所述弹性密封圈的固定位置距注液管底部5mm,注液管底部距钻孔底部的长度为钻孔深度的1/3。
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- 2019-01-14 CN CN201910031338.6A patent/CN109854220B/zh not_active Expired - Fee Related
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