[發明專利]模擬支撐劑在裂縫中的磨蝕性能的裝置和方法

有效

• 申請號: 201610552109.5
• 申請日: 2016-07-13
• 公開（公告）號: CN107620586B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 黃志文;龍秋蓮;張龍勝;林鑫;熊偉;孫志宇;高媛萍;賀甲元;賴建林
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267
• 代理公司: 11372 北京聿宏知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳大建

本發明提出了一種模擬支撐劑在裂縫中的磨蝕性能的裝置和方法。該裝置包括缸體；設置在所述缸體內的砂盤，所述砂盤與所述缸體的下端形成密閉的第一空間；用于驅動所述砂盤運動的驅動組件；與所述第一空間連通的連通口；用于封堵所述連通口的堵頭。通過該裝置可進行不同壓裂液、不同砂比、不同磨蝕時間、不同磨蝕速度、不同裂縫壁面粗糙度、不同裂縫寬度等多因素對支撐劑進行磨蝕性能的評價測試。通過該裝置和方法，有助于實現壓裂材料優選，提高壓裂效果。

技術領域

本發明涉及油氣田開發中石油壓裂支撐劑性能評價技術領域，尤其是一種模擬支撐劑在裂縫中的磨蝕性能的裝置和方法。

背景技術

油氣井壓裂的目的是形成一條用支撐劑支撐的人工裂縫，達到低滲儲層獲得較高產能的目的。目前常用的支撐劑有石英砂和陶粒,即具有一定粒度和抗壓強度的天然砂或以鋁礬土為原料，通過粉末制粒，燒結而成人造高強陶粒。目前人造的中等強度低密度的硅酸鋁支撐劑(陶粒砂)、人造的中等強度高密度的氧化鋁和硅酸鹽支撐劑、高強度的鋁礬土和高強度的硅酸鋯支撐劑、以及涂敷預固化涂層和可固化涂層樹脂的天然砂或人造支撐劑。支撐劑應該滿足耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、耐磨蝕等要求，具有高強度、高導流能力、低密度、低破碎率等特點。支撐劑按抗破碎度分別為52MPa(7500psi)、69MPa(1000psi)和86MPa(12500psi)、102MPa(15000psi)等系列；按體積密度分為低密度、中密度、高密度等系列；按尺寸規格分為12-20目、16-20目、16-30目、20-40目、30-50目、40-60目、40-70目、70-100目等系列。

隨著壓裂技術的不斷進步，為了實現更高的導流能力、更長的壓裂有效期，在支撐劑的研發方面不斷取得創新，最主要的有覆膜支撐劑，即采用特殊工藝將改性苯酚甲醛樹脂包裹到石英砂或陶粒的表面上，并經熱固處理制成，其特點是密度比石英砂或陶粒略輕(顆粒密度一般為2.55)強度比天然石英砂或陶粒抗壓強度高、導流能力好。樹脂涂層砂支撐劑減少了顆粒接觸處的點載荷。支撐劑周圍的樹脂薄膜增加了各顆粒之間的接觸面積，所以這些顆粒就能夠耐得住壓碎之前的較高閉合壓力。雖然未涂層的支撐劑砂粒間的點與點接觸，接觸面積的直徑小于顆粒直徑10％，變成了小面積接觸，接觸面積更寬高達直徑25％～40％分散了作用于砂粒上的負荷，使砂粒具有更高的抗破碎能力。

堅韌的樹脂膜在原油、鹽水和大多數酸液中，其化學性質是不活潑的。由于面接觸樹脂膜的塑性流動而降低了點對點的載荷之外，這些樹脂膜粘連并包住壓碎的砂粒碎屑，減少了碎屑運移,提高了導流能力；但另一方面由于樹脂薄膜在高閉合壓力狀態下變形則引起導流能力降低。與預固化涂層砂相比可固化支撐劑的接觸帶由于樹脂流動較好而寬的多，在高閉合壓力狀態下由于樹脂涂層的變形所引起的初始導流能力降低，所產生的細粒越少，其導流能力越高。

不同支撐劑表面因燒結、覆膜等加工工藝而產生不同硬度，在實際的油氣田生產中，壓裂車組以極高的速度將支撐劑和壓裂液混合物經高壓曲折的管路、滑套噴砂器的端口或射孔孔眼、在經過形態不規則、寬度不等、粗糙的裂縫最終停留鋪置在地層中。這一過程支撐劑對管路、對近井地帶的裂縫會產生沖擊和磨蝕，而支撐劑本身的也會經歷這一磨蝕的過程，對支撐劑的表面物質、圓球度、破碎率甚至導流能力都會產生影響。

目前，還沒有一種能夠模擬混砂液在裂縫中運移過程中，對支撐劑顆粒表面受到裂縫壁面磨蝕情況的模擬裝置和評價方法。現如今在各個領域中所有的一些實驗設備不能精確控制支撐劑在裂縫中磨蝕過程的主要因素，例如，支撐劑在裂縫壁面的磨蝕時間、運移速度、裂縫壁面的粗糙程度，以及實際的磨蝕條件(例如：溫度、壓力、壓裂液的性能等)。這就在一定程度上限制了一些支撐劑磨蝕性能的評價工作。

因此，需要發明一種模擬支撐劑在裂縫中的磨蝕性能的裝置和方法，以適用模擬實際地層條件和支撐劑運移情況，更準確測量和評價支撐劑在裂縫中的抗磨蝕性能。

發明內容