CN110318724A - 支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置及方法，包括：岩心夹持筒，岩心夹持筒的内壁上相对地设有两片金属撑片，盖体上设有进液口，岩心夹持筒的另一端设有出液口；储液罐，储液罐上设有携砂液出口；液压泵，液压泵的进液口与携砂液出口连接，液压泵的出液口与盖体的进液口连接；废液罐，废液罐上设有携砂液进口，携砂液进口与岩心夹持筒的出液口连接；扫描装置，所述扫描装置用于扫描所述岩心夹持筒内的岩心截面上的支撑剂分布。观察岩心截面上支撑剂的分布情况，评价出支撑剂在岩心裂缝中的铺置和分布规律，解决支撑剂在裂缝中铺置规律无法进行现场快速评价的问题，为压裂材料的优选及压裂施工方案的制定提供便利。
Description
技术领域
本发明属于石油开发技术领域，更具体地，涉及一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置及方法。
背景技术
在进行储层改造过程中，支撑剂在岩心裂缝中的分布在很大程度上影响着压裂改造效果，为合理、高效地优选压裂材料和制定储层改造方案，需要充分评价和认识支撑剂在裂缝中的铺置及分布规律。通过研究支撑剂在岩心裂缝中的铺置规律，评估和认识支撑剂在目标油气储层压裂裂缝中的分布规律，是目前较为可靠高效的方式。因此，提供一种可快速评价支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的装置非常必要。
专利“模拟地层温度下水力压裂缝网支撑剂铺置规律可视化装置(CN201621066846.6)”应用可视平行板模拟缝网，包括水罐、水浴锅、搅拌机、螺杆泵、模拟井筒、可视平行板、进液管线、出液管线，应用可视平行板模拟缝网，研究携砂液进入高温地层中后支撑剂在地层中的沉降规律，该方法可模拟支撑剂在特定条件下沉降规律，无法研究支撑剂在真实裂缝中的铺置及分布规律。
专利“一种支撑剂铺置及导流能力一体化评价实验装置(CN201620009834.3)”，包括混砂罐、注入泵、导流能力评价装置、温度传感器、数据采集系统等，采用凸凹不平的防水压力传感器活塞模拟真实裂缝，通过采集装置、上位机系统描绘支撑剂铺置位置，该装置及实验方法较为复杂，且难以真实、直观地研究和描绘支撑剂在岩石裂缝中的铺置规律。
专利“模拟支撑剂铺置及压裂液返排的实验装置及方法(CN201610827564.1)”，该装置包括平板、框架、箱体、水腔等，通过移动箱体内的平板，用平行板间的空腔模拟裂缝，用连通缝实现空腔连通，用于进行支撑剂铺置及压裂液返排模拟实验，该发明所提供的装置可简单模拟压裂裂缝及部分分支缝，但难以模拟压裂形成的真实裂缝，且装置结构及实验方法较为复杂。
专利“一种基于磁性支撑剂的支撑剂铺置控制系统及控制方法(CN201310235252.8)”，包括支撑剂磁性、非磁性容器，支撑剂混合器、地面电流电压控制器、磁场数据采集与处理中心等，利用磁性支撑剂颗粒间的磁引力将支撑剂颗粒聚结在一起，监测支撑剂在裂缝中的铺置状态，该方法可在一定程度上监测磁性支撑剂的铺置状态，无法研究常规支撑剂的铺置规律，且装置及操作方法较为复杂。
专利“暂度转向及支撑剂沉降模拟可视化实验装置(CN201621005038.9)”，包括搅拌罐组、可视人工裂缝、过滤罐、控制系统、采集系统、摄像系统等，可实现暂堵剂的动态注入与封堵，计量暂堵剂封堵压力，获取暂堵能力评价指标，该装置及方法可在一定程度上研究暂堵剂转向及支撑剂沉降规律，但无法模拟和研究支撑剂在横向上的铺置规律。
文献“可视化变角度缝网支撑剂铺置装置研发及实验规律研究”，西南石油大学/2016年06月，该文考虑体积压裂工程实际，基于几何相似与雷诺数相似等相似准则，研制出一套大尺度可视化支撑剂铺置模拟实验装置；借助SolidWorks软件构建三维物理模型，利用Fluent软件模拟在该裂缝网格条件下支撑剂的浓度分布场。综合对比分析物理模拟和数值模拟结果,揭示体积压裂过程中支撑剂在复杂裂缝中的铺置运移规律。该方法可在一定程度模拟支撑剂铺置规律，但无法模拟真实岩心裂缝，且研究过程较为繁琐复杂。
文献“湍流效应对支撑剂铺置规律的影响”，石油化工应用/2017年01月，该文考虑体积压裂工程实际，基于几何相似与雷诺数相似等相似准则，研制出一套大尺度可视化支撑剂铺置模拟实验装置；借助SolidWorks软件构建三维物理模型，利用Fluent软件模拟在该裂缝网格条件下支撑剂的浓度分布场。综合对比分析物理模拟和数值模拟结果,揭示体积压裂过程中支撑剂在复杂裂缝中的铺置运移规律。该方法可在一定程度模拟支撑剂铺置规律，但无法模拟真实岩心裂缝，且研究过程较为繁琐复杂。
文献“新型通道压裂支撑剂铺置试验”，中国石油大学学报/2016年10月，该文为解决常规高速通道压裂技术存在的加砂及泵注程序复杂、纤维要求高等问题,提出支撑剂在裂缝中实现不连续充填的新方法,应用可视化裂缝模拟装置开展新型支撑剂铺置的室内试验,同时运用标准API裂缝导流能力测试仪分析新型铺置方式下的裂缝导流能力。该方法可在一定程度研究不连续充填过程中支撑剂的铺置规律，但试验过程较为复杂，且难以模拟和研究支撑剂在真实岩心裂缝中的铺置规律。
综上所述，虽然针对支撑剂铺置规律的研究越来越受到重视，但针对支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的快速评价装置及研究方法仍处于空白，亟需研发。因此，针对现场开发和储层改造需求，设计出一种可快速评价支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的装置，为储层改造中压裂材料的优选及压裂施工方案的设计提供指导。
发明内容
为解决油田现场无法快速测定压裂支撑剂在岩石裂缝中分布规律的问题，提供一种可快速评价支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的装置及应用方法，从而快速研究出支撑剂在目标储层裂缝中的分布特点，优选和配置支撑剂材料，为油气藏储层改造方案的制定提供便利。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提出一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，该装置包括：
岩心夹持筒，所述岩心夹持筒的一端设有能够沿其轴向移动的盖体，所述岩心夹持筒的内壁上相对地设有两片金属撑片，所述盖体上设有进液口，所述岩心夹持筒的另一端设有出液口；
储液罐，所述储液罐用于盛装压裂液与支撑剂混合的携砂液，所述储液罐上设有携砂液出口；
液压泵，所述液压泵的进液口与所述携砂液出口连接，所述液压泵的出液口与所述盖体的进液口连接；
废液罐，所述废液罐上设有携砂液进口，所述携砂液进口与所述岩心夹持筒的出液口连接；
扫描装置，所述扫描装置用于扫描所述岩心夹持筒内的岩心截面上的支撑剂分布。
优选地，所述储液罐为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，所述储液罐内沿其中心线设有搅拌器。
优选地，所述废液罐为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，所述废液罐的设有排液口。
优选地，所述岩心夹持筒的轴线水平设置。
优选地，所述岩心夹持筒为圆筒形。
优选地，所述圆筒形的长度为30-50cm，外径为15-20cm，内径为14.5-1.95cm。
优选地，所述金属撑片的长度为20-40cm，宽度为0.8-1cm，厚度为0.2-0.3cm。
优选地，所述储液罐的高度为100-150cm，直径50-80cm。
优选地，还包括扫描装置，所述扫描装置用于扫描所述岩心夹持筒内的岩心截面上的支撑剂分布。
根据本发明的另一方面，提出一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法，所述方法包括如下步骤：
将压裂液和支撑剂加入储液罐混合，配置携砂液，读取携砂液体积；
将沿轴向平面截开的岩心放入岩心夹持筒，并设置于金属撑片两侧，盖体推入岩心筒内，使盖体与岩心的端面接触；
将携砂液通过液压泵从储液罐依次输入所述岩心夹持筒和废液罐，携砂液稳定流动后，停止泵入；
取出岩心，观察所述沿轴向平面截开的岩心截面上的支撑剂分布情况；
用扫描装置扫描岩心截面上支撑剂的分布情况。
优选地，绘制支撑剂在岩心截面上的分布面图。
本发明提供的有益效果在于：
1、将沿中心线截开的岩心放入岩心夹持筒，通道岩心夹持筒的内壁上相对设置的两片金属，将两块岩心之间的缝隙撑开，模拟岩心裂缝；利用液压泵将储液罐内的携砂液泵入岩心夹持筒，使得携砂液充分进入岩心裂缝中，待泵入废液罐的携砂液的流速稳定后，取出岩心，用扫描装置检测岩心截面各部分支撑剂的分布情况，在计算机上绘制支撑剂分布面图，通过观察岩心截面上支撑剂的分布情况，评价出支撑剂在岩心裂缝中的铺置和分布规律，解决了支撑剂在裂缝中铺置规律无法进行现场快速评价的问题，为压裂材料的优选及压裂施工方案的制定提供便利。
2、利用支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，对岩心夹持筒内的岩心裂缝泵入压裂液与支撑剂混合的携砂液，通过扫描装置检测岩心截面各个部分支撑剂的分布情况，从而快速研究出支撑剂在目标储层裂缝中的分布特点，优选和配置支撑剂材料，为油气藏储层改造方案的制定提供便利，通过改变液压泵向岩心夹持筒内泵入携砂液的排料，研究和评价不同排量下，支撑剂在岩心裂缝中的铺置规律，该方法主要应用于油气田现场及室内实验中支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的快速评价分析，得出不同支撑剂在不同排量、不同携砂液和不同岩心裂缝中的铺置和分布规律，在油气田现场和室内实验中具有广阔的应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明一个实施例中的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例中的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法的流程图。
附图标记说明：
1、岩心夹持筒；2、盖体；3、液压泵；4、废液罐；5、储液罐；6、排液口；7、搅拌器；8、阀门；9、金属撑片；10、输液口；11、输送管路。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供一种撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，包括：
岩心夹持筒，岩心夹持筒的一端设有能够沿其轴向移动的盖体，岩心夹持筒的内壁上相对地设有两片金属撑片，盖体上设有进液口，岩心夹持筒的另一端设有出液口；储液罐，储液罐用于盛装压裂液与支撑剂混合的携砂液，储液罐上设有携砂液出口；液压泵，液压泵的进液口与携砂液出口连接，液压泵的出液口与盖体的进液口连接；废液罐，废液罐上设有携砂液进口，携砂液进口与岩心夹持筒的出液口连接；扫描装置，所述扫描装置用于扫描所述岩心夹持筒内的岩心截面上的支撑剂分布。
将沿中心截开的岩心放入岩心夹持筒中，并设置于金属撑片两侧，盖体沿岩心夹持筒轴向移动，与岩心面接触，通过液压泵将携砂液从储液罐泵入岩心夹持筒内，岩心夹持筒与废液罐连通，待废液罐内的携砂液排量稳定后，取出岩心，用扫描装置检测岩心截面各部分支撑剂的分布情况，在计算机上绘制支撑剂分布面图，评价出支撑剂在岩心裂缝中的铺置和分布规律，解决了支撑剂在裂缝中铺置规律无法进行现场快速评价的问题，为压裂材料的优选及压裂施工方案的制定提供便利。
具体地，扫描装置为岩心扫描仪，岩心扫描仪对岩心的截面进行图像采集，采集方式分荧光下扫描和白光下扫描，可以进行对岩石剖面和岩心圆周面图像的采集，图像采集的分辨率也比较高，可达1200dpi，图像清晰。作为优选方案，储液罐为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，储液罐内沿其中心线设有搅拌器。
具体地，储液罐底部设有输液口，压裂液从输液口注入储液罐后，向储液罐中按一定比例加支撑剂，通过搅拌器将支撑剂与压裂液混合，形成携砂液，其筒壁的刻度用于计量注入压裂液的体积，以及读取混合后的携砂液的总体积，待储液罐中的携砂液排量稳定后，输液口也可以用于存液罐中的压裂液排放。
作为优选方案，废液罐为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，废液罐的设有排液口，待废液罐中的携砂液排量稳定后，放液口用于废液罐中的压裂液排放，其筒壁纵向的刻度用于测量从岩心夹持筒流入废液罐的总体积。
作为优选方案，岩心夹持筒的轴线水平设置，便于将沿中心线截开的岩心水平放入岩心夹持筒中。
作为优选方案，岩心夹持筒为圆筒形，岩心为圆柱状，将岩心沿中心线截开两个半圆柱。
作为优选方案，圆筒形的长度为30-50cm，外径为15-20cm，内径为14.5-1.95cm。
作为优选方案，金属撑片的长度为20-40cm，宽度为0.8-1cm，厚度为0.2-0.3cm。
作为优选方案，储液罐的高度为100-150cm，直径50-80cm。
根据本发明的另一方面，提出一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将压裂液和支撑剂加入储液罐混合，配置携砂液，读取携砂液体积；
步骤二：将沿轴向平面截开的岩心放入岩心夹持筒，并设置于金属撑片两侧，盖体推入岩心筒内，使盖体与岩心的端面接触；
步骤三：将携砂液通过液压泵从储液罐依次输入所述岩心夹持筒和废液罐，携砂液稳定流动后，停止泵入；
步骤四：取出岩心，观察沿轴向平面截开的岩心截面上的支撑剂分布情况。
用扫描装置扫描岩心截面上支撑剂的分布情况。
作为优选方案，绘制支撑剂在岩心截面上的分布面图。
具体地，岩心扫描仪的扫描头沿岩心截面轴向移动，并同时采集岩心图像信息，扫描形成的岩心图像是岩心截面图像。
利用支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，对岩心夹持筒内的岩心裂缝泵入压裂液与支撑剂混合的携砂液，通过扫描装置检测岩心截面各个部分支撑剂的分布情况，从而快速研究出支撑剂在目标储层裂缝中的分布特点，优选和配置支撑剂材料，为油气藏储层改造方案的制定提供便利，通过改变液压泵向岩心夹持筒内泵入携砂液的排料，研究和评价不同排量下，支撑剂在岩心裂缝中的铺置规律，该方法主要应用于油气田现场及室内实验中支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的快速评价分析，得出不同支撑剂在不同排量、不同携砂液和不同岩心裂缝中的铺置和分布规律，在油气田现场和室内实验中具有广阔的应用前景。
实施例1
图1示出了本发明一个实施例中的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置的结构示意图。
如图1所示，实施例提供一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，包括：
岩心夹持筒1，岩心夹持筒1的一端设有能够沿其轴向移动的盖体2，岩心夹持筒1的内壁上相对地设有两片金属撑片9，盖体2上设有进液口，岩心夹持筒1的另一端设有出液口；储液罐5，储液罐5用于盛装压裂液与支撑剂混合的携砂液，储液罐5上设有携砂液出口；液压泵3，液压泵3的进液口与携砂液出口连接，液压泵3的出液口与盖体2的进液口连接；废液罐4，废液罐4上设有携砂液进口，携砂液进口与岩心夹持筒1的出液口连接；扫描装置(图1中未示出)，扫描装置用于扫描岩心夹持筒内1的岩心截面上的支撑剂分布。
储液罐5为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，储液罐5内沿其中心线设有搅拌器7，储液罐5的下部设有输液口10；废液罐4为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，废液罐4的设有排液口6；
储液罐5、液压泵3、岩心夹持筒1和废液罐4之间通过输送管路11连接。
岩心夹持筒1的轴线水平设置，岩心夹持筒1为圆筒形，圆筒形的长度为30-50cm，外径为15-20cm，内径为14.5-1.95cm；金属撑片的长度为20-40cm，宽度为0.8-1cm，厚度为0.2-0.3cm；储液罐5的高度为100-150cm，直径50-80cm，废液罐6的形状尺寸与储液罐5相同。
将沿中心截开的岩心放入岩心夹持筒1中，并设置于金属撑片9两侧，盖体2沿岩心夹持筒1轴向移动，与岩心面接触，通过液压泵3将携砂液从储液罐5泵入岩心夹持筒内1，岩心夹持筒1与废液罐6连通，待废液罐6内的携砂液排量稳定后，取出岩心，用扫描装置检测岩心截面各部分支撑剂的分布情况，在计算机上绘制支撑剂分布面图，通过观察岩心截面上支撑剂的分布情况，评价出支撑剂在岩心裂缝中的铺置和分布规律，解决了支撑剂在裂缝中铺置规律无法进行现场快速评价的问题，为压裂材料的优选及压裂施工方案的制定提供便利。
实施例2
图2示出了本发明一个实施例中的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法的流程图。
如图2所示，实施例提供一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将压裂液和支撑剂加入储液罐混合，配置携砂液，读取携砂液体积；
将配置好的携砂液加入储液罐中，取出选定的支撑剂，按一定的比例加砂，用搅拌器进行搅拌，配置携砂液，完成配置后，读出携砂液体积V。
步骤二：将沿轴向平面截开的岩心放入岩心夹持筒，并设置于金属撑片两侧，盖体推入岩心筒内，使盖体与岩心的端面接触；
将截开的岩心放入岩心夹持筒中，两块岩心分别放置于金属撑片两侧，金属撑片在两块岩心间撑开一道窄缝。将盖体推入岩心筒内，与岩心面接触。
步骤三：将携砂液通过液压泵从储液罐依次输入所述岩心夹持筒和废液罐，携砂液稳定流动后，停止泵入；
开泵以一定的排量Q将储液罐中的携砂液泵入岩心夹持筒中，流动达到稳定后，继续泵入一段时间t，关泵停止泵入。
步骤四：取出岩心，观察沿轴向平面截开的岩心截面上的支撑剂分布情况；
待装置达到稳定后，取下岩心夹持筒，打开盖体，取出岩心，用扫描装置扫描岩心截面上支撑剂的分布情况，绘制支撑剂在岩心截面上的分布面图，总结支撑剂在压裂裂缝中的分布规律。
步骤五：所有岩心测试结束后，清洗装置，分离测试设备，将记录数据拷贝出电脑，进行数据综合分析。
重复步骤二至步骤四，改变排量Q，研究和评价不同排量下支撑剂在岩心裂缝中的铺置规律；
重复步骤一至步骤五，研究和评价不同支撑剂、不同携砂液及不同岩心条件下，支撑剂在岩心裂缝中的铺置规律。
利用支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，对岩心夹持筒内的岩心裂缝泵入压裂液与支撑剂混合的携砂液，通过扫描装置检测岩心截面各个部分支撑剂的分布情况，从而快速研究出支撑剂在目标储层裂缝中的分布特点，优选和配置支撑剂材料，为油气藏储层改造方案的制定提供便利；该方法主要应用于油气田现场及室内实验中支撑剂在岩心裂缝中铺置规律的快速评价分析，得出不同支撑剂在不同排量、不同携砂液和不同岩心裂缝中的铺置和分布规律，在油气田现场和室内实验中具有广阔的应用前景。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，包括：
岩心夹持筒，所述岩心夹持筒的一端设有能够沿其轴向移动的盖体，所述岩心夹持筒的内壁上相对地设有两片金属撑片，所述盖体上设有进液口，所述岩心夹持筒的另一端设有出液口；
储液罐，所述储液罐用于盛装压裂液与支撑剂混合的携砂液，所述储液罐上设有携砂液出口；
液压泵，所述液压泵的进液口与所述携砂液出口连接，所述液压泵的出液口与所述盖体的进液口连接；
废液罐，所述废液罐上设有携砂液进口，所述携砂液进口与所述岩心夹持筒的出液口连接；
扫描装置，所述扫描装置用于扫描所述岩心夹持筒内的岩心截面上的支撑剂分布。
2.根据权利要求1所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述储液罐为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，所述储液罐内沿其中心线设有搅拌器。
3.根据权利要求1所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述废液罐为透明圆筒，其筒壁纵向上标有刻度，所述废液罐的设有排液口。
4.根据权利要求1所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述岩心夹持筒的轴线水平设置。
5.根据权利要求4所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述岩心夹持筒为圆筒形。
6.根据权利要求5所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述圆筒形的长度为30-50cm，外径为15-20cm，内径为14.5-1.95cm。
7.根据权利要求1所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述金属撑片的长度为20-40cm，宽度为0.8-1cm，厚度为0.2-0.3cm。
8.根据权利要求1所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价装置，其特征在于，所述储液罐的高度为100-150cm，直径50-80cm。
9.一种支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法，利用根据权利要求1-8中任一项所述的评价装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将压裂液和支撑剂加入储液罐混合，配置携砂液，读取携砂液体积；
将沿轴向平面截开的岩心放入岩心夹持筒，并设置于金属撑片两侧，盖体推入岩心筒内，使盖体与岩心的端面接触；
将携砂液通过液压泵从储液罐依次输入所述岩心夹持筒和废液罐，携砂液稳定流动后，停止泵入；
取出岩心，观察所述沿轴向平面截开的岩心截面上的支撑剂分布情况；
用扫描装置扫描岩心截面上支撑剂的分布情况。
10.根据权利要求1所述的支撑剂在岩心裂缝中铺设规律的评价方法，其特征在于，还包括绘制支撑剂在岩心截面上的分布面图。
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