非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种脉冲式加砂压裂压后返排及生产过程中支撑剂砂柱边缘颗粒流 化、缝内孔道率变化的测试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 脉冲式水力加砂压裂作为油气藏增产改造领域新兴的技术手段目前已在全球范 围内逐步推广应用。该技术通过形成不连续铺砂裂缝，提高缝内孔道率及流体流动效率为 油气井压后高效开发提供技术支撑。然而，受地层闭合压力、流体流速、支撑裂缝宽度及支 撑剂颗粒本身性质等因素影响，在压后返排过程及生产过程中支撑剂砂柱边缘将出现局部 流化现象，降低支撑剂砂柱稳定性并引起油气流通通道溃缩，同时支撑剂颗粒流化将带来 近井地带裂缝导流能力迅速下降、堆积掩埋井底下部储层、冲蚀地面管线及仪表等不利影 响，对压后生产工作的正常进行造成消极作用。因此，开展闭合压力作用下不连续充填裂缝 支撑剂砂柱冲蚀稳定性研究工作，对优化工艺参数提高压后效果具有重要意义。
[0003] 目前模拟支撑裂缝支撑剂冲蚀的测试装置及方法主要基于连续充填裂缝，如公开 号为102183796A，公开日为2011年9月14日的中国专利文献公开了一种模拟支撑剂回流的 测试装置及方法，该测试装置主要由储液罐、腔室栗、管线加热套、流量计、导流室、位移传 感器、油压机、砂样收集器、废液罐、数据采集控制板、计算机组成。该测试方法如下:首先将 支撑剂铺置于两块岩板之间，装载于导流室内；然后开启腔室栗，以小排量驱替；油压机两 侧装载位移传感器，并加载至设计压力；启动计算机、管线电加热套、电加热棒，调节腔室栗 排量，所有数据通过数据采集控制板传输至计算机;逐级增大排量，得到一定闭合压力下支 撑剂回流临界流速;改变闭合压力，可得到不同闭合压力条件下支撑剂回流临界流速。
[0004] 但以上述专利文献为代表的现有技术仍然存在以下缺陷和不足： 1、 不能考察非连续铺砂裂缝内流体冲蚀对支撑裂缝孔道率的影响； 2、 未考虑裂缝壁面粗糙度对非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱冲蚀稳定性的影响； 3、 不能对不同流速条件下非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱边缘颗粒流化现象展开研究； 4、 不能模拟地层闭合压力与流体冲蚀双重作用下非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱稳定 性变化情况。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种非连续铺砂裂缝缝 内支撑剂砂团冲蚀评价装置，使用该测试装置，可模拟非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱稳定 性的真实条件，满足不同环境条件下支撑剂砂柱稳定性的测试要求，可用以指导形成合理 的压裂工艺参数降低脉冲式加砂压裂工艺条件下支撑剂砂柱稳定性下降带来负面影响，及 确定合理的压后生产工艺。
[0006] 同时，本发明还提供了该测试装置的测试方法。
[0007] 本发明是通过采用下述技术方案实现的： 一种非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置，其特征在于:主要由储液罐、储气 罐、储液罐阀门、储气罐阀门、恒流栗、流量计、管线加热套、冲蚀区、位移传感器、液压机、砂 粒收集器、废液罐、数采控制板和计算机组成，所述冲蚀区由上活塞、下活塞通过密封圈与 冲蚀区腔体构成;所述上活塞、下活塞与液压机相连;活塞内表面间为支撑剂砂柱铺置区； 所述冲蚀区两端分别为进液通道、出液通道;所述进液通道依次连接进液接头、流量计、管 线加热套及恒流栗;所述出液通道依次连接出液接头、砂粒收集器、废液罐;所述进液接头 与出液接头通过紧固螺栓与冲蚀区腔体两端固定，利用密封垫圈实现贴合密封;所述位移 传感器与液压机连接;所述恒流栗、管线加热套、流量计、温度传感器、位移传感器均与数采 控制板连接，数采控制板与计算机连接。
[0008] 本发明中，所述上活塞和下活塞内表面为非均匀刻蚀壁面，可真实模拟地层条件 下人工裂缝壁面粗糙形态，保证测试结果的真实可靠。
[0009] 本发明中，所述进液通道连接进液接头内为喇叭口流道，与进液通道契合，可避免 测试流体进入模拟裂缝内腔对支撑剂砂柱形成射流冲击，保证测试结果有效性。
[0010] 本发明中，所述出液通道连接出液接头内为圆形流道，可模拟射孔孔眼及流化支 撑剂颗粒由裂缝经孔眼流至井筒的过程。
[0011] -种非连续铺砂裂缝缝内支撑剂砂团冲蚀评价装置的测试方法，包括以下步骤： (1) 称取设定裂缝孔道率及铺砂浓度条件下的支撑剂颗粒； (2) 打开上活塞、下活塞，利用支撑剂砂柱成形模具在支撑剂砂柱铺置区铺置形成非连 续支撑剂砂柱； (3) 装载上活塞和下活塞，利用密封圈完成密封； (4) 使用液压机加载初始闭合压力； (5) 关闭储气罐阀门（模拟压后返排），开启储液罐阀门及恒流栗，以最低排量驱替使测 试管线及冲蚀区内充满测试流体； (6) 装载位移传感器，将液压机加载至设计闭合压力，启动计算机，输入实验参数； (7) 启动管线加热套，调节恒流栗按设计流量大小注入测试流体，所有实验数据通过数 采控制板传输至计算机； (8) 逐级增加测试流体流速，至砂粒收集器出现砂粒，得到一定闭合压力条件支撑剂砂 柱边缘颗粒流化临界流速； (9) 单级闭合压力及临界流速条件下测试完毕后，打开冲蚀区上、下活塞，记录支撑剂 砂柱铺置区内支撑剂砂柱形态并计算一定闭合压力及流体冲蚀作用下非连续铺砂裂缝孔 道率变化值； (10) 改变闭合压力大小，重复步骤(7)、（8)、（9)，得到不同闭合压力条件下支撑剂砂柱 边缘颗粒流化临界流速及孔道率变化值。
[0012] 所述支撑剂砂柱铺置区为非连续充填铺置。
[0013] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下： 一、采用本测试装置及方法，可模拟非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱稳定性的真实条件， 满足不同环境条件下支撑剂砂柱稳定性的测试要求，可用以指导形成合理的压裂工艺参数 降低脉冲式加砂压裂工艺条件下支撑剂砂柱稳定性下降带来负面影响，及确定合理的压后 生产工艺。
[0014] 二、可模拟非连续铺砂裂缝内流体冲蚀对支撑裂缝孔道率的影响。
[0015] 三、考虑裂缝壁面粗糙度对非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱冲蚀稳定性的影响。
[0016] 四、可开展不同流速条件下非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱边缘颗粒流化现象的研 究。
[0017] 五、可模拟地层闭合压力与流体冲蚀双重作用下非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱稳 定性变化情况； 六、本发明提供的一种模拟脉冲式加砂压裂压后返排及生产过程中地层闭合压力作用 下支撑剂砂柱冲蚀的测试装置，原理可靠，结构简单，测试方法有效。本发明不仅可用于研 究脉冲式加砂压裂条件下地层闭合压力作用下受流体冲蚀作用的支撑剂砂柱稳定性，确定 支撑剂砂柱边缘颗粒流化临界流速，考察缝内孔道率变化情况，克服了现有技术缺陷，为研 究脉冲式加砂压裂压后非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱稳定性提供了专用设备及测试方法。
【附图说明】
[0018] 下面将结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，其中： 图1为模拟脉冲式加砂压裂压后非连续铺砂裂缝内支撑剂砂柱稳定性的测试装置结构 示意图； 图2为平板夹持裂缝结构示意图； 图3为裂缝壁面侧视图。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1 参照说明书附图1、2和3，作为本装置的最佳实施方式为： 按照设计的非连续铺砂裂缝孔道率，所需支撑剂质量： 式中：
mP-实验所需支撑剂质量，g; S-模拟裂缝面积，m2; Φ 〇-非连续铺砂裂缝初始孔道率； CP-单柱支撑剂砂柱铺