微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法及系统

技术领域

本发明属于支撑剂导流能力测试技术领域，具体涉及一种微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法及系统。

背景技术

非常规油是目前国际和国内油气勘探开发的重点领域，而裂缝和微裂缝是非常规油气藏的主要渗流通道；因此，水力压裂被广泛用于提高非常规地层的产能。水力压裂会产生大量的次级裂缝和微裂缝，并激活沟通天然裂缝。根据调研油田大部分裂缝高度小于200μm，常规尺寸的支撑剂无法有效地输送和支撑裂缝。随着水力压力的撤走，微裂缝快速闭合，在一些页岩储层，初期产量较高，但由于大量的微裂缝没有得到有效支撑，油气产量迅速下降。随着水力压裂技术的发展，支撑剂的尺寸越来越小。自1980年美国通用公司使用微支撑剂增产以来，北美在页岩储层中大量使用100目以上，平均为325目(其目数从150目至615目左右)的粉煤灰，并获得较好的增产效果。

目前石油天然气行业标准中，压裂支撑剂导流能力测试方法(SY/T6302-2019)主要是针对常规支撑剂的导流能力测试，对于微支撑剂，目前缺少有效的实验方法和系统对其进行测试，微支撑剂的导流能力难以在实验室中就对其进行评价。

发明内容

针对上述的缺陷或不足，本发明提供了一种微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法及系统，旨在解决的现有技术中难以在实验室中测量微支撑剂的导流能力的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法及系统，其中，微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法包括：

在第一岩心体和第二岩心体之间放置可溶解的支撑条并拼合加压形成待测试岩心；

将包含微支撑剂和溶解剂的第一料流通入待测试岩心，以完成微支撑剂的铺置；

将包含驱替流体的第二料流通入待测试岩心，并在第一围压下进行驱替实验；

对待测试岩心排出的第二料流的第一流量值进行检测；

对待测试岩心的上、下游压力以及待测试岩心的裂缝高度值进行实时监测以获取第一上游压力值、第一下游压力值和第一裂缝高度值；

根据第一上游压力值、第一下游压力值、第一裂缝高度值和第一流量值计算得到第一围压下微支撑剂的导流能力。

在本发明实施例中，对待测试岩心进行实时扫描以获取裂缝高度值包括：对待测试岩心的头部、中部和尾部分别进行检测以获取头部的裂缝高度、中部的裂缝高度和尾部的裂缝高度，取平均值作为第一裂缝高度值。

在本发明实施例中，对待测试岩心排出的第二料流的流量值进行检测包括：收集待测试岩心的尾部流出的第二料流并进行称重，以换算得到流量值。

在本发明实施例中，在第一岩心体和第二岩心体之间放置可溶解的支撑条并拼合加压形成待测试岩心包括：

将标准岩心劈开形成第一岩心体和第二岩心体；

将可溶解的第一支撑条置于第一岩心体和第二岩心体的拼合面之间，并且第一支撑条与拼合面的第一长边边缘对齐设置，以及将可溶解的第二支撑条置于第一岩心体和第二岩心体的拼合面之间，并且第二支撑条与拼合面的第二长边边缘对齐设置；

对第一岩心体和第二岩心体进行拼合加压以形成待测试岩心。

在本发明实施例中，将包含驱替流体的第二料流通入待测试岩心，并在第二围压下进行驱替实验；

对待测试岩心排出的第二料流的流量值进行检测；

对待测试岩心的上、下游压力以及待测试岩心的裂缝高度进行实时监测以获取第二围压下的第二上游压力值、第二下游压力值和第二裂缝高度值；

根据第二上游压力值、第二下游压力值、第二裂缝高度值和第二流量值计算得到第二围压下微支撑剂的导流能力。

在本发明实施例中，导流能力在驱替流体为液相的计算公式为：

式中，kW

导流能力在驱替流体为气相的计算公式为：

式中，kW

为了实现上述目标，本发明还提供一种微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试系统，用于实现上述微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法，系统包括：

岩心夹持装置，用于容置待测试岩心并施加围压，岩心夹持装置的两端对应待测试岩心的头部和尾部形成有入口和出口；

搅拌装置，用于生成第一料流并将第一料流通入待测试岩心；

驱替装置，与岩心夹持装置的入口相连并用于依次将第一料流和第二料流通入待测试岩心；

数据采集装置，用于检测待测试岩心排出的第二料流的流量值以及获取待测试岩心的上、下游压力和裂缝高度。

在本发明实施例中，数据采集装置包括控制主机、上游压力检测器、下游压力检测器、扫描仪和流量检测器，上游压力检测器设于岩心夹持装置的入口前，下游压力检测器设于岩心夹持装置的出口后，扫描仪通过射线获取待测试岩心内部图像以得到裂缝高度，流量检测器设于岩心夹持装置的下游，控制主机分别与上游压力检测器、下游压力检测器、扫描仪和流量检测器通讯连接，并根据检测数据计算微支撑剂导流能力。

在本发明实施例中，岩心夹持装置包括岩心夹持器和围压泵，围压泵与控制主机通讯连接，以用于在控制主机的控制下通过岩心夹持器对待测试岩心施加不同大小的围压。

在本发明实施例中，驱替装置包括驱替泵和中间容器，中间容器的数量为三个，三个中间容器用于分别容置不同的驱替流体，且三个中间容器的两端均设置有阀门，三个中间容器的第一端分别与驱替泵相连，第二端分别与岩心夹持装置的入口相连；

和/或，搅拌装置包括搅拌器和两相泵，搅拌器用于将第一料流搅拌制成悬浊液，两相泵分别与岩心夹持装置的入口和搅拌器相连，并用于将悬浊液导入至待测试岩心。

通过上述技术方案，本发明实施例所提供的微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法具有如下的有益效果：

由于方法包括在第一岩心体和第二岩心体之间放置可溶解的支撑条并拼合加压形成待测试岩心，将包含微支撑剂和溶解剂的第一料流通入待测试岩心，以完成微支撑剂的铺置，将包含驱替流体的第二料流通入待测试岩心，并在预设围压下进行驱替实验，对待测试岩心排出的第二料流的流量值进行检测，对待测试岩心的上、下游压力以及待测试岩心的裂缝高度进行实时监测以获取上游压力值、下游压力值和裂缝高度值，根据上游压力值、下游压力值、裂缝高度值和流量值计算得到导流能力。支撑条可以维持一定的裂缝高度，以模拟微裂缝张开后的情况，随着围压作用以及溶解剂对支撑条的溶解，微裂缝逐渐闭合，有效模拟了油气藏开采过程中裂缝变化的真实情况，进而通过监测微支撑剂在微裂缝中的铺置情况，并测试微支撑剂动态铺置后的导流能力，评价微支撑剂的性能，对微支撑剂的种类进行优选。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例中的微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法的流程图；

图2是根据本发明一实施例中微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试系统的示意图；

图3是根据本发明一实施例中的待测试岩心的制作示意图；

图4是根据本发明一实施例中的离散支撑裂缝流体绕过微支撑聚集块运移的示意图。

附图标记说明

1 搅拌器 2 双相泵

3 阀门 4 扫描仪

5 控制主机 6 驱替泵

7 中间容器 8 岩心夹持器

9 围压泵 10 上游压力检测器

11 下游压力检测器 12 收集瓶

13 电子秤 14 支撑条

15 标准岩心 16 第一岩心体

17 第二岩心体 18 待测试岩心

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

下面参考附图描述本发明的微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法及系统。

如图1所示，本发明提供了一种微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法，包括：

步骤S100，在第一岩心体16和第二岩心体17之间放置可溶解的支撑条14并拼合加压形成待测试岩心18；

具体地，支撑条14的材料可以优选为聚乳酸，在压力作用下，支撑条14与第一岩心体16和第二岩心体17的拼合面相契合，起到对裂缝的支撑作用。

步骤S200，将包含微支撑剂和溶解剂的第一料流通入待测试岩心18，以完成微支撑剂的铺置；

具体地，溶解剂优选为NaOH溶液，第一料流为微支撑剂、携砂液和NaOH溶液搅拌后的混合物，目前常用的微支撑剂的平均目数约为325目(0.045mm)。

步骤S300，将包含驱替流体的第二料流通入待测试岩心18，并在第一围压下进行驱替实验；

具体地，驱替流体根据实验所模拟的地层实际情况进行选择，可以是油、水、天然气等。

步骤S400，对待测试岩心18排出的第二料流的第一流量值进行检测；

步骤S500，对待测试岩心18的上、下游压力以及待测试岩心18的裂缝高度值进行实时监测以获取第一上游压力值、第一下游压力值和第一裂缝高度值；

具体地，对待测试岩心18进行实时监测除获取裂缝高度值外，还包括对微支撑剂在裂缝内铺置情况的监测，常规支撑剂铺置形貌符合多孔介质，而根据北美油田的实践，微支撑剂的浓度不能过高(常规支撑剂砂比可达到15％至20％甚至更多，但微支撑剂一般在1％至2％)，否则会使产量降低，因此微支撑剂的铺置浓度大约在1％左右微支撑剂离散铺置，参见图4，微支撑剂充当裂缝的支撑支柱，流体绕过支撑剂团，从而保证在裂缝高度很小(微米级别)的情况下，仍然可提供可靠的导流通道。综上，微支撑剂不适合使用常规支撑剂评价方法评价，微支撑剂在裂缝中得铺置形貌也大大的影响着微支撑剂的导流能力和支撑后裂缝的渗透率，因而有必要实时监测其微支撑剂铺置从而使重复实验时具有依据。

步骤S600，根据第一上游压力值、第一下游压力值、第一裂缝高度值和第一流量值计算得到第一围压下微支撑剂的导流能力。

具体地，步骤S400至步骤S700进一步包括，设定一个单位时间，每间隔一个单位时间便记录一次上游压力值、下游压力值、裂缝高度值和流量值，从而得到导流能力的变化情况，以用于反映实际油气开采时，微支撑剂的效果。

通过上述技术方案，可以有效模拟地层压力条件下微支撑剂在微裂缝中的铺置情况，并测试微支撑剂动态铺置后的导流能力，评价微支撑剂的性能，对微支撑剂的种类进行优选。

在本发明实施例中，步骤S600，对待测试岩心18进行实时扫描以获取裂缝高度值包括：对待测试岩心18的头部、中部和尾部分别进行检测以获取头部的裂缝高度、中部的裂缝高度和尾部的裂缝高度，取平均值作为第一裂缝高度值。

具体地，当支撑条14完全溶解后，微支撑剂铺置完成，此时待测试岩心18的裂缝高度不再发生变化，可使用扫描仪分别对待测试岩心18的头部、中部和尾部的裂缝高度进行分别进行扫描，得到裂缝的图像，再根据图像得到各扫描位置的裂缝高度。

在本发明实施例中，步骤S400，对待测试岩心18排出的第二料流的流量值进行检测包括：收集待测试岩心18的尾部流出的第二料流并进行称重，以换算得到流量值。

具体地，当驱替流体为水油混合物时，在称重前先进行水油分离，以用于单独评价油相下微支撑剂的导流能力。

在本发明实施例中，步骤S100，在第一岩心体16和第二岩心体17之间放置可溶解的支撑条14并拼合加压形成待测试岩心18包括：

步骤S110，将标准岩心15劈开形成第一岩心体16和第二岩心体17；

具体地，标准岩心15为圆柱形，长5cm，直径2.5cm，沿与底面垂直的方向将标准岩心15劈裂成两半(第一岩心体16和第二岩心体17)，第一岩心体16和第二岩心体17可以相互契合组成一个完整且拥有有一条裂缝的岩心。

步骤S120，将可溶解的第一支撑条置于第一岩心体16和第二岩心体17的拼合面之间，并且第一支撑条与拼合面的第一长边边缘对齐设置，以及将可溶解的第二支撑条置于第一岩心体16和第二岩心体17的拼合面之间，并且第二支撑条与拼合面的第二长边边缘对齐设置；

具体地，第一长边和第二长边是指拼合面沿待测试岩心18的长度方向的两个侧边，两个支撑条14(指第一支撑条和第二支撑条)长为5cm，宽为2mm，高度根据实验所模拟的微裂缝高度进行具体设置，以满足对不同裂缝高度的微裂缝的模拟。

步骤S130，对第一岩心体16和第二岩心体17进行拼合加压以形成待测试岩心18。

在本发明实施例中，方法进一步包括：

步骤S810，将包含驱替流体的第二料流通入待测试岩心18，并在第二围压下进行驱替实验；

步骤S820，对待测试岩心18排出的第二料流的第二流量值进行检测；

步骤S830，对待测试岩心18的上、下游压力以及待测试岩心18的裂缝高度进行实时监测以获取第二围压下的第二上游压力值、第二下游压力值和第二裂缝高度值；

步骤S840，根据第二上游压力值、第二下游压力值、第二裂缝高度值和第二流量值计算得到第二围压下微支撑剂的导流能力。

对于不同的地质环境，形成裂缝的岩体周围的压力也不同，为了实现对微支撑剂的有效布置，可以在实验过程中不断改变围压值来对微支撑剂的导流能力进行测试，从而指导实际生产中微支撑剂的使用。

具体地，微支撑剂的使用既包括微支撑剂的选用，也包括微支撑剂浓度的配置，通过改变微支撑剂的浓度，重复上述步骤S100至S700，从而实现不同围压下，对支撑剂浓度的优选。进一步地，微支撑剂的浓度取值范围介于1％至2％之间。

在本发明实施例中，导流能力定义为支撑剂充填层高度和充填层渗透率的乘积，根据以下公式得到：

当驱替流体为液相时，导流能力的计算公式如公式1所示，式中，kW

当驱替流体为气相时，导流能力的计算公式如公式2所示，式中，kW

如图3所示，为了实现上述目标，本发明还提供一种微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试系统，用于实现上述微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试方法，系统包括：

岩心夹持装置，用于容置待测试岩心18并施加围压，岩心夹持装置的两端对应待测试岩心18的头部和尾部分别形成有入口和出口；

搅拌装置，用于生成第一料流并将第一料流通入待测试岩心18；

驱替装置，与岩心夹持装置的入口相连并用于依次将第一料流和第二料流通入待测试岩心18；

数据采集装置，用于检测待测试岩心18排出的第二料流的流量值以及获取待测试岩心18的上、下游压力和裂缝高度。

本发明实施例提供的微支撑剂动态运移铺置和导流能力测试系统，通过岩心夹持装置对制作好的待测试岩心18进行加压，模拟真实环境下周围岩体所产生的压力；驱替装置通过管线与岩心夹持装置相连并向待侧式岩心的裂缝中先注入第一料流，第一料流中包括有携砂液、微支撑剂以及溶解剂，随着微支撑剂和携砂液的铺置，聚乳酸逐渐溶解，微裂缝闭合，随后驱替装置注入包含驱替流体的第二料流；在驱替装置注入第一料流和第二料流时，数据采集装置，不断对待测试岩心18的上、下游压力以及通过待测试岩心18的裂缝的流量、裂缝高度值进行检测，再根据获取的数据计算得到裂缝的导流能力，以此来对微支撑剂进行评价。则通过上述系统，能更好地模拟地层中对微裂缝张开后的支撑剂动态铺置以及闭合过程，更符合实际工况，使得实验结果的可靠性更高。

具体地，驱替流体可以为油、气或油水混合物。进一步地，驱替流体还可以包括其他实验所需液体。

在本发明实施例中，数据采集装置包括控制主机5、上游压力检测器10、下游压力检测器11、扫描仪4和流量检测器，上游压力检测器10设于岩心夹持装置的入口前，下游压力检测器11设于岩心夹持装置的出口后，扫描仪4通过射线获取待测试岩心18内部图像以得到裂缝高度值，流量检测器设于岩心夹持装置的下游，控制主机5分别与上游压力检测器10、下游压力检测器11、扫描仪4和流量检测器通讯连接，并根据检测数据计算微支撑剂导流能力。

通过扫描仪4能对待测试岩心18进行穿透式的扫描拍摄，以获取裂缝内微支撑剂运移过程的图像数据，并通过控制主机5进行显示，使得实验数据可视化，实验员能通过图像能直接获取微支撑剂在裂缝中的铺置情况，从而判断微支撑剂是否对裂缝达到了一个较好的支撑效果，控制主机5可根据图像获取裂缝高度值，再配合其余检测器的反馈数据以及预先输入的计算公式即可计算得到微支撑剂的导流能力。具体地，扫描仪4为CT扫描仪4，可发出X射线，控制主机5可以为具有图像处理算法执行功能的计算机；流量检测器包括收集瓶12和电子秤13，收集瓶12收集流出的第二料流，并在电子秤13上进行进行称重，电子秤13与控制主机5通讯连接，电子秤13测得的重量变化由控制主机5转化微流量变化以用于代入后续计算。

在本发明实施例中，岩心夹持装置包括岩心夹持器8和围压泵9，围压泵9与控制主机5通讯连接，以用于在控制主机5的控制下通过岩心夹持器8对待测试岩心18施加不同大小的围压。具体地，岩心夹持器8的材料可被CT扫描仪4扫描。进一步地，岩心夹持器8的材料优选为PPEK。

在本发明实施例中，驱替装置包括驱替泵6和中间容器7，中间容器7的数量为三个，三个中间容器7用于分别容置不同的驱替流体，且三个中间容器7的两端均设置有阀门3，三个中间容器7的第一端分别与驱替泵6相连，第二端分别与岩心夹持装置的入口相连。则可以根据实验需要，单独或混合输入驱替流体，并根据所模拟的环境对中间容器7内的流体进行具体设置。

在本发明实施例中，搅拌装置包括搅拌器1和两相泵2，搅拌器1用于将第一料流搅拌制成悬浊液，两相泵2分别与岩心夹持装置的入口和搅拌器1相连，并用于将悬浊液导入至待测试岩心18。搅拌器1用于生成包含微支撑剂的悬浊液，两相泵2分别与搅拌器1和岩心夹持装置的入口相连，以用于将悬浊液导入至待测试岩心18的裂缝中。搅拌器1用于配置不同浓度的微支撑剂，形成搅拌均匀的悬浊液，模拟现场施工的搅拌罐。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。