裂縫導流能力實驗

中國石油大學裂縫導流能力實驗報告實驗日期：2011.11.21 成績：班級：石工08-6班學號：姓名:教師： 同組者： 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系、以及在相同閉合壓力條件下鋪有不同層數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1、 儀器：NYL—200D型壓力試驗機或NYL—2000D型壓力試驗機，空氣壓縮機一供氣源，定值器—氣源開關，精密壓力表，浮子流量計，巖心（鋼板）模，游標卡尺，放大鏡。2、 材料：不同產地的壓裂砂、陶粒。四、實驗步驟（一）實驗準備1、 在附表1中記錄使用的砂子產地、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及孔眼的內徑re記錄附表1中，用作計算巖心模面積；3、 稱一定重量的支撐劑均勻地鋪在纏有銅網的巖心面上，要保持單層。按下式計算出支撐劑的濃度：支撐劑（砂子）的濃度二憚層支撐劑的重量

支撐劑（砂子）的濃度二憚層支撐劑的重量

鋪有支撐劑巖心的而積將此濃度值記入表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刻度盤上讀出加載值。（下） （上）圖3-1 |巖心模型(二)巖心加壓法1、巖心放在下承壓板上，用手旋轉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)轉到1.5噸(或1KN)時，將送油閥放慢關閉維持此點上，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)定的噸數時，保持指針示數不變。同時讀出流量數Q和對應的壓力P(精密壓力表示數)，記錄在附表3中。4、 需要載荷分別依次加到30KN50KN(70KN) 100KN(120KN)150KN(180KN)200KN250KN300KN讀出相應的P,Q值，用達西公式計算。注意：在測點7、12、18噸(或70、120、180KN)處，保持載荷不變，改變P

(調定值器閥)，讀出Q，每測點共記5組數據于表2中，用于二項式公式計算。5、 實驗結束后，關送油閥，按紅鈕關電源，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3、表2中。五、實驗結果計算(1)實測數據表1基本參數巖心外半徑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(mPa?s)支撐劑單層雙層目數產地4.50650.50063.01580.31740.63480.01820，40勝利油田表2變載荷下的流量與壓力關系數據載荷(kN)單層雙層入口壓力(MPa)出口壓力(MPa)浮子流量(m3/h)入口壓力(MPa)出口壓力(MPa)浮子流量(m3/h)300.1770.1010.800.1770.1010.80500.1770.1010.800.1770.1010.80700.1770.1010.800.1770.1010.801000.1770.1010.800.1770.1010.801500.1770.1010.800.1770.1010.801800.1770.1010.800.1770.1010.802000.1770.1010.800.1770.1010.802500.1770.1010.800.1770.1010.803000.1770.1010.800.1770.1010.80

2）數據計算計算閉合壓力（以30kN載荷為例）=48.58kg/cm2 加壓載荷（kg） 30000輔有支撐劑的巖心面積 （cm=48.58kg/cm2同理可以求出其他測點的閉合壓力，如下表3所示用達西公式計算裂縫導流能力KfW（以30kN載荷單層支撐劑為例）KfW=rQHnInOre0.80x106 0.177+0.101 1x0.018x x3600 2 0.101354.5065xln0.500-Po2兀x|0.1772-0.1012|x120.101352=1.867|im-cm同理可求出其他測點的閉合壓力和裂縫導流能力，如表3。圖一閉合壓力和導流能力的曲線圖一閉合壓力和導流能力的曲線表3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(pm2cm)單層雙層3048.5786821.8671.8675080.9644691.8671.86770113.350261.8671.867100161.928941.8671.867150242.893411.8671.867180291.472091.8671.867200323.857881.8671.867250404.822351.8671.867300485.786821.8671.867

由圖一看出，在一定范圍之內，巖石被支撐裂縫的導流能力不隨閉合壓力變化而變化。用二項式公式計算裂縫導流能力載荷為120kN表4定載荷下的流量與壓力關系數據載何(kN)單層雙層入口壓力（MPa）出口壓力（MPa）浮子流量（m3/h）入口壓力（MPa）出口壓力（MPa）浮子流量（m3/h）1200.1770.1010.800.1770.1010.800.1830.1010.840.1830.1010.840.1910.1010.880.1930.1010.880.2010.1010.920.2040.1010.920.2130.1010.960.2150.1010.96表5120kN載荷下（Pi2-Po2）/Q及Q的值單層雙層(Pi2-Po2)/QQ(Pi2-Po2)/QQ0.000951222.22220.000951222.22220.000998233.33330.000998233.33330.001075244.44440.001107244.44440.001182255.55560.001229255.55560.001319266.66670.001351266.6667p2—p2i o=A+BQQ ，以（Pi2-Po2）/Q為縱坐標，以Q為橫坐標，作直線如下圖所示：P2—P2圖二’Q°與Q關系曲線

由圖可知：單層A=0.0092，雙層由圖可知：單層A=0.0092，雙層A=0.0114則有裂縫在120kN載荷下，導流能力為:KW單層支撐劑f=KW單層支撐劑f=4.30卩m2-cmlnf= xln A r 0.0092 0.50e卩r0.018 4.5065KW=—lnF= xln =3.47卩m2-cm雙層支撐劑fA re0.0114 0.50六、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閉狀態(tài)；（3） 觀察的浮子流量計應讀取測量時間內的平均值；（4） 要保證巖心室處在壓力試驗機下承壓板的中心位置；（5） 出現意外情況時先關閉電源。七、思考與討論畫出實驗流程圖。答：用游標卡尺測量巖心模型的內外半徑--T用電子天平稱量20克支撐劑---T將支撐劑均勻的鋪在巖心摸上，蓋好后放在承壓板中心一T打開進氣閥并且加壓，記錄各壓力下的數據一T測量完畢，關閉儀器，換40克支撐劑，重復實驗步驟一T實驗完畢，關閉實驗儀器并整理。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系曲線；答：計算結果和曲線見表3和圖一.達西公式的使用條件；答：達西公式適用于流速較低即氣體流量不大流動形態(tài)屬于層流時的情況下，此時流體以粘滯力為主。對于氣測滲透率由于氣體的膨脹和滑脫效應要對達西公式進行校正。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

答：達西公式載荷為120kN時導流能力計算如下鋪單層砂：（以第一組數據為例）KrW=rQMnKrW=rQMn1"Ore/6、0.80x106 0.177+0.101 1 4.5065x0.018x x xln3600 2 0.10135 0.500Mp2-po2兀x|0.1772-0.1012卜( 丿0.1013522=1.867|im-cm鋪雙層砂：QPpn1"么re-4P2-QPpn1"么re-4P2-