非連續(xù)鋪砂裂縫縫內(nèi)支撐劑砂團(tuán)沖蝕評(píng)價(jià)裝置及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種脈沖式加砂壓裂壓后返排及生產(chǎn)過(guò)程中支撐劑砂柱邊緣顆粒流 化、縫內(nèi)孔道率變化的測(cè)試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖式水力加砂壓裂作為油氣藏增產(chǎn)改造領(lǐng)域新興的技術(shù)手段目前已在全球范 圍內(nèi)逐步推廣應(yīng)用。該技術(shù)通過(guò)形成不連續(xù)鋪砂裂縫，提高縫內(nèi)孔道率及流體流動(dòng)效率為 油氣井壓后高效開發(fā)提供技術(shù)支撐。然而，受地層閉合壓力、流體流速、支撐裂縫寬度及支 撐劑顆粒本身性質(zhì)等因素影響，在壓后返排過(guò)程及生產(chǎn)過(guò)程中支撐劑砂柱邊緣將出現(xiàn)局部 流化現(xiàn)象，降低支撐劑砂柱穩(wěn)定性并引起油氣流通通道潰縮，同時(shí)支撐劑顆粒流化將帶來(lái) 近井地帶裂縫導(dǎo)流能力迅速下降、堆積掩埋井底下部?jī)?chǔ)層、沖蝕地面管線及儀表等不利影 響，對(duì)壓后生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行造成消極作用。因此，開展閉合壓力作用下不連續(xù)充填裂縫 支撐劑砂柱沖蝕穩(wěn)定性研究工作，對(duì)優(yōu)化工藝參數(shù)提高壓后效果具有重要意義。
[0003] 目前模擬支撐裂縫支撐劑沖蝕的測(cè)試裝置及方法主要基于連續(xù)充填裂縫，如公開 號(hào)為102183796A，公開日為2011年9月14日的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種模擬支撐劑回流的 測(cè)試裝置及方法，該測(cè)試裝置主要由儲(chǔ)液罐、腔室栗、管線加熱套、流量計(jì)、導(dǎo)流室、位移傳 感器、油壓機(jī)、砂樣收集器、廢液罐、數(shù)據(jù)采集控制板、計(jì)算機(jī)組成。該測(cè)試方法如下:首先將 支撐劑鋪置于兩塊巖板之間，裝載于導(dǎo)流室內(nèi)；然后開啟腔室栗，以小排量驅(qū)替；油壓機(jī)兩 側(cè)裝載位移傳感器，并加載至設(shè)計(jì)壓力；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、管線電加熱套、電加熱棒，調(diào)節(jié)腔室栗 排量，所有數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集控制板傳輸至計(jì)算機(jī);逐級(jí)增大排量，得到一定閉合壓力下支 撐劑回流臨界流速;改變閉合壓力，可得到不同閉合壓力條件下支撐劑回流臨界流速。
[0004] 但以上述專利文獻(xiàn)為代表的現(xiàn)有技術(shù)仍然存在以下缺陷和不足： 1、 不能考察非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)流體沖蝕對(duì)支撐裂縫孔道率的影響； 2、 未考慮裂縫壁面粗糙度對(duì)非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱沖蝕穩(wěn)定性的影響； 3、 不能對(duì)不同流速條件下非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱邊緣顆粒流化現(xiàn)象展開研究； 4、 不能模擬地層閉合壓力與流體沖蝕雙重作用下非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱穩(wěn)定 性變化情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種非連續(xù)鋪砂裂縫縫 內(nèi)支撐劑砂團(tuán)沖蝕評(píng)價(jià)裝置，使用該測(cè)試裝置，可模擬非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱穩(wěn)定 性的真實(shí)條件，滿足不同環(huán)境條件下支撐劑砂柱穩(wěn)定性的測(cè)試要求，可用以指導(dǎo)形成合理 的壓裂工藝參數(shù)降低脈沖式加砂壓裂工藝條件下支撐劑砂柱穩(wěn)定性下降帶來(lái)負(fù)面影響，及 確定合理的壓后生產(chǎn)工藝。
[0006] 同時(shí)，本發(fā)明還提供了該測(cè)試裝置的測(cè)試方法。
[0007] 本發(fā)明是通過(guò)采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種非連續(xù)鋪砂裂縫縫內(nèi)支撐劑砂團(tuán)沖蝕評(píng)價(jià)裝置，其特征在于:主要由儲(chǔ)液罐、儲(chǔ)氣 罐、儲(chǔ)液罐閥門、儲(chǔ)氣罐閥門、恒流栗、流量計(jì)、管線加熱套、沖蝕區(qū)、位移傳感器、液壓機(jī)、砂 粒收集器、廢液罐、數(shù)采控制板和計(jì)算機(jī)組成，所述沖蝕區(qū)由上活塞、下活塞通過(guò)密封圈與 沖蝕區(qū)腔體構(gòu)成;所述上活塞、下活塞與液壓機(jī)相連;活塞內(nèi)表面間為支撐劑砂柱鋪置區(qū)； 所述沖蝕區(qū)兩端分別為進(jìn)液通道、出液通道;所述進(jìn)液通道依次連接進(jìn)液接頭、流量計(jì)、管 線加熱套及恒流栗;所述出液通道依次連接出液接頭、砂粒收集器、廢液罐;所述進(jìn)液接頭 與出液接頭通過(guò)緊固螺栓與沖蝕區(qū)腔體兩端固定，利用密封墊圈實(shí)現(xiàn)貼合密封;所述位移 傳感器與液壓機(jī)連接;所述恒流栗、管線加熱套、流量計(jì)、溫度傳感器、位移傳感器均與數(shù)采 控制板連接，數(shù)采控制板與計(jì)算機(jī)連接。
[0008] 本發(fā)明中，所述上活塞和下活塞內(nèi)表面為非均勻刻蝕壁面，可真實(shí)模擬地層條件 下人工裂縫壁面粗糙形態(tài)，保證測(cè)試結(jié)果的真實(shí)可靠。
[0009] 本發(fā)明中，所述進(jìn)液通道連接進(jìn)液接頭內(nèi)為喇叭口流道，與進(jìn)液通道契合，可避免 測(cè)試流體進(jìn)入模擬裂縫內(nèi)腔對(duì)支撐劑砂柱形成射流沖擊，保證測(cè)試結(jié)果有效性。
[0010] 本發(fā)明中，所述出液通道連接出液接頭內(nèi)為圓形流道，可模擬射孔孔眼及流化支 撐劑顆粒由裂縫經(jīng)孔眼流至井筒的過(guò)程。
[0011] -種非連續(xù)鋪砂裂縫縫內(nèi)支撐劑砂團(tuán)沖蝕評(píng)價(jià)裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟： (1) 稱取設(shè)定裂縫孔道率及鋪砂濃度條件下的支撐劑顆粒； (2) 打開上活塞、下活塞，利用支撐劑砂柱成形模具在支撐劑砂柱鋪置區(qū)鋪置形成非連 續(xù)支撐劑砂柱； (3) 裝載上活塞和下活塞，利用密封圈完成密封； (4) 使用液壓機(jī)加載初始閉合壓力； (5) 關(guān)閉儲(chǔ)氣罐閥門（模擬壓后返排），開啟儲(chǔ)液罐閥門及恒流栗，以最低排量驅(qū)替使測(cè) 試管線及沖蝕區(qū)內(nèi)充滿測(cè)試流體； (6) 裝載位移傳感器，將液壓機(jī)加載至設(shè)計(jì)閉合壓力，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，輸入實(shí)驗(yàn)參數(shù)； (7) 啟動(dòng)管線加熱套，調(diào)節(jié)恒流栗按設(shè)計(jì)流量大小注入測(cè)試流體，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù) 采控制板傳輸至計(jì)算機(jī)； (8) 逐級(jí)增加測(cè)試流體流速，至砂粒收集器出現(xiàn)砂粒，得到一定閉合壓力條件支撐劑砂 柱邊緣顆粒流化臨界流速； (9) 單級(jí)閉合壓力及臨界流速條件下測(cè)試完畢后，打開沖蝕區(qū)上、下活塞，記錄支撐劑 砂柱鋪置區(qū)內(nèi)支撐劑砂柱形態(tài)并計(jì)算一定閉合壓力及流體沖蝕作用下非連續(xù)鋪砂裂縫孔 道率變化值； (10) 改變閉合壓力大小，重復(fù)步驟(7)、（8)、（9)，得到不同閉合壓力條件下支撐劑砂柱 邊緣顆粒流化臨界流速及孔道率變化值。
[0012] 所述支撐劑砂柱鋪置區(qū)為非連續(xù)充填鋪置。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果如下： 一、采用本測(cè)試裝置及方法，可模擬非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱穩(wěn)定性的真實(shí)條件， 滿足不同環(huán)境條件下支撐劑砂柱穩(wěn)定性的測(cè)試要求，可用以指導(dǎo)形成合理的壓裂工藝參數(shù) 降低脈沖式加砂壓裂工藝條件下支撐劑砂柱穩(wěn)定性下降帶來(lái)負(fù)面影響，及確定合理的壓后 生產(chǎn)工藝。
[0014] 二、可模擬非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)流體沖蝕對(duì)支撐裂縫孔道率的影響。
[0015] 三、考慮裂縫壁面粗糙度對(duì)非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱沖蝕穩(wěn)定性的影響。
[0016] 四、可開展不同流速條件下非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱邊緣顆粒流化現(xiàn)象的研 究。
[0017] 五、可模擬地層閉合壓力與流體沖蝕雙重作用下非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱穩(wěn) 定性變化情況； 六、本發(fā)明提供的一種模擬脈沖式加砂壓裂壓后返排及生產(chǎn)過(guò)程中地層閉合壓力作用 下支撐劑砂柱沖蝕的測(cè)試裝置，原理可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試方法有效。本發(fā)明不僅可用于研 究脈沖式加砂壓裂條件下地層閉合壓力作用下受流體沖蝕作用的支撐劑砂柱穩(wěn)定性，確定 支撐劑砂柱邊緣顆粒流化臨界流速，考察縫內(nèi)孔道率變化情況，克服了現(xiàn)有技術(shù)缺陷，為研 究脈沖式加砂壓裂壓后非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱穩(wěn)定性提供了專用設(shè)備及測(cè)試方法。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 下面將結(jié)合說(shuō)明書附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中： 圖1為模擬脈沖式加砂壓裂壓后非連續(xù)鋪砂裂縫內(nèi)支撐劑砂柱穩(wěn)定性的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu) 示意圖； 圖2為平板夾持裂縫結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為裂縫壁面?zhèn)纫晥D。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施例1 參照說(shuō)明書附圖1、2和3，作為本裝置的最佳實(shí)施方式為： 按照設(shè)計(jì)的非連續(xù)鋪砂裂縫孔道率，所需支撐劑質(zhì)量： 式中：
mP-實(shí)驗(yàn)所需支撐劑質(zhì)量，g; S-模擬裂縫面積，m2; Φ 〇-非連續(xù)鋪砂裂縫初始孔道率； CP-單柱支撐劑砂柱鋪