支撐劑導(dǎo)流能力測試實驗研究

支撐劑導(dǎo)流能力測試實驗研究

壓裂支撐方案的內(nèi)源性實驗數(shù)據(jù)是支撐方案評估的重要依據(jù)，在壓裂優(yōu)化設(shè)計中可以發(fā)揮重要作用。然而，這些數(shù)據(jù)是否能夠大致反映儲層支撐的實際情況，是壓裂研究人員面臨的問題之一。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)流能力評價采用蒸餾水或去離子水進行實驗不能準(zhǔn)確反映實際氣藏的情況,其實驗數(shù)據(jù)降低了氣藏壓裂設(shè)計的準(zhǔn)確性。為了分析支撐劑液測和氣測導(dǎo)流能力的差異,獲得氣測導(dǎo)流能力數(shù)據(jù),指導(dǎo)氣井壓裂優(yōu)化設(shè)計,室內(nèi)按國際支撐劑評價標(biāo)準(zhǔn)APIRP61,采用從美國進口的API導(dǎo)流實驗裝置在支撐劑質(zhì)量檢測中心進行了氣測導(dǎo)流能力實驗。1實驗設(shè)備組成、流程液測、氣測導(dǎo)流能力實驗采用API支撐劑導(dǎo)流能力測試實驗儀,從美國CER公司進口,目前是國內(nèi)支撐劑質(zhì)量檢測中心(中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院壓裂酸化技術(shù)服務(wù)中心)的評價設(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、壓力補償液壓泵及回壓調(diào)節(jié)器);(3)供液系統(tǒng)(恒流泵和脈沖阻尼器);(4)測量系統(tǒng)(溫度補償電子壓力傳感器、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)自動采集、處理及監(jiān)測系統(tǒng)。其主體API導(dǎo)流室剖面圖見圖1,實驗流程見圖2。實驗設(shè)備所用材料、規(guī)格及流程均按國際API標(biāo)準(zhǔn)制定。2實驗條件和要求(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)測量對象液測導(dǎo)流能力采用二次蒸餾水,氣測導(dǎo)流能力采用氮氣。(3)測量方法API線性流。(4)實驗溫度24℃(室溫)。(5)實驗流量液測導(dǎo)流能力6cm3/min,氣測導(dǎo)流能力每個閉合壓力點下測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.單點測試,共7個導(dǎo)流能力穩(wěn)壓測試點,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單點測試,共7個導(dǎo)流能力穩(wěn)壓測試點,10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa。每個閉合壓力點下測上述5種流量,從低到高,每種流量下穩(wěn)壓測3min,計算滲透率,取平均值。3實驗原理3.1u3000測試方法實驗按線性流設(shè)計,確保液體或氣體在層流狀態(tài)下滲流通過支撐劑充填層,氣體滲流時不產(chǎn)生滑脫效應(yīng)。根據(jù)達(dá)西定律,層流條件下的液測和氣測滲透率計算公式見(1)和(2),對應(yīng)的導(dǎo)流能力計算公式見(3)和(4)。由計算公式可見,液測滲透率及其導(dǎo)流能力與測壓孔上下游壓差成反比,而氣測滲透率和導(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滲透率,μm2;kg為支撐劑充填層氣測滲透率,μm2;k1·Wf為支撐劑充填層液測導(dǎo)流能力,μm2·cm;kg·Wf為支撐劑充填層氣測導(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為測試液體黏度,mPa·s;μg為測試氣體黏度,mPa·s;L為測壓孔之間的距離,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驗用導(dǎo)流室按照美國API標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,其相關(guān)尺寸已經(jīng)固定,測壓孔間距12.70cm,導(dǎo)流室寬度3.81cm,代入上述理論公式,得到實驗室計算支撐劑充填層液測、氣測的滲透率和導(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)上述式中各符號的含義及單位同上。4實驗計劃和實驗步驟4.1目數(shù)和氣測導(dǎo)流能力實驗(1)20/40目陶粒支撐劑液測導(dǎo)流能力實驗。(2)30/50目陶粒支撐劑液測導(dǎo)流能力實驗。(3)20/40目陶粒支撐劑氣測導(dǎo)流能力實驗。(4)30/50目陶粒支撐劑氣測導(dǎo)流能力實驗。4.2《推薦的導(dǎo)流能力評價程序》實驗按照SY/T6302-1997《壓裂支撐劑充填層短期導(dǎo)流能力評價推薦方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定程序進行。主要包括以下實驗步驟:(1)設(shè)備校正;(2)滲漏檢驗;(3)導(dǎo)流室準(zhǔn)備;(4)導(dǎo)流能力實驗;(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導(dǎo)流能力實驗結(jié)果見表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氣測量中的流能測量氣測導(dǎo)流能力的實驗結(jié)果見表2。數(shù)據(jù)顯示,不同粒徑的氣測滲透率和導(dǎo)流能力具有與液測相同的趨勢與規(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)在相同實驗條件下(陶粒類型、鋪砂濃度、實驗溫度和壓力)的液測和氣測滲透率與導(dǎo)流能力的大小變化關(guān)系。從圖3可見,相同規(guī)格陶粒的氣測滲透率均大于其液測值,說明氣體在支撐劑充填層中較液體具有更高的滲流能力,反過來說,要達(dá)到相同的滲透率充填層,氣體滲流時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目陶粒的液測滲透率高于30/50目陶粒氣測值,說明支撐劑規(guī)格對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。根據(jù)支撐劑充填層滲透率與導(dǎo)流能力的定義可見,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)果見圖4。數(shù)據(jù)顯示,相同條件下的氣測導(dǎo)流能力比液測導(dǎo)流能力高1.5～2.5倍,在低閉合壓力下,氣測導(dǎo)流能力與液測導(dǎo)流能力的差異更大。實驗所體現(xiàn)的液測與氣測導(dǎo)流能力的差異改變了氣藏壓裂優(yōu)化設(shè)計的理念,用氣測導(dǎo)流能力的實驗結(jié)果來指導(dǎo)氣井壓裂的潛力分析、優(yōu)化設(shè)計和壓后效果預(yù)測及支撐劑的評價優(yōu)選將更具合理性和針對性。6氣藏水井的壓后引流能力和地層(1)氣測導(dǎo)流能力實驗顯示了與液測值的巨大差異