CN113670204A - 一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置及方法，所述测量装置包括储液罐、废液罐、注入泵、围压泵、液压系统、测试单元、激光扫描仪、计算机组成；所述测试单元内嵌有橡胶内胆，外部有液压系统，使得本发明能同时用于酸液刻蚀体积和支撑剂嵌入深度的测量；所述激光扫描仪能对实验前后岩板表面高程数据进行捕捉，能够准确获取岩板表面高程变化量，从而直接得到酸液的刻蚀体积及支撑剂嵌入深度。利用本装置及方法可对酸液刻蚀岩石体积及支撑剂嵌入岩石深度进行直接测量，能够极大的减小误差，对优化储层改造设计方案及提高增产改造效果尤为重要。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发领域，尤其是酸化压裂或水力压裂的一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置及方法。
背景技术
酸化压裂和水力压裂是低渗低孔油气藏增产改造的主要手段，它们是利用地面高压泵组，以超过地层吸液能力的施工排量泵送前置压裂液来压开地层产生裂缝，其中酸压施工主要是通过后续泵送的酸液对压开后的裂缝岩石表面进行非均匀刻蚀，而水力压裂则是通过泵入支撑剂来充填压开裂缝。当施工结束后，人工裂缝在地层压力的作用下会趋于闭合，此时，酸液刻蚀形成的酸蚀沟槽和支撑剂支撑的裂缝则提供了油气的主要渗流通道，所以酸蚀沟槽和支撑剂建立的通道大小对改造效果尤为重要。然而，酸液刻蚀体积会受岩石类型、储层温度、施工排量等众多因素影响，支撑剂在地层压力作用下会嵌入裂缝表面岩石中，降低裂缝宽度。因此，研究并确定酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度对优化储层改造设计方案及提高增产改造效果尤为重要。
目前没有关于酸液刻蚀岩板体积的直接测量方法公布，往往是采用实验前后岩板的质量差与平均密度计算，但实验前后需烘干岩石且需要测试岩石密度导致实验过程繁琐。目前获取支撑剂嵌入深度的方法主要是间接测量方法和数模方法。常见的实验方法是对比钢板下支撑剂缝宽与岩板下支撑剂压实后的缝宽，从而得到支撑剂嵌入，但忽略了薄钢板对小粒径高强度支撑剂的嵌入和嵌入后对支撑剂相互挤压的影响。常见的数模方法，主要是通过岩石力学等参数计算得到支撑剂嵌入深度，但忽略了多层支撑剂颗粒之间的相互挤压作用。
本发明提供一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置及方法，本装置能同时用于酸液刻蚀体积和支撑剂嵌入深度的测量，其方法主要是在实验过程中通过激光扫描的方法精准获取因酸液刻蚀或支撑剂嵌入导致的岩板表面高程变化量，从而直接计算出酸液的刻蚀体积及支撑剂嵌入深度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置及方法。使用这种测量装置及方法，能够真实模拟地层条件下酸液或支撑剂在裂缝中的反应及嵌入情况，能够直接获取不同条件下的酸压或水力压裂过程中刻蚀体积及支撑剂嵌入深度。该装置及方法原理可靠，所得实验结果更加精确可信。
本发明是由以下技术方案实现的：
一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置，该装置由储液罐、废液罐、注入泵、围压泵、液压系统、测试单元、激光扫描仪、计算机组成。注入泵、储液罐、测试单元和废液罐是通过管线串联。所述测试单元放置于液压机平台上；所述激光扫描仪放置在测试单元上方。
所述测试单元由金属外壳、橡胶内胆、矩形活塞、实验岩板组成。所述金属外壳是中空框体；所述橡胶内胆为中空胶套，橡胶内胆位于金属外壳内部；所述橡胶内胆空腔可容纳两块实验岩板；所述实验岩板为长178mm、宽35mm、厚25mm的矩形岩板；所述矩形活塞位于橡胶内胆空腔上下，上下活塞之间放置两块实验岩板，两块岩板中间可铺置支撑剂；所述金属外壳与橡胶内胆两端开有贯穿的小孔，用于连接液罐，其小孔与两块岩板之间的缝隙对齐；所述金属外壳一侧有小孔，用于连接围压泵。
本发明刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量方法，包括以下步骤：
(1)将一块实验岩板放置于测试单元中，岩板表面对齐酸液管线孔眼，以便在酸液刻蚀实验中，液体能流经岩板表面；然后采用夹持器上方的激光扫描仪对岩板表面进行扫描。
(2)在扫描后的岩板表面上铺置支撑剂，然后再放置另一块岩板盖住支撑剂组成裂缝模拟单元。若是测试酸液刻蚀体积，则不加入支撑剂。
(3)安装矩形活塞，密闭岩心夹持器，连接注入泵、围压泵、储液罐、废液罐、计算机。通过围压泵向金属外壳与橡胶内胆环空中泵入清水，使得橡胶内胆挤压实验岩板侧面，保证酸液或支撑剂作用于岩板表面。
(4)若是进行酸液刻蚀体积测试实验，则用注入泵泵送酸液进入测试单元进行酸岩刻蚀反应。若是进行支撑剂嵌入深度测试，则不泵送酸液，直接启动液压机，对测试单元进行压力加载，模拟地层应力条件进行支撑剂嵌入实验。
(5)实验结束后，取出上覆岩板，冲洗测试岩板表面液体残余或支撑剂，然后再次采用激光扫描仪对测试单元内岩板表面进行扫描。
(6)计算机通过控制程序进行数据处理，得到实验条件下的刻蚀体积或支撑剂嵌入深度。
由于酸液刻蚀形态不规则、支撑剂嵌入深度较小，无法直观的进行测量。因此，在实验过程中采用高精度激光扫描仪对实验前后岩板面板进行扫描，获取其三维数据点，通过数据点的变化进行岩板体积改变量的计算。所述步骤(1)中在实验前对岩板表面SABCD进行激光扫描，能获取其面上在实验前每个网格的垂向高程数据Z0(i,j)；所述步骤(5)中对实验后的岩板进行激光扫描获取实验后每个网格的垂向高程数据Z1(i,j)，两次扫描过程需选取一样的网格步长，且实验过程中不能移动岩板，保证Z0(i,j)与Z1(i,j)一一对应；所述步骤(6)中酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入体积的计算方法为：
所述步骤(6)中支撑剂平均嵌入深度计算方法为：
式中，VH为酸液刻蚀体积，dH为支撑剂嵌入深度，Nx为横向网格数量,Ny为纵向网格数量,Z0(i,j)是实验前第(i,j)个网格的垂向高程,Z1(i,j)实验后第(i,j)个网格的垂向高程,SABCD是岩板表面的闭合面积。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度测量装置，集酸液刻蚀、支撑剂裂缝导流能力测试与酸液刻蚀体积测量、支撑剂嵌入深度测量于一体，能真实模拟支撑剂挤压过程对岩板的嵌入情况及酸液刻蚀岩板过程；测试方法准确可靠，通过精准的岩板垂向高程扫描数据计算出岩板表面高程变化差，进而计算出酸液刻蚀岩板体积及支撑剂嵌入深度，克服了现有技术的缺陷，实现了酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的直接测量，避免了间接测量所产生的误差。
附图说明
图1是酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度测量装置结构图。
图2是测试单元装置结构图。
图3是激光扫描测量岩板高程变化示意图。
图4是酸蚀体积测量后岩板表面扫描图像。
图5是支撑剂嵌入深度测试岩板表面嵌入深度图像。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，下面将结合附图对本发明的技术方案进行说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本发明实施例提供一种酸液刻蚀体积测量装置及方法，该装置及方法可以测试质量浓度20％盐酸体系对火成岩岩板的刻蚀体积。具体实施步骤包括：
1)制备待测试的火成岩岩板样品2块：岩板尺寸规格是长178mm、宽35mm、厚25mm的矩形岩板，一组实验需要2块同样规格的岩板。
2)配置实验酸液：根据实验所需配置质量浓度为20％的胶凝酸体系，并将所述酸液置于储液罐中。
3)将一块岩板放入测试单元中，开启激光扫描仪并连接计算机，进行实验前岩板扫描。
4)将另一块岩板放入测试单元，安装矩形活塞。两块岩板中间边缘位置垫上2mm铜丝，用于模拟2mm裂缝。
5)开启液压机，对矩形活塞加载压力2MPa，挤压岩板达到预置缝宽位置。按串联通路连接注入泵、储液罐、测试单元和废液罐。另连接围压泵，向橡胶内胆环空泵入清水，围压设置为2MPa，保证酸液不从岩板侧面流通。
6)开启注入泵，以120mL/min的流量泵送步骤1)中酸液，记录泵注时间为15min。
7)泵送清水，清洗管线酸液。卸载压力，取出上覆岩板，然后开启激光扫描仪并连接计算机，进行实验后岩板扫描，得到图4，岩板表面扫描图像。
8)通过计算机控制程序计算得到，20％胶凝酸体系刻蚀火成岩岩板15min的刻蚀体积为3.32cm3。
实施例2
本发明实施例提供一种支撑剂嵌入深度测量装置及方法，该装置及方法可以测试铺砂浓度为5kg/m2的30/50目陶粒支撑剂在闭合压力为50MPa下对火成岩岩板的嵌入深度。具体实施步骤包括：
1)制备待测试的火成岩岩板样品2块：岩板尺寸规格是长178mm、宽35mm、厚25mm的矩形岩板，一组实验需要2块同样规格的岩板。
2)将一块岩板放入测试单元中，开启激光扫描仪并连接计算机，进行实验前岩板扫描。
3)铺置支撑剂：根据实验所需参数在岩板表面均匀铺置支撑剂。
4)将另一块岩板放入测试单元，安装矩形活塞，连接围压泵。
5)开启液压机，对矩形活塞加载压力50MPa，保持3min。在液压机加压过程前，通过围压泵向橡胶内胆环空泵入清水，围压设置为55MPa(大于液压机加载压力)，保证在加载压力时支撑剂不从岩板侧面溢漏。
6)卸载压力，取出上覆岩板，清洗岩板表面支撑剂，然后开启激光扫描仪并连接计算机，进行实验后岩板扫描。
7)通过计算机控制程序计算得到，铺砂浓度为5kg/m2的30/50目陶粒支撑剂在闭合压力为50MPa下对火成岩岩板的嵌入深度为33μm。支撑剂嵌入深度图像见图5。
Claims (2)
1.一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量装置及方法，其特征在于：该装置由注入泵(1)、储液罐(2)、围压泵(3)、液压系统(4)、测试单元(5)、激光扫描仪(6)、计算机(7)和废液罐(8)组成。注入泵、储液罐、测试单元、废液罐通过管线串联。所述测试单元放置于液压系统上；所述激光扫描仪放置在测试单元上方。
所述测试单元由金属外壳(9)、橡胶内胆(10)、矩形活塞(11)、实验岩板(12)组成。所述金属外壳是中空框体；所述橡胶内胆为中空胶套，橡胶内胆位于金属外壳内部；所述橡胶内胆空腔可容纳两块实验岩板；所述实验岩板为长178mm、宽35mm、厚25mm的矩形岩板；所述矩形活塞位于橡胶内胆空腔上下，上下活塞之间放置两块实验岩板，两块岩板中间可铺置支撑剂或铺置垫片；所述金属外壳与橡胶内胆两端开有贯穿的小孔(13)，用于连接液罐，其小孔与两块岩板之间的缝隙对齐；所述金属外壳一侧有小孔，用于连接围压泵。
2.一种酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入深度的测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)将一块测试岩板放置于测试单元中，岩板表面对齐酸液管线孔眼，采用夹持器上方的激光扫描仪对岩板表面进行扫描。
(2)在扫描后的岩板表面上铺置支撑剂，然后再放置另一块岩板盖住支撑剂组成裂缝模拟单元。若是测试酸液刻蚀体积，则不加入支撑剂。
(3)安装矩形活塞，密闭岩心夹持器，连接注入泵、围压泵、储液罐、废液罐、计算机。通过围压泵泵入清水，使得橡胶内胆挤压实验岩板侧面，保证酸液或支撑剂作用于岩板表面。
(4)若是进行酸液刻蚀体积测试实验，则用注入泵泵送酸液进入测试单元进行酸岩刻蚀反应。若是进行支撑剂嵌入深度测试，则不泵送酸液，直接启动液压机，对测试单元进行压力加载，模拟地层应力条件进行支撑剂嵌入实验。
(5)实验结束后，取出上覆岩板，冲洗测试岩板表面液体残余或支撑剂。然后再次采用激光扫描仪对测试单元内岩板表面进行扫描。
(6)计算机通过控制程序进行数据处理，得到实验条件下的刻蚀体积或支撑剂嵌入深度。
所述步骤(1)中在实验前对岩板表面SABCD进行激光扫描，能获取其面上在实验前每个网格的垂向高程数据Z0(i,j)；所述步骤(5)中对实验后的岩板进行激光扫描获取实验后每个网格的垂向高程数据Z1(i,j)，两次扫描过程需选取一样的网格步长，且实验过程中不能移动岩板，保证Z0(i,j)与Z1(i,j)一一对应；所述步骤(6)中酸液刻蚀体积及支撑剂嵌入体积的计算方法为：
所述步骤(6)中支撑剂平均嵌入深度计算方法为：
式中，VH为酸液刻蚀体积，dH为支撑剂嵌入深度，Nx为横向网格数量,Ny为纵向网格数量,Z0(i,j)是实验前第(i,j)个网格的垂向高程,Z1(i,j)实验后第(i,j)个网格的垂向高程,SABCD是岩板表面的闭合面积。
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