CN111505204B - 支撑剂抗破碎能力的确定方法、支撑剂破碎装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支撑剂抗破碎能力的确定方法、支撑剂破碎装置及系统，涉及油气田开发技术领域，该方法包括确定支撑剂样品的第一平均直径；将第一质量的支撑剂样品浸泡在第一液体中，并获取第一液体的第一浊度；对第二质量的支撑剂样品进行破碎处理得到目标支撑剂样品；将目标支撑剂样品浸泡在第二液体中，并获取第二液体的第二浊度；确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径；根据第一平均直径与第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径；根据第一浊度与第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，进而确定支撑剂样品的抗破碎能力。该方法模拟了实际的地层环境，有效提高了确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性。

Description

支撑剂抗破碎能力的确定方法、支撑剂破碎装置及系统

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种支撑剂抗破碎能力的确定方法、支撑剂破碎装置及系统。

背景技术

在油气田开发所采用的水力压裂技术中，支撑剂可以支撑地层中的岩石裂缝以扩大油气通道，提高油气采收率。而支撑剂的抗破碎能力是判断支撑剂优劣的重要指标。

相关技术中提供了一种支撑剂抗破碎能力的确定方法，通过计算支撑剂的破碎率来评价该支撑剂的抗破碎能力，该破碎率为对一定质量的支撑剂施加一个方向上的指定压力后，确定的破碎颗粒的质量与该质量的比值。

但是，由于地层条件复杂，相关技术所描述的支撑剂抗破碎能力的确定方法难以准确确定出处于地层条件中的支撑剂抗破碎能力，导致确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性较低。

发明内容

本发明提供一种支撑剂抗破碎能力的确定方法、支撑剂破碎装置及系统，可以解决相关技术中确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性较低的问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

第一方面，提供了一种支撑剂抗破碎能力的确定方法，所述方法包括：

确定支撑剂样品的第一平均直径；

将第一质量的所述支撑剂样品浸泡在第一液体中，并获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的所述第一液体的第一浊度；

对第二质量的所述支撑剂样品进行破碎处理得到目标支撑剂样品，所述破碎处理包括：对所述第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力；

将所述目标支撑剂样品浸泡在第二液体中，并获取浸泡有所述目标支撑剂样品的所述第二液体的第二浊度，所述第一液体和所述第二液体的类型相同；

确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径；

根据所述第一平均直径与所述第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径；

根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度；

根据所述破碎后的支撑剂样品的平均直径和所述破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定所述支撑剂样品的抗破碎能力。

可选的，所述根据所述第一平均直径与所述第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径，包括：

根据所述第一平均直径、所述第二平均直径以及第一评价公式，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径，

所述第一评价公式为：P_平均＝(D₁-D₂)/D₁，

其中，所述D₁表示所述第一平均直径，所述D₂表示所述第二平均直径，所述P_平均表示所述平均直径。

可选的，所述根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响，包括：

根据所述第一浊度、所述第二浊度以及第二评价公式，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，

所述第二评价公式为：P_浊＝(Z₂-Z₁)/Z₁，

其中，所述Z¹表示所述第一浊度，所述Z₂表示所述第二浊度，所述P_浊表示所述平均浊度。

可选的，所述确定支撑剂样品的第一平均直径，包括：

获取筛网目数互不相同的n种筛网，所述n为正整数；

按照具有的筛网目数升序的顺序通过所述n种筛网，对所述支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子；

获取所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量；

按照具有的筛网目数升序的顺序，确定所述n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径；

根据所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、所述每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第一平均直径计算公式，确定所述支撑剂样品的第一平均直径D1；

所第一述平均直径计算公式为：

其中，fi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占所述支撑剂样品质量的比例，Ci为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

可选的，所述确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径，包括：

获取筛网目数互不相同的n种筛网，所述n为正整数；

按照具有的筛网目数升序的顺序通过所述n种筛网，对所述烘干后的目标支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子；

获取所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量；

按照具有的筛网目数升序的顺序，确定所述n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径；

根据所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、所述每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第二平均直径计算公式，确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径D₂；

所述第二平均直径计算公式为：

其中，gi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占所述支撑剂样品质量的比例，Di为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

可选的，所述将所述目标支撑剂样品浸泡在第二液体中之前，所述方法包括：

依次卸除施加在所述目标支撑剂样品上的所述轴向压力和所述孔隙压力。

第二方面，提供了一种支撑剂破碎装置，其特征在于，所述装置包括：容器、轴向压力结构、孔隙压力结构和加热结构，

其中，所述容器用于容置支撑剂样品；

所述轴向压力结构的至少部分设置在所述容器内，所述轴向压力结构被配置为向所述容器内的支撑剂样品施加轴向压力；

所述孔隙压力结构与所述容器连通，所述孔隙轴向压力结构被配置为向所述容器内的支撑剂样品输出压力传输介质，以通过所述压力传输介质向所述支撑剂样品施加孔隙压力；

所述加热结构被配置为对所述容器内的支撑剂样品加热。

可选的，所述轴向压力结构包括相对设置的第一压力件和第二压力件，

所述第一压力件固定设置于所述容器内，所述第二压力件被配置为朝向或远离所述第一压力件移动，所述第一压力件、所述第二压力件以及所述容器的侧壁形成封闭的容纳腔，所述容纳腔用于填充支撑剂样品。

可选的，所述容器一端开口，所述第二压力件包括：驱动件和施压件，所述施压件的一端与所述驱动件连接，另一端位于所述容器中，所述施压件被配置为在所述驱动件的驱动下，穿过所述开口朝向或远离所述第一压力件移动。

可选的，容器底部封闭，所述容器为桶装容器，所述施压件为圆柱状结构，且施压件的外径与所述容器的内径匹配。

可选的，所述容器的另一端开口，所述第一压力件包括固定连接的承压件和底座，所述承压件通过所述开口卡接于所述容器内，所述底座位于所述容器外。

可选的，所述容器为管状容器，所述施压件和所述承压件均为圆柱状结构，且所述施压件和所述承压件的外径与所述容器的内径匹配，所述第一压力件上设置有一端与所述容纳腔连通，另一端与所述孔隙压力结构连接的介质通道，所述介质通道用于供所述压力传输介质通过。

可选的，所述孔隙压力结构为孔压增压泵。

可选的，所述加热压力件结构为套接在所述容器外壁上的电加热套。

第三方面，提供了一种支撑剂破碎系统，所述系统包括支撑剂破碎装置和控制组件，

所述支撑剂破碎装置为上述任一所述的支撑剂破碎装置，所述控制组件与所述支撑剂破碎装置中的轴向压力结构、孔隙压力结构以及加热结构电连接，

所述控制组件用于控制所述轴向压力结构向所述支撑剂样品施加轴向压力，控制所述孔隙压力结构向所述支撑剂样品施加孔隙压力，以及控制所述加热结构对所述支撑剂样品加热；

所述控制组件还用于：

确定支撑剂样品的第一平均直径；

在将第一质量的所述支撑剂样品浸泡在第一液体中后，获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的所述第一液体的第一浊度；

获取浸泡有目标支撑剂样品的所述第二液体的第二浊度，所述第一液体和所述第二液体的类型相同，所述目标支撑剂样品为将第二质量的所述支撑剂样品进行破碎处理得到的支撑剂样品，所述破碎处理包括：对所述第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力；

确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径；

根据所述第一平均直径与所述第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径；

根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度；

根据所述破碎后的支撑剂样品的平均直径和所述破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定所述支撑剂样品的抗破碎能力。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

通过对支撑剂样品施加轴向压力和孔隙压力来模拟地层条件中支撑剂所受到的多方向的压力，通过对支撑剂样品加热来模拟地层条件中的高温状态，通过将支撑剂样品浸泡在液体中来模拟支撑剂在地层中的实际状态，最终根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力。相较于相关技术中仅对施加一个方向的压力的支撑剂样品计算破碎率，本申请模拟了支撑剂在实际应用中所处的复杂的地层环境，即支撑剂处于多方向被压缩的状态并浸于高温液体中，并分别从破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度这两个方面来评判支撑剂样品的抗破碎能力，有效提高了确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种支撑剂抗破碎能力的确定方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种支撑剂抗破碎能力的确定方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的支撑破碎装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的支撑破碎系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在油气田开发所采用的水力压裂技术中，为了提高油气采收率，用以支撑岩石裂缝以扩大油气通道的支撑剂需要具有较高的抗压强度。在将支撑剂导入地层后，由于底层中存在压裂液，储层含水及凝析水等液体，导致支撑剂在支撑岩石裂缝的过程中一直浸泡于液体中。并且地层条件复杂，处于该地层条件中的支撑剂会受到裂缝闭合方向的地层最小主应力(可达70至120兆帕(MPa))、井底流体压力(可达20至50MPa)以及高温等条件的影响，其中，支撑剂所受到的裂缝闭合方向的地层最小主应力和井底流体压力可以将支撑剂看作处于多方向被压缩的状态中；处于高温条件下的支撑剂，液体和支撑剂之间相互作用的速率会加快。这些地层条件均会对支撑剂本身的抗破碎能力造成干扰。

而相关技术提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法中，仅对用于测试的一定质量的支撑剂样品施加一个方向的指定压力，将破碎颗粒的质量与该支撑剂样品的质量的比值确定为该支撑剂样品的破碎率，用该破碎率来衡量支撑剂抗破碎能力。明显可以看出，相关技术提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法难以用于确定处于复杂地层条件中的支撑剂的抗破碎能力，导致确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性较低。

本发明实施例提供了一种支撑剂抗破碎能力的确定方法，可以解决相关技术中所存在的问题，如图1所示，该方法可以包括：

步骤101、确定支撑剂样品的第一平均直径。

步骤102、将第一质量的支撑剂样品浸泡在第一液体中，并获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的第一液体的第一浊度。

步骤103、对第二质量的支撑剂样品进行破碎处理得到目标支撑剂样品。

其中，该破碎处理包括：对第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力。

由于支撑剂样品包括多个支撑剂粒子，每个支撑剂粒子可以近似抽象为一个球状体，因此无论在哪个方向上施加的压力均可以视为该球状体的任一轴向上施加的压力，可以将该压力称为轴向压力，在本发明实施例中，施加轴向压力也即是在支撑剂样品外部向支撑剂样品施加压力，不对轴向压力的施加方向进行限定，通常该施加方向为一指定方向；施加孔隙压力指的是在多个支撑剂粒子相互之间的缝隙之间施加压力。

步骤104、将目标支撑剂样品浸泡在第二液体中，并获取浸泡有目标支撑剂样品的第二液体的第二浊度，第一液体和第二液体的类型相同。

步骤105、确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径。

步骤106、根据第一平均直径与第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径。

步骤107、根据第一浊度与第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度。

步骤108、根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力。

综上所述，本发明实施例所提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法中，通过对支撑剂样品施加轴向压力和孔隙压力来模拟地层条件中支撑剂所受到的多方向的压力，通过对支撑剂样品加热来模拟地层条件中的高温状态，通过将支撑剂样品浸泡在液体中来模拟支撑剂在地层中的实际状态，最终根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力。相较于相关技术中仅对施加一个方向的压力的支撑剂样品计算破碎率，本申请模拟了支撑剂在实际应用中所处的复杂的地层环境，即支撑剂处于多方向被压缩的状态并浸于高温液体中，并分别从破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度这两个方面来评判支撑剂样品的抗破碎能力，有效提高了确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性。

如图2所示，该图示出了本发明实施例提供的另一种支撑剂抗破碎能力的确定方法，该方法可以包括：

步骤201、获取支撑剂样品。

本发明实施例在实际实现时，可以根据实际需要确定支撑剂样品的样品类型，例如该样品类型可以包括陶粒、石英砂或者覆膜石英砂等，本发明实施例在此不做限制。

除此之外，还可以确定该支撑剂样品的粒径规格(即目数)，以及该支撑剂样品在以后的使用中需要导入地层的地层条件参数，该地层条件参数可以包括裂缝闭合方向的地层最小主应力、井底流体压力以及温度等参数。

例如，确定的支撑剂样品的目数为40/70目，裂缝闭合方向的地层最小主应力为75MPa、井底流体压力为20MPa，地层温度为90℃。

步骤202、确定支撑剂样品的第一平均直径。

可选的，通过天平等称重仪器称取一定质量的支撑剂样品，例如，称取100克的支撑剂样品。

该确定支撑剂样品的第一平均直径的过程可以包括：

步骤A1、获取筛网目数互不相同的n种筛网，n为正整数。

本领域技术人员可以理解的是，目数越大的筛网，其具有的孔径越小。

步骤A2、按照具有的筛网目数升序的顺序通过n种筛网，对支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子。

当支撑剂样品在按照具有的筛网目数升序的顺序通过n种筛网之后，目数最小的筛网上筛得到的支撑剂粒子的直径最大。

可选的，可以通过人工手动的方式来对支撑剂样品进行指定时长的筛选，或者，也可以通过拍击式振筛机对支撑剂样品进行指定时长(例如10分钟)的筛选。若采用拍击式振筛机对支撑剂样品进行筛选，则可以直接在该拍击式振筛机中设定筛网目数，本发明实施例在此不进行限制。

步骤A3、获取n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量。

该n种支撑剂粒子为支撑剂样品按照具有的筛网目数升序的顺序通过n种筛网所筛选得到的。可以通过天平等称重仪器获取该n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量。

步骤A4、按照具有的筛网目数升序的顺序，确定该n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径。

步骤A5、根据该n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第一平均直径计算公式，确定支撑剂样品的第一平均直径D₁。

该第一述平均直径计算公式为：

其中，fi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占支撑剂样品质量的比例，Ci为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

以下以一个具体实施例来对上述步骤A1至步骤A5进行说明。

假设n＝7，即获取了筛网目数互不相同的7种筛网，该7种筛网的目数可以分别为45/30/40/100/50/60/70，该7种筛网具有的筛网目数按照升序的顺序排列后，得到目数依次为30/40/45/50/60/70/100的筛网组合，按照具有的筛网目数升序的顺序通过该7种筛网，对支撑剂样品进行筛选，得到与该7种筛网一一对应的7种支撑剂粒子，通过将该每种支撑剂粒子的质量与支撑剂样品质量做比，得到该7种支撑剂粒子占支撑剂样品质量的比例，分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6和f7，该f1至f7分别对应筛网目数30至100。再按照具有的筛网目数升序的顺序，确定该7种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径，将筛网目数为30和筛网目数为40的筛网的孔径的平均直径确定为C2、将筛网目数为40和筛网目数为50的筛网的孔径的平均直径确定为C4、......、将筛网目数为70和筛网目数为100的筛网的孔径的平均直径确定为C7，则根据第一平均直径计算公式所确定的支撑剂样品的第一平均直径D1＝f2*C2+f3*C3+f4*C4+f5*C5+f6*C6+f7*C7。

步骤203、将第一质量的支撑剂样品浸泡在第一液体中，并获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的第一液体的第一浊度。

可选的，可以通过浊度仪获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的第一液体的第一浊度。

可选的，该第一质量可以为小于支撑剂样品质量的任一质量。

例如支撑剂样品为100克时，该第一质量可以为45克。该第一液体可以为100毫升的蒸馏水。

为了保证测量第一浊度的准确性，可在将第一质量的支撑剂样品浸泡在第一液体的指定时长之后，再检测该第一液体的第一浊度，例如该指定时长可以为45分钟。

步骤204、对第二质量的支撑剂样品进行破碎处理得到目标支撑剂样品。

其中，该破碎处理可以包括：对第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力。

可选的，该第二质量的支撑剂样品可以为支撑剂样品中除第一质量的支撑剂样品之外的部分支撑剂样品，当然，为了保证最终确定的支撑剂抗破碎能力的准确性，该第二质量和第一质量可以为相同质量。

可选的，对第二质量的支撑剂样品进行破碎处理得到目标支撑剂样品可以包括：对第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力；指定时长之后，停止对第二质量的支撑剂样品加热，并停止对第二质量的支撑剂样品施加轴向压力和孔隙压力，得到目标支撑剂样品。

示例的，该指定时长可以为24小时，轴向压力的大小和孔隙压力的大小可以设定为上述步骤201中所指定的地层条件参数的大小，即轴向压力的大小可以为75MPa，孔隙压力的大小可以为20MPa。

其中，为了避免对支撑剂样品造成过度挤压，可以依次卸除施加在目标支撑剂样品上的轴向压力和孔隙压力，也即是，先停止施加轴向压力，再停止施加孔隙压力，因为若先停止施加孔隙压力，由于支撑剂样品之间孔隙压力减小，会使得施加在支撑剂样品上的轴向压力对支撑剂样品造成过度挤压。

步骤205、将目标支撑剂样品浸泡在第二液体中，并获取浸泡有目标支撑剂样品的第二液体的第二浊度，第一液体和第二液体的类型相同。

获取该第二浊度的过程可以参考上述步骤203的相关描述，本发明实施例在此不做赘述。可选的，该第一液体和第二液体可以均为蒸馏水。

步骤206、确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径。

该确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径的过程可以包括：

步骤B1、获取筛网目数互不相同的n种筛网，n为正整数。

步骤B2、按照具有的筛网目数升序的顺序通过n种筛网，对该烘干后的目标支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子。

步骤B3、获取n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量。

步骤B4、按照具有的筛网目数升序的顺序，确定该n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径。

步骤B5、根据该n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第二平均直径计算公式，确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径D₂。

该第二平均直径计算公式为：

其中，gi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占支撑剂样品质量的比例，Di为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

上述步骤B1至步骤B5确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径D₂的步骤可以参考上述步骤A1至步骤A5中确定支撑剂样品的第一平均直径D₁的相关步骤，本发明实施例在此不再赘述。

步骤207、根据第一平均直径与第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径。

根据第一平均直径与第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径的步骤可以包括：根据第一平均直径、第二平均直径以及第一评价公式，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径，该第一评价公式为：P_平均＝(D₁-D₂)/D₁，其中，D₁表示第一平均直径，D₂表示第二平均直径，P_平均表示平均直径。

P_平均越大，则说明该支撑剂样品抗破碎能力越差，也即是，该支撑剂样品在上述步骤201中所确定的地层条件下的耐温耐压能力较差。

步骤208、根据第一浊度与第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度。

根据第一浊度与第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度的步骤可以包括：根据第一浊度、第二浊度以及第二评价公式，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，该第二评价公式为：P_浊＝(Z₂-Z₁)/Z₁，其中，Z₁表示第一浊度，Z₂表示第二浊度，P_浊表示平均浊度。

P_浊越大，则说明该支撑剂样品抗破碎能力越差，也即是，该支撑剂样品在上述步骤201中所确定的地层条件下的耐温耐压能力较差。

步骤209、根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力。

进一步的，P_平均越大，且P_浊越大，则说明该支撑剂样品的抗破碎能力越差。当然，本发明实施例在实际实现时，在根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力时，工作人员可以分别对该破碎后的支撑剂样品的平均直径以及该破碎后的支撑剂样品对浊度这两个评判参数设置权重，以综合确定该支撑剂样品的抗破碎能力，提高了确定支撑剂样品的抗破碎能力的灵活性。

步骤210、基于支撑剂样品的抗破碎能力，确定该支撑剂样品所对应的支撑剂所适配的地层条件，并在该地层条件使用该支撑剂。

通过上述步骤201至209可以确定出该支撑剂样品的抗破碎能力，该支撑剂样品的破碎能力可以用来描述该支撑剂样品所对应的样品类型和粒径规格的支撑剂，处于上述指定的地层条件参数下的抗破碎能力。通过选取不同的支撑剂样品(包括不同的样品类型和/或不同的粒径规格)并分别对应设置不同的地层条件参数，执行上述步骤201至步骤209，可以确定出不同的支撑剂所适配的不同的地层条件，便于在实际应用中为不同的地层条件选取合适的支撑剂，提高了实际应用中选取支撑剂的针对性，达到了提高油气采收率的效果。

综上所述，本发明实施例所提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法，通过对支撑剂样品施加轴向压力和孔隙压力来模拟地层条件中支撑剂所受到的多方向的压力，通过对支撑剂样品加热来模拟地层条件中的高温状态，通过将支撑剂样品浸泡在液体中来模拟支撑剂在地层中的实际状态，最终根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力。相较于相关技术中仅对施加一个方向的压力的支撑剂样品计算破碎率，本申请模拟了支撑剂在实际应用中所处的复杂的地层环境，即支撑剂处于多方向被压缩的状态并浸于高温液体中，并分别从破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度这两个方面来评判支撑剂样品的抗破碎能力，有效提高了确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性。

相关技术所提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法，不但难以模拟复杂的地层条件，并且，只从支撑剂的破碎率这个角度来衡量支撑剂抗破碎能力，但是，对于相同的破碎率来说，破碎颗粒的粒径有大有小，明显的，相同的破碎率下，包括有粒径小的破碎颗粒的支撑剂样品的抗破碎能力小于包括有粒径大的破碎颗粒的支撑剂样品，因此，相关技术所提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性较低。而本发明实施例所提供的支撑剂抗破碎能力的确定方法，不但模拟了支撑剂在实际应用中所处的复杂的地层环境，并且，从破碎后的支撑剂样品的平均直径以及破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度这两个方面来衡量支撑剂抗破碎能力，有效提高了确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性。

图3示出了本发明实施例提供的一种支撑剂破碎装置300，可以用来进行上述步骤204中所描述的破碎处理，该装置300包括：容器301、轴向压力结构302、孔隙压力结构303和加热结构304。

其中，容器301用于容置支撑剂样品；轴向压力结构302的至少部分设置在容器301内，轴向压力结构302被配置为向容器301内的支撑剂样品施加轴向压力；孔隙压力结构303与容器301连通，孔隙压力结构303被配置为向容器301内的支撑剂样品输出压力传输介质，以通过该压力传输介质向支撑剂样品施加孔隙压力；加热结构304被配置为对容器301内的支撑剂样品加热。

可选的，孔隙压力结构303向容器301内的支撑剂样品所输出的压力传输介质可以为气体，也可以为液体，本发明实施例在此不进行限制。

需要说明的是，当该压力传输介质为液体时，该液体可以为上述步骤205中所描述的第二液体，也即是，无需将经过破碎处理后的支撑剂样品取出再次浸泡在第二液体中，进而简化了处理流程。

可选的，该孔隙压力结构303可以为孔压增压泵。

可选的，请继续参考图3，轴向压力结构302可以包括相对设置的第一压力件3021和第二压力件3022。该第一压力件3021可以固定设置于容器301内，第二压力件3022被配置为朝向或远离第一压力件3021移动，第一压力件3021、第二压力件3022以及容器301的侧壁可以形成封闭的容纳腔3011，该容纳腔3011可以用于填充支撑剂样品。

可以理解的是，若容器301的刚性较强，也就是说明该容器301的承压能力较强，可以选择不设置第一压力件3021。

可选的，容器301的一端开口，例如容器301正常放置时朝向上的一端开口。第二压力件3022可以包括：驱动件3022a和施压件3022b，施压件3022b的一端与驱动件3022a连接，另一端位于容器301中，施压件3022b被配置为在驱动件3022a的驱动下，穿过开口朝向或远离第一压力件3021移动。当然，若该支撑剂破碎装置300不包括第一压力件3021，施压件3022b可以被配置为在驱动件3022a的驱动下，穿过开口朝向或远离容器301的另一端移动。

可选的，容器301的另一端开口，例如容器301正常放置时朝向下的一端开口。第一压力件3021包括固定连接的承压件3021a和底座3021b，承压件3021a通过开口卡接于容器301内，3021b底座位于容器301外。

基于上述，容器301为管状容器，施压件3022b和承压件3021a均为圆柱状结构，且施压件3022b和承压件3021a的外径与容器301的内径匹配，第一压力件3021上设置有一端与容纳腔3011连通，另一端与孔隙压力结构302连接的介质通道3012，介质通道3012用于供压力传输介质通过。

当然，上述容器301也可以为底部封闭的桶装容器，本发明实施例在此不进行限制。

需要说明的是，施压件3022b和承压件3021a的外径与容器301的内径匹配指的是，施压件3022b和承压件3021a的外径与容器301的内径相同，或者施压件3022b和承压件3021a的外径与容器301的内径的差值在一定的误差范围内。

可选的，为了保证第一压力件3021、第二压力件3022以及容器301的侧壁可以形成封闭的容纳腔3011，在第二压力件3022与容器301侧壁套接的区域可以设置密封胶圈。

可选的，加热结构304为套接在所述容器301外壁上的电加热套，便于设置和加热。

综上所述，本发明实施例提供的支撑剂破碎装置，通过设置轴向压力结构、孔隙压力结构和加热结构，可以向在容器内容置的支撑剂样品施加轴向压力孔隙压力以及加热，模拟出了支撑剂在压裂时所处的复杂的地层条件，使得通过该支撑剂破碎装置的支撑剂抗破碎能力的确定方法所确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性高。

图4示出了本发明实施例提供的一种支撑剂破碎系统，可以用来执行上述支撑剂抗破碎能力的确定方法，该系统包括：支撑剂破碎装置300和控制组件400。

支撑剂破碎装置300为图3所示的支撑剂破碎装置300，控制组件400与支撑剂破碎装置300中的轴向压力结构302、孔隙压力结构303以及加热结构304电连接，

控制组件400可以用于控制轴向压力结构302向支撑剂样品施加轴向压力，控制孔隙压力结构303向支撑剂样品施加孔隙压力，以及控制加热结构304对支撑剂样品加热。

控制组件400还可以用于确定支撑剂样品的第一平均直径；在将第一质量的支撑剂样品浸泡在第一液体中后，获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的第一液体的第一浊度；获取浸泡有目标支撑剂样品的所述第二液体的第二浊度，第一液体和第二液体的类型相同，目标支撑剂样品为将第二质量的支撑剂样品进行破碎处理得到的支撑剂样品，破碎处理包括：对第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力；确定烘干后的目标支撑剂样品的第二平均直径；根据第一平均直径与第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径；根据第一浊度与第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度；根据破碎后的支撑剂样品的平均直径和破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定支撑剂样品的抗破碎能力。

也即是，控制组件400还用于执行上述步骤101、步骤105至步骤108，以及，步骤102中获取第一浊度的动作和步骤104中获取第二浊度的动作。

进一步的，控制组件400还用于根据所述第一平均直径、所述第二平均直径以及第一评价公式，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径，所述第一评价公式为：P_平均＝(D₁-D₂)/D₁，其中，所述D₁表示所述第一平均直径，所述D₂表示所述第二平均直径，所述P_平均表示所述平均直径；根据所述第一浊度、所述第二浊度以及第二评价公式，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，所述第二评价公式为：P_浊＝(Z₂-Z₁)/Z₁，其中，所述Z₁表示所述第一浊度，所述Z₂表示所述第二浊度，所述P_浊表示所述平均浊度；获取筛网目数互不相同的n种筛网，所述n为正整数；按照具有的筛网目数升序的顺序通过所述n种筛网，对所述支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子；获取所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量；按照具有的筛网目数升序的顺序，确定所述n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径；根据所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、所述每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第一平均直径计算公式，确定所述支撑剂样品的第一平均直径D₁；所第一述平均直径计算公式为：

其中，fi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占所述支撑剂样品质量的比例，Ci为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值；获取筛网目数互不相同的n种筛网，所述n为正整数；按照具有的筛网目数升序的顺序通过所述n种筛网，对所述烘干后的目标支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子；获取所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量；按照具有的筛网目数升序的顺序，确定所述n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径；根据所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、所述每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第二平均直径计算公式，确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径D₂；所述第二平均直径计算公式为：

其中，gi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占所述支撑剂样品质量的比例，Di为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

也即是，该控制组件400还用于执行上述步骤A1至步骤A5、步骤B1至步骤B5、步骤207至步骤209，以及，步骤203中获取第一浊度的动作和步骤205中获取第二浊度的动作。

因此，本发明实施例提供的支撑剂破碎系统，利用支撑剂破碎装置300和控制组件400，通过控制组件400与支撑剂破碎装置300中的轴向压力结构302、孔隙压力结构303以及加热结构304电连接，使得控制组件400控制轴向压力结构302向支撑剂样品施加轴向压力，孔隙压力结构303向支撑剂样品施加孔隙压力，加热结构304对支撑剂样品加热，模拟出了支撑剂在压裂时所处的复杂的地层条件，使得通过该支撑剂破碎装置300的支撑剂抗破碎能力的确定方法所确定出的支撑剂抗破碎能力的准确性高。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种支撑剂抗破碎能力的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

获取支撑剂样品以及所述支撑剂样品导入地层的地层条件参数，所述地层条件参数包括裂缝闭合方向的地层最小主应力、井底流体压力以及温度；

确定支撑剂样品的第一平均直径；

将第一质量的所述支撑剂样品浸泡在第一液体中，并获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的所述第一液体的第一浊度；

对第二质量的所述支撑剂样品进行破碎处理得到目标支撑剂样品，所述破碎处理包括：对所述第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力，所述轴向压力和孔隙压力的大小为所述地层条件参数的大小；

将所述目标支撑剂样品浸泡在第二液体中，并获取浸泡有所述目标支撑剂样品的所述第二液体的第二浊度，所述第一液体和所述第二液体的类型相同；

确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径；

根据所述第一平均直径与所述第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径；

根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度；

根据所述破碎后的支撑剂样品的平均直径和所述破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定所述支撑剂样品的抗破碎能力；

所述根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响，包括：

根据所述第一浊度、所述第二浊度以及第二评价公式，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，

所述第二评价公式为：P_浊＝(Z₂-Z₁)/Z₁，

其中，所述Z₁表示所述第一浊度，所述Z₂表示所述第二浊度，所述P_浊表示平均浊度。

2.根据权利要求1所述的支撑剂抗破碎能力的确定方法，其特征在于，所述根据所述第一平均直径与所述第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径，包括：

根据所述第一平均直径、所述第二平均直径以及第一评价公式，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径，

所述第一评价公式为：P_平均＝(D₁-D₂)/D₁，

其中，所述D₁表示所述第一平均直径，所述D₂表示所述第二平均直径，所述P_平均表示所述平均直径。

3.根据权利要求1所述的支撑剂抗破碎能力的确定方法，其特征在于，所述确定支撑剂样品的第一平均直径，包括：

获取筛网目数互不相同的n种筛网，所述n为正整数；

按照具有的筛网目数升序的顺序通过所述n种筛网，对所述支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子；

获取所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量；

按照具有的筛网目数升序的顺序，确定所述n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径；

根据所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、所述每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第一平均直径计算公式，确定所述支撑剂样品的第一平均直径D₁；

所第一述平均直径计算公式为：

其中，fi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占所述支撑剂样品质量的比例，Ci为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

4.根据权利要求1所述的支撑剂抗破碎能力的确定方法，其特征在于，所述确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径，包括：

获取筛网目数互不相同的n种筛网，所述n为正整数；

按照具有的筛网目数升序的顺序通过所述n种筛网，对所述烘干后的目标支撑剂样品进行筛选，得到与n种筛网一一对应的n种支撑剂粒子；

获取所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量；

按照具有的筛网目数升序的顺序，确定所述n种筛网中，每两个相邻筛网的孔径的平均直径；

根据所述n种支撑剂粒子中每种支撑剂粒子的质量、所述每两个相邻筛网的孔径的平均直径及第二平均直径计算公式，确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径D₂；

所述第二平均直径计算公式为：

其中，gi为第i个筛网筛选得到的一种支撑剂粒子的质量占所述支撑剂样品质量的比例，Di为第i-1筛网的孔径和第i筛网的孔径的平均值。

5.根据权利要求1至4任一所述的支撑剂抗破碎能力的确定方法，其特征在于，所述将所述目标支撑剂样品浸泡在第二液体中之前，所述方法包括：

依次卸除施加在所述目标支撑剂样品上的所述轴向压力和所述孔隙压力。

6.一种支撑剂破碎装置，其特征在于，包括权利要求1至5任一所述的方法制造的支撑剂破碎装置，所述支撑剂破碎装置包括：容器、轴向压力结构、孔隙压力结构和加热结构，

其中，所述容器用于容置支撑剂样品，同时获取所述支撑剂样品导入地层的地层条件参数，所述地层条件参数包括裂缝闭合方向的地层最小主应力、井底流体压力以及温度；

所述轴向压力结构的至少部分设置在所述容器内，所述轴向压力结构被配置为向所述容器内的支撑剂样品施加轴向压力，所述轴向压力和孔隙压力的大小为所述地层条件参数的大小；

所述孔隙压力结构与所述容器连通，所述孔隙压力结构被配置为向所述容器内的支撑剂样品输出压力传输介质，以通过所述压力传输介质向所述支撑剂样品施加孔隙压力；

所述加热结构被配置为对所述容器内的支撑剂样品加热。

7.根据权利要求6所述的支撑剂破碎装置，其特征在于，所述轴向压力结构包括相对设置的第一压力件和第二压力件，

所述第一压力件固定设置于所述容器内，所述第二压力件被配置为朝向或远离所述第一压力件移动，所述第一压力件、所述第二压力件以及所述容器的侧壁形成封闭的容纳腔，所述容纳腔用于填充支撑剂样品。

8.根据权利要求7所述的支撑剂破碎装置，其特征在于，所述容器一端开口，所述第二压力件包括：驱动件和施压件，所述施压件的一端与所述驱动件连接，另一端位于所述容器中，所述施压件被配置为在所述驱动件的驱动下，穿过所述开口朝向或远离所述第一压力件移动。

9.根据权利要求8所述的支撑剂破碎装置，其特征在于，所述容器的另一端开口，所述第一压力件包括固定连接的承压件和底座，所述承压件通过所述开口卡接于所述容器内，所述底座位于所述容器外。

10.根据权利要求9所述的支撑剂破碎装置，其特征在于，所述容器为管状容器，所述施压件和所述承压件均为圆柱状结构，且所述施压件和所述承压件的外径与所述容器的内径匹配，所述第一压力件上设置有一端与所述容纳腔连通，另一端与所述孔隙压力结构连接的介质通道，所述介质通道用于供所述压力传输介质通过。

11.根据权利要求6至9任一所述的支撑剂破碎装置，其特征在于，所述孔隙压力结构为孔压增压泵。

12.根据权利要求6至9任一所述的支撑剂破碎装置，其特征在于，所述加热结构为套接在所述容器外壁上的电加热套。

13.一种支撑剂破碎系统，其特征在于，所述系统包括支撑剂破碎装置和控制组件，

所述支撑剂破碎装置为权利要求6至12任一所述的支撑剂破碎装置，所述控制组件与所述支撑剂破碎装置中的轴向压力结构、孔隙压力结构以及加热结构电连接，

所述控制组件用于控制所述轴向压力结构向所述支撑剂样品施加轴向压力，控制所述孔隙压力结构向所述支撑剂样品施加孔隙压力，以及控制所述加热结构对所述支撑剂样品加热；

所述控制组件还用于：

获取支撑剂样品以及所述支撑剂样品导入地层的地层条件参数，所述地层条件参数包括裂缝闭合方向的地层最小主应力、井底流体压力以及温度；

确定支撑剂样品的第一平均直径；

在将第一质量的所述支撑剂样品浸泡在第一液体中后，获取浸泡有第一质量的支撑剂样品的所述第一液体的第一浊度；

获取浸泡有目标支撑剂样品的第二液体的第二浊度，所述第一液体和所述第二液体的类型相同，所述目标支撑剂样品为将第二质量的所述支撑剂样品进行破碎处理得到的支撑剂样品，所述破碎处理包括：对所述第二质量的支撑剂样品加热，并施加轴向压力和孔隙压力，所述轴向压力和孔隙压力的大小为所述地层条件参数的大小；

确定烘干后的所述目标支撑剂样品的第二平均直径；

根据所述第一平均直径与所述第二平均直径，确定破碎后的支撑剂样品的平均直径；

根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度；

根据所述破碎后的支撑剂样品的平均直径和所述破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，确定所述支撑剂样品的抗破碎能力；

所述根据所述第一浊度与所述第二浊度，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响，包括：

根据所述第一浊度、所述第二浊度以及第二评价公式，确定破碎后的支撑剂样品对浊度的影响程度，

所述第二评价公式为：P_浊＝(Z₂-Z₁)/Z₁，

其中，所述Z1表示所述第一浊度，所述Z2表示所述第二浊度，所述P浊表示平均浊度。

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