CN113238007A - 一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法及装置，实验方法包括以下步骤：采集具有天然裂缝的储层段露头岩样，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为多块带天然裂缝的长方形岩板，并沿天然裂缝延伸方向劈开后闭合使用；取带天然裂缝长方形岩板的裂缝面的三维点云数据；计算天然裂缝面的分形维数，选取标准岩柱样；将标准岩柱样的三维点云数据进行处理，获得雕刻机建立雕刻机刀路；制作光滑长方形岩板，基于的雕刻机刀路，将光滑长方形岩板雕刻为表面形貌统一的人造岩样；采用人造岩样进行开展不同测试条件下的裂缝暂堵试验。本发明能够真实模拟储层水力压裂后地下粗糙裂缝中的暂堵转向情况，准确评价粗糙裂缝中的暂堵效果。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气增产改造技术领域，具体涉及一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法及装置。
背景技术
针对裂缝性致密油气藏开发通常采用缝内暂堵转向压裂技术以形成复杂裂缝网络，沟通近井区域油气富集带，改善油气渗流通道。
针对暂堵性能方面，不同的学者根据暂堵剂类型和应用条件，提出了不同的评价方法。目前实验室通常采用圆盘刻槽、金属钢板、和岩心劈缝来模拟裂缝内暂堵剂封堵规律和承压能力。
通过圆盘刻槽、金属钢板的方法进行暂堵试验，没有考虑裂缝面粗糙程度对导流能力的影响，造成暂堵效果与现场差异大；
部分学者提出将岩心劈裂以模拟人工裂缝，岩样在一定围压和驱替压差下，测量劈裂缝内暂堵剂滤饼的滤失情况，虽然在一定程度上提高了裂缝壁面的真实性，但岩样的不可复制降低了试验的可重复性，增加了不可控因素。
周福建团队通过3D打印的方式制作出与原岩粗糙裂缝面型形貌一致的实验岩样，但忽略了压裂液与岩样之间的相互作用(滤失、泥化反应)，此外，3D打印仍是比较昂贵的技术且制造效率不高。
总体来说，目前暂堵实验评价尚未形成统一标准，存在测试条件与储层实际情况不符的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：存在测试条件与储层实际情况不符的情况，本发明提供了解决上述问题的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法及装置。
本发明通过下述技术方案实现：
一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，包括以下步骤：
S1.采集具有天然裂缝的储层段露头岩样，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为多块带天然裂缝的长方形岩板；
S2.将长方形岩板沿天然裂缝延伸方向劈开后闭合使用，实现对天然裂缝的模拟；
S3.获取步骤S2中带天然裂缝长方形岩板的裂缝面的三维点云数据；
S4.利用立方体覆盖法计算步骤S2获得的天然裂缝面的分形维数，选取其中一块最能代表区块储层天然裂缝表面形貌的标准岩柱样；
S5.将步骤S4中获取到的标准岩柱样的三维点云数据进行降噪处理，然后根据最小曲率插值法对降噪后的三维点云数据进行插值规整，之后将三维点云数据转换为曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机建立雕刻机刀路；
S6.利用储层段的井下岩心或者同层位露头岩石制作表面光滑平直的光滑长方形岩板，长方形岩板的尺寸大小与步骤S1获得的长方形岩板的尺寸大小相近或相同；
S7.基于步骤S5的雕刻机刀路，利用雕刻机将步骤S6中的光滑长方形岩板雕刻为表面形貌统一的人造岩样；
S8.采用步骤S7制备的人造岩样进行开展不同测试条件下的裂缝暂堵试验。
本发明通利用裂缝面雕刻技术批量制作具有水力压裂形成的裂缝表面真实形态的人造岩样，然后开展不同测试条件(暂堵剂类型)下的裂缝暂堵试验，真实模拟储层水力压裂后地下粗糙裂缝中的暂堵转向情况，准确评价粗糙裂缝中的暂堵效果。
进一步优选，步骤S1中，以天然裂缝延伸方向作为长方形岩板长度方向，且保证天然裂缝上任意两点距长方形岩板上表面的高度差小于10mm。
进一步优选，所述长方形岩板的长度为180mm、宽度为37mm、高度为50mm。
进一步优选，步骤S4中，采用立方体覆盖法计算天然裂缝面的分形维数的具体计算过程包括以下步骤：
S41.将裂缝面进行网格化处理，将裂缝面划分为i×j个正方形网格；其中，正方形网格的尺寸为W，则裂缝中第(i，j)个正方形网格处的四个角点对应的裂缝面高度分别为h(i，j)， h(i+1，j)，h(i，j+1)，h(i+1，j+1)；
S42.采用尺寸为W的立方体对裂缝面进行覆盖，则对第(i，j)个正方形网格的裂缝面进行覆盖共需要N(i，j)个立方体；
式中：INT表示取整函数。
S43.重复步骤S42对整个裂缝面进行覆盖，则覆盖整个裂缝面所需的立方体数量N(W)为：
N(W)＝∑N(i,j)
S44.改变立方体的尺寸W，再次覆盖裂缝面，并计算覆盖裂缝面所需立方体数量；
S45.多次迭代步骤S44，根据分形维数D、立方体尺寸W以及立方体个数N(W)之间的关系，则可以求出分形维数D：
N(W)～W-D。
进一步优选，步骤S4中选取标准岩柱样的具体步骤为：首先，计算天然裂缝面分形维数的平均值；然后，再选取一块分形维数最接近平均值的岩柱样作为标准岩柱样。
进一步优选，步骤S5中在采用最小曲率插值法对三维点云数据进行插值时所设置的步长为0.1mm×0.1mm。
进一步优选，步骤S8中，将步骤S7中制作的具有相同粗糙形貌的岩心放入岩心夹持器，附加围压、升温、正向驱替地层水；以相同的流速向人造岩样的裂缝中注入暂堵剂溶液，采用逐级加压的方式测试暂堵剂承压压力，当出口端有连续液体流出说明暂堵剂己经被突破，此时作为暂堵剂的承压能力。
一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验装置，包括裂缝模型包括固定件，所述固定件上安装两块闭合的人造岩样，两块闭合的人造岩样之间的裂缝用于注入暂堵剂。
进一步优选，还包括储水罐、恒流泵、中间容器、压力机、储液罐和电子天平；所述储水罐的输出端通过管道I与中间容器的输入端连接，管道I上设有恒流泵；中间容器的输出端通过管道II与裂缝模型的输入端连接，裂缝模型的输出端通过管道II与储液罐的输入端连接；所述电子天平用于称量储液罐以及存储于储液罐内的液体的质量。
进一步优选，还包括显示器，所述显示器的信号输入端与恒流泵、压力机和电子天平的信号输出端连接；显示器用于显示恒流泵的流量、压力机的检测压力、以及电子天平称量量的信息。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的实验方法采用井下岩心或同层位的露头岩样，利用裂缝面雕刻技术批量制作具有水力压裂形成的裂缝表面真实形态的人造岩样，然后开展不同测试条件(暂堵剂类型) 下的裂缝暂堵试验，真实模拟储层水力压裂后地下粗糙裂缝中的暂堵转向情况，准确评价粗糙裂缝中的暂堵效果，能够得到与储层情况相符的暂堵效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的粗糙裂缝内暂堵模拟的实验装置结构示意图。
图2为本发明的裂缝模型结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-储水罐，2-恒流泵，3-中间容器，4-裂缝模型，5-压力机，6-储液罐，7-电子天平，8-显示器，9-模型腔体，10-人造岩样，11-固定件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，具体步骤如下所示：
S1.采集具有天然裂缝的储层段露头岩样，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为多块带天然裂缝的长方形岩板；每块长方形岩板的长度为180mm、宽度为37mm、高度为50mm，且以天然裂缝延伸方向作为长方形岩板长度方向，保证天然裂缝上任意两点距长方形岩板上表面的高度差小于10mm。
S2.将长方形岩板沿天然裂缝延伸方向劈开后闭合使用，实现对天然裂缝的模拟；
S3.获取步骤S2中带天然裂缝长方形岩板的裂缝面粗糙形貌数据，即裂缝面的三维点云数据；
S4.利用立方体覆盖法计算步骤S2获得的天然裂缝面的分形维数，选取其中一块最能代表区块储层天然裂缝表面形貌的标准岩柱样；其中，选取标准岩柱样的具体步骤为：首先，计算天然裂缝面分形维数的平均值；然后，再选取一块分形维数最接近平均值的岩柱样作为标准岩柱样。
此外，采用立方体覆盖法计算天然裂缝面的分形维数的具体计算过程步骤如下：
S41.将裂缝面进行网格化处理，将裂缝面划分为i×j个正方形网格；其中，正方形网格的尺寸为W，则裂缝中第(i，j)个正方形网格处的四个角点对应的裂缝面高度分别为h(i，j)， h(i+1，j)，h(i，j+1)，h(i+1，j+1)；
S42.采用尺寸为W的立方体对裂缝面进行覆盖，则对第(i，j)个正方形网格的裂缝面进行覆盖共需要N(i，j)个立方体；
式中：INT表示取整函数。
S43.重复步骤S42对整个裂缝面进行覆盖，则覆盖整个裂缝面所需的立方体数量N(W)为：
N(W)＝∑N(i,j)
S44.改变立方体的尺寸W，再次覆盖裂缝面，并计算覆盖裂缝面所需立方体数量；
S45.多次迭代步骤S44，根据分形维数D、立方体尺寸W以及立方体个数N(W)之间的关系，则可以求出分形维数D：
N(W)～W-D。
S5.将步骤S4中获取到的岩样的三维点云数据进行降噪处理，然后根据最小曲率插值法对降噪后的三维点云数据进行插值规整，之后将三维点云数据转换为曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机建立雕刻机刀路。在采用最小曲率插值法对三维点云数据进行插值时所设置的步长为0.1mm×0.1mm。
S6.利用储层段的井下岩心或者同层位露头岩石制作表面光滑平直的光滑长方形岩板，长方形岩板的尺寸大小与步骤S1获得的长方形岩板的尺寸大小相近，如人造岩板长度为180mm、宽度为37mm、高度为30mm；
S7.基于步骤S5的雕刻机刀路，利用雕刻机将步骤S6中的光滑长方形岩板雕刻为表面形貌统一的人造岩样；
S8.将步骤S7中制作的具有相同粗糙形貌的岩心放入岩心夹持器，附加围压、升温、正向驱替地层水；
S9.向人造岩样的裂缝中注入暂堵剂溶液，采用逐级加压的方式测试暂堵剂承压压力，压力稳定时间为5min～10min，当出口端有连续液体流出说明暂堵剂己经被突破，此时即暂堵剂的承压能力(最大封堵强度)。
实施例2
本实施例提供了一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验装置，包括裂缝模型4包括模型腔体9，人造岩样10和固定件11，人造岩样10和固定件11置于模型腔体9内，上下两个相对设置的固定件11上安装两块闭合的人造岩样10，两块闭合的人造岩样10之间的裂缝用于注入暂堵剂。
作为优选方案，还包括储水罐1、恒流泵2、中间容器3、压力机5、储液罐6、电子天平7和显示器8；
储水罐1的输出端通过管道I与中间容器3的输入端连接，管道I上设有恒流泵2；中间容器3的输出端通过管道II与裂缝模型4的输入端连接，裂缝模型4的输出端通过管道II与储液罐6的输入端连接；电子天平7用于称量储液罐6以及存储于储液罐6内的液体的质量。管道I、管道II和管道III上均设有控制阀。
显示器8的信号输入端与恒流泵2、压力机5和电子天平7的信号输出端连接；显示器8 用于显示恒流泵2的流量、压力机5的检测压力、以及电子天平7称量量的信息。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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)
1.一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.采集具有天然裂缝的储层段露头岩样，沿天然裂缝延伸方向将露头岩样切割为多块带天然裂缝的长方形岩板；
S2.将长方形岩板沿天然裂缝延伸方向劈开后闭合使用，实现对天然裂缝的模拟；
S3.获取步骤S2中带天然裂缝长方形岩板的裂缝面的三维点云数据；
S4.利用立方体覆盖法计算步骤S2获得的天然裂缝面的分形维数，选取其中一块最能代表区块储层天然裂缝表面形貌的标准岩柱样；
S5.将步骤S4中获取到的标准岩柱样的三维点云数据进行降噪处理，然后根据最小曲率插值法对降噪后的三维点云数据进行插值规整，之后将三维点云数据转换为曲面模型，最后将曲面模型导入雕刻机建立雕刻机刀路；
S6.利用储层段的井下岩心或者同层位露头岩石制作表面光滑平直的光滑长方形岩板；
S7.基于步骤S5的雕刻机刀路，利用雕刻机将步骤S6中的光滑长方形岩板雕刻为表面形貌统一的人造岩样；
S8.采用步骤S7制备的人造岩样进行开展不同测试条件下的裂缝暂堵试验。
2.根据权利要求1所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，步骤S1中，以天然裂缝延伸方向作为长方形岩板长度方向，且保证天然裂缝上任意两点距长方形岩板上表面的高度差小于10mm。
3.根据权利要求2所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，所述长方形岩板的长度为180mm、宽度为37mm、高度为50mm。
4.根据权利要求1所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，步骤S4中，采用立方体覆盖法计算天然裂缝面的分形维数的具体计算过程包括以下步骤：
S41.将裂缝面进行网格化处理，将裂缝面划分为i×j个正方形网格；其中，正方形网格的尺寸为W，则裂缝中第(i，j)个正方形网格处的四个角点对应的裂缝面高度分别为h(i，j)，h(i+1，j)，h(i，j+1)，h(i+1，j+1)；
S42.采用尺寸为W的立方体对裂缝面进行覆盖，则对第(i，j)个正方形网格的裂缝面进行覆盖共需要N(i，j)个立方体；
式中：INT表示取整函数。
S43.重复步骤S42对整个裂缝面进行覆盖，则覆盖整个裂缝面所需的立方体数量N(W)为：
N(W)＝∑N(i，j)
S44.改变立方体的尺寸W，再次覆盖裂缝面，并计算覆盖裂缝面所需立方体数量；
S45.多次迭代步骤S44，根据分形维数D、立方体尺寸W以及立方体个数N(W)之间的关系，则可以求出分形维数D：
N(W)～W-D。
5.根据权利要求1所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，步骤S4中选取标准岩柱样的具体步骤为：
首先，计算天然裂缝面分形维数的平均值；
然后，再选取一块分形维数最接近平均值的岩柱样作为标准岩柱样。
6.根据权利要求1所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，步骤S5中在采用最小曲率插值法对三维点云数据进行插值时所设置的步长为0.1mm×0.1mm。
7.根据权利要求1所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验方法，其特征在于，步骤S8中，
将步骤S7中制作的具有相同粗糙形貌的岩心放入岩心夹持器，附加围压、升温、正向驱替地层水；
以相同的流速向人造岩样的裂缝中注入暂堵剂溶液，采用逐级加压的方式测试暂堵剂承压压力，当出口端有连续液体流出说明暂堵剂己经被突破，此时作为暂堵剂的承压能力。
8.一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验装置，其特征在于，包括裂缝模型(4)包括固定件，所述固定件上安装两块闭合的人造岩样，两块闭合的人造岩样之间的裂缝用于注入暂堵剂。
9.根据权利要求8所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验装置，其特征在于，还包括储水罐(1)、恒流泵(2)、中间容器(3)、压力机(5)、储液罐(6)和电子天平(7)；
所述储水罐(1)的输出端通过管道I与中间容器(3)的输入端连接，管道I上设有恒流泵(2)；中间容器(3)的输出端通过管道II与裂缝模型(4)的输入端连接，裂缝模型(4)的输出端通过管道II与储液罐(6)的输入端连接；所述电子天平(7)用于称量储液罐(6)以及存储于储液罐(6)内的液体的质量。
10.根据权利要求9所述的一种粗糙裂缝内暂堵模拟的实验装置，其特征在于，还包括显示器(8)，所述显示器(8)的信号输入端与恒流泵(2)、压力机(5)和电子天平(7)的信号输出端连接；显示器(8)用于显示恒流泵(2)的流量、压力机(5)的检测压力、以及电子天平(7)称量量的信息。
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- 2021-05-27 CN CN202110583967.7A patent/CN113238007A/zh active Pending
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