CN112284956A - 控缝高压裂用堵剂性能评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控缝高压裂用堵剂性能评价装置及方法，所述装置包括：釜体、设在釜体中的岩心室；釜体包括上端开口的第一壳体、可拆卸的盖合第一壳体上端的第一盖体；岩心室包括上端开口的第二壳体、可拆卸的盖合在第二壳体上端的第二盖体；第一盖体压紧第二盖体；第二壳体连接有管道，管道的内端与岩心室连通，外端贯穿第一壳体的侧壁延伸至釜体的外部；管道上设有阀门，外端连接加压泵或储液罐。本发明实施例的控缝高压裂用堵剂性能评价装置能够通过模拟压裂施工现场条件的情况下，对暂堵剂进行封堵性能，上浮率和沉降率的性能评价。

Description

控缝高压裂用堵剂性能评价装置及方法

技术领域

本发明涉及控缝高压裂技术领域，尤其涉及一种控缝高压裂用堵剂性能评价装置及方法。

背景技术

现如今石油产量逐年递减，然而全世界各国对石油化工能源的需求却不断攀升。因此，如何提高油田开采量，实现老油田再利用，新油田增产提效，是当前石油产业面临的巨大挑战。

当前，我国多采用控缝高压裂技术来达到老井改造再利用、非常规油井增产提效的目的。这里主要研究的是人工隔层技术，该技术的基本原理是通过上浮式或下沉式暂堵剂在裂缝顶部或底部形成人工遮挡层，增加裂缝末梢的阻抗，阻止裂缝中的流体压力向上或向下传播，继而控制裂缝在高度上进一步延伸。其压裂过程大体为，将携砂液与浮式、沉式暂堵剂混合在一起，泵送至岩心的预制裂缝中，维持压力稳定，停泵5～10min，使两种暂堵剂可以充分的上浮和下沉。由于浮式暂堵剂密度小，会上浮至裂缝的顶部进行封堵。而沉式暂堵剂密度较大，会下沉至裂缝的底部进行封堵。从而在裂缝的顶部与底部形成微渗或不渗的人工隔层，抑制裂缝的纵向增长，提高压裂效率和增加产量。

目前对于控缝高压裂技术的研究大多限于基本原理的定性分析和数值模拟，而通过模拟压裂施工现场条件的情况下，对暂堵剂进行封堵性能，上浮率和沉降率的性能评价相对缺乏。

发明内容

基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供一种控缝高压裂用堵剂性能评价装置及方法，可较佳的解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种控缝高压裂用堵剂性能评价装置，包括：釜体、用于收容固定预制裂缝岩心的岩心室，所述岩心室容置在所述釜体中；其中：

所述釜体包括：上端开口的第一壳体、可拆卸的盖合所述第一壳体上端的第一盖体；

所述岩心室包括：上端开口的第二壳体、可拆卸的盖合在所述第二壳体上端的第二盖体；当所述第一盖体和第二盖体分别盖合在所述第一壳体和第二壳体上端时，所述第一盖体压紧所述第二盖体；

所述第二壳体连接有管道，所述管道的内端与所述岩心室连通，外端贯穿所述第一壳体的侧壁延伸至所述釜体的外部；所述管道的外端连接加压泵或储液罐。

优选地所述第二壳体的底部预留有缝隙，所述缝隙连接压力检测元件。

优选地所述管道上设有阀门。

优选地，第一壳体的底部向内凹陷形成有安装槽位，第二壳体坐设在安装槽位中。

优选地，当待测暂堵剂为浮式暂堵剂时，所述岩心室反向置入所述第一壳体内，所述预制裂缝岩心的预留缝隙朝上；

当待测暂堵剂为沉式暂堵剂时，所述岩心室正向置入所述第一壳体内，所述预制裂缝岩心的预留缝隙朝下。

优选地，所述管道的数量为一个；

当所述管道外端连接加压泵时，所述管道作为加压通道，用于向容置在所述岩心室内的预制裂缝岩心注入携砂液和待测暂堵剂的混合物，以及滑溜水；

当所述管道外端连接储液罐时，所述管道作为泄压通道，用于将所述岩心室内空气、携砂液和滑溜水反排至所述储液罐中。

一种利用上述实施例所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置的方法，包括：

将预制裂缝岩心放置于所述岩心室内；

将放置有预制裂缝岩心的岩心室置入所述釜体内；根据待测暂堵剂的类型，确定所述岩心室在釜体中的放置方位；

连接所述管道，确保所述阀门关闭；

对待测暂堵剂进行称重记录，记为m1；

将管道外端连接加压泵，开启加压泵，将携砂液和待测暂堵剂的混合物注入预制裂缝岩心的裂缝中；随后停泵预定时间，关闭所述阀门，使待测暂堵剂漂浮或下沉到预制裂缝岩心的裂缝顶部或底部堆积并压实，在预制裂缝岩心的裂缝中形成人工隔板；

再次开启加压泵，开始泵送滑溜水；当压力检测元件被触发时，记录泵送压力和泵输的待测暂堵剂的量；

关闭加压泵，将管道外端连接储液罐，打开所述阀门，将所述岩心室内空气、携砂液和滑溜水反排至所述储液罐中；

从所述储液罐中的携砂液和滑溜水将剩余暂堵剂分离过滤出来，烘干并冷却至室温后称重记录，记为m3；

根据下述公式：

计算暂堵剂的上浮率与沉降率；其中，L为上浮(沉降)率；m₁为测试前待测暂堵剂的总质量，g；m₂为留存在预制裂缝岩心中的暂堵剂的质量，g，m2＝m1-m3。

本发明实施例的控缝高压裂用堵剂性能评价装置能够通过模拟压裂施工现场条件的情况下，对暂堵剂进行封堵性能，上浮率和沉降率的性能评价。

本发明能够取得如下有益效果：

1、还原工况，模拟整个控缝高压裂过程，结果可靠；

2、对浮式、沉式暂堵剂的封堵性能进行实验测评；

3、计算暂堵剂的上浮率和沉降率，确定暂堵剂的沉降成层规律，更好地控制加液时间(泵入暂堵剂后的关井时间或泵入顶替液、携砂液的时间)；

4、目前该方面的实验设计领域空白，为优选符合压裂现场实际情况的暂堵剂类型及其用量提供理论指导。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为本发明实施例的控缝高压裂用堵剂性能评价装置的主视剖面图；

图2为本发明实施例的控缝高压裂用堵剂性能评价装置的俯视剖面图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的原理是：采用尺寸为“R＝25，L＝50”的圆柱体岩心试样(水泥或直接取芯)，在实验前预先于岩心制造人造裂缝，称取定量的浮式暂堵剂或沉式暂堵剂(不超出裂缝体积的2/3)。将携砂液(滑溜水+线性胶)与浮式或沉式暂堵剂混合在一起，通过加压泵泵送混合物至岩心的预制裂缝中。维持压力稳定，停泵5～10min，使得暂堵剂可在一个稳定的外界条件下，充分的上浮或下沉。由于浮式暂堵剂密度小，会上浮至预制裂缝的顶端。而沉式暂堵剂密度大，会下沉至预制裂缝的底部。从而在岩心的预制裂缝的顶部与底部进行封堵，形成人工隔板，控制裂缝上下延伸。加压泵泵送滑溜水(98％～99％混砂水)持续加压，裂缝垂直方向两端由暂堵剂封堵，阻碍压裂裂缝纵向扩展，从而使压力方向改变，造成裂缝横向扩大。当压力达到暂堵剂封堵上限时，压力检测元件被触发。

如图1所示，本发明实施例的控缝高压裂用堵剂性能评价装置整体为圆柱体，包括：釜体1、用于收容固定预制裂缝岩心3的岩心室2，岩心室2容置在釜体1中。其中，釜体1包括上端开口的第一壳体101、可拆卸的盖合第一壳体101上端的第一盖体102。第一盖体102为独立部分，与第一壳体101属于两个整体，打开第一盖体102，可将岩心室2置入釜体1内。

岩心室2为独立部分，可根据所测暂堵剂类型采用正反两个方向置入釜体1内。具体而言，当待测暂堵剂为浮式暂堵剂时，岩心室2反向置入第一壳体101内，预制裂缝岩心3的预留缝隙朝上。当待测暂堵剂为沉式暂堵剂时，岩心室2正向置入第一壳体101内，预制裂缝岩心3的预留缝隙朝下。

岩心室2包括上端开口的第二壳体201、可拆卸的盖合在第二壳体201上端的第二盖体202。当第一盖体102和第二盖体202分别盖合在第一壳体101和第二壳体201上端时，第一盖体102压紧所述第二盖体202。同样的，第二盖体202为独立部分，与第二壳体201属于两个整体，打开第二盖体202，可将岩心3置于岩心室2内。进一步地，第一壳体101的底部向内凹陷形成有安装槽位，第二壳体201坐设在安装槽位中，以实现对岩心室2的限位，提高岩心室2的稳定性。

结合图2所示，第二壳体201连接有管道4，管道4的内端与岩心室2连通，外端贯穿第一壳体101的侧壁延伸至釜体1的外部。管道4上设有阀门5，外端连接加压泵或储液罐，用于加压或泄压。管道4的数量为一个。加压时，管道4外端连接加压泵时，管道4作为加压通道。实验过程中，前期用于泵送携砂液和暂堵剂的混合物，后期用于泵送滑溜水以提供泵送压力。泄压时，管道4外端连接储液罐，管道4作为泄压通道，用于排出岩心室2内的压缩空气、携砂液和滑溜水。

第二壳体201的底部预留有缝隙203，缝隙203连接压力检测元件6。压力检测元件6可采用压差监测指示灯，用于检测岩心3的预留缝隙内是否有压力变化，以确保暂堵剂发挥封堵效果。压力检测元件6的外端延伸至第一壳体101内，第一壳体101外壁采用透明材质，以方便观察指示灯变化。

本发明实施例的控缝高压裂用堵剂性能评价装置所包含的各个结构的实际尺寸：

第一壳体101：R50mm×L120mm，壁厚2mm，底厚20mm；

第一盖体102：R50mm×L15mm；

第二壳体201：R35mm×L70mm，壁厚10mm，底厚20mm；

第二盖体202：R35mm×L20mm；

岩心室2内腔：R25mm×L50mm；

预留缝隙：R20mm×L5mm；

管道4：内径10mm，外径11mm。

上述R代表半径，L代表高度。

下面介绍利用上述控缝高压裂用堵剂性能评价装置的方法。

(1)制备岩心3试样

①试样制备材料：水泥/天然岩心3；

②试样尺寸：R25mm×L50mm(与岩心室2内腔尺寸匹配)；

③试样预制裂缝规格：长45mm×宽10mm；

④暂堵剂类型：浮式暂堵剂(空心玻璃或空心陶粒，密度在0.6～0.7g/cm^3，粒度为70～120目)和沉式暂堵剂(粉砂或陶粒，粒度为100～200目)

(2)实验方法

①将预制裂缝岩心3放置于岩心室2内，再将放置有预制裂缝岩心3的岩心室2置入釜体1内。根据待测暂堵剂的类型，确定岩心室2在釜体1中的放置方位。即：若待测暂堵剂为浮式暂堵剂时，岩心室2反向置入第一壳体101内，预制裂缝岩心3的预留缝隙朝上。若待测暂堵剂为沉式暂堵剂时，岩心室2正向置入第一壳体101内，预制裂缝岩心3的预留缝隙朝下。连接管道4，确保阀门5关闭。对待测暂堵剂进行称重记录，记为m1。

②将第一盖体102安装好，检查装置密封性能。

③将管道4外端连接加压泵，开启加压泵，将携砂液和待测暂堵剂的混合物注入预制裂缝岩心3的裂缝中。随后停泵预定时间(5～10min)，关闭阀门5，使待测暂堵剂漂浮或下沉到预制裂缝岩心3的裂缝顶部或底部堆积并压实，在预制裂缝岩心3的裂缝中形成人工隔板。

④再次开启加压泵，开始泵送滑溜水。注意观察压力检测元件6(压差监测指示灯)的变化。当压力检测元件6被触发时(压差监测指示灯亮)，记录泵送压力和泵输的待测暂堵剂的量。

⑤关闭加压泵，将管道4外端连接储液罐，打开阀门5，将岩心室2内空气、携砂液和滑溜水反排至储液罐中。

⑥从储液罐中的携砂液和滑溜水将剩余暂堵剂分离过滤出来，将暂堵剂倒入玻璃皿均匀铺开，将玻璃皿放入恒温干燥箱中，在100℃下烘干，取出玻璃皿，放置在干燥器中冷却至室温后称重记录，记为m3。

(3)数据处理

根据压差监测指示灯亮起时的泵送压力，可对暂堵剂的封堵性能进行评价。由实验前称得浮式(沉式)暂堵剂质量与实验后称得携砂液中所含暂堵剂质量，可求出上浮(沉降)的暂堵剂质量，根据公式：

计算暂堵剂的上浮率与沉降率。其中，L为上浮或沉降率；m₁为测试前待测暂堵剂的总质量，g；m₂为留存在预制裂缝岩心中的暂堵剂的质量，g，m2＝m1-m3。

本发明实施例的有益效果如下：

1、还原工况，模拟整个控缝高压裂过程，结果可靠；

2、对浮式、沉式暂堵剂的封堵性能进行实验测评；

3、计算暂堵剂的上浮率和沉降率，确定暂堵剂的沉降成层规律，更好地控制加液时间(泵入暂堵剂后的关井时间或泵入顶替液、携砂液的时间)；

4、目前该方面的实验设计领域空白，为优选符合压裂现场实际情况的暂堵剂类型及其用量提供理论指导。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种控缝高压裂用堵剂性能评价装置，其特征在于，包括：釜体、用于收容固定预制裂缝岩心的岩心室，所述岩心室容置在所述釜体中；其中：

所述釜体包括：上端开口的第一壳体、可拆卸的盖合所述第一壳体上端的第一盖体；

所述岩心室包括：上端开口的第二壳体、可拆卸的盖合在所述第二壳体上端的第二盖体；当所述第一盖体和第二盖体分别盖合在所述第一壳体和第二壳体上端时，所述第一盖体压紧所述第二盖体；

所述第二壳体连接有管道，所述管道的内端与所述岩心室连通，外端贯穿所述第一壳体的侧壁延伸至所述釜体的外部；所述管道的外端连接加压泵或储液罐。

2.如权利要求1所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置，其特征在于，所述第二壳体的底部预留有缝隙，所述缝隙连接压力检测元件。

3.如权利要求2所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置，其特征在于，所述管道上设有阀门。

4.如权利要求1所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置，其特征在于，所述第一壳体的底部向内凹陷形成有安装槽位，所述第二壳体坐设在所述安装槽位中。

5.如权利要求1所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置，其特征在于，

当待测暂堵剂为浮式暂堵剂时，所述岩心室反向置入所述第一壳体内，所述预制裂缝岩心的预留缝隙朝上；

当待测暂堵剂为沉式暂堵剂时，所述岩心室正向置入所述第一壳体内，所述预制裂缝岩心的预留缝隙朝下。

6.如权利要求1所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置，其特征在于，

所述管道的数量为一个；

当所述管道外端连接加压泵时，所述管道作为加压通道，用于向容置在所述岩心室内的预制裂缝岩心注入携砂液和待测暂堵剂的混合物，以及滑溜水；

当所述管道外端连接储液罐时，所述管道作为泄压通道，用于将所述岩心室内空气、携砂液和滑溜水反排至所述储液罐中。

7.一种利用如权利要求3所述的控缝高压裂用堵剂性能评价装置的方法，其特征在于，包括：

将预制裂缝岩心放置于所述岩心室内；

将放置有预制裂缝岩心的岩心室置入所述釜体内；根据待测暂堵剂的类型，确定所述岩心室在釜体中的放置方位；

连接所述管道，确保所述阀门关闭；

对待测暂堵剂进行称重记录，记为m1；

将管道外端连接加压泵，开启加压泵，将携砂液和待测暂堵剂的混合物注入预制裂缝岩心的裂缝中；随后停泵预定时间，关闭所述阀门，使待测暂堵剂漂浮或下沉到预制裂缝岩心的裂缝顶部或底部堆积并压实，在预制裂缝岩心的裂缝中形成人工隔板；

再次开启加压泵，开始泵送滑溜水；当压力检测元件被触发时，记录泵送压力和泵输的待测暂堵剂的量；

关闭加压泵，将管道外端连接储液罐，打开所述阀门，将所述岩心室内空气、携砂液和滑溜水反排至所述储液罐中；

从所述储液罐中的携砂液和滑溜水将剩余暂堵剂分离过滤出来，烘干并冷却至室温后称重记录，记为m3；

根据下述公式：

计算暂堵剂的上浮率与沉降率；其中，L为上浮(沉降)率；m₁为测试前待测暂堵剂的总质量，g；m₂为留存在预制裂缝岩心中的暂堵剂的质量，g，m2＝m1-m3。

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