專利名稱：清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是油氣田開發(fā)過程中清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力的室內(nèi)測試和評價(jià)方法，具體涉及的是清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法。
背景技術(shù)：
清水壓裂是指在低滲透油氣藏改造中，應(yīng)用在清水中加入降阻劑、活性劑、防膨劑等或線性膠作為工作液進(jìn)行的壓裂作業(yè)，作業(yè)液中一般不加或鋪墊少量支撐劑。大量現(xiàn)場實(shí)踐證明與傳統(tǒng)的凍膠壓裂相比，在低滲透油氣藏中清水壓裂能產(chǎn)生更好的增產(chǎn)效果，且施工成本明顯比傳統(tǒng)的凍膠壓裂的施工成本低得多。但使用清水壓裂受到儲層地應(yīng)力、滲透率、巖石力學(xué)性質(zhì)等限制，并不是所有低滲透地層都適合清水壓裂。清水壓裂與地層的配伍性，主要取決于清水壓裂形成的自支撐裂縫能否為油氣輸運(yùn)提供足夠的導(dǎo)流能力，但清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力的室內(nèi)測試和評價(jià)方法，一直未見到國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)表， 成為制約清水壓裂推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，因此建立清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，它用于目前油氣田開發(fā)過程中缺乏清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力的室內(nèi)測試和評價(jià)方法的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這種清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法首先制備符合清水壓裂泄壓返排后裂縫壁面閉合形態(tài)的巖芯試件，鉆取 Φ 50 X IOOmm圓柱形試件，正交預(yù)制劃痕，并劈裂制作拉伸破壞型裂縫壁面，然后將壁面錯(cuò)動(dòng)，把巖芯端面研磨平整，獲得無支撐劑非嚙合裂縫壁面組合或鋪墊少量支撐劑的非嚙合裂縫壁面組合；然后進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力測試，把制備好的巖芯試件放入巖芯夾持系統(tǒng)，連接儀器， 分別啟動(dòng)軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)和溫度加載系統(tǒng)，模擬地層應(yīng)力和溫度環(huán)境，設(shè)置并發(fā)出控制指令，各系統(tǒng)動(dòng)作并反饋信號，最終收集測試結(jié)果，計(jì)算并得到清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力。有益效果1、本發(fā)明提供的清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，原理可靠，裂縫壁面制作和測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠較真實(shí)反映清水壓裂過程裂縫拉伸破壞和剪切滑移過程，并還原到地下賦存的壓力環(huán)境和溫度環(huán)境測試其導(dǎo)流能力，測量方法切實(shí)可行，試驗(yàn)結(jié)果適應(yīng)性好。本發(fā)明為評價(jià)清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力提供了測試裝置和評價(jià)方法。2、本發(fā)明建立了清水壓裂拉伸破壞產(chǎn)生的具有一定粗糙度裂縫壁面的制備方法；3、本發(fā)明真實(shí)的模擬了清水壓裂泄壓返排過程中裂縫壁面剪切滑移過程；
3
4、本發(fā)明能夠模擬測試清水壓裂無支撐劑非嚙合型裂縫和鋪墊少量支撐劑非嚙合型裂縫導(dǎo)流能力；5、本發(fā)明能夠模擬清水壓裂自支撐裂縫在地下賦存的壓力環(huán)境和溫度環(huán)境，測試其導(dǎo)流能力。
四

圖1是本發(fā)明清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法的流程圖。圖2是本發(fā)明清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖3是在圓柱形試件上沿軸線方向和直徑方向正交繪制劃痕示意圖；圖4是劈裂試驗(yàn)時(shí)三棱壓刀和巖芯試件的狀態(tài)示意圖；圖5是嚙合的裂縫壁面組合示意圖；圖6是滑移后非嚙合的裂縫壁面組合示意圖；圖7是磨平后無支撐劑非嚙合裂縫壁面組合示意圖；圖8是磨平后鋪墊少量支撐劑非嚙合裂縫壁面組合示意圖；圖9巖芯試件端面磨平后涂抹AB膠示意圖；圖10是涂抹AB膠后的鋪墊少量支撐劑非嚙合裂縫壁面組合示意圖。1軸向加載控制器2軸向螺旋加載器3軸向伺服控制器4軸向應(yīng)力傳感器5巖芯夾持系統(tǒng)6巖芯試件7加熱套8傳壓介質(zhì)9雙柱塞微量泵10驅(qū)替液存儲容器11過濾器12 手閥13圍壓加載器14壓力表15手閥16電子天平17上游壓力傳感器18熱電耦19下游壓力傳感器20計(jì)算機(jī)21劃痕22AB膠
五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明本發(fā)明要解決的技術(shù)問題主要集中兩個(gè)方面(1)制備具有清水壓裂自支撐裂縫壁面特征的巖石試件。清水壓裂自支撐裂縫壁面具備兩個(gè)特征①是由巖石拉伸破壞產(chǎn)生的，具有一定粗糙度；②壓裂過程中裂縫壁面產(chǎn)生剪切滑移，泄壓返排過程中，裂縫面不能完全嚙合。(2)模擬清水壓裂自支撐裂縫在地下賦存的壓力環(huán)境和溫度環(huán)境，測試其導(dǎo)流能力。結(jié)合圖1所示，為了解決上述兩個(gè)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為首先制備符合清水壓裂泄壓返排后裂縫壁面閉合形態(tài)的巖石試件，鉆取 Φ50Χ IOOmm圓柱形試件，正交預(yù)制劃痕21，并劈裂制作拉伸破壞型裂縫壁面，然后將壁面錯(cuò)動(dòng)，把巖芯端面研磨平整，獲得無支撐劑非嚙合裂縫壁面組合或鋪墊少量支撐劑的非嚙合裂縫壁面組合；然后進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力測試，把制備好的巖芯試件放入巖芯夾持系統(tǒng)，連接儀器， 分別啟動(dòng)軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)和溫度加載系統(tǒng)，模擬地層應(yīng)力和溫度環(huán)境，設(shè)置并發(fā)出控制指令，各系統(tǒng)動(dòng)作并反饋信號，最終收集測試結(jié)果，計(jì)算清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力。結(jié)合圖2所示，本發(fā)明中清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力的測試裝置，主要由巖芯夾持系統(tǒng)，軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)，溫度加載系統(tǒng)和控制采集系統(tǒng)組成。巖芯夾持系統(tǒng)5的主要組件有耐溫耐壓耐腐蝕不銹鋼筒體、流體循環(huán)通道及夾持器總成、測量柱塞。夾持器抗高溫，抗高壓，耐腐蝕，裝卸巖芯試件6方便，更換巖芯試件6 方便，在不卸壓的情況下，可打開和關(guān)閉流體循環(huán)通道。軸壓加載系統(tǒng)的主要組件有軸向加載控制器1、軸向螺旋加載器2、軸壓伺服控制器3和軸向應(yīng)力傳感器4。圍壓加載系統(tǒng)的主要組件有圍壓加載器13和壓力表14。液壓加載系統(tǒng)主要組件有高精度平流泵，該高精度平流泵采用雙柱塞微量泵9、手閥12、手閥15、過濾器11等，傳壓介質(zhì)8經(jīng)雙柱塞微量泵9輸送到驅(qū)替液存儲容器10中， 驅(qū)替液通過過濾器11、手閥12、巖芯試件6和手閥15，最后被接收和測量。液壓加載系統(tǒng)提供正反向及高低量程轉(zhuǎn)換，壓力精確測量。溫度加載系統(tǒng)的主要組件有加熱套7和熱電偶18。控制采集系統(tǒng)的主要組件有壓力傳感器、溫度傳感器、電子天平16、各種控制采集電路接口及計(jì)算機(jī)20等，巖芯試件前安裝有上游壓力傳感器17，巖芯試件后安裝有下游傳感器19，各種傳感器與計(jì)算機(jī)20相連，通過計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令并采集反饋信號。通過上述各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，能夠模擬清水壓裂自支撐裂縫在地下賦存的軸向壓力、圍壓和溫度環(huán)境，測試其導(dǎo)流能力。實(shí)施例1 首先制備符合清水壓裂泄壓后裂縫壁面閉合形態(tài)的巖芯試件，其制作方法如下(1)鉆取Φ50X IOOmm的圓柱形試件，在105 110°C的溫度下烘M小時(shí)，然后放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫。(2)在巖芯試件側(cè)面延軸線方向和端面延直徑方向正交預(yù)制劃痕21，誘導(dǎo)裂縫延劃痕方向拉伸破裂，并獲得較完整的裂縫壁面，見圖3。(3)將實(shí)驗(yàn)巖芯橫放于劈裂儀的底座，調(diào)節(jié)巖芯的位置，使巖芯軸線方向劃痕處于三棱柱狀硬質(zhì)合金壓刀正下方，端面沿直徑方向劃痕保持豎直，均勻加壓，直至巖芯試件劈裂，見圖4。(4)將粗糙的裂縫壁面，錯(cuò)動(dòng)δ位移，模擬清水壓裂縫面剪切滑移特性，然后將試件固定在研磨機(jī)上，將錯(cuò)動(dòng)巖芯端面研磨平整，避免表面有剝落和凹凸不平之處，測試試樣長度L，δ在l-4mm之間。(5)制備嚙合的裂縫壁面組合如圖5所示，滑移后非嚙合的裂縫壁面組合如圖6， 打磨后平整的無支撐劑非嚙合的裂縫壁面組合如圖7所示，打磨后鋪墊少量支撐劑非嚙合裂縫壁面組合如圖8。(6)將巖芯試樣兩個(gè)端面均勻涂上AB膠22，待凝M小時(shí)，如圖9和圖10所示。接下來，進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力測試，其具體過程為；(1)配制驅(qū)替流體，測試其試驗(yàn)溫度下的流變參數(shù)，然后將驅(qū)替流體放置到液壓加載系統(tǒng)的驅(qū)替液存儲容器10內(nèi)。(2)將制備好的巖芯試件放入巖芯夾持系統(tǒng)，并連接儀器，檢查各部件密封性和可靠性。
(3)分別啟動(dòng)軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)和溫度加載系統(tǒng)。根據(jù)地層應(yīng)力和溫度環(huán)境，設(shè)置并發(fā)出控制指令，各系統(tǒng)動(dòng)作并反饋控制型號。(4)收集測試結(jié)果，包括工作液循環(huán)系統(tǒng)入口，出口壓力和流量等參數(shù)，計(jì)算壓差Δρ和和流量Q。(5)將測試結(jié)果代入C = Iw = ZzI^"中，計(jì)算清水壓裂自支撐裂縫在不同軸
向壓力，側(cè)向壓力和溫度環(huán)境下的導(dǎo)流能力。
權(quán)利要求
1.一種清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，其特征在于這種清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法首先制備符合清水壓裂泄壓返排后裂縫壁面閉合形態(tài)的巖芯試件，鉆取φ 50 X IOOmm 圓柱形試件，正交預(yù)制劃痕，并劈裂制作拉伸破壞型裂縫壁面，然后將壁面錯(cuò)動(dòng)，把巖芯端面研磨平整，獲得無支撐劑非嚙合裂縫壁面組合或鋪墊少量支撐劑的非嚙合裂縫壁面組合；然后進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力測試，把制備好的巖芯試件放入巖芯夾持系統(tǒng)，連接儀器，分別啟動(dòng)軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)和溫度加載系統(tǒng)，模擬地層應(yīng)力和溫度環(huán)境，設(shè)置并發(fā)出控制指令，各系統(tǒng)動(dòng)作并反饋信號，最終收集測試結(jié)果，計(jì)算并得到清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，其特征在于所述的制備符合清水壓裂泄壓返排后裂縫壁面閉合形態(tài)的巖芯試件的具體方法為，(1)鉆取Φ50X IOOmm的圓柱形試件，在105 110°C的溫度下烘M小時(shí)，然后放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫；(2)在巖芯試件側(cè)面延軸線方向和端面延直徑方向正交預(yù)制劃痕(21)，誘導(dǎo)裂縫延劃痕方向拉伸破裂，并獲得較完整的裂縫壁面；(3)將實(shí)驗(yàn)巖芯橫放于劈裂儀的底座，調(diào)節(jié)巖芯的位置，使巖芯軸線方向劃痕處于三棱柱狀硬質(zhì)合金壓刀正下方，端面沿直徑方向劃痕保持豎直，均勻加壓，直至巖芯試件劈裂；(4)將粗糙的裂縫壁面錯(cuò)動(dòng)δ位移，模擬清水壓裂縫面剪切滑移特性，然后將試件固定在研磨機(jī)上，將錯(cuò)動(dòng)巖芯端面研磨平整，避免表面有剝落和凹凸不平之處，測試試樣長度 L, δ在l-4mm之間；(5)制備無支撐劑非嚙合的裂縫壁面組合及鋪墊少量支撐劑非嚙合裂縫壁面組合；(6)將巖芯試樣兩個(gè)端面均勻涂上AB膠(22)，待凝M小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，其特征在于 所述的進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力測試的具體過程為，(1)配制驅(qū)替流體，測試其試驗(yàn)溫度下的流變參數(shù)，然后將驅(qū)替流體放置到液壓加載系統(tǒng)的驅(qū)替液存儲容器內(nèi)；(2)將制備好的巖芯試件放入巖芯夾持系統(tǒng)，并連接儀器，檢查各部件密封性和可靠性；(3)分別啟動(dòng)軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)和溫度加載系統(tǒng)。根據(jù)地層應(yīng)力和溫度環(huán)境，設(shè)置并發(fā)出控制指令，各系統(tǒng)動(dòng)作并反饋控制型號；(4)收集測試結(jié)果，包括工作液循環(huán)系統(tǒng)入口，出口壓力和流量等參數(shù)，計(jì)算壓差Δρ 和和流量Q ；LQ(5)將測試結(jié)果代入C= & =蘆，中，計(jì)算清水壓裂自支撐裂縫在不同軸向壓R Ap力，側(cè)向壓力和溫度環(huán)境下的導(dǎo)流能力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，其特征在于所述的清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力方法使用的裝置由巖芯夾持系統(tǒng)，軸壓加載系統(tǒng)，圍壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)，溫度加載系統(tǒng)和控制采集系統(tǒng)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，這種清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力測試方法，制備符合清水壓裂泄壓返排后裂縫壁面閉合形態(tài)的巖芯試件，鉆取Φ50×100mm圓柱形試件，正交預(yù)制劃痕，并劈裂制作拉伸破壞型裂縫壁面，將壁面錯(cuò)動(dòng)，把巖芯端面研磨平整，獲得無支撐劑非嚙合裂縫壁面組合；然后進(jìn)行裂縫導(dǎo)流能力測試，把制備好的巖芯試件放入巖芯夾持系統(tǒng)，模擬地層應(yīng)力和溫度環(huán)境，設(shè)置并發(fā)出控制指令，各系統(tǒng)動(dòng)作并反饋信號，最終收集測試結(jié)果，計(jì)算并得到清水壓裂自支撐裂縫導(dǎo)流能力。本發(fā)明能夠較真實(shí)反映清水壓裂過程裂縫拉伸破壞和剪切滑移過程，并還原到地下賦存的壓力環(huán)境和溫度環(huán)境測試其導(dǎo)流能力，測試方法切實(shí)可行。
文檔編號E21B47/00GK102174883SQ20111000718
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者張立剛, 李士斌, 李 浩 申請人:東北石油大學(xué)