基于声发射衡量暂堵剂性能的装置与方法与流程

本发明涉及油气层开发及岩土工程技术领域，尤其涉及基于声发射衡量暂堵剂性能的装置与方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

随着人们对石油的需求量的增加，石油开采速度也越来越快，而石油资源是一种不可再生资源，如何高产量低污染的开采石油成为石油工程中最关注的问题。

暂堵剂对提高石油产量有着不可替代的作用。它能暂时降低地层渗透性或暂时封堵高渗透油层的物质。暂堵剂与水溶性聚合物混合后注人井内，在压差的作用下能够迅速形成薄而致密的油层暂堵带，经过一定时间后可自行或人工解堵。可用于油井洗井，较好的解决其洗井后排水时间长、油层损害和产能下降的问题，节省洗净用水，增加日油产量，降低含水量；也可以用于缝内转向压裂，水力压裂过程中加入暂堵剂，在水力压裂主裂缝通道内暂时形成桥堵，产生升压效应，从而压开新的支裂缝或沟通更多微裂缝，增大油/水层泄流面积，实现油/水井的增产增注。

现有的暂堵技术形成的暂堵物抗压强度低，常常导致冲砂或钻塞过程中压漏，所以在进行压裂前需要测量暂堵物的抗压强度，以满足压裂需求，避免在压裂过程中出现冲砂或者压漏现象。然而，现有的测量暂堵剂强度的常规方法无法准确测出暂堵剂的强度，因而无法准确衡量暂堵剂性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种基于声发射衡量暂堵剂性能的装置，用以准确衡量暂堵剂性能，该装置包括压裂机，声发射传感器，声发射分析仪；其中：

所述压裂机用于在试样裂缝中油压稳定且保持不变时对试样进行加载，所述试样模拟真实压裂条件在裂缝中泵有油并放有暂堵剂；

所述声发射传感器用于在压裂机对试样进行加载时检测试样发射的声波信号；

所述声发射分析仪与所述声发射传感器连接，用于在声波信号中出现破裂信号时确定暂堵剂发生破裂。

本发明实施例还提供一种基于声发射衡量暂堵剂性能的方法，用以准确衡量暂堵剂性能，该方法包括：

模拟真实压裂条件，在试样的裂缝中泵入油，放入暂堵剂；

待油压稳定后，压裂机对试样进行加载；

在压裂机对试样进行加载时保持油压不变，声发射传感器检测试样发射的声波信号；

当声波信号中出现破裂信号，确定暂堵剂发生破裂。

本发明实施例中，利用声发射手段衡量暂堵剂性能，声发射手段为无损监测手段，在不对正常实验过程以及实验结果进行干扰的情况下获得试样的破裂信息；除此之外，实验模拟真实暂堵剂压裂条件，测量出的结果更具有实际意义；最后，实验测量的暂堵剂的强度为模拟其真实压裂条件下的破坏强度，而不是单轴抗压强度，该测量强度更具有实际意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的示意图；

图2为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图；

图3为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图；

图4为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图；

图5为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图；

图6为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如前所述，现有的暂堵技术形成的暂堵物抗压强度低，常常导致冲砂或钻塞过程中压漏，而现有的测量暂堵剂抗压强度的常规方法无法准确测出暂堵剂的抗压强度。发明人考虑，采用声发射的手段可以解决这一问题，且声发射手段为无损监测手段，操作方便，准确度高。因此，在本发明实施例提出一种基于声发射衡量暂堵剂性能的装置与方法，模拟暂堵剂真实使用环境，具有实际意义。

声发射是一种无损检测手段。材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射(acousticemission，简称ae)，由于材料内部结构发生变化而引起材料内应力突然重新分布，使机械能转变为声能，产生弹性波。声发射的频率一般在1khz～1mhz之间。

图1为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的示意图，如图1所示，该装置可以包括：压裂机11，声发射传感器12，声发射分析仪13；其中：

压裂机11用于在试样裂缝中油压稳定且保持不变时对试样进行加载，试样模拟真实压裂条件在裂缝中泵有油并放有暂堵剂；

声发射传感器12用于在压裂机对试样进行加载时检测试样发射的声波信号；

声发射分析仪13与声发射传感器12连接，用于在声波信号中出现破裂信号时确定暂堵剂发生破裂。

由上可以得知，本发明实施例中，利用声发射手段衡量暂堵剂性能，声发射手段为无损监测手段，在不对正常实验过程以及实验结果进行干扰的情况下获得试样的破裂信息；除此之外，实验模拟真实暂堵剂压裂条件，测量出的结果更具有实际意义；最后，实验测量的暂堵剂的强度为模拟其真实压裂条件下的破坏强度，而不是单轴抗压强度，该测量强度更具有实际意义。

图2为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图。如图2所示，在一个实施例中，图1所示装置还可以包括：

压力传感器21，与声发射分析仪13连接，用于检测压裂机11对试样加载的压力信号，将压力信号提供至声发射分析仪13；

声发射分析仪13进一步用于对压力信号进行分析。

在一个实施例中，压力传感器与试样之间设置有特氟龙片。在压力传感器与试样之间加特氟龙片是为了避免压头与试样之间直接接触，损害实验仪器，影响实验结果。

图3为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图。如图3所示，在一个实施例中，图2所示装置还可以包括：

应变放大器31，连接在压力传感器21和声发射分析仪13之间，用于对压力信号进行放大。

图4为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图。如图4所示，在一个实施例中，图1所示装置还可以包括如下仪器之一或组合：

前置放大器41，连接在声发射传感器12和声发射分析仪13之间，用于对声波信号进行放大；

滤波器42，连接在声发射分析仪13的输入端，用于对声发射分析仪13的输入信号进行滤波；

微电脑43，连接在声发射分析仪13的输出端，用于对声发射分析仪13输出的分析结果进行记录和/或显示。

上述前置放大器41、滤波器42、微电脑43之一或组合也可以设于图2或图3所示装置中。

图5为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的具体示例图。如图5所示，本例中分别示出了：试样1、载荷2、应变仪3、压力传感器4、声发射传感器5、前置放大器6、滤波器7、声发射分析仪8、应变放大器9、数据记录仪10、微电脑11、打印机12、特氟龙片13之间的相对位置和连接关系。随着声发射采集系统的完善，滤波器7、数据记录仪10等可以合为一体。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种基于声发射衡量暂堵剂性能的方法，如下面的实施例所述。由于该方法解决问题的原理与基于声发射衡量暂堵剂性能的装置相似，因此该方法的实施可以参见基于声发射衡量暂堵剂性能的装置的实施，重复之处不再赘述。

图6为本发明实施例中基于声发射衡量暂堵剂性能的方法的示意图，如图6所示，该方法可以包括：

步骤61、模拟真实压裂条件，在试样的裂缝中泵入油，放入暂堵剂；

步骤62、待油压稳定后，压裂机对试样进行加载；

步骤63、在压裂机对试样进行加载时保持油压不变，声发射传感器检测试样发射的声波信号；

步骤64、当声波信号中出现破裂信号，确定暂堵剂发生破裂。

在一个实施例中，暂堵剂为蜡球；

放入暂堵剂包括放入如下用量的蜡球：

初次压裂蜡球用量：g＝nh1g0+gf；

重复压裂蜡球用量：g＝h2gr；

其中，g为蜡球用量；n为每米油层射孔数；h1为油层射孔厚度；g0为每个孔眼所需蜡球用量；gf为附加蜡球用量；h2为油层厚度；gr为每米油层蜡球用量。

实验前根据工程经验计算所需的暂堵剂的量，模拟真实暂堵剂工作环境，测量出结果更具有实际意义。

在一个实施例中，在检测声波信号之前还可以包括：

模拟真实压裂条件，设置声波信号检测参数。

在一个实施例中，声波信号检测参数可以包括声波信号检测门槛值和/或采样频率。

在一个实施例中，上述基于声发射衡量暂堵剂性能的方法还可以包括：

压力传感器检测压裂机对试样加载的压力信号；

对压力信号进行分析；

其中，压力传感器与试样之间设置有特氟龙片。

下面以将上述基于声发射衡量暂堵剂性能的方法应用于图5所示实例结构为例，说明用声发射手段检测暂堵剂强度来评价暂堵剂的性能的具体实施。

首先，实验前，计算实际裂缝需要加入的暂堵剂的量然后进行模拟。以油溶性暂堵剂蜡球为例，根据如下公式计算蜡球用量：

初次压裂计算蜡球用量公式：

g＝nh1g0+gf；

其中，g为蜡球用量，kg；n为每米油层射孔数，孔/m；h1为油层射孔厚度，m；g0为每个孔眼所需蜡球用量，例如可以取0.25kg；gf为附加蜡球用量，例如可以取3～4kg。

重复压裂层计算蜡球用量公式：

g＝h2gr

其中，g为蜡球用量；h2为油层厚度，m；gr为每米油层蜡球用量，例如可以取10～15kg/m。

计算出蜡球的用量后，模拟真实压裂条件，在已含有人工裂缝(一条主裂缝)的试样中放入计算所得用量的暂堵剂。

然后，在试样的人工裂缝中泵入油，放入事先准备好的暂堵剂，同时根据现场环境以及暂堵剂基本情况对微电脑11中声发射软件中门槛值、采样频率等参数进行设置，将试样与压裂机压头传感器4接触。待油压稳定后开始测试，将声发射传感器5通过耦合剂粘贴在试样表面并进行声波测试，测试通过后准备实验。

实验开始，在压裂机开始对试样进行加载的同时，声发射软件开始记录声波，直至暂堵剂发生破裂，整个过程中保持油压不变。当声发射显示出明显的破裂信号时，说明暂堵剂已经产生裂纹。

实验测量的暂堵剂的强度为模拟其真实压裂条件下的破坏强度，而不是单轴抗压强度，该测量强度能更好的衡量暂堵剂的性能，更具有实际意义

如上所述，本发明实施例中将声发射监测手段用于暂堵剂强度的测量并作为衡量暂堵剂性能的手段，测量暂堵剂强度是在模拟暂堵剂真实的使用环境下，且使用暂堵剂的量可以先进行工程计算分析，测量的暂堵剂的强度并不是常规的单轴压缩强度，而是模拟暂堵剂在真实使用环境下的强度，能够更好的描述评价暂堵剂的性能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。