CN109932498B - 一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法 - Google Patents

一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法 Download PDF

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本发明公开了一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验体系，包括以下步骤：步骤一：岩样制备；步骤二：连续强度测试；步骤三：酸液腐蚀；步骤四：连续强度测量；步骤五：缝宽变化测量；步骤六：导流能力计算；步骤七：酸蚀裂缝壁面稳定性分析。本发明采用的酸蚀裂缝壁面稳定性的实验体系，操作方便，可以系统地考虑现场酸化压裂工艺和生产工艺要求，分析裂缝壁面失稳的岩石力学机理，所得到的研究成果可以为酸化压裂施工工艺参数优选提供技术指导。

Description

一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法。
背景技术
酸化压裂是一种非常有效的油气开采增产方法，其主要方法为将酸液注入水力压裂形成的人工裂缝中，让酸液和碳酸盐岩储层进行反应。酸液会非均匀地腐蚀水力裂缝，未被腐蚀的碳酸盐岩则形成凸起。在地层压力条件下，酸蚀裂缝两侧未被腐蚀的凸起则会相互支撑，形成油气流动通道。
酸蚀裂缝的稳定性影响油气产量。酸蚀裂缝闭合，油气流动通道就会闭合。酸蚀裂缝稳定、闭合小，油气流动通道就会稳定持久。目前，常用的预测酸蚀裂缝稳定性的方法是测量酸蚀导流板的长期导流能力，在整个实验过程中，通过改变酸液体系、酸液浓度、酸液黏度、测试排量等工艺参数来预测酸蚀裂缝在生产过程中的导流能力变化，当导流能力突然下降时则表示酸蚀裂缝失稳。现阶段，测试酸蚀裂缝长期导流能力已成为预测酸蚀裂缝稳定性的主要方式。
但是测试酸蚀裂缝长期导流能力预测裂缝稳定性仍存在一些缺陷，比如在酸蚀导流板时改变酸液参数和测试长期导流过程中的改变测试排量仅仅考虑了酸化压裂和生产过程中的一些工艺参数，并没有考虑到裂缝失稳的机理。酸蚀裂缝失稳的本质是酸蚀裂缝壁面失稳。因此急需开发一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验体系，以明确酸蚀裂缝壁面失稳的机理，优化现场酸化压裂和生产工艺参数。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，解决了现有技术中酸蚀裂缝壁面失稳机理不明确的问题，实现在考虑现场酸化压裂和生产工艺参数的前提下，明确酸蚀裂缝壁面失稳机理。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，按照先后顺序包括以下各步骤：
步骤一：岩样制备：选取地层代表性岩样，加工API标准导流板多组，其中每组包含一对导流板A和B；在制备时，导流板A和B需要在同一块岩样相近处切割，通过XRD(X射线衍射)分析保证A和B的矿物成分相同或相近；
步骤二：连续强度测量：将每组中的导流板A放置于连续强度测量仪中，测量不同位置导流板连续强度，测量完毕后磨平导流板表面测试痕迹；
步骤三：酸液腐蚀：处理导流板B，将其放置于酸液腐蚀槽中，开启注酸系统，开始酸蚀测试，酸蚀结束后，更换注入液体为地层盐水，驱替酸液至排除阀PH为地层盐水PH；
步骤四：对导流板A重复步骤三酸液腐蚀，然后对导流板A重复步骤二连续强度测量，无需磨平测试痕迹；
步骤五：缝宽变化测量：将导流板B进行缝宽变化测量，确定闭合压力，对导流槽逐渐增加闭合压力，测量缝宽直至缝宽不再变化；
步骤六：根据步骤五测量数据计算裂缝导流能力；
步骤七：酸蚀裂缝壁面稳定性分析：根据步骤四和步骤六数据分析酸蚀裂缝壁面稳定性。
在上述方案中优选的是，所述步骤一中，制备API标准导流板尺寸为：长╳宽＝177.8mm╳38.1mm导流板厚度自定，导流板两侧半圆弧半径R＝19.05mm。或者可制成长╳宽＝139.7mm╳38.1mm的长方体导流板，导流板厚度自定。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，测量微观连续强度，记录测量位置。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，重点测量矿物成分复杂位置的微观连续强度。
在上述任一方案中优选的是，微观连续强度测量后需使岩板磨平恢复至原始平面状态。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，处理导流板B为将导流板B四周涂上密封胶。
在上述任一方案中优选的是，密封胶为Loctite胶水。
在上述任一方案中优选的是，涂胶后的导流板B放置常温环境24h，使密封胶自然固结。
在上述任一方案中优选的是，将导流板B放入酸液腐蚀槽中，使得导流板B与酸液腐蚀槽之间的空隙完全被密封胶充填。
在上述任一方案中优选的是，根据以下公式计算实验酸液排量Q实验：
Figure BDA0001928935800000031
Figure BDA0001928935800000032
Figure BDA0001928935800000033
A＝w·h
其中，Q现场为现场酸液排量，w为缝宽，h为缝高。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤四中，连续强度测量位置为步骤三中连续强度测量位置。
步骤四中，首先将导流板A四周涂上密封胶；涂胶后的导流板A放置常温环境24h，使密封胶自然固结；导流板A放入酸液腐蚀槽中，使得导流板A与酸液腐蚀槽之间的空隙完全被密封胶充填。在导流板B的酸蚀条件下，对导流板A进行酸蚀实验。然后对导流板A重复步骤二进行连续强度测量。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤五中，多次测量缝宽变化取平均值。优选3次及以上。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤六中，根据以下公式计算导流能力C：
Figure BDA0001928935800000041
其中，Wf为缝宽，K为渗透率，Q为测试排量，μ为测试液体粘度，L为缝长，D为缝高，ΔP为液体入口端和出口端压差。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤七中，分析酸蚀前后同一位置微观连续强度变化情况。
在上述任一方案中优选的是，分析裂缝壁面失稳与裂缝导流能力的关系。
在上述任一方案中优选的是，分析裂缝壁面失稳与酸蚀前后微观连续强度变化关系。
本发明采用的酸蚀裂缝壁面稳定性的实验体系，操作方便，可以系统地考虑现场酸化压裂工艺和生产工艺要求，分析裂缝壁面失稳的岩石力学机理，所得到的研究成果可以为酸化压裂施工工艺参数优选提供技术指导。
附图说明
图1为按照本发明一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性实验方法的一优选实施例的工艺流程图；
图2为图1所示实施例使用的导流板；
图3为图1所示实施例使用的标准岩心；
图4为图1所示实施例中裂缝导流能力；
图5为图1所示实施例中酸蚀前后裂缝壁面强度；
图6为图1所示实施例中酸蚀裂缝壁面失稳分析图。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。
实施例1
本实施例中岩样取自塔河油田鹰山组露头碳酸盐岩，样品为方解石含量80％-95％，白云石含量3％-17％，石英含量0.5％-3％。
按照本发明的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：岩样制备：选取地层代表性岩样加工成API标准导流板多组，其中每组包含一对岩性相近导流板A和B，导流板形状尺寸如图2；导流板A和B的矿物成分见表1。
表1.导流板A和B的矿物成分
导流板 石英/％ 方解石/％ 白云石/％
A 3.2 92.6 4.2
B 2.3 92 5.7
步骤二：连续强度测量：将每组中的导流板A放置于连续强度测量仪中，测量导流板长轴对称轴处连续强度(如图3)，测量完毕后磨平导流板表面测试痕迹；
步骤三：酸液腐蚀：处理导流板B，将其放置于酸液腐蚀槽中，确保密封性完好，开启注酸系统，开始酸蚀测试，酸蚀结束后，更换注入液体为地层盐水，驱替酸液至排除阀PH为地层盐水PH；
步骤四：对导流板A重复步骤三酸液腐蚀，然后对导流板A重复步骤二连续强度测量，无需磨平测试痕迹；
步骤五：缝宽变化测量：设定有效闭合应力分别为3MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa等，测量并计算每个闭合应力下的缝宽，测量结果见表2；
表2.每个闭合应力下的缝宽
Figure BDA0001928935800000061
步骤六：根据步骤五测量数据计算裂缝导流能力如图4；
步骤七：酸蚀裂缝壁面稳定性分析。
本实施例中，所述步骤一中，制备API标准导流板尺寸为：长╳宽＝177.8mm╳38.1mm导流板厚度自定，导流板两侧半圆弧半径R＝19.05mm。
本实施例中，所述步骤二中，测量微观连续强度，记录测量位置。
本实施例中，所述步骤二中，重点测量矿物成分复杂位置的微观连续强度。
本实施例中，微观连续强度测量后需使岩板磨平恢复至原始平面状态。
本实施例中，所述步骤三中，处理导流板B为将导流板B四周涂上密封胶。
本实施例中，密封胶为Loctite胶水。
本实施例中，涂胶后的导流板B放置常温环境24h，使密封胶自然固结。
本实施例中，将导流板B放入酸液腐蚀槽中，使得导流板B与酸液腐蚀槽之间的空隙完全被密封胶充填。
本实施例中，根据以下公式计算实验酸液排量Q实验：
Figure BDA0001928935800000071
Figure BDA0001928935800000072
Figure BDA0001928935800000073
A＝w·h
其中，Q现场为现场酸液排量，w为缝宽，h为缝高。
本实施例的实验酸液排量Q结果见表3。
表3.计算实验酸液排量Q结果
Figure BDA0001928935800000074
Figure BDA0001928935800000081
本实施例中，所述步骤四中，连续强度测量位置为步骤三中连续强度测量位置。
步骤四中，首先将导流板A四周涂上密封胶；涂胶后的导流板A放置常温环境24h，使密封胶自然固结；导流板A放入酸液腐蚀槽中，使得导流板A与酸液腐蚀槽之间的空隙完全被密封胶充填。在导流板B的酸蚀条件下，对导流板A进行酸蚀实验。然后对导流板A重复步骤二进行连续强度测量。
本实施例中，所述步骤五中，多次测量缝宽变化取平均值。
本实施例中，所述步骤六中，根据以下公式计算导流能力C：
Figure BDA0001928935800000082
其中，Wf为缝宽，K为渗透率，Q为测试排量，μ为测试液体粘度，L为缝长，D为缝高，ΔP为液体入口端和出口端压差。
实施例的导流能力C结果见表4。
表4.计算导流能力C
Figure BDA0001928935800000083
本实施例中，所述步骤七中，分析酸蚀前后同一位置微观连续强度变化情况。
本实施例中，分析裂缝壁面失稳与裂缝导流能力的关系。
本实施例中，分析裂缝壁面失稳与酸蚀前后微观连续强度变化关系。
酸蚀裂缝壁面失稳导致的现象是酸蚀裂缝缝宽减小，进一步导致酸蚀裂缝导流能力大幅度降低，因此可以通过导流能力变化来确定裂缝壁面失稳。在本实例中，假设应力条件下导流能力降低小于初始导流能力的20％则为酸蚀裂缝壁面失稳。根据实验数据可知当闭合应力高于30MPa时，酸蚀裂缝壁面失稳。
酸蚀前后裂缝壁面强度见图5，酸蚀裂缝壁面强度越高，酸蚀裂缝在应力条件下越稳定。计算酸蚀前后裂缝壁面强度变化百分比结果为酸蚀后裂缝壁面强度比酸蚀前平均降低3％，由此可以推断，形似岩石成分的岩样在相同酸蚀条件下，可绘制如图6的酸蚀裂缝壁面失稳分析图。若酸蚀裂缝壁面酸蚀前后强度增加高于3％，闭合应力小于30MPa条件下，裂缝壁面不失稳；酸蚀裂缝壁面酸蚀前后强度增加低于3％，闭合应力大于30MPa条件下，裂缝壁面一定失稳；酸蚀裂缝壁面酸蚀前后强度增加低于3％，闭合应力小于30MPa或酸蚀裂缝壁面酸蚀前后强度增加高于3％，闭合应力高于30MPa条件下，需要进一步重复此实验体系分析。
本发明中导流板A用来测量酸蚀前后连续强度，导流板B用来测量不同压力下的导流能力。主要是因为连续强度测量会对酸蚀之后的导流板表面有影响。如果导流测完之后导流板表面已经不是之前的形态了，会影响连续强度测量。
本发明上述实施例的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，操作方便，可以系统地考虑现场酸化压裂工艺和生产工艺要求，分析裂缝壁面失稳的岩石力学机理，所得到的研究成果可以为酸化压裂施工工艺参数优选提供技术指导。
本领域技术人员不难理解，本发明的分析酸蚀裂缝壁面稳定性实验体系包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，按照先后顺序包括以下各步骤：
步骤一：岩样制备：选取地层代表性岩样，加工API标准导流板多组，其中每组包含一对导流板A和B，A和B的矿物成分相同或相近；
步骤二：连续强度测量：将每组中的导流板A放置于连续强度测量仪中，测量不同位置的导流板连续强度，测量完毕后磨平导流板表面测试痕迹；
步骤三：酸液腐蚀：处理导流板B，将其放置于酸液腐蚀槽中，确保密封性完好，开启注酸系统，开始酸蚀测试，酸蚀结束后，更换注入液体为地层盐水，驱替酸液至排除阀PH为地层盐水PH；
步骤四：对导流板A重复步骤三酸液腐蚀，然后对导流板A重复步骤二连续强度测量，无需磨平测试痕迹；
步骤五：缝宽变化测量：将导流板B进行缝宽变化测量，对导流槽逐渐增加闭合压力，测量缝宽直至缝宽不再变化；
步骤六：根据步骤一至五中得到的数据计算裂缝导流能力；
步骤七：酸蚀裂缝壁面稳定性分析：根据步骤二、步骤四和步骤六数据分析酸蚀裂缝壁面稳定性。
2.如权利要求1所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤一中，制备API标准导流板尺寸为：长╳宽＝177.8mm╳38.1mm，导流板两侧半圆弧半径R＝19.05mm的导流板，或者长╳宽＝139.7mm╳38.1mm的长方体导流板。
3.如权利要求1所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤二中，测量微观连续强度，记录测量位置。
4.如权利要求1所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤三中，确定裂缝宽度、酸液浓度、酸液粘度和酸液体系，配置酸液，计算酸液排量和总酸液量。
5.如权利要求1所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤三中，处理导流板B为将所述导流板B四周涂上密封胶。
6.如权利要求5所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤三中，涂胶后的导流板B放置常温环境24h，使密封胶自然固结。
7.如权利要求6所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤三中，将导流板B放入酸液腐蚀槽中，使得导流板B与酸液腐蚀槽之间的空隙完全被密封胶充填。
8.如权利要求1至7中任一项所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤三中，据以下公式计算实验酸液排量Q实验：
Figure FDA0002371328950000021
Figure FDA0002371328950000022
Figure FDA0002371328950000023
A＝w·h
其中，Q现场为现场酸液排量，w为缝宽，h为缝高。
9.如权利要求1所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤六中，根据以下公式计算导流能力C：
Figure FDA0002371328950000024
其中，Wf为缝宽，K为渗透率，Q为测试排量，μ为测试液体粘度，L为缝长，D为缝高，ΔP为液体入口端和出口端压差。
10.如权利要求1所述的分析酸蚀裂缝壁面稳定性的实验方法，其特征在于：所述步骤七中，分析酸蚀前后同一位置微观连续强度变化情况。
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