支撑剂导流能力测试实验研究

支撑剂导流能力测试实验研究

压裂支撑方案的内源性实验数据是支撑方案评估的重要依据，在压裂优化设计中可以发挥重要作用。然而，这些数据是否能够大致反映储层支撑的实际情况，是压裂研究人员面临的问题之一。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APIRP61,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实验设备组成、流程液测、气测导流能力实验采用API支撑剂导流能力测试实验仪,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:(1)API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实验条件和要求(1)密度和密度某中密度陶粒,规格为20/40目(视密度3.27g/cm3,体积密度1.90g/cm3)和30/50目(视密度3.31g/cm3,体积密度1.80g/cm3)。(2)测量对象液测导流能力采用二次蒸馏水,气测导流能力采用氮气。(3)测量方法API线性流。(4)实验温度24℃(室温)。(5)实验流量液测导流能力6cm3/min,气测导流能力每个闭合压力点下测5种流量(12、14、17、20、23cm3/s)。(6)支撑剂的浓度5kg/m2。(7)mpa,20mpa,20mpa、30mpa0.5h、20.单点测试,共7个导流能力稳压测试点,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单点测试,共7个导流能力稳压测试点,10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、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3min,计算渗透率,取平均值。3实验原理3.1u3000测试方法实验按线性流设计,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下游压力的平方差成反比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为支撑剂充填层液测渗透率,μm2;kg为支撑剂充填层气测渗透率,μm2;k1·Wf为支撑剂充填层液测导流能力,μm2·cm;kg·Wf为支撑剂充填层气测导流能力,μm2·cm;q1为液体流量,cm3/s;q0为在标准大气压p0下气体体积流量(出口气量),cm3/s;μ1为测试液体黏度,mPa·s;μg为测试气体黏度,mPa·s;L为测压孔之间的距离,cm;A为流通面积,cm2;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;Δp为上下游压差,kPa;W为导流室的宽度,cm;Wf为支撑剂充填层的厚度,cm。3.2率和回流能力的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12.70cm,导流室宽度3.81cm,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=9.382×10−2q1μ1Wf(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)上述式中各符号的含义及单位同上。4实验计划和实验步骤4.1目数和气测导流能力实验(1)20/40目陶粒支撑剂液测导流能力实验。(2)30/50目陶粒支撑剂液测导流能力实验。(3)20/40目陶粒支撑剂气测导流能力实验。(4)30/50目陶粒支撑剂气测导流能力实验。4.2《推荐的导流能力评价程序》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结果及其分析5.1充填层孔隙结构分析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。5.2气测量中的流能测量气测导流能力的实验结果见表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。5.3支撑剂充填层均压流能力与渗透率的关系图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1.5～2.5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更具合理性和针对性。6气藏水井的压后引流能力和地层(1)气测导流能力实验显示了与液测值的巨大差异