[發(fā)明專利]一種模擬頁(yè)巖氣壓后單縫返排的實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510716601.7
• 申請(qǐng)日: 2015-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105301192B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海濤;王科;陽(yáng)明君;張建豐;羅紅文;夏濤;張楠;王旦丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/00
• 分類號(hào): G01N33/00;G01N15/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬頁(yè)巖氣壓后單縫返排的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬于油氣田開(kāi)發(fā)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

頁(yè)巖氣藏是一種致密氣藏，通常需要進(jìn)行壓裂改造才能獲得有效工業(yè)氣流。頁(yè)巖氣壓裂通常采用滑溜水或清水使用高壓、高排量、低粘度的方式將支撐劑攜帶進(jìn)地層，形成有效裂縫后還要盡可能的將濾失到地層的壓裂液最大限度地返排出來(lái)，減少地層的傷害，同時(shí)減少支撐劑的回流量并使支撐劑能有效沉降，以提高裂縫導(dǎo)流能力和近井地帶油氣層的滲透率，改善壓裂增產(chǎn)效果。因此，對(duì)氣井壓后返排過(guò)程中返排工藝、支撐劑回流和沉降規(guī)律進(jìn)行研究顯得尤為重要。

國(guó)內(nèi)外對(duì)頁(yè)巖氣壓后壓裂液返排工藝的研究主要停留在理論研究上，傳統(tǒng)的全三維裂縫幾何模擬器系統(tǒng)研究了裂縫閉合期間支撐劑的沉降規(guī)律，但并沒(méi)有考慮返排過(guò)程中壓降、支撐劑的回流量以及沉降規(guī)律等因素；早期狹槽模型實(shí)驗(yàn)是通過(guò)狹槽中間填支撐劑，實(shí)驗(yàn)流體從一端泵入，流經(jīng)充填層，其兩壁有觀測(cè)裝置可以觀測(cè)支撐劑的回流情況，狹槽可以改變大小，此方法能模擬縫寬變化對(duì)支撐劑回流的影響，但沒(méi)有考慮閉合壓力的影響；圓管—射孔模型主要考察支撐劑回流的臨界流量，其方法是在不銹鋼管中填滿支撐劑然后讓不同流速流體通過(guò)，這種方法不能模擬縫寬和閉合壓力變化；最經(jīng)典的方法是API線性流動(dòng)巖心夾持筒，此方法的優(yōu)勢(shì)是考慮了壓力與溫度變化下的支撐劑回流現(xiàn)象，還可以得出不同裂縫寬度和流速條件下支撐劑發(fā)生回流的臨界條件，但這種方法沒(méi)有考慮裂縫縫長(zhǎng)、裂縫接觸面幾何形態(tài)、鋪砂濃度、鋪砂配比對(duì)支撐劑回流的影響以及出砂量、出砂臨界速度、支撐劑嵌入程度、返排過(guò)程中壓降、壓裂液濾失量等因素的影響。最常用的API導(dǎo)流模型以及網(wǎng)格裂縫矩形導(dǎo)流模型往往只能測(cè)裂縫的導(dǎo)流能力，卻不能動(dòng)態(tài)研究頁(yè)巖氣壓后返排過(guò)程中的影響因素。模擬頁(yè)巖氣壓后返排技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn)裝置及方法目前還不能系統(tǒng)的考慮多方面的因素影響，因此研制一種能模擬頁(yè)巖氣壓后返排過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置及其工作方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種模擬頁(yè)巖氣壓后單縫返排的實(shí)驗(yàn)裝置，模擬和測(cè)量頁(yè)巖儲(chǔ)層通過(guò)壓裂產(chǎn)生的單縫的導(dǎo)流能力及巖石物性、縫寬、縫長(zhǎng)和返排工藝對(duì)支撐劑嵌入程度、支撐劑回流及沉降規(guī)律的影響。

本發(fā)明還提供一種上述裝置的工作辦法。

本發(fā)明的技術(shù)方法如下：

一種模擬頁(yè)巖氣壓后單縫返排的實(shí)驗(yàn)裝置，其包括泵組、裝置主體、液壓與溫控裝置、尾部監(jiān)測(cè)裝置、廢液處理裝置，裝置主體主要是改進(jìn)的巖心夾持器、特制裂縫巖心；改進(jìn)巖心夾持器用來(lái)模擬環(huán)形導(dǎo)流室腔，通過(guò)液壓與溫控裝置來(lái)控制空腔中的溫度及壓力，可用來(lái)模擬地層高溫高壓環(huán)境；側(cè)面頂端上下兩孔是位移計(jì)窗口，能監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的縫寬變化；巖心夾持器內(nèi)部封閉空腔是液壓油儲(chǔ)存空腔，腔內(nèi)有電阻絲、壓力與溫度傳感器；向內(nèi)是導(dǎo)流室腔，導(dǎo)流室腔中間部位側(cè)面包裹有橡膠圈，橡膠圈最右側(cè)有環(huán)形突出，是控制巖心與橡膠套筒的塞入位置；橡膠圈兩端是長(zhǎng)段金屬內(nèi)螺紋；整個(gè)導(dǎo)流室腔直至外端面都有刻度。

導(dǎo)流室腔兩端是密封夾持桿，夾持桿上有長(zhǎng)段外螺紋，與導(dǎo)流室腔內(nèi)螺紋配套，能起到密封的作用；各密封夾持桿內(nèi)端面有環(huán)形橡膠圈包裹在端面外圍，能頂住巖心起到密封的效果；夾持桿中有導(dǎo)流孔及壓力監(jiān)測(cè)窗口，入口端夾持桿有4圈呈陣列排布的導(dǎo)流孔，且4圈導(dǎo)流孔與中心導(dǎo)流孔在一條直徑上或接近直線，這樣無(wú)論密封夾持桿旋到什么角度，都會(huì)有一條直線上的7個(gè)導(dǎo)流孔與裂縫接觸；從最外圈導(dǎo)流孔向圓心導(dǎo)流孔呈階梯狀內(nèi)凹收縮，內(nèi)凹程度很小，如此能增加流體與巖心的接觸面積；出口端夾持桿內(nèi)端面有一條螺旋狀導(dǎo)流槽向圓心收縮成一個(gè)圓心導(dǎo)流孔，每一級(jí)導(dǎo)流槽兩壁是隔擋，這是為了防止兩半圓柱體巖心在高壓環(huán)境下發(fā)生錯(cuò)位移動(dòng)，整個(gè)端面也呈凹形，內(nèi)凹距離很小，如此能增加液體的匯聚；出口端夾持桿與尾部監(jiān)測(cè)裝置相連。

所述的尾部監(jiān)測(cè)裝置包括流量監(jiān)測(cè)裝置及出砂監(jiān)測(cè)裝置，出砂監(jiān)測(cè)裝置與計(jì)算機(jī)相連，能動(dòng)態(tài)檢測(cè)出砂量，只要適時(shí)記錄當(dāng)時(shí)的流量，就能得出臨界出砂流量及最大出砂流量。

裂縫主要是由兩塊半圓柱體巖心模擬，兩半圓柱體巖心受到圍壓及高溫就能模擬地層高溫高壓環(huán)境裂縫；兩半圓柱巖心側(cè)面頂端中心各有一個(gè)位移發(fā)射器，正對(duì)著位移發(fā)射器的是位移接收器，將測(cè)量的位移數(shù)據(jù)減去巖心直徑長(zhǎng)度，即為裂縫縫寬。

巖心裝入夾持器之前需裝進(jìn)一個(gè)橡膠套筒，套筒側(cè)面有開(kāi)口及絲扣，套筒側(cè)面上下端中心有一圓心開(kāi)口；巖心是與頁(yè)巖性質(zhì)相近的大理石，裂縫面凹凸不平。巖心、橡膠套筒、環(huán)形導(dǎo)流室腔都有對(duì)應(yīng)的刻度線，是為了對(duì)齊且讓位移接收器、位移發(fā)射器、橡膠套筒上下側(cè)面圓心開(kāi)口也對(duì)齊。