用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置及方法

摘要

本发明涉及用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置及方法，该装置主要由储液罐、平流泵、预处理工作液罐、倒模液罐、导流室、位移传感器、油压机、造缝器、回压控制器、收集液瓶、数据采集与控制板、计算机组成。该方法包括：将岩心自然断裂成两块岩板；岩板放入导流室内腔形成自支撑裂缝缝内流体流动区；加载初始压力使缝内流体流动区充满测试流体；对缝内流体流动区进行预处理；启动计算机，输入实验参数，注入测试流体；得到自支撑裂缝导流能力；再次对缝内流体流动区进行处理；驱替倒模液进入导流室形成倒模铸体。本发明不仅可以模拟自支撑裂缝的真实情况，得到准确的导流能力测试数据，还能得到自支撑裂缝缝内流体流动形态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置及方法。

背景技术

在压裂施工过程中储层岩石被拉伸破坏并发生剪切滑移，产生凹凸不平且 不能完全闭合的裂缝即是自支撑裂缝。形成自支撑裂缝的压裂施工不需要使用 支撑剂及冻胶压裂液，极大地减少了对储层的伤害。对自支撑裂缝进行测试分 析，直接影响压裂施工参数的优化。但是目前国内相关方面的研究尚处于起步 阶段。因此，形成真实模拟储层条件的自支撑裂缝测试分析装置和方法就显得 更加必要和急迫。

目前模拟自支撑裂缝的测试分析装置和方法，明显存在以下缺点：

（1）采用单侧三棱压刀造缝，可能会造成人工裂缝走向偏移，导致实验测 试压力损失增大，实验数据误差大幅增加；

（2）导流室内腔尺寸固定，对岩样的加工要求极高;

（3）不能模拟不同工作液的预处理过程；

（4）对自支撑裂缝缝内流体流动形态分析还没有专用实验设备及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置， 以及使用该装置测试和分析自支撑裂缝的方法。使用这种测试分析装置和方法， 能够模拟地层中自支撑裂缝的真实条件，满足在不同环境条件下自支撑裂缝的 测试和分析要求，有益压裂施工参数的优化。

一种用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置主要由储液罐、平流泵、 预处理工作液罐、管线电加热套、进口温度传感器、倒模液罐、导流室、位移 传感器、油压机、造缝器、倒模液出口、出口温度传感器、回压控制器、真空 缓冲容器、真空泵、收集液瓶、天平、数据采集与控制板、计算机组成。

所述导流室内侧有深孔用于插入电加热棒、温度感应器、压差传感器；导 流室内腔装有两块岩板，岩板之间为自支撑裂缝缝内流体流动区；导流室上下 部均有活塞与油压机相连，利用密封圈密封；导流室两端分别有进液孔和出液 孔，所述进液孔顺序连接倒模液罐、进口温度传感器、管线加热套、预处理工 作液罐、平流泵、储液罐，所述倒模液罐上端连接气瓶，下端连接导流室进液 孔；所述出液孔顺序连接倒模液出口、出口温度传感器、回压控制器、收集液 瓶、天平，所述回压控制器的一端还连有真空缓冲容器和真空泵。

所述油压机连有位移传感器和造缝器，所述位移传感器用于监测导流室内 两块岩板之间的支撑裂缝宽度变化；所述造缝器由凹形的底座和错位基座组成， 底座和错位基座内腔可放置岩心，当油压机向错位基座施加压力时，底座和错 位基座之间发生错位，岩心破裂成两块岩板。

所述平流泵、管线电加热套、进口温度传感器、压差传感器、油压机、温 度传感器、位移传感器、出口温度传感器、天平均和数据采集控制板相连，数 据采集控制板又和计算机相连。

本发明中，造缝器制造人工自支撑裂缝，确保形成走向平直的裂缝；管线 电加热套将工作液加热至地层温度；导流室内腔放置两块岩板，导流室内腔与 岩板之间可放置垫片充填空间，在岩板中间为自支撑裂缝缝内流动区，实时监 测裂缝内流体压力和温度，内有电加热棒将导流室、岩板加热至地层温度；真 空泵形成负压，加速测试流体饱和岩板与缝内流体流动区，提高了实验数据的 准确性；位移传感器与油压机相连，可以全程监测裂缝宽度的变化；预处理工 作液罐可分别装入压裂液破胶液、预充填液与脱模液混合溶剂对自支撑裂缝缝 内流体流动区进行预处理；倒模液罐装有与测试介质相近粘度的添加环氧稀释 剂的低粘度环氧树脂倒模液，倒模液在自支撑裂缝缝内流体流动区内固化后形 成倒模铸体可以直观的表征自支撑裂缝缝内流体流动形态；数据采集控制板可 实现智能化装置控制与实验数据采集，然后通过计算机实时记录分析数据。

一种用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析方法，依次包括以下步骤：

（1）将岩心沿预期裂缝走向预制划痕，装入造缝器底座和错位基座内腔， 油压机在错位基座上缓速施加压力，使岩心按预制划痕方向自然断裂成两块岩 板；

（2）将两块岩板放入导流室内腔，导流室内腔与岩板之间可放置垫片充填 空间并密封，在两块岩板之间形成自支撑裂缝缝内流体流动区；

（3）使用油压机加载初始压力，开启平流泵以小排量驱替，同时开启真空 泵，使整个测试管线和自支撑裂缝缝内流体流动区充满测试流体；

（4）开启预处理工作液罐对自支撑裂缝缝内流体流动区进行预处理；

（5）将油压机加载至设计压力，启动计算机，输入实验参数，启动管线电 加热套、电加热棒，调节平流泵按设计排量注入测试流体，所有数据通过数据 采集控制板传输至计算机；

（6）逐级增大测试流体排量，得到一定闭合压力条件下的自支撑裂缝导流 能力；

（7）开启预处理工作液罐再次对自支撑裂缝缝内流体流动区进行处理；

（8）开启气瓶，驱替倒模液罐中的倒模液进入导流室中，待倒模液出口有 倒模液连续流出后，关闭气瓶，保持油压机压力至倒模液固化形成倒模铸体， 可分析在设计压力下自支撑裂缝缝内的流体流动形态。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：（1）人工裂缝制作过程，可 以确保得到走向平直的自支撑裂缝，有效减小实验数据误差；（2）导流室内腔 可以通过上下活塞调整大小，满足不同厚度岩板的测试；（3）可以模拟不同工 作液的预处理过程；（4）可分析不同岩板在不同闭合压力下的自支撑裂缝缝内 流体流动形态。

本发明提供的一种用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置，原理可靠， 结构简单，测试方法切实可行。本发明不仅可以模拟自支撑裂缝的真实情况， 得到准确的导流能力测试数据，还能得出自支撑裂缝缝内流体流动形态。克服 了现有技术的缺陷，为研究不同储层条件的自支撑裂缝提供了专用设备和测试 方法。

附图说明

图1是用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置结构示意图。

图2是导流室结构示意图。

图3是造缝器结构示意图。

图中：1-储液罐，2-平流泵，3-预处理工作液罐，4-管线电加热套，5-进 口温度传感器，6-倒模液罐，7-气瓶，8-导流室，9-位移传感器，10-压差传感 器，11-油压机，12-造缝器，13-活塞，14-电加热棒，15-温度传感器，16-倒 模液出口，17-出口温度传感器，18-回压控制器，19-真空缓冲容器，20-真空 泵，21-收集液瓶，22-天平，23-数据采集与控制板，24-计算机，25-进液孔， 26-出液孔，27-充填块，28-岩板，29-底座，30-错位基座。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明。

参看图1、图2、图3。

用于油气田开发的自支撑裂缝测试分析装置，主要由储液罐1、平流泵2、 预处理工作液罐3、管线电加热套4、进口温度传感器5、倒模液罐6、导流室8、 位移传感器9、油压机11、造缝器12、倒模液出口16、出口温度传感器17、回 压控制器18、真空缓冲容器19、真空泵20、收集液瓶21、天平22、数据采集 与控制板23、计算机24组成。

所述导流室8内侧有深孔用于插入电加热棒14、温度感应器15、压差传感 器10；导流室内腔装有两块岩板28，导流室内腔和岩板之间有充填块27，岩板 之间形成自支撑裂缝缝内流体流动区；导流室上下部均有活塞13与油压机11 相连；导流室两端分别有进液孔25和出液孔26，所述进液孔25顺序连接倒模 液罐6、进口温度传感器5、管线电加热套4、预处理工作液罐3、平流泵2、储 液罐1，所述倒模液罐上端连接气瓶7，下端连接导流室进液孔；所述出液孔26 顺序连接倒模液出口16、出口温度传感器17、回压控制器18、收集液瓶21、 天平22，所述回压控制器的一端还连有真空缓冲容器19和真空泵20。

所述油压机11连有位移传感器9和造缝器12，所述位移传感器9用于监测 导流室内两块岩板之间的支撑裂缝宽度变化；所述造缝器12由凹形的底座29 和错位基座30组成，底座和错位基座内腔放置岩心。

所述平流泵2、管线电加热套4、进口温度传感器5、压差传感器10、油压 机11、温度传感器15、位移传感器9、出口温度传感器17、天平22均和数据 采集控制板23相连，数据采集控制板又和计算机24相连。

假设模拟一口油井的自支撑裂缝，典型参数为：地层温度70℃、闭合压力 30MPa。

利用上述装置测试分析自支撑裂缝导流能力的方法，依次包括以下步骤：

（1）将取自地层的全尺寸岩心（长14.2cm、宽3.8cm、高8cm），沿预期裂 缝走向预制划痕，将其装入造缝器底座29内腔，安装错位基座30并紧固岩心， 确保预制划痕位置与底座、错位基座之间的缝隙平齐，将错位基座放置于油压 机11上缓速施加压力，使岩心按预制划痕方向自然断裂成两块岩板28，将岩板 沿裂缝壁面错动0.2cm，再将岩板两端磨平，磨平后岩板尺寸长14cm、宽3.8cm、 高4cm；

（2）将岩板28与充填块27粘接成符合导流室内腔尺寸的组合体（岩板测 试面较充填块高0.5cm），并在侧面涂抹耐温密封硅胶，置于导流室内腔，等待 硅胶固化后，修整岩板边缘，确保岩板端面平整，在两块岩板之间形成自支撑 裂缝缝内流体流动区；

（3）装载导流室上下部的活塞13并与油压机11相连，使用油压机加载初 始压力1MPa，开启平流泵2以小排量1.5mL/min驱替，同时开启真空泵20，使 整个测试管线和自支撑裂缝缝内流体流动区充满测试流体；

（4）开启装有压裂液破胶液的预处理工作液罐3，对自支撑裂缝缝内流体 流动区进行预处理；

（5）油压机11两侧装载位移传感器9，设定管线电加热套4和电加热棒 14温度为70℃，并加载至设计压力30MPa，启动计算机24，调节平流泵2按设 计1mL/min排量注入测试流体，所有数据通过数据采集控制板23传输至计算机；

（6）逐级增大测试流体排量至5mL/min，得到30MPa闭合压力条件下的自 支撑裂缝导流能力；

（7）开启装有预充填液与脱模液混合溶剂的预处理工作液罐3，再次对自 支撑裂缝缝内流体流动区进行处理；

（8）将与测试介质相近粘度的添加环氧稀释剂的低粘度环氧树脂倒模液装 入倒模液罐6中，开启气瓶7，调节气压阀为1MPa，驱替倒模液进入导流室8 中，待倒模液出口16有倒模液连续流出后，关闭气瓶，保持油压机压力为30MPa 至倒模液固化形成倒模铸体，分离倒模铸体，分析在为30MPa压力下自支撑裂 缝缝内流体流动形态。