CN115219696A - 模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法 - Google Patents

模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法 Download PDF

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胡义升
谭飞
白轩
郭平
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Southwest Petroleum University
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明涉及模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，包括：选取岩心，清洗烘干后对岩心进行轴向切割，在岩心的横切面填补支撑剂；将岩心放置于夹持器中，给夹持器施加围压，向岩心入口端注入氮气，待岩心出口端稳定出气后，将岩心升压至地层压力，升温至地层温度；利用地层水驱替带有支撑剂的岩心，驱替过程中多次测定岩心渗透率，记录岩心出入口压差随时间的变化，同步通过离子色谱仪测定岩心出口端离子浓度；缓慢降低围压，继续利用地层水驱替岩心；收集出口管线内的支撑剂，计算支撑剂出砂率。本发明原理可靠，操作简便，测试过程更加贴近现场工况条件，测试结果直观准确，能够为开发非常规油藏提供基础数据和理论依据。

Description

模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法
技术领域
本发明涉及油田开发实验方法领域，具体涉及一种模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法。
背景技术
近年来，加砂压裂已成为国内外油气田在致密油气勘探评价和增储上的必要技术措施之一。目前各油气田使用最为普遍的是水力加砂压裂，压裂过程中，携砂液携带支撑剂进入高压产生的人工裂缝并填充堆积在裂缝之中，避免裂缝完全闭合，实现提高近井地带导流能力，从而达到增产的目的。但是由于压裂液与地层流体的不配伍，井底压降、温度和PH值变化等原因，导致地下流体的采出造成采油系统和储层结垢。井下结垢一般需要经历三个阶段：第一阶段由水中的离子结合形成溶解度很小的盐分子；第二阶段是分子结合有序排列形成晶体；第三阶段是大量晶体堆积沉淀成垢。在油田实际现场条件下，当压裂残液或地层流体返出时，人工裂缝对支撑剂压实力不够，流体对支撑剂拖拽力过大，填砂裂缝的压力梯度过大或者压力激动造成裂缝中支撑剂失稳，导致支撑剂回流，伴随着井底压降、温度和PH值对高矿化度地层水的影响，支撑剂的回流将为晶体的形成和堆积提供更多的可能，缩短了结垢离子经过第二、第三阶段的时间，从而大大加剧井底结垢，造成油井产能下降。
近年来，用于研究支撑剂出砂的装置及方法较多，发明专利“一种模拟页岩气压后单缝返排的实验装置及方法”(CN201510716601.7)，模拟了地层高温高压环境下的页岩气压后裂缝状态，考虑了裂缝缝长、缝宽、铺砂浓度、出砂量、出砂临界速度、支撑剂嵌入程度、返排过程中压降等因素对支撑剂回流的影响；“一种模拟支撑剂回流的测试装置及方法”(CN201110050030.X)，模拟了不同的铺砂浓度、闭合压力对支撑剂回流的影响以及支撑剂由近井筒裂缝经过射孔孔眼回流至井筒的真实过程。用于研究油田结垢的装置及方法也较多，“一种油田动态结垢阻垢评价装置及评价方法”(CN202110034699.3)，能够模拟现场不同流态(层流、紊流等)条件下的结垢状况，可实现高温、高压下的测试；“一种动态结垢仪及其测试方法”(CN104458689A)，通过在混合流体中注入荧光示踪剂，根据荧光示踪剂浓度测试计算管内结垢流体的停留时间分布和分散状况及具体结垢位置。但是基于现场实际情况，对于非常规致密油气藏，地下流体结垢、支撑剂出砂两者之间并不只是单一存在于开发过程中，而更多的是两者之间的协同作用，其具体表现为支撑剂与结垢晶体的相互包裹、相互附着。因此，研究用于模拟致密储层支撑剂出砂与结垢协同作用的实验方法，对于非常规油藏的开发具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，该方法原理可靠，操作简便，测试过程更加贴近现场工况条件，测试结果直观准确，能够为开发非常规油藏提供基础数据和理论依据。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
本发明结合岩心驱替实验，首先通过对岩心进行切割、充填支撑剂、再闭合的处理，用以模拟储层压裂后岩心裂缝内支撑剂存在的真实情况；再采用地层水在地层条件下对含有支撑剂的岩心进行驱替，并通过降低围压的方式，模拟人工裂缝对支撑剂压实力不够，流体对支撑剂拖拽力过大造成裂缝中支撑剂失稳，以研究支撑剂出砂与结垢的协同作用机理。
模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，依次包括以下步骤：
(1)选取合适的岩心，清洗后进行高温烘烤，充分排除岩心中含有的水分；
(2)对步骤(1)的岩心进行轴向切割，并对切割表面进行处理；
(3)对步骤(2)的岩心的横切面填补支撑剂，采用耐热抗压胶带对岩心进行缝合；
(4)升温升压过程：将带有支撑剂的岩心放置于岩心夹持器中，利用围压泵给岩心夹持器施加围压，通过驱替泵向岩心入口端注入氮气，待岩心出口端稳定出气后，将岩心夹持器升压至地层压力，升温至地层温度；
(5)结垢过程：待压力和温度达到地层条件，测定岩心初始渗透率，利用地层水驱替带有支撑剂的岩心，驱替过程中多次(每隔10分钟)测定岩心渗透率，记录岩心出入口压差随时间的变化，同步通过离子色谱仪测定岩心出口端离子浓度；
(6)支撑剂出砂和结垢协同作用过程：待岩心出口端流速稳定后，缓慢降低围压，继续利用地层水驱替岩心，驱替过程中多次测定岩心渗透率，记录岩心出入口压差随时间的变化，同步通过离子色谱仪测定岩心出口端离子浓度；
(7)卸压，收集出口管线内的支撑剂，计算支撑剂出砂率。
所述步骤(2)过程如下：采用岩心切割机，沿岩心的中轴线，将岩心切割成两块，采用CPS氧化铜对切割过程中岩心掉落或损坏的部分进行修补，保证岩心完整。
所述步骤(3)过程如下：将粒径70～150目的支撑剂，均匀地铺散在岩心切割面，再将岩心闭合，采用耐热抗压胶带对含支撑剂的岩心进行缠绕，保证岩心内支撑剂不会散落出来，支撑剂质量为M1。
所述步骤(4)过程如下：将含有支撑剂的岩心放置于岩心夹持器中，该岩心夹持器入口端分别通过氮气中间容器、地层水中间容器连接驱替泵，出口端连接试管，中间连接围压泵，两端连接压力表，先通过围压泵给岩心夹持器施加围压，再通过驱替泵向岩心中注入氮气，直至试管内无明显颗粒增加，试管内为不稳定支撑剂，取下试管称重，不稳定支撑剂质量为M2；然后将岩心出口端依次连接过滤器和回压阀，回压阀分别连接回压泵和离子色谱仪，打开氮气中间容器，给岩心升压至地层压力，同步升高围压、回压，围压始终大于岩心出入口压力(保证裂缝内的支撑剂不会在建压过程中被气体冲出岩心)，同时给岩心升温至地层温度。
步骤(4)的目的是消除岩心裂缝内不稳定、易流动的支撑剂，确保在建压过程中，不会因为支撑剂的松动而运移，导致堵塞出口管线以及刺穿回压阀。
所述步骤(7)过程如下：实验完毕后，卸压，收集出口管线内的支撑剂进行烘干称重，质量为M3，计算支撑剂出砂率为：M3/(M1-M2)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过与驱替实验相结合，模拟地层条件下结垢的过程，并通过缓慢降低围压的方式，模拟人工裂缝对支撑剂压实力不够，流体对支撑剂拖拽力过大造成裂缝中支撑剂失稳，从而研究支撑剂出砂与结垢的协同作用，更加符合现场实际条件。同时通过渗透率变化、压力随时间变化、离子浓度变化等对结垢状况进行分析，实验结果更加准确。
附图说明
图1是带有支撑剂岩心示意图。
(a)为采用耐热抗压胶带对含支撑剂的岩心进行缠绕；(b)为剖面图。
图2是本发明模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用所用装置示意图。
图中：1-高压驱替泵；2、7、8、11、15、18-三通阀；3-氮气中间容器；4-地层水中间容器；5、6、20-中间容器上端阀门；9、12、16、19-压力表；10-岩心夹持器；13-围压泵；14-过滤器；17-回压阀；21-回压中间容器；22-回压泵；23-离子色谱仪；24-计算机。
图3是岩心出入口压差随时间变化曲线。
图4是钙离子浓度随累计注入体积(PV)变化曲线。
具体实施方式
下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
参看图1、图2。
一种模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，依次包括以下步骤：
(1)选取合适的岩心，通过高温烘烤，将清洗后岩心中含有的水成分充分排除，在100C°下烘12h后对岩心进行称重，然后每隔2h取出称重，直至岩心质量不再发生变化；
(2)采用岩心切割机，沿岩心中轴线，将岩心切割成两块，对切割的断面进行处理，采用CPS氧化铜对切割过程中岩心掉落或损坏部分进行修补，以保证所切割岩心完整无损坏；
(3)将一定量粒径70～150目的支撑剂，均匀地铺散在岩心切割端面，再将岩心闭合，采用耐热抗压胶带对含支撑剂的岩心进行缠绕，保证岩心内支撑剂不会散落出来，支撑剂质量为M1；
(4)将含有支撑剂的岩心放置于岩心夹持器10中，并通过管线，连接驱替泵1、氮气中间容器3、地层水中间容器4、岩心夹持器10和试管，通过围压泵13给岩心夹持器10施加围压3～5Mpa，设置驱替泵1泵速0.05ml/min，缓慢向岩心中注入氮气，待试管质量不再发生变化后，增大驱替泵1泵速至0.1ml/min，直至出口试管内无明显颗粒增加，拆除试管进行称重，记不稳定支撑剂质量为M2；将岩心出口端依次连接过滤器14、三通阀15、回压阀17，回压阀分别连接回压中间容器21、回压泵22和离子色谱仪23、计算机24；打开氮气中间容器上端阀门5，片刻后关闭该阀门，打开岩心夹持器10入口端的三通阀8，重复上述操作，直至所需地层压力，同时同步升高围压回压，围压始终大于出入口压力7～9Mpa，以保证裂缝内的支撑剂不会在建压过程中被气体冲出岩心，打开烘箱对装置进行加热；
(5)结垢过程：待压力和温度达到地层条件，稳定出气30min后，测定初始渗透率，再关闭氮气中间容器上端阀门5，打开地层水中间容器上端阀门6，设置驱替泵泵速0.01ml/min，打开出口三通阀15，一定时间多次测定岩心渗透率，并记录出入口压力随时间的变化，同步通过离子色谱仪23测定离子浓度；
(6)支撑剂出砂和结垢协同作用过程：待升温稳定后，通过驱替泵1将地层水中间容器4加压至地层压力，并打开中间容器上端阀门6，设置驱替泵1泵速0.01ml/min，打开离子色谱仪23，记录初始离子浓度，待出口流速稳定后，缓慢降低围压，当出入口有明显压差，停止降低围压，每隔10分钟测定岩心渗透率，记录出入口压力随时间的变化，并绘制压差随时间变化曲线(见图3)，同步通过离子色谱仪测定离子浓度，并绘制钙离子浓度随累计注入体积变化曲线(见图4)；
(7)实验完毕后，关闭岩心入口三通阀8，降低回压围压，采用乙酸对出口管线、过滤器进行清洗，收集出口管线内支撑剂并进行烘干称重，质量为M3。
表1给出地层水组成成分表。
表1地层水组成成分
Figure BDA0003770963530000051

Claims (5)

1.模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，依次包括以下步骤：
选取合适的岩心，清洗后进行高温烘烤，充分排除岩心中含有的水分；
对步骤（1）的岩心进行轴向切割，并对切割表面进行处理；
对步骤（2）的岩心的横切面填补支撑剂，采用耐热抗压胶带对岩心进行缝合；
（4）升温升压过程：将带有支撑剂的岩心放置于岩心夹持器中，利用围压泵给岩心夹持器施加围压，通过驱替泵向岩心入口端注入氮气，待岩心出口端稳定出气后，将岩心夹持器升压至地层压力，升温至地层温度；
（5）结垢过程：待压力和温度达到地层条件，测定岩心初始渗透率，利用地层水驱替带有支撑剂的岩心，驱替过程中多次测定岩心渗透率，记录岩心出入口压差随时间的变化，同步通过离子色谱仪测定岩心出口端离子浓度；
（6）支撑剂出砂和结垢协同作用过程：待岩心出口端流速稳定后，缓慢降低围压，继续利用地层水驱替岩心，驱替过程中多次测定岩心渗透率，记录岩心出入口压差随时间的变化，同步通过离子色谱仪测定岩心出口端离子浓度；
（7）卸压，收集出口管线内的支撑剂，计算支撑剂出砂率。
2.如权利要求1所述的模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，其特征在于，所述步骤（2）过程如下：采用岩心切割机，沿岩心的中轴线，将岩心切割成两块，采用CPS氧化铜对切割过程中岩心掉落或损坏的部分进行修补，保证岩心完整。
3.如权利要求1所述的模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，其特征在于，所述步骤（3）过程如下：将粒径70~150目的支撑剂，均匀地铺散在岩心切割面，再将岩心闭合，采用耐热抗压胶带对含支撑剂的岩心进行缠绕，保证岩心内支撑剂不会散落出来，支撑剂质量为M1。
4.如权利要求1所述的模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，其特征在于，所述步骤（4）过程如下：将含有支撑剂的岩心放置于岩心夹持器中，该岩心夹持器入口端分别通过氮气中间容器、地层水中间容器连接驱替泵，出口端连接试管，中间连接围压泵，两端连接压力表，先通过围压泵给岩心夹持器施加围压，再通过驱替泵向岩心中注入氮气，直至试管内无明显颗粒增加，试管内为不稳定支撑剂，取下试管称重，不稳定支撑剂质量为M2；然后将岩心出口端依次连接过滤器和回压阀，回压阀分别连接回压泵和离子色谱仪，打开氮气中间容器，给岩心升压至地层压力，同步升高围压、回压，围压始终大于岩心出入口压力，同时给岩心升温至地层温度。
5.如权利要求1所述的模拟致密储层压裂支撑剂出砂和结垢协同作用的实验方法，其特征在于，所述步骤（7）过程如下：实验完毕后，卸压，收集出口管线内的支撑剂进行烘干称重，质量为M3，计算支撑剂出砂率为：M3/（M1- M2）。
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CN114112852A (zh) * 2021-12-02 2022-03-01 西南石油大学 一种油田上阻垢剂性能评价的动态实验装置和方法

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