裂縫導流能力測定實驗指導書(1)

裂縫導流能力測定實驗一、實驗目的1.了解巖石被支撐裂縫的導流能力隨閉合壓力變化的關(guān)系、以及在相同閉合壓力條件下鋪有不同層數(shù)的支撐劑的裂縫導流能力的差異；2.分析說明達西公式與二項式公式計算出的結(jié)果不同的原因；3.熟悉壓力試驗機的操作及實驗流程。二、實驗原理裂縫的滲透率可由氣體滲流的流量來反映，測量氣體在不同入口和出口壓力下的流量后，可通過氣體徑向滲流的達西公式來確定裂縫的導流能力。三、實驗儀器和材料及流程1. 儀器： NYL2000D型壓力試驗機，空氣壓縮機供氣源，定值器氣源開關(guān)，精密壓力表，浮子流量計，巖心（鋼板）模，游標卡尺，天平。2. 材料：不同產(chǎn)地的壓裂砂、陶粒。3.流程：流量計供氣閥定值器上壓表巖心室減壓器空壓機四、實驗步驟（一）實驗準備1. 在附表1中記錄使用的砂子產(chǎn)地、粒徑、名稱及某溫度下的氣體粘度；2. 用游標卡尺量出巖心模的外徑ro及孔眼的內(nèi)徑re記錄附表1中，用作計算巖心模面積；3. 稱一定重量的砂子（記下砂子的顆粒直徑）均勻地鋪在模擬巖心面上，要保持單層，鋪完后用放大鏡檢查一下砂子是否鋪的均勻和緊密。然后稱剩余砂子的重量，二者之差即為鋪在巖心上的砂重，并按下式計算出支撐劑的濃度：將此濃度值記入表1中。4. 將上巖心片（孔眼向下）放于下巖心片的上方，然后上下巖心片放在試驗機下承壓板中心位置。5. 認真記錄試驗機載荷數(shù)顯表上顯示的加載值。（二）巖心加壓法1. 巖心放在下承壓板上，用手旋轉(zhuǎn)螺桿將上承壓板合并，壓住巖心模型，準備加載。2. 旋緊回油閥，按綠鈕開機器，用送油閥慢慢加壓，通過控制送油閥開啟程度控制加壓速度，當主動指針（黑針）轉(zhuǎn)到1.5噸（或1KN）時,將送油閥放慢關(guān)閉維持此點上，將定值器打開使氣體進入浮子流量計中，同時浮子上升，調(diào)節(jié)定值器旋鈕,使浮子指示到流量計刻度的最高度值。3. 送油閥繼續(xù)開動，當指針加到所規(guī)定的噸數(shù)時，保持指針示數(shù)不變。同時讀出流量數(shù)Q和對應(yīng)的壓力P（精密壓力表示數(shù)）。4. 需要載荷分別依次加到30、50、70、100、150、180、200、250、300kN讀出相應(yīng)的P，Q值，記錄在表2中，用達西公式計算。在測點120KN處，保持載荷不變，改變P（調(diào)定值器閥），讀出 Q, 每測點共記5組數(shù)據(jù)于表3中，用于二項式公式計算。5. 試驗結(jié)束后，關(guān)送油閥，按紅鈕關(guān)電源，慢慢打開回油閥卸載，將巖心取出，觀察支撐劑破碎情況。6. 雙層支撐劑測定：將重量為巖心上鋪設(shè)單層時支撐劑重量二倍濃度分量的支撐劑鋪于巖心表面，依次按步驟（二）進行操作，測出不同載荷下的P及Q值記入表2、表3中。五、注意事項（1）不要觸摸在壓力試驗機下的巖心室；（2）開動壓力試驗機前，一定要檢查回油閥是否處在關(guān)閉狀態(tài)；（3）觀察的浮子流量計應(yīng)讀取測量時間內(nèi)的平均值；（4）要保證巖心室處在壓力試驗機下承壓板的中心位置；（5）出現(xiàn)意外情況時先關(guān)閉電源。六、數(shù)據(jù)處理（1）實測數(shù)據(jù)表1 基本參數(shù)巖心外半徑ro（cm）巖心孔眼半徑re（cm）巖心面積（cm2）支撐劑濃度（g/cm2）空氣粘度（mPas）支撐劑單層雙層目數(shù)產(chǎn)地中國表2 變載荷下的流量與壓力關(guān)系數(shù)據(jù)載荷（kN）單層雙層入口壓力Pi（MPa）出口壓力Po（MPa）浮子流量Q(m3/h)入口壓力Pi（MPa）出口壓力Po（MPa）浮子流量Q(m3/h)30 0.1 0.1 50 0.1 0.1 70 0.1 0.1 100 0.1 0.1 150 0.1 0.1 180 0.1 0.1 200 0.1 0.1 250 0.1 0.1 300 0.1 0.1 表3 定載荷下的流量與壓力關(guān)系數(shù)據(jù)載荷（kN）單層雙層入口壓力Pi（MPa）出口壓力Po（MPa）浮子流量(m3/h)入口壓力Pi（MPa）出口壓力Po（MPa）浮子流量Q(m3/h)120 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 （2）數(shù)據(jù)計算計算閉合壓力（以30kN載荷為例）用達西公式計算裂縫導流能力KfW 式中：Q 氣體流量,cm3/s；氣體的粘度，mPa*s；Pi氣體上游壓力，atm；Po大氣壓力，atm；ro供給半徑，cm； re模擬井半徑，cm; Pn平均壓力，atm. 同理可求出其他測點的閉合壓力和裂縫導流能力，如表4。表4不同載荷下的閉合壓力和裂縫導流能力載荷（kN）P閉（kg/cm2）KfW（m2cm）單層雙層305070100150180200250300用二項式公式計算裂縫導流能力載荷為120kN表5 120kN載荷下（Pi2-Po2）/Q及Q的值單層雙層（Pi2-Po2)/QQ（Pi2-Po2)/QQ，以（Pi2-Po2)/Q為縱坐標，以Q為橫坐標，作直線如下圖所示：圖1. 與Q關(guān)系曲線七、思考題1.畫出實驗流程圖。2. 運用達西公式算出導流能力并畫出導流能力與閉合壓力的關(guān)系曲線。3. 分析達西公式的使用條件。4. 寫出運用達西公式和二項式公式計算在120KN時鋪單層砂、鋪雙層砂的計算過程。 壓裂酸化工作液動態(tài)濾失實驗一、 實驗目的1.在模擬地層壓力，地層溫度的條件下進行液體滲透率測定； 2.用動態(tài)或靜態(tài)方法測定如下參數(shù)：濾失系數(shù)、濾失速度、初始滲透率、恢復滲透率、滲透率損害率、濾液侵入深度等。二、實驗原理在一定的流速下使液體通過巖心，通過測定巖心的進出口壓差和流過巖心的液體的流量，結(jié)合其它參數(shù)，根據(jù)達西定律計算巖心液體滲透率。三、實驗設(shè)備及流程該儀器主要由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成。注入系統(tǒng)：由注入泵、中間容器、管閥件組成，可將各種流體按一定流量注入到模型內(nèi)。模擬系統(tǒng)：由動濾失巖心夾持器、恒溫箱、環(huán)壓泵、回壓系統(tǒng)等組成。計量系統(tǒng)：包括壓力測量、溫度測量、流量計量等。自動控制：計算機自動控制注入泵的流量，環(huán)壓泵、自動跟蹤內(nèi)壓，恒溫箱加熱恒溫等。數(shù)據(jù)采集處理：由各種數(shù)據(jù)采集卡、工控機、打印機、采集處理軟件組成，可適時采集壓力、溫度、流量等參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進行運算處理。 實驗流程：（見下頁）四、實驗步驟1巖樣準備(1)巖樣的鉆取切割：將巖樣鉆成25的圓柱體，兩端切割平整，切割面與軸線垂直。 實驗流程圖（2）巖樣的洗油（3）巖樣的烘干巖樣烘干溫度控制在6065，烘干24h后，每隔8h稱重一次，兩次稱重的差值小于10mg時，記下巖樣的實測質(zhì)量。（4）測量巖樣的幾何尺寸：長度（L）、直徑（D）。（5）巖樣氣體滲透率測定（參見油層物理實驗）。（6）巖樣抽空飽和油（水），稱濕重，計算巖樣孔隙體積。（7）將飽和好油（水）的巖樣浸泡在油（水）中，待用。2流程準備保證儲液容器、各種泵內(nèi)液體充足，不足時請?zhí)砑印?巖心的安裝從燒杯中取出預先飽和好的巖心，放入夾持器膠套內(nèi)，裝上夾持器堵頭，頂緊巖樣。4加環(huán)壓密封巖樣(1)手動加環(huán)壓將控制面板上手動、自動開關(guān)打到手動位置，打開環(huán)壓泵開關(guān)，增壓至需要壓力值時，關(guān)環(huán)壓泵開關(guān)。(2)自動加環(huán)壓將控制面板上手動、自動開關(guān)打到自動位置，在計算機實驗程序上，點擊實驗開始鍵后，計算機自動控制環(huán)壓泵的啟動與停止，并自動跟蹤驅(qū)替壓力，維持環(huán)壓與驅(qū)替壓力差。5加回壓回壓控制是通過對回壓閥施加控制壓力而實現(xiàn)的，外加控制壓力最好是氣體，以保證控制精度。打開回壓排液閥，關(guān)閉進氣閥和回壓吸液閥，順時針搖泵加壓，逆時針搖泵減壓。6加溫先打開面板上恒溫箱風機開關(guān)，再打開加熱開關(guān)，在其控溫儀上設(shè)定需加熱的溫度，溫控儀自動控制恒溫箱加熱，至所需溫度恒溫。溫控儀溫度設(shè)定方法詳見溫控儀使用說明書。停止加熱只需將加熱開關(guān)斷開，或?qū)乜貎x溫度設(shè)定到低于環(huán)境溫度。7正反向驅(qū)替當巖心需要進行正反向驅(qū)替時，通過開關(guān)夾持器兩端的閥門改變液體流向來實現(xiàn)。詳見流程圖8模擬剪切剪切轉(zhuǎn)速0600r/min可調(diào)。轉(zhuǎn)速100r/min時剪切速率170S-1左右。9實驗評價濾失試驗時，管線必須用鹽水充滿。10.操作規(guī)程(1).打開儀器電源預熱一小時以上，（要加熱需提前打開加熱開關(guān)，設(shè)定加熱溫度預熱）檢查壓力顯示表是否是零，不是零的將儀表調(diào)零。(2).將動濾失夾持器攪拌裝置卸下，將飽和好液體的巖心放入動濾失夾持器，用夾持器右邊堵頭將巖心頂?shù)接跒V失端面相平。再裝上左邊堵頭。(3).將手動、自動開關(guān)撥到手動，打開氣瓶上的氣源閥（調(diào)節(jié)減壓閥輸出壓力0.5MPa左右），打開環(huán)壓開關(guān)加2MPa左右環(huán)壓停泵，將手動、自動開關(guān)撥到自動，再將濾失出口管線接到夾持器右堵頭的閥門上，滲透率進口閥上的管線接到右堵頭的兩通上，測壓點8上的管線接到左堵頭上。將天平放到儀器左邊的出口管線處，做實驗過程中要注意天平上的杯子里液體不能漫出。要加回壓，打開回壓排液閥，關(guān)閉進氣閥和回壓吸液閥，順時針搖泵加壓，逆時針搖泵減壓。(4).打開滲透率進口閥、濾失進口閥和右堵頭上的閥，關(guān)閉容器上面的閥門，啟動平流泵（泵要設(shè)為恒流狀態(tài)）等濾失出口處管線不斷出液，關(guān)閉右堵頭上的閥門。(5).打開測試軟件，點擊“基質(zhì)滲透率損害測定”將巖心參數(shù)錄入，選擇巖心夾持器類型，選擇注前滲透率測定，選擇巖樣號，點擊“開始”，等驅(qū)替壓力穩(wěn)定，采集的流量穩(wěn)定，將判斷誤差改到5%左右，按“回車鍵”，軟件自動判斷測試結(jié)束。手動將泵停止。(6).將右堵頭上的閥門打開將進口壓力放空后關(guān)閉此閥，將左堵頭拆下?lián)Q上短堵頭，關(guān)閉夾持器下面的閥門，將濾失的液體加到容器和夾持器里，裝上攪拌裝置，打開攪拌開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)速表上的旋鈕選擇速度。將容器上6管線接到夾持器上，打開容器上的閥門和濾失進口閥門，關(guān)閉滲透率進口閥，將平流泵設(shè)到恒壓狀態(tài)（3.5MPa）啟動泵。將天平放到儀器右邊的出口管線處，做實驗過程中要注意天平上的杯子里液體不能漫出。(7).點擊“濾失性測定”,錄入濾失液體的基本參數(shù)，再點擊“濾失測定”選擇樣品號，將天平清零，等恒壓泵壓力恒定后，先點擊“開始”，再打開夾持器右堵頭上的閥門，恒壓濾失半小時后手動停止采集，再將夾持器下面閥門打開放空。(8).將攪拌裝置拆下，將里面液體放掉，再將左邊堵頭拆下?lián)Q上長堵頭，將管線接到測壓點8處，關(guān)閉容器上面的閥門和右堵頭上的閥門，打開滲透率進口閥和濾失進口閥。啟動平流泵（泵要設(shè)為恒流狀態(tài)）將天平放到儀器左邊的出口管線處，做實驗過程中要注意天平上的杯子里液體不能漫出。(9).打開測試軟件，點擊“基質(zhì)滲透率損害測定”選擇巖心夾持器類型，選擇“注后滲透率測定”，選擇巖樣號，點擊“開始”，等驅(qū)替壓力穩(wěn)定，采集的流量穩(wěn)定，將判斷誤差改到5%左右，按“回車鍵”，軟件自動判斷測試結(jié)束。手動將泵停止。將右堵頭上的閥門打開將進口壓力放空，放完后，點擊軟件界面上的“放空”按鈕，將環(huán)壓放空，環(huán)壓放空時請將儀器左面板處的環(huán)壓放空調(diào)節(jié)閥完全打開，放空后在復原。將夾持器左右堵頭都拆下，取出巖心。(10).清理容器和夾持器里殘液，將儀器插干凈，關(guān)閉總電源開關(guān)和氣源閥。五、注意事項1.平流泵要定期清洗，其詳細維護請參閱平流泵說明書。2.電子天平要避免強烈振動，切不可過載，其詳細的注意事項請閱讀天平說明書。3.本儀器所配計算機為儀器的專用控制機，切忌亂拷軟件，尤其是來歷不明的軟盤，計算機病毒可能會導致控制及數(shù)據(jù)采集的混亂和錯誤。4.儀器所有與液體接觸的部分均為不銹鋼材質(zhì)，有一定的抗腐蝕性能，但并非一勞永逸。對流程管匯部分需經(jīng)常清洗，尤其是注完酸或其它強腐蝕液體后要立即用清水清洗。流程長期不用時，流程管匯內(nèi)注滿油或用高壓氣吹干，以防銹蝕。5.長期使用會造成對流程密封件的正常破損，影響密封性能，所以，建議定期對儀器進行耐壓試驗，對儀器的泄露部分更換密封件，對經(jīng)常使用者其周期以3個月為宜。泡排劑性能測定實驗一、 實驗目的1.正確配制實驗所需泡排劑溶液。2.正確使用攪拌機等實驗儀器。3.測定泡排劑的泡高和半衰期。4.繪制濃度與泡高、濃度與半衰期的關(guān)系曲線。二、實驗原理將不同濃度的泡排劑溶液放入攪拌杯中攪拌，模擬泡排劑溶液在井筒中流動受氣流攪拌的狀況，測定不同濃度泡沫的起泡能力和穩(wěn)定性。三、實驗儀器設(shè)備及流程1.實驗儀器設(shè)備及試劑:變頻高速攪拌機（或電動攪拌機）、量杯、不同種類的泡排劑、自來水（或地層水）、計時器。2.實驗流程四、實驗步驟1.分別將不同類型的泡排劑配制濃度為0.4、0.8、1.23.2%溶液各200ml待用。2.將配制好并攪拌均勻的泡排劑溶液量取100ml，倒入攪拌杯中，將攪拌杯放在攪拌機上。調(diào)整好高度。3.啟動攪拌機進行攪拌，同時記錄攪拌