一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，涉及油气田开发领域。该装置包括压裂液配置模块和团块形成及评价模块，压裂液配置模块用于配置注入压裂液，团块形成及评价模块用于制备团块并原位进行性能评价，实时观察团块的情况。本发明专利技术还提出了一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验方法，根据实际储层资料和施工方案设置实验参数，利用压裂液中的支撑剂和纤维制备团块，测试团块的力学性能、返排过程中团块的稳定性以及纤维降解性能，获取团块性能评价参数，评价团块性能。本发明专利技术填补了团块制备及原位评价一体化实验装置及方法上的空白，实现了团块性能评价，为指导压裂施工奠定了基础。奠定了基础。奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及油气田开发领域，具体涉及一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置及方法。

技术介绍

[0002]油气开发过程中，为了高效开发油气藏，常利用水力压裂对储层进行改造，通过向储层中注入高压流体，促使岩石破裂产生裂缝，并充填支撑剂使得裂缝始终保持一定的宽度，保证生产过程中裂缝具有持续的导流能力。压裂裂缝的导流能力主要通过充填支撑剂层维持，因此，支撑剂在裂缝中的铺置情况以及支撑剂对裂缝的支撑情况将直接影响压裂施工的最终效果。常规压裂过程中，支撑剂在裂缝中呈连续分布，油气在支撑剂层中的流动形态依旧为渗流，流动能力有限，为了改善支撑剂层的铺置形态，学者们提出了通道压裂的概念，通过在压裂过程中脉冲式注入含纤维的压裂液和携砂液，使得支撑剂和纤维在裂缝中结合形成团块，团块与团块之间形成通道，实现了裂缝中支撑剂的不连续铺置，油气依旧可以在团块与团块之间形成的通道中自由流动，大幅度提升了油气的流动能力。通道压裂相比于常规压裂具有大幅度提高裂缝导流能力和降低支撑剂用量的优势，但是，由于支撑剂层由连续铺置转变为不连续铺置，使得裂缝的闭合压力集中在团块上，导致团块受力增加，所以研究团块的力学性质对于明确压裂裂缝导流能力的变化规律以及施工参数优化均具有重要意义。
[0003]目前，研究通道压裂的实验手段主要有两种，一种实验手段是通过API导流仪进行导流能力实验，该类装置存在的主要问题在于实际压裂过程中支撑剂与纤维团块均是在压裂液脉冲注入情况下在压裂液的流动过程中形成的，支撑剂团块在裂缝闭合之前不经压实，支撑剂与纤维之间不存在粘接力；而实验过程中所使用的支撑剂和纤维团块均是通过人为地将支撑剂与纤维进行混合、压实和粘接制成，由于制作过程增加了压实和粘接，使得实验使用的支撑剂与纤维团块的力学性能与实际情况相差巨大。并且，实现过程无法做到可视化，导致评价参数单一，限制了实验结果的准确性，影响该实验方法的应用价值。
[0004]另一种实验手段是通过平行板装置对通道压裂的支撑剂运移进行可视化实验，观察压裂过程中团块在裂缝中的形成和铺置情况，该类装置可以模拟支撑剂与纤维团块的实际形成条件，但是无法施加闭合压力，无法实现支撑剂与纤维团块的力学性能及稳定性的实验，也无法实现对于支撑剂与纤维团块的纤维降解实验。
[0005]在实验方法方面，上述导流能力实验及支撑剂运移可视化实验均是以压裂过程中形成的通道作为研究对象，主要研究通道的导流能力及通道的形态、通道率等参数，属于宏观现象研究，但是通道的形成实际上是由于不同的支撑剂与纤维团块在裂缝中不连续分布而形成的，裂缝的宽度和最终的压裂效果取决于支撑剂与纤维团块的支撑，所以针对通道压裂的机理研究应该从支撑剂与纤维团块的形成及评价着手，将通道压裂的研究从目前的宏观评价转移至微观研究，针对支撑剂与纤维团块的形成过程及其性能评价进行研究，从
通道组成的最小单位支撑剂与纤维团块着手，进一步明确通道压裂的机理，对于促进通道压裂的应用具有重要意义。
[0006]现阶段针对通道压裂机理研究中，并未涉及高闭合应力下支撑剂与纤维团块能否保持裂缝具有一定的支撑宽度、压裂液反排过程中纤维与支撑剂团块是否稳定、生产过程中纤维能否有效降解减少对储层的损害、纤维降解过程中是否会对支撑剂的稳定性和支撑缝宽产生影响等问题，也未针对这些问题设计专门的实验仪器，并且也没有用于通道压裂团块性能系统评价的实验方法及性能评价参数体系，极大地限制了通道压裂的研究及现场应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在解决目前通道压裂支撑剂与纤维团块的性能实验过程中团块制备困难、实验团块与实际地层中形成团块之间性能相差悬殊的问题，提供了一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置及方法，弥补了现阶段通道压裂团块在制备及原位评价一体化方面的空白。
[0008]为实现上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：
[0009]一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，包括压裂液配置模块和团块形成及评价模块；
[0010]所述压裂液配置模块包括配液罐和注入泵，配液罐内设置有搅拌器和加热器，配液罐底部通过第一管路与团块形成及评价模块相连接，第一管路上设置有注入泵；
[0011]所述团块形成及评价模块包括框架、液压加载装置、位移传感器、裂缝模拟室、显微镜和计算机；所述框架为侧面开口的箱体结构，内部设置有液压加载装置、位移传感器和裂缝模拟室，裂缝模拟室由透明高强度帕姆板和钢板组成，透明高强度帕姆板紧贴框架开口，钢板中心设置有滤失孔，通过第六管路与滤失液收集罐相连通，钢板一侧与液压加载装置相连接，另一侧设置为粘贴有多种粒径石英砂的粗糙面，与透明高强度帕姆板相对，通过将透明高强度帕姆板与钢板相密封，形成用于模拟裂缝的密闭空腔，并置于框架中，所述位移传感器用于测量钢板的位移；
[0012]所述框架外部设置有显微镜和计算机，所述显微镜设置于正对透明高强度帕姆板中心位置处，所述计算机分别与显微镜、位移传感器和液压加载装置相连接；
[0013]所述框架左右两端设置有第一缝口和第二缝口，第一缝口与第二缝口均与密闭空腔相连通；
[0014]所述第一管路通过三通与第二管路和第三管路相连接，所述第二管路通过三通与第一缝口和第五管路相连接，第五管路与液体收集罐相连通，所述第三管路通过三通与第四管路和第二缝口相连接，第四管路与压裂液收集罐相连通；
[0015]所述第二管路上设置有第二阀门，第三管路上设置有第三阀门，第四管路上设置有第四阀门，第五管路上设置有第五阀门，第六管路上设置有第六阀门；
[0016]所述滤失液收集罐、液体收集罐和压裂液收集罐均设置于框架外部。
[0017]优选地，所述滤失孔内设置有过滤网。
[0018]优选地，所述透明高强度帕姆板与钢板之间的间隔距离为3～10mm。
[0019]优选地，所述透明高强度帕姆板与钢板通过橡胶密封条密封连接。
[0020]优选地，所述透明高强度帕姆板与钢板尺寸相同。
[0021]一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块的一体化实验方法，采用上述针对通道压裂支撑剂与纤维团块的一体化实验装置，具体包括以下步骤：
[0022]步骤1，设置实验参数；
[0023]选取目标储层，获取目标储层的压裂施工方案、勘探资料和钻井资料；
[0024]根据压裂施工方案，获取压裂施工参数和储层厚度h1，设置实验参数，压裂液的设计注入流量Q1、压裂液粘度、支撑剂粒径、压裂液中支撑剂的质量比例S和压裂液的纤维质量比例F、脉冲时间、裂缝的设计宽度w1、返排时裂缝的闭合压力、返排时裂缝的设计宽度w3、压裂液的设计返排流量Q3、返排时裂缝的闭合压力、设计生产流量Q6；根据勘探资料及钻井资料，确定储层内裂缝的最终闭合压力，储层岩石的滤失系数C，储层产出液油水比例以及地层温度；
[0025]测量裂缝模拟室中密闭空腔的高度和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，其特征在于，包括压裂液配置模块和团块形成及评价模块；所述压裂液配置模块包括配液罐(1)和注入泵(4)，配液罐(1)内设置有搅拌器(2)和加热器(3)，配液罐(1)底部通过第一管路与团块形成及评价模块相连接，第一管路上设置有注入泵(4)；所述团块形成及评价模块包括框架(11)、液压加载装置(22)、位移传感器(23)、裂缝模拟室、显微镜(25)和计算机(17)；所述框架(11)为侧面开口的箱体结构，内部设置有液压加载装置(22)、位移传感器(23)和裂缝模拟室，裂缝模拟室由透明高强度帕姆板(18)和钢板(19)组成，透明高强度帕姆板(18)紧贴框架(11)开口，钢板(19)中心设置有滤失孔(13)，通过第六管路与滤失液收集罐(15)相连通，钢板(19)一侧与液压加载装置(22)相连接，另一侧设置为粘贴有多种粒径石英砂的粗糙面，与透明高强度帕姆板(18)相对，通过将透明高强度帕姆板(18)与钢板(19)相密封，形成用于模拟裂缝的密闭空腔(26)，所述位移传感器(23)用于测量钢板(19)的位移；所述框架(11)外部设置有显微镜(25)和计算机(17)，所述显微镜(25)设置于正对透明高强度帕姆板(18)中心位置处，所述计算机(17)分别与显微镜(25)、位移传感器(23)和液压加载装置(22)相连接；所述框架(11)顶面设置有第一缝口(12)和第二缝口(16)，第一缝口(12)和第二缝口(16)分别设置于顶面两侧，第一缝口(12)与第二缝口(16)均与密闭空腔(26)相连通；所述第一管路通过三通与第二管路和第三管路相连接，所述第二管路通过三通与第一缝口(12)和第五管路相连接，第五管路与液体收集罐(10)相连通，所述第三管路通过三通与第四管路和第二缝口(16)相连接，第四管路与压裂液收集罐(5)相连通；所述第二管路上设置有第二阀门(6)，第三管路上设置有第三阀门(7)，第四管路上设置有第四阀门(8)，第五管路上设置有第五阀门(9)，第六管路上设置有第六阀门(14)；所述滤失液收集罐(15)、液体收集罐(10)和压裂液收集罐(5)均设置于框架(11)外部。2.如权利要求1所述的一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，其特征在于，所述滤失孔(13)内设置有过滤网(21)。3.如权利要求1所述的一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，其特征在于，所述透明高强度帕姆板(18)与钢板(19)之间的间隔距离为3～10mm。4.如权利要求1所述的一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，其特征在于，所述透明高强度帕姆板(18)与钢板(19)通过橡胶密封条(20)密封连接。5.如权利要求1所述的一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，其特征在于，所述透明高强度帕姆板(18)与钢板(19)尺寸相同。6.一种针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验方法，其特征在于，采用如权利要求1～5所述的针对通道压裂支撑剂与纤维团块制备评价一体化的实验装置，具体包括以下步骤：步骤1，设置实验参数；选取目标储层，获取目标储层的压裂施工方案、勘探资料和钻井资料；根据压裂施工方案，获取压裂施工参数和储层厚度h1，压裂液的设计注入流量Q1、压裂液粘度、支撑剂粒径、压裂液中支撑剂的质量比例S和压裂液的纤维质量比例F、脉冲时间、
裂缝的设计宽度w1、返排时裂缝的闭合压力、返排时裂缝的设计宽度w3、压裂液的设计返排流量Q3、返排时裂缝的闭合压力、设计生产流量Q6；根据勘探资料及钻井资料，确定储层内裂缝的最终闭合压力，储层岩石的滤失系数C，储层产出液油水比例以及地层温度；测量裂缝模拟室中密闭空腔(26)的高度和宽度，获得模拟裂缝的高度h2和初始宽度w2，计算实验压裂液的注入流量Q2，如式(1)所示：式中，Q2为实验压裂液的注入流量，单位为m3/min；Q1为压裂液的设计注入流量，单位为m3/min；w1为裂缝的设计宽度，单位为m；w2为模拟裂缝的初始宽度，单位为m；h1为储层厚度，单位为m；h2为模拟裂缝的高度，单位为m；计算模拟裂缝的滤失量Q5，如式(2)所示：式中，Q5为模拟裂缝的滤失量，单位为m3/min；C为储层岩石的滤失系数，单位为t为实验的设计时长，单位为min；S
′
为钢板的侧面积，单位为m2；步骤2，制备由支撑剂和纤维组成的团块；开启配液罐(1)内的搅拌器(2)，根据步骤1中设置的压裂液粘度和压裂液的纤维质量比例F，将体积为V的压裂液与纤维在配液罐(1)内进行混合，得到含纤维的压裂液；再开启第二阀门(6)和第四阀门(8)，关闭第三阀门(7)和第五阀门(9)，设置注入泵(4)的注入流量为Q2，开启注入泵(4)，将含纤维的压裂液依次经第一管路、第二管路和第一缝口(12)注入裂缝模拟室的密闭空腔(26)中，调节第六阀门(14)，使得流经第六阀门(14)处压裂液的流量等于模拟裂缝的滤失量Q5，裂缝模拟室中的压裂液经第六管路流入滤失液收集罐(15)中；根据脉冲时间设置加砂时间，在加砂时间内向配液罐(1)中加入支撑剂，得到含有支撑剂的压裂液，含有支撑剂的压裂液依次经第一管路、第二管路和第一缝口(12)流入裂缝模拟室的密闭空腔(26)中，压裂液中的纤维与支撑剂在滤失孔(13)处结合形成团块，利用显微镜(25)观察裂缝模拟室内压裂液中纤维与支撑剂的结合情况并进行拍照，得到团块制备过程中不同时间的团块形态图片，当配液罐(1)中压裂液全部注入后，团块制备完成，利用显微镜(25)观察获取团块制备完成时的团块形态图片，关闭注入泵(4)和第六阀门(14)；选取时间为x1和x2时的团块形态图片，分别确定x1时刻和x2时刻的团块面积，计算团块的生长速度v
A
，如式(3)所示：式中，v
A
为团块的生长速度，单位为cm2/s；A
x1
为x1时刻的团块面积，单位为cm2；A
x2
为x2时刻的团块面积，单位为cm2；将冲洗液注入配液罐(1)内，设置冲洗液的注入流量小于压裂液的注入流量Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕明锟，郭天魁，曲占庆，郭畅，陈铭，刘晓强，王云鹏，李群，甘伦，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：