裂缝导流能力模拟实验

中国石油大学（采油工程）实验报告实验日期：2014.11.15成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验三裂缝导流能力模拟实验一、实验目的1.了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的关系、以及在相同闭合压力条件下铺有不同层数的支撑剂的裂缝导流能力的差异；2.分析说明达西公式与二项式公式计算出的结果不同的原因；3.熟悉压力试验机的操作及实验流程。二、实验原理裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。三、实验仪器和材料1.仪器：NYL—200D型压力试验机或NYL—2000D型压力试验机，空气压缩机—供气源，定值器—气源开关，精密压力表，浮子流量计，岩心（钢板）模，游标卡尺，放大镜。2.材料：不同产地的压裂砂、陶粒。四、实验步骤（一）实验准备1.在附表1中记录使用的砂子产地、粒径、名称及某温度下的气体粘度；2.用游标卡尺量出岩心模的外径Ro及孔眼的内径Re记录附表1中，用作计算岩心模面积；3.称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在缠有铜网的岩心面上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。然后称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑剂的浓度：2cmg，铺有支撑剂岩心的面积单层支撑剂的重量支撑剂（砂子）的浓度将此浓度值记入表1中。4.将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。5.认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。（二）岩心加压法1.岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。2.旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到1.5吨（或1KN）时,将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。3.送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q和对应的压力P（精密压力表示数）。4.需要载荷分别依次加到50、100、120、150、200、250kN读出相应的P，Q值，记录在表2中，用达西公式计算。在测点120KN处，保持载荷不变，改变P（调定值器阀），读出Q,每测点共记5组数据于表3中，用于二项式公式计算。5.试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。6.双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的P及Q值记入表2、表3中。五、注意事项（1）不要触摸在压力试验机下的岩心室；（2）开动压力试验机前，一定要检查回油阀是否处在关闭状态；（3）观察的浮子流量计应读取测量时间内的平均值；（4）要保证岩心室处在压力试验机下承压板的中心位置；（5）出现意外情况时先关闭电源。六、数据处理（1）实测数据表1基本参数岩心外半径ro（cm）岩心孔眼半径re（cm）岩心面积（cm2）支撑剂浓度（g/cm2）空气粘度（mPa·s）支撑剂单层双层目数产地4.5300.500563.680.47110.94220.0178920-40胜利油田表2变载荷下的流量与压力关系数据载荷（kN）单层双层入口压力（MPa）出口压力（MPa）浮子流量(m3/h)入口压力（MPa）出口压力（MPa）浮子流量(m3/h)500.2180.0000.880.2220.0000.881000.2120.0000.860.2320.0000.901200.2080.0000.850.2340.0000.901500.2070.0000.850.2340.0000.902000.2060.0000.860.2270.0000.912500.2060.0000.850.2240.0000.88表3定载荷下的流量与压力关系数据载荷（kN）单层双层入口压力（MPa）出口压力（MPa）浮子流量(m3/h)入口压力（MPa）出口压力（MPa）浮子流量(m3/h)1200.2080.0000.850.2340.0000.900.1960.0000.830.2000.0000.840.1900.0000.810.1840.0000.800.1700.0000.760.1600.0000.740.1400.0000.710.1400.0000.70（2）数据计算①计算闭合压力（以50kN载荷为例）22闭/52.7868.635000）（辅有支撑剂的岩心面积）加压载荷（cmkgcmkgP②用达西公式计算裂缝导流能力KfW（以50kN载荷单层支撑剂为例）cmmPPrrPQWKoieonf22622704.0100218.05005.0530.4ln102218.001789.036001088.0ln同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，如表4。表4不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力载荷（kN）P闭（kg/cm2）KfW（μm2⋅cm）单层双层5078.520.7040.691100157.040.7070.676120188.440.7120.670150235.550.7160.670200314.070.7280.699250392.590.7190.685③用二项式公式计算裂缝导流能力载荷为120kN表5120kN载荷下（Pi2-Po2）/Q及Q的值单层双层（Pi2-Po2)/QQ（Pi2-Po2)/QQ0.000183236.10.000219250.00.000167230.50.000171233.30.000160225.00.000152222.20.000137211.10.000125205.60.000099197.20.000101194.4BQAQPPoi22，以（Pi2-Po2)/Q为纵坐标，以Q为横坐标，作直线如下图所示：由图可知：单层A=0.006，双层A=0.0047则有裂缝在120kN载荷下，导流能力为：单层支撑剂cmmrrAWKeof257.65005.0530.4ln006.001789.0ln双层支撑剂cmmrrAWKeof238.85005.0530.4ln0047.001789.0lny=2E-06x-0.00600.000020.000040.000060.000080.00010.000120.000140.000160.000180.0002190200210220230240（Pi2-Po2）/QQ单层支撑剂系列1线性(系列1)y=2E-06x-0.004700.000050.00010.000150.00020.00025050100150200250300（Pi2-Po2）/QQ双层支撑剂系列1线性(系列1)七、思考题1.裂缝导流能力的概念。答：形成的填砂裂缝宽度与缝中渗透率的乘积，代表填砂裂缝让流体通过的能力。2.画出致密地层内和微裂缝、高渗透地层压裂过程中井底压力变化曲线。3.按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为哪几种，并简述其作用。答：根据压裂液在压裂过程中不同阶段的作用，可分为前置液，携砂液和顶替液。（1）前置液：前置液的作用是破裂地层，造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里，还可以起到一定的降温作用。（2）携砂液：携砂液的作用是用来将地面的支撑剂带入裂缝，并携至裂缝中的预定位置，同时还有延伸裂缝、冷却地层的作用。（3）顶替液：顶替液的作用是将携砂液送到预定位置，将井筒中的全部携砂液替入裂缝中。4.简述地面砂比的概念。答：单位体积混砂液中所含的支撑剂质量。八、实验总结通过本次试验，我了解了导流能力随闭合压力变化的关系、以及在相同闭合压力条件下铺有不同层数的支撑剂的裂缝导流能力的差异，并且分析了达西公式与二项式公式计算出的结果不同的原因，本次实验过程比较简单，但开动压力试验机前，一定要检查回油阀是否处在关闭状态，还要保证岩心室处在压力试验机下承压板的中心位置。在计算导流能力的过程中，用达西公式与二项式公式计算出的结果相差比较大。这是因为裂缝的出现，对达西模型造成很大的影响，使得计算结果发生很大的偏差，同时，在用二项式公式处理数据的时候，用的是近似计算，故导致了实验结果的差别。谢谢老师的悉心指导！