支撑剂嵌入深度的测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及石油勘探领域，特别涉及一种在油气田开发过程中用于对压入岩 层的支撑剂嵌入岩石深度进行测量的系统。
【背景技术】
[0002] 我国低渗透、特低渗透油气藏分布广泛，大多数低渗透油气藏主要通过水力压裂 技术进行储层增产改造获得工业油气。压裂施工结束后，在地层闭合应力的作用下存在支 撑剂嵌入地层岩石的现象。支撑剂嵌入导致裂缝缝宽减小，导流能力降低，压后增产效果 差。这种现象在高闭合压力、松软地层中尤为明显。分析评价支撑剂嵌入岩石的深度，对于 优化压裂设计，提高压裂改造效果具有十分重要的意义。
[0003] 国外根据Lewis L. Lacy发表的《基于HEC、硼酸盐和水基压裂设计的松软地层支 撑剂嵌入和裂缝导流能力》（SPE38590)采用均匀粒径海滩砂胶结模拟地层岩石，用一定粒 径钢球模拟支撑剂进行测试，该方法存在以下缺点：
[0004] 1、用钢球模拟支撑剂和用胶结海滩砂模拟地层岩石，与现实情况中支撑剂和地层 岩石之间的实际作用存在差异，不能反映真实情况。
[0005]2、不能针对不同储层类型岩石进行嵌入实验，适用范围差。
[0006] 3、仅描述支撑剂嵌入现象，没有计算出具体的嵌入深度，对压裂设计缺乏实际指 导意义。
[0007] 目前国内采用导流能力实验装置来测量支撑剂嵌入，首先使用钢板实验得到任意 时刻的支撑裂缝宽度，然后利用岩心板实验得到任意时刻的支撑裂缝宽度，最后通过差值 得到嵌入深度。该专利《支撑剂嵌入深度的测量装置及测量方法》（CN100594289C)存在以 下缺点：
[0008] 1、首先使用钢板进行导流实验，钢板会发生变形，而且存在支撑剂的嵌入现象，所 以存在误差。
[0009] 2、由于人为因素、实验操作方法、步骤的影响，支撑剂破碎和压实作用等因素给两 组实验带来的影响不会完全一致。使用钢板和岩芯板进行两次实验，根据实验结果进行差 值，得出的计算结果不够精确。
[0010] 3、没有确定支撑剂嵌入完成所需的时间。因此没有给出明确的应力加载时间。 【实用新型内容】
[0011] 本实用新型提供一种支撑剂嵌入深度的测量系统，用于解决现有技术中支撑剂嵌 入深度测量不精确，操作过程复杂等问题。
[0012] 为了解决上述问题，本实用新型的技术方案为支撑剂嵌入深度的测量系统包括： 压力试验机、嵌入模具、处理器装置、数据采集装置及高倍数显微镜；
[0013] 所述压力试验机的平台上放置所述嵌入模具，用于给所述嵌入模具施压；
[0014] 所述嵌入模具包括一有底无盖的腔体及一活塞，所述腔体内设置有两块岩芯板， 所述岩芯板之间铺置有支撑剂，所述活塞于测试时设置于所述岩芯板上；
[0015] 所述数据采集装置连接于所述压力试验机及所述处理器装置之间，用于测量施压 过程中的参数并将其发送至所述处理器装置；
[0016] 所述处理器装置连接所述压力试验机，用于控制所述压力试验机运行；
[0017] 所述高倍数显微镜与处理器装置相连，于压力试验机停止工作后，取出两款岩芯 板，对岩芯板嵌入面进行拍照，并将拍摄的岩芯板嵌入面图像发送至所述处理器装置，处理 器装置输出支撑剂嵌入岩芯板的深度。本实用新型一实施例的进一步方面，所述数据采集 装置包括压力传感器及位移传感器，分别用于测量压力试验机的施压信息及岩芯板间的距 离信息。
[0018] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述测量系统还包括数据采集板，连接于所 述处理器装置与所述压力传感器及所述位移传感器之间，用于采集施压过程中的压力信息 及岩芯板间的距离信息，并将其发送至所述处理器装置。
[0019] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述支撑剂为425~850 ym的陶粒支撑剂。
[0020] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述支撑剂的浓度为5kg/m2。
[0021] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述岩芯板的厚度为10 ± 1mm。
[0022] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述嵌入模具的底盖厚度为9. 53_、侧壁厚 度为 12. 7mm。
[0023] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述嵌入模具为一圆柱形有底无盖的腔体容 器，所述嵌入模具的空腔截面及所述活塞直径为75mm或100mm或120_。
[0024] 本实用新型一实施例的进一步方面，所述活塞高为88. 9_，所述腔体容器的高为 76. 2mm〇
[0025] 本实用新型提供的支撑剂嵌入深度的测量系统能够准确的测量出支撑剂嵌入深 度，计算简单，操作方便，对所取岩芯板的利用率高，能够真实的反应压裂裂缝中支撑剂嵌 入地层的情况，而且支撑剂嵌入岩芯板深度计算考虑因素全面，计算精确，对于压裂技术措 施决策和优化压裂设计具有一定的指导意义。
【附图说明】
[0026] 为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例需要的附图 作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。
[0027] 图1为本实用新型一实施例的支撑剂嵌入深度的测量系统的结构示意图；
[0028] 图2为本实用新型另一实施例的支撑剂嵌入深度的测量系统的结构示意图；
[0029] 图3为本实用新型一实施例的嵌入模具结构示意图；
[0030] 图4为本实用新型一实施例的嵌入模具纵向剖面示意图；
[0031] 图5为本实用新型一实施例的支撑剂嵌入深度计算的几何示意图；
[0032] 图6本实用新型一实施例的支撑剂嵌入深度测量方法流程图。
【具体实施方式】
[0033] 为了使本实用新型的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本实用新型的技 术方案做进一步说明，本实用新型也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本 领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本实用新型的保护范畴。
[0034] 如图1所示，图1为本实用新型一实施例的支撑剂嵌入深度的测量系统结构示意 图，支撑剂嵌入深度的测量系统包括压力试验机4、嵌入模具3、处理器装置6、数据采集装 置1及高倍数显微镜（图中未示）。所述压力试验机4的平台上放置所述嵌入模具3,用于 给所述嵌入模具施压；所述嵌入模具3为一有底无盖的腔体容器，所述腔体容器内设置有 两块岩芯板，所述岩芯板之间铺置有支撑剂；所述数据采集装置连接于所述压力试验机及 所述处理器装置之间，用于测量施压过程中的参数并将其发送至所述处理器装置；所述处 理器装置6连接所述压力试验机1，用于控制压力试验机的运行。所述高倍数显微镜与处理 器装置相连，于压力试验机停止工作时，取出两块岩芯板，对岩芯板嵌入面进行拍照，并将 拍摄的嵌入面图像发送至所述处理器装置，处理器装置输出支撑剂嵌入岩芯板的深度。
[0035] 详细的说，嵌入模具和活塞是由淬火的锰钢材料制成，具有抗压能力强，密封性能 好的特性。高倍数显微镜对岩芯板支撑剂嵌入面进行拍照，得到具有标尺的嵌入图片，随机 取点（即，随机取支撑剂粒，例如每立方厘米的区域选择一个或两个支撑剂粒，也可根据实 际情况灵活取点），从而得到嵌入圆形半径r n。进一步的，所述处理器装置显示所述支撑剂 的嵌入面图像，根据嵌入面图像得到嵌入圆形半径，根据所述支撑剂的嵌入圆形半径和支 撑剂的半径，得到支撑剂嵌入岩芯板的深度。其中，支撑剂的半径在进行测试前，可通过筛 析实验分析可得，支撑剂的半径的获得及支撑剂嵌入岩芯板深度计算过程将在后续实施例 中进行详细的说明，此处不再赘述。需要说明的是，具体实施时，高倍数显微镜拍摄的图片 也可不传输至处理器装置，可通过优盘拷贝的方式复制到处理器装置，或通过人为计算的 方式得到支撑剂嵌入岩芯板的深度。
[0036] 具体的，如图2所示，数据采集装置包括压力传感器11及位移传感器12,分别用于 采集压力试验机的施压信息及岩芯板间的距离信息，压力传感器及位移传感器可直接连接 于处理器装置上，处理器装置根据位移传感器测量值初步判断支撑剂是否产生嵌入现象， 处理器装置根据压力传感器测得的压力值，对压力试验机发出控制信号，使得压力试验机 能够更好的模拟支撑剂所处的压力环境。如图2所示，本实用新型一实施例中，测试系统还 包括数据采集板5,连接所述处理器装置6,数据采集板上连接压力传感器及位移传感器， 用于采集施压过程中的压力试验机的施压信息及岩芯板间的距离信息，并将其发送至所述 处理器装置。
[0037] 本实用新型所述的处理器装置可以是计算机、专用控制设备等装置。本实用新型 对处理器装置并不做具体限制。
[0038] 本实用新型一实施例中，支撑剂为425~850 ym的陶粒支撑剂，支撑剂的浓度为 5kg/m2,岩芯板的厚度为10± 1mm，嵌入模具的底盖厚度为9. 53mm、侧壁厚度为12. 7mm。本 实用新型其他实施例中，还可以选择其他材质、尺寸、浓度的支撑剂，岩芯板的厚度也可视 实际情况选取。
[0039] 本实用新型一实施例中，复请参阅图3,嵌入模具包括一活塞7、一有底盖无顶盖 的腔体8,该实施例中，腔体为一中空的圆柱形容器，活塞设置于腔体的上方，为实心圆柱体 结构，其中，活塞的横截面直径及圆柱形空腔的空腔横截面直径为d，活塞与腔体的其他尺 寸如图所示。详细的，如图4所示，活塞7与圆柱形腔体8之间为两块岩芯板10,岩芯板之 间装有支撑剂11，支撑剂11是均匀的铺置于两块岩芯板之间。
[0040] 本实施例中，为了避免对岩芯柱做过多处理，如打磨，切割等，根据储层取出的岩 芯柱的三种类型（分别为直径75mm、100mm、120mm的圆柱体），直接将岩芯板设计成直径为 75mm、100mm、120mm的圆柱体，嵌入模具按照取出岩芯柱的形状也分为三种规格，规格一： 活塞截面直径75mm，活塞的高88. 9mm，圆柱形空腔的空腔截面直径75mm，嵌入模具的壁厚 12. 7mm，空腔的高76. 2mm，嵌入模具底盖厚度9. 53mm。规格二：活塞截面直径100mm，活塞 的高88. 9_，圆柱形空腔的截面直径100_，嵌入模具的壁厚12. 7_，空腔的高76. 2_，嵌