CN110887645A - 一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置及测试方法 - Google Patents

一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置及测试方法 Download PDF

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张炜
李奎东
肖佳林
黄晓凯
岳泉
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朱志芳
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Abstract

本发明公开了一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置及测试方法，包括混料罐、循环泵、投球立管、传感器、多孔管柱模拟测试部分、废液罐，在模拟套管的周向方向设有多个射孔，所述各个射孔导流管沿模拟套管的径向方向设置，分别与其连接区域内的射孔相连通，所述汇流管与同一圆周方向的射孔导流管相连接，各汇流管的尾端与废液罐相连。本发明针对页岩气水平井套管内暂堵球座封效果进行模拟，获取不同暂堵球粒径、施工排量和炮眼开启程度条件下，暂堵球在套管炮眼处座封的时间、有效率、位置和孔眼压力波动，进而指导现场施工时暂堵球类型和投球时机的选择，促进液体转向，压裂开启新的裂缝。

Description

一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置及测试方法，属于油气田勘探开发技术领域。
背景技术
页岩气作为新兴能源在国家能源体系中的地位越来越重要，涪陵气田供气已突破100亿方。水力压裂作为改造措施已成功应用于页岩气开发，压裂液作为工作介质能够有效造缝和携砂。裂缝作为页岩气生产的通道，改造体积决定了单井产量。采用投放暂堵球封堵部分炮眼可以有效提高井底压力，开启新缝进而提高改造效果。传统暂堵材料评价装置主要针对直井，未针对水平井进行研究，没有考虑重力作用和液体水平流态，不能实时获取封堵位置，无法掌握每个射孔孔眼内的压力变化；同时传统方法无法对每个射孔内液体流量进行控制，即无法模拟不同裂缝进液能力，对于上下层位裂缝张合能力的模拟不具有针对性。本发明通过水平管道模拟单簇射孔套管，每个射孔孔眼均可监测封堵效果与压力变化，同时可以根据上下层位变化设定每个孔眼的流量，进而有效模拟页岩气压裂过程中水平井暂堵球座封效果，对于获取封堵效果，优化暂堵球参数和施工工艺，为压裂提高更直接的参考数据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置及测试方法，该装置及测试方法能有效模拟页岩气压裂过程中水平井暂堵球座封效果，获取不同暂堵球粒径、施工排量和炮眼开启程度条件下，暂堵球在套管炮眼处座封的时间、有效率、位置和孔眼压力波动，进而优化暂堵球参数和施工工艺，为压裂提高更直接的参考数据。
本发明所采用的技术方案为：一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：包括混料罐、循环泵、投球立管、传感器、多孔管柱模拟测试部分、废液罐，所述循环泵的进液口与混料罐相连，出液口通过主管路与多孔管柱模拟测试部分相连，所述传感器及投球立管设置在主管路上，所述多孔管柱模拟测试部分包括模拟套管、多个射孔导流管、多个汇流管，在模拟套管的周向方向设有多个射孔，所述各个射孔导流管沿模拟套管的径向方向设置，分别与其连接区域内的射孔相连通，所述汇流管与同一圆周方向的射孔导流管相连接，各汇流管的尾端与废液罐相连。
按上述技术方案，所述射孔沿模拟套管外壁沿螺旋方向均匀布置，每个射孔对应连接一个射孔导流管，各个射孔导流管同样沿螺旋方向设置。
按上述技术方案，在各个射孔导流管上设有流量阀或/和压力传感器。
按上述技术方案，所述的投球立管的上部设有旋塞，下部有旋转阀门，与主管路通过三通连接。
按上述技术方案，所述射孔导流管内部为通孔，与模拟套管相连通。射孔导流管内径9毫米，小于暂堵球直径(10毫米或13.5毫米)，模拟套管内的暂堵球可卡紧于射孔导流管入口，实现座封。
按上述技术方案，在主管路上位于模拟套管的上游设有泄压阀。
按上述技术方案，混料罐包括搅拌器、料斗和罐体。
一种如上所述的一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
⑴混料罐内加水，按照现场配方配制减阻水或胶液，启动搅拌器充分搅拌，静置设定时间等待溶解。
⑵关闭投球立管旋转阀门，拧开上部旋塞，投入设计数量的暂堵球；拧紧旋塞，等待投球时机；
⑶根据设计要求，调节各个射孔导流管上的流量阀，模拟不同射孔裂缝内不同导流能力，关闭排液阀；
⑷启动主管汇上的流量传感器、压力传感器采集数据，启动循环泵，设置好排量，走泵循环；
⑸数据稳定后，快速开启投球立管下方的旋转阀门，记录各根射孔导流管内压力变化，测试设定时间；
⑹关泵，开启排液阀排液，清水循环冲洗系统，维护保养。
本发明所取得的有益效果为：1、本发明针对页岩气水平井套管内暂堵球座封效果进行模拟，获取不同暂堵球粒径、施工排量和炮眼开启程度条件下，暂堵球在套管炮眼处座封的时间、有效率、位置和孔眼压力波动，进而指导现场施工时暂堵球类型和投球时机的选择，促进液体转向，压裂开启新的裂缝；
2、本发明的多孔管柱模拟测试部分及配套装置结构简单，管柱水平放置，每一个射孔导流管均可以控制和检测，能够有效模拟水平井内固液流态，模拟采集暂堵球座封炮眼后所有导流通道内的液体形态，克服了笼统测量的局限性。同角度的射孔导流管由同一管路汇总，更好地模拟了页岩水平层理内进液情况。
3、本发明的测量方法是室内评价压裂液携带暂堵球座封炮眼性能，操作简单，材料均取自现场，能够对管内压力和流量进行实时采集，测试数据具有连续性，能够有效反映暂堵球、压裂液和射孔管柱相互作用的效果。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为多孔管柱模拟测试部分的结构示意图。
图3为图2的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-3所示，本实施例提供了一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，包括混料罐、循环泵4、投球立管7、传感器、多孔管柱模拟测试部分、废液罐17，所述循环泵4的进液口与混料罐相连，出液口通过主管路8与多孔管柱模拟测试部分相连，所述传感器及投球立管7设置在主管路8上，所述多孔管柱模拟测试部分包括不锈钢支架19、模拟套管18、多个射孔导流管11、多个汇流管16，模拟套管18、射孔导流管11、汇流管16安设在支架19上，在模拟套管18的周向和轴向方向设有多个射孔，所述各个射孔导流管沿模拟套管的径向方向设置，分别与其连接区域内的射孔相连通，所述汇流管与同一圆周方向的射孔导流管相连接，各汇流管的尾端与废液罐相连。
本实施例中，所述混料罐包括搅拌器1、料斗3和罐体2。传感器包括压力表5和流量计6，
所述的投球立管7为薄壁钢管，上部有旋塞，下部有旋转阀门，与主管路8通过三通连接。拧开旋塞可装入暂堵球，打开旋转阀门时暂堵球可掉落进入下方管汇，模拟实现井口投球动作。
所述的模拟套管18为薄壁钢管，沿管壁螺旋线轨迹方向上开24个射孔20，孔径9毫米，相位角60°，螺距400毫米，圈数4。每个开孔上方均安装有射孔导流管11，射孔导流管11内部通孔，与模拟套管开孔沟通。各个射孔导流管同样沿螺旋方向设置。本实施例中，射孔导流管内径9毫米，小于暂堵球直径(暂堵球的球径为10毫米或13.5毫米)，模拟套管内的暂堵球可卡紧于射孔导流管入口，实现座封。
每个射孔导流管11上均安装有压力传感器12，通过监测液体压力判断孔眼是否封堵，统计暂堵球座封位置分布、失效比例和座封强度；同时液体大量流入未封堵孔眼时，可记录导流管内液体压力变化幅度，核算暂堵效果与封堵憋压相关参数。
所述的射孔导流管11均安装有流量阀13，可以根据需要选择性开关，模拟不同射孔间距和数量。同时通过调整流量阀开合程度，模拟地层孔眼裂缝内不同填砂程度，得到孔眼不同流量下暂堵球座封效果差异，判断裂缝开合程度对暂堵球座封的影响。
由于模拟套管18上的射孔相位角为60°，也就是说在周向方向可以设有6根汇流管与对应相位角上的射孔导流管11相连接。
混料罐按照现场配方配制减阻水或胶液，通过螺杆泵4进入主管路8，液体流经压力计5、流量计6，获取流体参数，再通过投球立管7，投球立管7并联于主管路8之上，暂堵球通过投球立管进入主管汇，最后进入模拟套管18，模拟水平井底射孔簇进液通道。测试时，排液阀15关闭，液体仅通过射孔导流管进入废液罐17。测试结束后，打开排液阀15，将模拟套管18内废弃暂堵球冲洗进入废液罐。模拟套管轴线沿水平方向，测试考虑水平井套管内液体流动状态和暂堵球管内下落问题。
暂堵球卡住某个射孔20后，其对应的射孔导流管11上的压力传感器可检测到压力降低，进而明确座封位置。暂堵球卡住射孔20后，导流通道减小，未封堵的射孔导流管11内液体压力升高，传感器可检测到压力波动。通过统计座封的孔眼数量，可获取座封有效率，即：座封炮眼数量/投球总数量。通过调整每个射孔导流管11上的流量阀13，使每个射孔20进液流速不同，可以获取不同孔眼开启程度下座封规律。
本实施例还提供了一种如上所述的一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置的测试方法，包括如下步骤：
⑴混料罐内加水，按照现场配方配制减阻水或胶液，启动搅拌器充分搅拌，静置4小时溶解。
⑵关闭投球立管旋转阀门，拧开上部旋塞，投入设计数量的暂堵球；拧紧旋塞，等待投球时机；
⑶根据设计要求，调节24根射孔导流管上的流量阀，模拟不同射孔裂缝内不同导流能力，关闭排液阀15；
⑷启动主管汇上的流量传感器、压力传感器采集数据，启动循环泵，设置好排量，走泵循环；
⑸数据稳定后，快速开启投球立管下方的旋转阀门，记录各根射孔导流管内压力变化，测试10分钟；
⑹关泵，开启排液阀15排液，清水循环冲洗系统，维护保养。

Claims (8)

1.一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：包括混料罐、循环泵、投球立管、传感器、多孔管柱模拟测试部分、废液罐，所述循环泵的进液口与混料罐相连，出液口通过主管路与多孔管柱模拟测试部分相连，所述传感器及投球立管设置在主管路上，所述多孔管柱模拟测试部分包括模拟套管、多个射孔导流管、多个汇流管，在模拟套管的周向方向设有多个射孔，所述各个射孔导流管沿模拟套管的径向方向设置，分别与其连接区域内的射孔相连通，所述汇流管与同一圆周方向的射孔导流管相连接，各汇流管的尾端与废液罐相连。
2.根据权利要求1所述的页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：所述射孔沿模拟套管外壁沿螺旋方向均匀布置，每个射孔对应连接一个射孔导流管，各个射孔导流管同样沿螺旋方向设置。
3.根据权利要求1或2所述的页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：在各个射孔导流管上设有流量阀或/和压力传感器。
4.根据权利要求1或2所述的页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：所述的投球立管的上部设有旋塞，下部有旋转阀门，与主管路通过三通连接。
5.根据权利要求1或2所述的页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：所述射孔导流管内部为通孔，与模拟套管相连通，射孔导流管内径小于暂堵球直径。
6.根据权利要求1或2所述的页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：在主管路上位于模拟套管的上游设有泄压阀。
7.根据权利要求1或2所述的页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置，其特征在于：混料罐包括搅拌器、料斗和罐体。
8.一种根据权利要求1所述的一种页岩气水平井管内孔眼暂堵球座封测试装置的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
⑴混料罐内加水，按照现场配方配制减阻水或胶液，启动搅拌器充分搅拌，静置设定时间等待溶解；
⑵关闭投球立管旋转阀门，拧开上部旋塞，投入设计数量的暂堵球；拧紧
旋塞，等待投球时机；
⑶根据设计要求，调节各个射孔导流管上的流量阀，模拟不同射孔裂缝内不同导流能力，关闭排液阀；
⑷启动主管汇上的流量传感器、压力传感器采集数据，启动循环泵，设置好排量，走泵循环；
⑸数据稳定后，快速开启投球立管下方的旋转阀门，记录各根射孔导流管内压力变化，测试设定时间；
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