液测和气测支撑裂缝导流能力室内实验研究

1、文章编号:1000-7393(200801-0067-04液测和气测支撑裂缝导流能力室内实验研究*蒋建方1,2 张智勇2 胥 云2 朱 文2 蒙传幼2 杨玉凤2(1.中国地质大学能源学院,北京 100083; 2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊 065007摘要:支撑剂导流能力测试实验通常采用液体介质进行,其结果对气藏压裂的针对性成为新的研究课题之一。运用A P I 支撑剂导流能力测试系统,根据短期导流能力实验评价方法开展了气测导流能力评价实验,并与液测支撑裂缝导流能力实验进行了对比。结果显示,在相同实验条件下(陶粒类型、铺砂浓度、实验温度和压力,气测导流能力值比液测值高1.52.5

2、倍,表明要获得相同的支撑裂缝导流能力,气井压裂中的铺砂浓度应比油藏低。用气测导流能力的实验结果来指导气井的压前潜力评估、压裂优化设计、压后效果预测和支撑剂的优选评价将更具合理性和针对性,气藏压裂的支撑裂缝导流能力实验最好采用气测方法。关键词:气测导流能力;液测导流能力;渗透率;支撑剂评价中图分类号:TE357.12 文献标识码:ALaboratory research on propping fracture conductivity basedon gas logging and liquid loggi n gJI ANG Jianfang1,2,ZHANG Zh i yong2,XU Y

3、 un2,ZHU W en2,M ENG Chuanyou2,YANG Y ufeng2(1.Facult y of R esources in China Un i ver sit y of Geosciences,B eij i ng100083,China;2.Lan gfang B ranch of Research Instit ute of P etro leu m Exp lorati on and D evelopm ent,P etrochina,Langfang065007,ChinaK ey word s:gas l og conductivity;liquid log

4、conducti v ity;per m eability;proppant eva l uati on压裂支撑剂的导流能力室内实验数据是支撑剂评价优选、压裂优化设计输入参数的重要依据,但这些数据能否近似地反映储层支撑剂的实际情况,是压裂研究人员关注的问题之一。由于气体分子小、黏度低,具有压缩性,其渗流特征和液体存在较大差别。常规支撑剂短期导流能力评价采用蒸馏水或去离子水进行实验不能准确反映实际气藏的情况,其实验数据降低了气藏压裂设计的准确性。为了分析*重点项目:中国石油天然气股份有限公司 十一五!重点项目 低渗透油气田提高单井产量技术基础研究!部分内容,项目编号:06-02A-02-02。作

5、者简介:蒋建方,1967年生。1989年毕业于江汉石油学院采油工程专业,2002年获石油大学(北京油气田开发硕士学位,现在中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化中心从事储层改造方面的研究与应用工作,中国地质大学(北京油气田开发专业在读博士研究生。电话:010-*,E-m ai:l jjf8989126.co m,jjf8989s i na.co m。支撑剂液测和气测导流能力的差异,获得气测导流能力数据,指导气井压裂优化设计,室内按国际支撑剂评价标准API RP61,采用从美国进口的API导流实验装置在支撑剂质量检测中心进行了气测导流能力实验。1 支撑剂导流能力测试系统液测、气测导流能力实验采用

6、API支撑剂导流能力测试实验仪1,从美国CER公司进口,目前是国内支撑剂质量检测中心(中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技术服务中心的评价设备。主要由以下几部分组成:(1API导流室;(2压力系统(水压机、压力补偿液压泵及回压调节器;(3供液系统(恒流泵和脉冲阻尼器;(4测量系统(温度补偿电子压力传感器、压力传感器、差压传感器、线性位移传感器(LVDT、温度传感器及电子天平;(5数据自动采集、处理及监测系统。其主体API导流室剖面图见图1,实验流程见图2。实验设备所用材料、规格及流程均按国际API 标准制定。2 实验条件及其要求(1测试样品:某中密度陶粒,规格为20/40目(视密度3.27

7、g/c m3,体积密度1.90g/c m3和30/ 50目(视密度3.31g/c m3,体积密度1.80g/c m3。(2测量介质:液测导流能力采用二次蒸馏水,气测导流能力采用氮气。(3测量方式:API线性流。(4实验温度:24(室温。(5实验流量:液测导流能力6c m3/m in,气测导流能力每个闭合压力点下测5种流量(12、14、17、20、23c m3/s。(6支撑剂铺置浓度:5kg/m2。(7液测导流能力测试时间:单点测试,共7个导流能力稳压测试点,10M Pa(0 25h、20M Pa(0 5h、30MPa(0 75h、40M Pa(1 0h、50M Pa(1 25h、60M Pa(

8、1 5h、70M Pa(2 0h。(8气测导流能力测试时间:单点测试,共7个导流能力稳压测试点,10MPa、20MPa、30MPa、40 M Pa、50M Pa、60M Pa、70MPa。每个闭合压力点下测上述5种流量,从低到高,每种流量下稳压测3 m i n,计算渗透率,取平均值。3 实验原理3.1 理论公式实验按线性流设计,确保液体或气体在层流状态下渗流通过支撑剂充填层,气体渗流时不产生滑脱效应。根据达西定律,层流条件下的液测和气测渗透率2,3计算公式见(1和(2,对应的导流能力计算公式见(3和(4。由计算公式可见,液测渗透率及其导流能力与测压孔上下游压差成反比,而气测渗透率和导流能力与上

9、下游压力的平方差成反比k1=101.325q1 1LA p=101.325q1u1LWW f p(1 k g=202.65p0q0 g LA(p12-p22=202.65p0q0 g LWW f(p12-p22(2k1W f=101.325q1 1LW p(3k g W f=202.65p0q0 g LW(p12-p22(4式中,k1为支撑剂充填层液测渗透率, m2;k g为支撑剂充填层气测渗透率, m2;k1W f为支撑剂充填层液测导流能力, m2c m;k g W f为支撑剂充填层气测导流能力, m2c m;q1为液体流量,c m3/s;q0为在标准大气压p0下气体体积流量(出口气量,68

10、石油钻采工艺 2008年2月(第30卷第1期c m3/s; 1为测试液体黏度,m Pa s; g为测试气体黏度,m Pa s;L为测压孔之间的距离,c m;A为流通面积,c m2;p1为上游压力,kPa;p2为下游压力,kPa; p0为标准状况下大气压,kPa; p为上下游压差, kPa;W为导流室的宽度,c m;Wf为支撑剂充填层的厚度,c m。3.2 API实验室计算公式实验用导流室按照美国API标准设计,其相关尺寸已经固定,测压孔间距12.70c m,导流室宽度3.81c m,代入上述理论公式,得到实验室计算支撑剂充填层液测、气测的渗透率和导流能力的公式k1=9.382#10-2q1 1

11、W f(k1-k2(5k1W f=9.382#10-2q1 1p1-p2(6k g=1.141#103q0 gW f(p12-p22(7k g W f=1.141#103q0 gp12-p22(8上述式中各符号的含义及单位同上。4 实验方案与实验步骤4.1 实验方案(120/40目陶粒支撑剂液测导流能力实验。(230/50目陶粒支撑剂液测导流能力实验。(320/40目陶粒支撑剂气测导流能力实验。(430/50目陶粒支撑剂气测导流能力实验。4.2 实验步骤实验按照SY/T6302-1997压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法%行业标准规定程序进行。主要包括以下实验步骤:(1设备校正;(2渗漏

12、检验;(3导流室准备;(4导流能力实验;(5拆卸与清洗;(6数据整理。5 实验结果及其分析5.1 液测导流能力实验20/40目和30/50目规格陶粒支撑剂的液测导流能力实验结果见表1。数据显示,在相同闭合压力下,大粒径(20/40目充填层较小粒径(30/50目充填层具有较高的导流能力和渗透率,反映具有较大的孔隙空间;随闭合压力增加,支撑剂充填层的渗透率和导流能力都逐步降低,且大粒径的较小粒径的下降快,反映大粒径陶粒的抗压能力较差。表1 液测渗透率和导流能力闭合压力/M P a20/40目陶粒支撑剂渗透率/ m2导流能力/ m2c m30/50目陶粒支撑剂渗透率/ m2导流能力气测导流能力的实验

13、结果见表2。数据显示,不同粒径的气测渗透率和导流能力具有与液测相同的趋势与规律。表2 气测渗透率和导流能力闭合压力/M P a20/40目陶粒支撑剂渗透率/ m2导流能力/ m2c m30/50目陶粒支撑剂渗透率/ m2导流能力图3和图4分别显示了不同规格中密度陶粒(20/40目和30/50目在相同实验条件下(陶粒类型、铺砂浓度、实验温度和压力的液测和气测渗透率与导流能力的大小变化关系。从图3可见,相同规格陶粒的气测渗透率均大于其液测值,说明气体在支撑剂充填层中较液体具有更高的渗流能力,反过来说,要达到相同的渗透率充填层,气体渗流时较液体可以采用较低的铺置浓度,或者可以采用不同类型或规格的支撑

14、剂;20/40目陶粒的液测渗透率高于30/50目陶粒气测值,说明支撑剂规格对支撑剂充填层的渗流能力起主要作用,支撑剂粒径越大,其孔隙空间越大,渗流能力越强。根据支撑剂充填层渗透率与导流能力的定义可见,支撑剂充填层的导流能力所体现的变化规律应与其渗透率的一致,结果见图4。数据显示,相同条件下的气测导流能力比液测导流能力高1.52.5倍,在低闭合压力下,气测导流能力与液测导流能力的差异更大。实验所体现的液测与气测导流能力的差异改变了气藏69蒋建方等:液测和气测支撑裂缝导流能力室内实验研究压裂优化设计的理念,用气测导流能力的实验结果来指导气井压裂的潜力分析、优化设计和压后效果预测及支撑剂的评价优选将

15、更具合理性和针对性。6 结论与认识(1气测导流能力实验显示了与液测值的巨大差异,直接改变了气井压前的潜力评估、优化设计、压后效果预测及支撑剂的评价优选观念,使气井的压裂作业更具合理性和针对性。(2如果以压后导流能力为优化目标,要获得相同的导流能力,气藏比油藏可以采用更低的铺砂浓度和砂比,这为致密气藏、强塑性气藏、异常高压气藏等特殊难压气藏的安全施工提供了实验依据。(3气藏的压裂开发有必要开展气测导流能力实验,而取代传统的液测方法。参考文献:1 朱文,姚飞.S Y/T6302-1997压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法S.中国石油天然气总公司,1997.2 何更生.油层物理M.北京:石油工业出版社,1994.3 张建国,雷光伦,张艳玉.油气层渗流力学M.山东东营:石油大学出版社,1998.(收稿日期 2007-07-17&编辑 付丽霞大港油田成功应用多氢酸分流深部酸化技术大港油田采油一厂应用多氢酸分流深部酸化技术