一种多功能裂缝导流能力测试系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油天然气开发技术领域，特别涉及一种多功能裂缝导流能力测试系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 通过压裂技术（水力压裂、CO2压裂）对油气储层进行改造成会产生复杂的裂缝， 而上述裂缝的导流能力是评价压裂作业增产效果的重要指标，并对压裂设计的优化起关键 作用。鉴于裂缝导流能力在压裂作业增产效果评价中的重要性，研制一种能分别利用常规 水力压裂液、纯CO 2压裂液、改进的CO2压裂液（添加有化学试剂）测试复杂裂缝（分层裂 缝、曲折裂缝、缝网裂缝）导流能力的装置，就显得尤为重要。现有的裂缝导流能力测试系 统存在功能单一（通常仅能进行常规水力压裂液的相关测试，或者利用氮气进行实验）、一 般所测裂缝形态简单（通常为单条裂缝，不能反映真实情况）、且在利用CO 2压裂液测试时 没有设计相应的化学试剂供应装置，同时由于简化过多而忽略了许多重要的细节问题（如 未考虑压裂液以及添加化学试剂对栗的腐蚀），而给裂缝导流能力测试研究的开展带来极 大不便。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术存在的功能单一、一般所测裂缝形态简单、在利用CO2压裂 液测试时没有设计相应的化学试剂供应装置、由于简化过多而忽略了许多重要的细节问题 (如未考虑压裂液以及添加化学试剂对栗的腐蚀）等缺点，本发明的目的在于提供一种多 功能裂缝导流能力测试系统及方法，能分别利用常规水力压裂液与CO 2压裂液测试裂缝导 流能力。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0005] -种多功能裂缝导流能力测试系统，包括一号气瓶1、二号气瓶2、小型盛水容器 13和大型盛水容器25,其中一号气瓶1的出口通过一号阀3与过滤器5的入口连接，二号 气瓶2的出口通过二号阀4与过滤器5的入口连接，过滤器5与低温浴槽7的入口连接且 连接管路上有流量计6,低温浴槽7的出口与搅拌容器19的进气口连接且连接管路上依次 设置有一号温度传感器8、一号栗9、一号安全阀10和一号单向阀11 ;小型盛水容器13设置 在一号天平12上，小型盛水容器13通过管道与搅拌容器19的进水口连接且连接管道上依 次设置有三号阀14、二号栗15、小型活塞容器16、二号安全阀17和二号单向阀18 ;搅拌容 器19中部的采样口通过管道与导流室36连接且连接管道上依次设置有一号加热器20、二 号温度传感器21、一号压力表22和四号阀23 ;大型盛水容器25设置在二号天平24上，大 型盛水容器25通过管道与岩样室36连接且连接管道上依次设置有五号阀26、三号栗27、 大型活塞容器28、三号安全阀29、三号单向阀30、二号加热器31、三号温度传感器32、二号 压力表33和六号阀34,所述导流室36内设置有岩样37。四号阀23后的管道与六号阀34 后的管道并联后与导流室36连接，且连接管道上设置四号温度传感器35。
[0006] 本发明设计有多个气瓶，能够根据需要灵活的选择气瓶即一号气瓶1、二号气瓶2 的接入数量，同时气瓶口向下倾斜固定放置，便于〇) 2气体更好的保存并液化输出。
[0007] 所述流量计6、一号温度传感器8、二号温度传感器21、三号温度传感器32、四号温 度传感器35、一号压力表22、二号压力表33均连接数据采集控制卡，用于对管道内的流量、 温度、压力进行实时监控，并能有效采集数据。
[0008] 所述一号安全阀10、二号安全阀17、三号安全阀29的作用是保护管道与仪表，防 止栗压力过大损害管道或仪表。
[0009] 所述一号单向阀11、二号单向阀18、三号单向阀30的作用是防止CO2、化学试剂、 水力压裂液等的回流。
[0010] 所述过滤器5为气体过滤器，其用途是除去原始CO2中混杂的杂质，提纯获得高精 度 C02〇
[0011] 所述一号天平12、二号天平24为精密数字天平，其用途是测定盛水容器的排量， 并经过换算求出输出压裂液的体积。
[0012] 所述小型活塞容器16和大型活塞容器28均由水槽40、活塞41、压裂液槽39组成， 其中水槽40在下方，压裂液槽39在上方，活塞41位于水槽40和压裂液槽39之间。其目 的是防止直接输送化学试剂、水力压裂液对栗造成损害，而采用清水推动化学试剂、水力压 裂进行输送。
[0013] 所述搅拌容器19为密闭保温搅拌容器，其作用是使CO2与化学试剂能有效混合， 使得溶解更充分。
[0014] 所述一号加热器20、二号加热器31为精密数字化控制的表面加热器，其作用是对 压裂液进行加温，以便于测试裂缝在不同温度条件下的导流能力。
[0015] 所述岩样37在导流室36内与其内壁紧密接触。岩样37由取于地层或同层位露 头的天然岩石加工而成，加工时，可根据需要先切割成与导流室尺寸相匹配的两端半圆形 中部长方体岩板（为了满足API导流室两端形状为圆形的要求），而后根据需要设计的复杂 裂缝形态（分层裂缝、曲折裂缝、缝网裂缝），将上述两端半圆形中部长方体岩板进行横向 与纵向切割，切割成需要设计裂缝形态的两端半圆形中部长方体岩板、长方体岩板、梯形岩 板等，进而将通过铺设支撑剂而设计成不同形态的复杂裂缝，与单条裂缝相比，更能反映真 实情况。
[0016] 所述导流室36为按照API标准设计的导流室，导流室采用高滑度不锈钢材料锻 造，以防止产生塑性变形，且其内部含有电加热棒，以便测试裂缝在不同温度下的导流能 力，同时导流室上安装有压力传感器、差压传感器、温度传感器、位移传感器等，以便于实时 采集数据，且导流室上盖板或下盖板配备有液压千斤顶，以模拟不同压力对裂缝导流能力 的影响。
[0017] 本发明所有连接管线均采用316L管线，以防压裂液对管线的酸性腐蚀；且连接低 温浴槽7到四号温度传感器35的管道均用保温材料缠绕包裹。
[0018] 本发明同时提供了基于权利要求1所述多功能裂缝导流能力测试系统的测试方 法，包括如下步骤：
[0019] 步骤1，将岩样37设置于导流室36中，铺设支撑剂形成复杂形态裂缝，对导流室 36的上盖板、下盖板施加压力；
[0020] 步骤2,通过如下过程进行测试：
[0021] 使一号阀3、二号阀4、一号栗9、三号阀14、二号栗15、四号阀23处于打开状态，一 号气瓶1、二号气瓶2中的0) 2分别通过一号阀3、二号阀4进入过滤器5,经过滤器5过滤 后依次流经流量计6、低温浴槽7、一号温度传感器8、一号栗9、一号安全阀10和一号单向 阀11 ;同时一号天平12测量小型盛水容器13中水的质量，小型盛水容器13中的水通过管 道流经三号阀14、二号栗15而后进入小型活塞容器16的下部，通过小型活塞容器16中的 活塞运动而使容器上部的化学试剂流经二号安全阀17、二号单向阀18,而后在搅拌容器19 与流经一号单向阀11的CO 2相混合，待混合搅拌均匀后进入一号加热器20进行加热处理， 然后通过管道依次流经二号温度传感器21、一号压力表22、四号阀23、四号温度传感器35 而进入导流室36,在导流室36内测试岩样37中裂缝的导流能力；过程中，实时读取一号温 度传感器8、二号温度传感器21、四号温度传感器35、一号压力表22中的监测数据；实时采 集导流室36中安装的压力传感器、差压传感器、温度传感器、位移传感器的数据，计算得到 等效裂缝宽度和渗透率，进而得到裂缝导流能力，从而实现CO 2压裂液支路对裂缝导流能力 的测试；
[0022] 或者，使五号阀26、三号栗27、六号阀34处于打开状态，同时用二号天平24测量 大型盛水容器25中水的质量，大型盛水容器25中的水通过管道流经五号阀26、三号栗27 而后进入大型活塞容器28的下部，通过大型活塞容器28中的活塞运动而使容器上部的水 力压裂液流经三号安全阀29、三号单向阀30,然后进入二号加热器31进行加热处理，然后 通过管道依次流经三号温度传感器32、二号压力表33、六号阀34、四号温度传感器35而进 入导流室36,在导流室36内测试岩样37中裂缝的导流能力；过程中，实时读取三号温度传 感器32、二号压力表33、四号温度传感器35中的监测数据；实时采集导流室36中安装的压 力传感器、差压传感器、温度传感器、位移传感器的数据，计算得到等效裂缝宽度和渗透率， 进而得到裂缝导流能力，从而实现常规水力压裂液支路对裂缝导流能力的测试。
[0023] 所示步骤1中复杂形态裂缝包括分层裂缝、曲折裂缝和缝网裂缝，
[0024] 当裂缝形态为分层裂缝时，其形成过程为：
[0025] 取地层或同层位露头的天然岩石，先切割成与导流室36尺寸相匹配的两端半圆 形中部长方体岩板；
[0026] 根据所需的层数，将两端半圆形中部长方体岩板水平切割成多个两端半圆形中部 长方体薄岩板，切割完成后，把所得两端半圆形中部长方体薄岩板与支撑剂依次铺设于导 流室36内的上盖板、下盖板之间，其中与导流室36接触部分用硅胶密封；
[0027] 当裂缝