支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究

支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究

壓裂支撐方案的內(nèi)源性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是支撐方案評(píng)估的重要依據(jù)，在壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)中可以發(fā)揮重要作用。然而，這些數(shù)據(jù)是否能夠大致反映儲(chǔ)層支撐的實(shí)際情況，是壓裂研究人員面臨的問(wèn)題之一。由于氣體分子小、黏度低,具有壓縮性,其滲流特征和液體存在較大差別。常規(guī)支撐劑短期導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)采用蒸餾水或去離子水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不能準(zhǔn)確反映實(shí)際氣藏的情況,其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)降低了氣藏壓裂設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。為了分析支撐劑液測(cè)和氣測(cè)導(dǎo)流能力的差異,獲得氣測(cè)導(dǎo)流能力數(shù)據(jù),指導(dǎo)氣井壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì),室內(nèi)按國(guó)際支撐劑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)APIRP61,采用從美國(guó)進(jìn)口的API導(dǎo)流實(shí)驗(yàn)裝置在支撐劑質(zhì)量檢測(cè)中心進(jìn)行了氣測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)。1實(shí)驗(yàn)設(shè)備組成、流程液測(cè)、氣測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)采用API支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)儀,從美國(guó)CER公司進(jìn)口,目前是國(guó)內(nèi)支撐劑質(zhì)量檢測(cè)中心(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院壓裂酸化技術(shù)服務(wù)中心)的評(píng)價(jià)設(shè)備。主要由以下幾部分組成:(1)API導(dǎo)流室;(2)壓力系統(tǒng)(水壓機(jī)、壓力補(bǔ)償液壓泵及回壓調(diào)節(jié)器);(3)供液系統(tǒng)(恒流泵和脈沖阻尼器);(4)測(cè)量系統(tǒng)(溫度補(bǔ)償電子壓力傳感器、壓力傳感器、差壓傳感器、線性位移傳感器(LVDT)、溫度傳感器及電子天平);(5)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其主體API導(dǎo)流室剖面圖見(jiàn)圖1,實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)設(shè)備所用材料、規(guī)格及流程均按國(guó)際API標(biāo)準(zhǔn)制定。2實(shí)驗(yàn)條件和要求(1)密度和密度某中密度陶粒,規(guī)格為20/40目(視密度3.27g/cm3,體積密度1.90g/cm3)和30/50目(視密度3.31g/cm3,體積密度1.80g/cm3)。(2)測(cè)量對(duì)象液測(cè)導(dǎo)流能力采用二次蒸餾水,氣測(cè)導(dǎo)流能力采用氮?dú)狻?3)測(cè)量方法API線性流。(4)實(shí)驗(yàn)溫度24℃(室溫)。(5)實(shí)驗(yàn)流量液測(cè)導(dǎo)流能力6cm3/min,氣測(cè)導(dǎo)流能力每個(gè)閉合壓力點(diǎn)下測(cè)5種流量(12、14、17、20、23cm3/s)。(6)支撐劑的濃度5kg/m2。(7)mpa,20mpa,20mpa、30mpa0.5h、20.單點(diǎn)測(cè)試,共7個(gè)導(dǎo)流能力穩(wěn)壓測(cè)試點(diǎn),10MPa(0.25h)、20MPa(0.5h)、30MPa(0.75h)、40MPa(1.0h)、50MPa(1.25h)、60MPa(1.5h)、70MPa(2.0h)。(8)mpa、30mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa、20mpa單點(diǎn)測(cè)試,共7個(gè)導(dǎo)流能力穩(wěn)壓測(cè)試點(diǎn),10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa。每個(gè)閉合壓力點(diǎn)下測(cè)上述5種流量,從低到高,每種流量下穩(wěn)壓測(cè)3min,計(jì)算滲透率,取平均值。3實(shí)驗(yàn)原理3.1u3000測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)按線性流設(shè)計(jì),確保液體或氣體在層流狀態(tài)下滲流通過(guò)支撐劑充填層,氣體滲流時(shí)不產(chǎn)生滑脫效應(yīng)。根據(jù)達(dá)西定律,層流條件下的液測(cè)和氣測(cè)滲透率計(jì)算公式見(jiàn)(1)和(2),對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流能力計(jì)算公式見(jiàn)(3)和(4)。由計(jì)算公式可見(jiàn),液測(cè)滲透率及其導(dǎo)流能力與測(cè)壓孔上下游壓差成反比,而氣測(cè)滲透率和導(dǎo)流能力與上下游壓力的平方差成反比k1=101.325q1μ1LAΔp=101.325q1u1LWWfΔp(1)kg=202.65p0q0μgLA(p12?p22)=202.65p0q0μgLWWf(p12?p22)(2)k1?Wf=101.325q1μ1LWΔp(3)kg?Wf=202.65p0q0μgLW(p12?p22)(4)k1=101.325q1μ1LAΔp=101.325q1u1LWWfΔp(1)kg=202.65p0q0μgLA(p12-p22)=202.65p0q0μgLWWf(p12-p22)(2)k1?Wf=101.325q1μ1LWΔp(3)kg?Wf=202.65p0q0μgLW(p12-p22)(4)式中,k1為支撐劑充填層液測(cè)滲透率,μm2;kg為支撐劑充填層氣測(cè)滲透率,μm2;k1·Wf為支撐劑充填層液測(cè)導(dǎo)流能力,μm2·cm;kg·Wf為支撐劑充填層氣測(cè)導(dǎo)流能力,μm2·cm;q1為液體流量,cm3/s;q0為在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p0下氣體體積流量(出口氣量),cm3/s;μ1為測(cè)試液體黏度,mPa·s;μg為測(cè)試氣體黏度,mPa·s;L為測(cè)壓孔之間的距離,cm;A為流通面積,cm2;p1為上游壓力,kPa;p2為下游壓力,kPa;p0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下大氣壓,kPa;Δp為上下游壓差,kPa;W為導(dǎo)流室的寬度,cm;Wf為支撐劑充填層的厚度,cm。3.2率和回流能力的公式實(shí)驗(yàn)用導(dǎo)流室按照美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),其相關(guān)尺寸已經(jīng)固定,測(cè)壓孔間距12.70cm,導(dǎo)流室寬度3.81cm,代入上述理論公式,得到實(shí)驗(yàn)室計(jì)算支撐劑充填層液測(cè)、氣測(cè)的滲透率和導(dǎo)流能力的公式k1=9.382×10?2q1μ1Wf(k1?k2)(5)k1?Wf=9.382×10?2q1μ1p1?p2(6)kg=1.141×103q0μgWf(p12?p22)(7)kg?Wf=1.141×103q0μgp12?p22(8)k1=9.382×10-2q1μ1Wf(k1-k2)(5)k1?Wf=9.382×10-2q1μ1p1-p2(6)kg=1.141×103q0μgWf(p12-p22)(7)kg?Wf=1.141×103q0μgp12-p22(8)上述式中各符號(hào)的含義及單位同上。4實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)步驟4.1目數(shù)和氣測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)(1)20/40目陶粒支撐劑液測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)。(2)30/50目陶粒支撐劑液測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)。(3)20/40目陶粒支撐劑氣測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)。(4)30/50目陶粒支撐劑氣測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)。4.2《推薦的導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)程序》實(shí)驗(yàn)按照SY/T6302-1997《壓裂支撐劑充填層短期導(dǎo)流能力評(píng)價(jià)推薦方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定程序進(jìn)行。主要包括以下實(shí)驗(yàn)步驟:(1)設(shè)備校正;(2)滲漏檢驗(yàn);(3)導(dǎo)流室準(zhǔn)備;(4)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn);(5)拆卸與清洗;(6)數(shù)據(jù)整理。5結(jié)果及其分析5.1充填層孔隙結(jié)構(gòu)分析20/40目和30/50目規(guī)格陶粒支撐劑的液測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。數(shù)據(jù)顯示,在相同閉合壓力下,大粒徑(20/40目)充填層較小粒徑(30/50目)充填層具有較高的導(dǎo)流能力和滲透率,反映具有較大的孔隙空間;隨閉合壓力增加,支撐劑充填層的滲透率和導(dǎo)流能力都逐步降低,且大粒徑的較小粒徑的下降快,反映大粒徑陶粒的抗壓能力較差。5.2氣測(cè)量中的流能測(cè)量氣測(cè)導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。數(shù)據(jù)顯示,不同粒徑的氣測(cè)滲透率和導(dǎo)流能力具有與液測(cè)相同的趨勢(shì)與規(guī)律。5.3支撐劑充填層均壓流能力與滲透率的關(guān)系圖3和圖4分別顯示了不同規(guī)格中密度陶粒(20/40目和30/50目)在相同實(shí)驗(yàn)條件下(陶粒類型、鋪砂濃度、實(shí)驗(yàn)溫度和壓力)的液測(cè)和氣測(cè)滲透率與導(dǎo)流能力的大小變化關(guān)系。從圖3可見(jiàn),相同規(guī)格陶粒的氣測(cè)滲透率均大于其液測(cè)值,說(shuō)明氣體在支撐劑充填層中較液體具有更高的滲流能力,反過(guò)來(lái)說(shuō),要達(dá)到相同的滲透率充填層,氣體滲流時(shí)較液體可以采用較低的鋪置濃度,或者可以采用不同類型或規(guī)格的支撐劑;20/40目陶粒的液測(cè)滲透率高于30/50目陶粒氣測(cè)值,說(shuō)明支撐劑規(guī)格對(duì)支撐劑充填層的滲流能力起主要作用,支撐劑粒徑越大,其孔隙空間越大,滲流能力越強(qiáng)。根據(jù)支撐劑充填層滲透率與導(dǎo)流能力的定義可見(jiàn),支撐劑充填層的導(dǎo)流能力所體現(xiàn)的變化規(guī)律應(yīng)與其滲透率的一致,結(jié)果見(jiàn)圖4。數(shù)據(jù)顯示,相同條件下的氣測(cè)導(dǎo)流能力比液測(cè)導(dǎo)流能力高1.5～2.5倍,在低閉合壓力下,氣測(cè)導(dǎo)流能力與液測(cè)導(dǎo)流能力的差異更大。實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)的液測(cè)與氣測(cè)導(dǎo)流能力的差異改變了氣藏壓裂優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念,用氣測(cè)導(dǎo)流能力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)氣井壓裂的潛力分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)和壓后效果預(yù)測(cè)及支撐劑的評(píng)價(jià)優(yōu)選將更具合理性和針對(duì)性。6氣藏水井的壓后引流能力和地層(1)氣測(cè)導(dǎo)流能力實(shí)驗(yàn)顯示了與液測(cè)值的巨大差異