CN113969773A - 一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，包括：将目标油田施工现场的露头进行人工钻取得到柱状体岩芯；对柱状体岩芯进行处理，再通过人工剖缝的方式对柱状体岩芯进行人工造缝；对柱状体岩芯的裂缝进行扫描得到柱状体岩芯的裂缝剖面图；计算每个裂缝面的表面粗糙度；将造缝后的柱状体岩芯进行驱替实验；根据滤失时间、滤失的累计滤失量做滤失量与时间平方根关系图；根据滤失量与时间平方根关系图得到滤失量与时间的平方根的线性关系式以及该直线的斜率、截距；根据岩芯的横截面积、该直线的斜率、截距计算得到滤失系数、滤失速度和初滤失量。本发明可以准确的得到天然裂缝中压裂液的滤失规律，为后续现场施工时进行的水力压裂提供基础。

Description

一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法
技术领域
本发明涉及页岩油气勘探开发技术领域，尤其涉及一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法。
背景技术
美国近几年的页岩气革命成功使全球逐渐开始关注非常规油气开发，世界主要资源国均加大了页岩油气勘探开发的力度。在中国，四川盆地蕴含着丰富的页岩气资源，西南油气田每年的页岩气产量已经超过了100亿立方米，未来发展可期。
而在非常规油气勘探开发技术的发展过程中，水力压裂等储层改造工艺成为了油气田勘探开发中经济开发的关键技术。但在压裂过程中，储层中天然裂缝的存在在提高油气渗流能力的同时却也导致压裂液会大量滤失于天然裂缝中(图1)，使得水力裂缝延伸不够长，缝宽变窄，难以加砂。
压裂液大量滤失后，除了液体效率降低外，压裂液的各项性质都会发生变化，滤失严重时会出现砂堵、压裂液变的不可泵送等现象，造成压裂难度加大，甚至导致压裂失败；其次，压裂液大量滤失后会在岩石表面形成致密的滤饼，由于滤饼的渗透率比地层渗透率小得多，阻碍了地层流体向裂缝的流动，同时滤饼占据了部分以至整个支撑剂之间的间隙，对裂缝的导流能力也会造成巨大伤害；最后，压裂液滤液进入地层后会对地层造成不同程度的伤害，导致压裂增产效果变差。
正是因为压裂液滤失导致的这些严重问题，使得调控天然裂缝压裂液滤失成为了提高水力裂缝复杂程度和延伸范围的关键。但现有裂缝性储层压裂液滤失理论对天然裂缝压裂液滤失规律的研究不够系统和深入。因此，有必要开展天然裂缝压裂液滤失规律实验研究，明确不同因素对压裂液滤失规律的影响，这样才能设计和实施成功的非破坏性压裂措施。
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粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，该测试方法可以得到天然裂缝压裂液滤失规律，为后续现场施工时进行的水力压裂提供基础。
本发明所采用的技术方案为：一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，包括：
步骤S1、将目标油田施工现场的露头进行人工钻取得到柱状体岩芯；
步骤S2、对柱状体岩芯进行处理并获得岩芯的横截面积，再通过人工剖缝的方式对处理后的柱状体岩芯进行人工造缝，以模拟地层中的天然裂缝；
步骤S3、采用3D激光扫描仪对柱状体岩芯的裂缝进行扫描得到柱状体岩芯的裂缝剖面图；
步骤S4、根据裂缝剖面图计算每个裂缝面的表面粗糙度；
步骤S5、将造缝后的柱状体岩芯进行驱替实验，记录下进口压力、滤失时间、滤失的累计滤失量；
步骤S6、根据滤失时间、滤失的累计滤失量做滤失量与时间平方根关系图；
步骤S7、根据滤失量与时间平方根关系图得到滤失量与时间的平方根的线性关系式以及该直线的斜率、截距；
步骤S8、根据岩芯的横截面积、该直线的斜率、截距计算得到滤失系数、滤失速度和初滤失量。
按上述技方案，所述步骤S1中柱状体岩芯的长度为45～55mm，直径为20～30mm。
按上述技方案，所述步骤S2中柱状体岩芯的处理步骤包括：
步骤S21、岩芯清洁：首先将岩芯的两个端面磨平使之垂直于与光滑圆柱面；
步骤S22、岩样烘干：采用选择烘干箱或真空烘干箱对清洗后的岩芯进行烘干5小时；
步骤S23、用3D激光扫描测量并记录烘干后岩芯的长度及直径，并拍照记录此刻岩芯的外貌形态。
按上述技方案，步骤S3具体为：将柱状岩芯经过3D激光扫描仪扫描后，通过使用电脑上的3D软件对其进行建模并生成其三维立体数据，即X-Y-Z轴上的点数值；然后将这些点数值做处理，去掉其中明显的“坏点”，再组合排列生成图像，即得到了岩芯的裂缝剖面。
按上述技方案，每个裂缝面表面粗糙度Rq的计算公式如下
Figure BDA0003314302930000021
式中：Rq为表面粗糙度；l为岩芯长度；z为裂缝剖面的z轴数据。
将每块岩芯的两个裂缝剖面的Z轴数据带入该公式中计算，得到每个裂缝面的表面粗糙度Rq，最后计算柱状岩芯两个裂缝面的Rq平均后得到的Rq值。
按上述技方案，所述步骤S8中的计算公式为：
Figure BDA0003314302930000031
Figure BDA0003314302930000032
Figure BDA0003314302930000033
式中：C为滤失系数，
Figure BDA0003314302930000034
m为滤失曲线的斜率，
Figure BDA0003314302930000035
A为岩芯的横截面积，cm2；Vc为滤失速度，m/min；t为滤失时间，min；Qsp为初滤失量，m3/m2；h为滤失曲线直线段与Y轴的截距，cm2。
按上述技方案，选取了多个柱状体岩芯为试验对象，将岩芯的裂缝面的表面粗糙度作为X轴，计算得出的滤失系数作为Y轴，可以得出岩芯裂缝面的表面粗糙度与滤失系数的关系状态图，同时岩芯的裂缝面的表面粗糙度作为X轴，以单位时间滤失量为Y轴，可以得出岩芯裂缝面的表面粗糙度与滤失量关系图。
本发明所取得的有益效果为：本发明可以准确的得到天然裂缝中压裂液的滤失规律，为后续现场施工时进行的水力压裂提供基础。
附图说明
图1为压裂液滤失示意图；
图2为表面粗糙度与滤失系数关系图；
图3为表面粗糙度与单位时间滤失量关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，依次包括下列步骤：
步骤S1、将目标油田施工现场的露头进行人工钻取得到7个柱状体岩芯，每个柱状体岩芯的长度约为50mm，直径约25mm；
步骤S2、对柱状体岩芯进行处理并获得岩芯的横截面积，再通过人工剖缝的方式对处理后的柱状体岩芯进行人工造缝，以模拟地层中的天然裂缝；其中，人工造缝属于常规技术，在岩芯两端进行加压处理，对岩芯进行剖缝。
其中对柱状体岩芯的处理步骤具体包括：
步骤S21、岩芯清洁：首先将岩芯的两个端面磨平使之垂直于与光滑圆柱面；岩芯直径为25.2mm～25.5mm，岩芯长度为50mm～±0.5mm；处理完后对岩芯进行排序编号，扫除磨平岩芯表面异物并用清水对岩芯表面进行清洗；
步骤S22、岩样烘干：常规岩石的烘干方法及温度要求见表1，实验所用砂岩黏土含量低，故选择常规烘干箱或真空烘干箱对清洗后的岩芯进行烘干5小时；
表1常见岩石烘干方法及温度要求
Figure BDA0003314302930000041
步骤S23、用3D激光扫描测量并记录烘干后砂岩岩芯的长度及直径，并拍照记录此刻岩芯的外貌形态。砂岩岩样长度与直径见表2；
表2岩样尺寸
Figure BDA0003314302930000042
Figure BDA0003314302930000051
步骤S3、采用3D激光扫描仪对柱状体岩芯的裂缝进行扫描得到柱状体岩芯的裂缝剖面图；
每一块岩芯经过激光扫描后，通过使用电脑上的3D软件对其进行建模并生成其三维立体数据，即X-Y-Z轴上的点数值；然后将这些点数值在专业软件上处理，去掉其中明显的“坏点”(“坏点”即为噪点，数据点明显偏离裂缝面上的点)，再组合排列生成图像，即得到了岩芯的裂缝剖面；
步骤S4、根据裂缝剖面图计算每个裂缝面的表面粗糙度；
RMS表面粗糙度Rq的计算公式如下
Figure BDA0003314302930000052
式中：Rq为表面粗糙度；l为岩芯长度；z为裂缝剖面的z轴数据。
将每块岩芯的两个裂缝剖面的Z轴数据带入该公式中计算，得到每个裂缝面的表面粗糙度Rq。每块岩芯两个裂缝面Rq中较高的Rq值如表3所示：
表3裂缝剖面Rq较高值
Figure BDA0003314302930000053
将每块岩芯两个裂缝面的Rq平均后得到的Rq值如表4所示：
表4裂缝剖面Rq平均值
Figure BDA0003314302930000054
Figure BDA0003314302930000061
步骤S5、将造缝后的柱状体岩芯进行驱替实验，记录下进口压力、滤失时间、滤失的累计滤失量，对每块岩芯都做此操作后记录数据如表5所示；
表5裂缝张开前粗糙度实验相关滤失数据
Figure BDA0003314302930000062
步骤S6、根据滤失时间、滤失的累计滤失量做滤失量与时间平方根关系图；
步骤S7、根据滤失量与时间平方根关系图得到滤失量与时间的平方根的线性关系式以及该直线的斜率、截距，具体是根据实验数据中的总滤失量和时间的数据，在坐标轴上作出以总滤失量为纵坐标，时间的平方根为横坐标的直线，在直线上读出斜率与截距，后续结合斜率与截距进行计算滤失系数、滤失速度等参数。其结果如表6所示；
表6岩芯的m和A
Figure BDA0003314302930000063
Figure BDA0003314302930000071
步骤S8、根据岩芯的横截面积、该直线的斜率、截距计算得到滤失系数、滤失速度和初滤失量；
Figure BDA0003314302930000072
Figure BDA0003314302930000073
Figure BDA0003314302930000074
式中：C为滤失系数，
Figure BDA0003314302930000075
m为滤失曲线的斜率，
Figure BDA0003314302930000076
A为岩芯的横截面积，cm2；Vc为滤失速度，m/min；t为滤失时间，min；Qsp为初滤失量，m3/m2；h为滤失曲线直线段与Y轴的截距，cm2。
表7岩芯的滤失系数C
Figure BDA0003314302930000077
将岩芯的粗糙度作为X轴，计算得出的滤失系数作为Y轴，得到表面粗糙度与滤失系数关系图，如图2所示，同时以单位时间滤失量为Y轴做另一个图，得到表面粗糙度与单位时间滤失量关系图，如3所示。
由图2和图3中得到的趋势线可以看出，岩芯裂缝剖面的表面粗糙度越大，其滤失系数和滤失量也越大。当岩芯裂缝RMS表面粗糙度Rq增加了7.2％后，其滤失系数则下降了59.3％。
分析其可能是因为表面粗糙度的增大导致裂缝面更加崎岖不平，压裂液在裂缝中流动所需的路径更长，受到的流动阻力更大。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，包括：
步骤S1、将目标油田施工现场的露头进行人工钻取得到柱状体岩芯；
步骤S2、对柱状体岩芯进行处理并获得岩芯的横截面积，再通过人工剖缝的方式对处理后的柱状体岩芯进行人工造缝，以模拟地层中的天然裂缝；
步骤S3、采用3D激光扫描仪对柱状体岩芯的裂缝进行扫描得到柱状体岩芯的裂缝剖面图；
步骤S4、根据裂缝剖面图计算每个裂缝面的表面粗糙度；
步骤S5、将造缝后的柱状体岩芯进行驱替实验，记录下进口压力、滤失时间、滤失的累计滤失量；
步骤S6、根据滤失时间、滤失的累计滤失量做滤失量与时间平方根关系图；
步骤S7、根据滤失量与时间平方根关系图得到滤失量与时间的平方根的线性关系式以及该直线的斜率、截距；
步骤S8、根据岩芯的横截面积、该直线的斜率、截距计算得到滤失系数、滤失速度和初滤失量。
2.根据权利要求1所述的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，所述步骤S1中柱状体岩芯的长度为45～55mm，直径为20～30mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，所述步骤S2中柱状体岩芯的处理步骤包括：
步骤S21、岩芯清洁：首先将岩芯的两个端面磨平使之垂直于与光滑圆柱面；
步骤S22、岩样烘干：采用选择烘干箱或真空烘干箱对清洗后的岩芯进行烘干5小时；
步骤S23、用3D激光扫描测量并记录烘干后岩芯的长度及直径，并拍照记录此刻岩芯的外貌形态。
4.根据权利要求1或2所述的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，步骤S3具体为：将柱状岩芯经过3D激光扫描仪扫描后，通过使用电脑上的3D软件对其进行建模并生成其三维立体数据，即X-Y-Z轴上的点数值；然后将这些点数值做处理，去掉其中明显的“坏点”，再组合排列生成图像，即得到了岩芯的裂缝剖面。
5.根据权利要求1或2所述的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，每个裂缝面表面粗糙度Rq的计算公式如下
Figure FDA0003314302920000021
式中：Rq为表面粗糙度；l为岩芯长度；z为裂缝剖面的z轴数据；
将每块岩芯的两个裂缝剖面的Z轴数据带入该公式中计算，得到每个裂缝面的表面粗糙度Rq，最后计算柱状岩芯两个裂缝面的Rq平均后得到的Rq值。
6.根据权利要求1或2所述的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，所述步骤S8中的计算公式为：
Figure FDA0003314302920000022
Figure FDA0003314302920000023
Figure FDA0003314302920000024
式中：C为滤失系数，
Figure FDA0003314302920000025
m为滤失曲线的斜率，
Figure FDA0003314302920000026
A为岩芯的横截面积，cm2；Vc为滤失速度，m/min；t为滤失时间，min；Qsp为初滤失量，m3/m2；h为滤失曲线直线段与Y轴的截距，cm2。
7.根据权利要求6所述的一种粗糙天然裂缝压裂液滤失测试方法，其特征在于，选取了多个柱状体岩芯为试验对象，将岩芯的裂缝面的表面粗糙度作为X轴，计算得出的滤失系数作为Y轴，可以得出岩芯裂缝面的表面粗糙度与滤失系数的关系图，同时岩芯的裂缝面的表面粗糙度作为X轴，以单位时间滤失量为Y轴，可以得出岩芯裂缝面的表面粗糙度与滤失量关系图。
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孙骏;伊向艺;戴亚婷;姬伟;陈坤;吴元琴;: "酸液浓度对酸压改造效果影响实验研究――以胶凝酸为例", 科学技术与工程, vol. 14, no. 33, 28 November 2014 (2014-11-28), pages 196 *
王艳芬;孔丽娜;成一;刘炜;: "裂缝性地层压裂降滤失技术应用研究", 钻井液与完井液, vol. 30, no. 05, 30 September 2013 (2013-09-30), pages 71 *
陈朝刚: "考虑酸蚀蚓孔效应的酸压滤失模型及应用", 中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑, no. 04, 15 April 2006 (2006-04-15), pages 019 *

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