一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置及方法与流程

1.本发明属于暂堵剂封堵性能检测技术领域，涉及一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置及方法。


背景技术：

2.近年来，我国陆上油气藏开发朝着中深层迈进，油藏渗透率等物性越来越差，如页岩油气藏、中深层砾岩油藏气测渗透率很多都在1
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10-3μm2以下。此类低渗油藏一般都需要进行大规模体积压裂才能进行效益开采。国内外大规模、细分切割的体积压裂已成为储层改造主体技术。暂堵压裂工艺技术对井眼轨迹、管柱尺寸等适应性广，施工简单、安全高效，已成为水平井转向压裂主流技术。
3.现有固体暂堵剂主要有球型、颗粒型和粉状类型，其主要性能参数有：(1)暂堵剂的尺寸能够对人工裂缝、射孔孔眼尺寸匹配；(2)能够对射孔段簇进行有效暂堵，并承受一定压力；(3)在储层温度下一定时间内在水中可溶解；(4)暂堵剂溶解后对人工裂缝、储层渗透率的伤害大小。到目前为止，关于固体暂堵剂封堵性能的室内评价，国内外无统一的评价指标和测试程序，各企业采用自己的产品标准，设备通用性不强，暂堵剂测试项目、评价方法、技术指标不统一，无法对其暂堵剂优劣进行可靠评判。
4.中国专利文献cn112796700a公开一种压裂用暂堵剂封堵性能实验方法，压裂模拟装置、电加热带、增压泵、压力传感器、出液阀、流量传感器，在安装好上述结构后将需要检测性能的暂堵剂与速溶胍胶以及填料混合，混合均匀后分为两份，关闭出液阀，利用后台控制系统控制增压泵增压，每增加1mpa压力就记录压裂模拟装置内的暂堵剂的位移情况，并根据增加压力数据和记录的暂堵剂位移情况数据，判断暂堵剂的承压能力；测试完压力之后，取出第一份暂堵剂，将第二份暂堵剂放入压裂模拟装置，在压裂模拟装置外围包裹电加热带，并通过后台控制系统打开出液阀，后台控制系统控制电加热带逐渐增温，通过流量传感器测试从压裂模拟装置下方流出的液体流量，并实时后台监测加热温度。但上述结构的测试装置所测试的暂堵剂类型单一，无法根据裂缝或炮眼形态选择粉状、颗粒状、球状形态的暂堵剂进行测试，装置测试结果单一，装置不具有通用性。
5.中国专利文献cn111256961a公开了一种评价暂堵球性能的装置及方法，所述装置包括：泵注模块、第一流体管汇、暂堵转向水平测试模块、缝口孔眼暂堵转向模拟模块、数据采集模块；泵注模块的输出端通过第一流体管汇与暂堵转向水平测试模块连接；暂堵转向水平测试模块的侧壁上设置多个孔眼，暂堵转向水平测试模块通过多个孔眼与缝口孔眼暂堵转向模拟模块的一输入端连接；缝口孔眼暂堵转向模拟模块的输出端与数据采集模块连接，数据采集模块用于采集缝口孔眼暂堵转向模拟模块输出的流体的第一流量，根据第一流量，对暂堵球的转向性能进行评价，该装置能够快速、准确、直观地得到缝口暂堵转向过程中暂堵球的封堵能力及转向性能，但是该测试装置无法针对粉状、颗粒状或球状等不同形态的暂堵剂进行针对性测试，装置通用性较差，并且装置结构较复杂，不便于操作。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置及方法，包括压帽和连接筒，通过在连接筒内装填不同类型的固体暂堵剂，并选用对应的压帽封堵，利用常规岩心驱替实验装置，动态测试特定流体作用下暂堵剂对炮眼或者不同直径裂缝的封堵效果，能够解决现有压裂暂堵剂测试装置测试类型单一，通用性差的问题，使测试过程中的评价方法、技术指标保持统一，可对暂堵剂优劣进行可靠评判。
7.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置，其包括第一压帽、第二压帽、连接筒以及垫块，所述连接筒中心轴线位置设有通孔，所述第一压帽位于连接筒的一端，所述第二压帽位于连接筒的另一端，其中所述第一压帽的轴心位置设有进液结构，所述第二压帽的轴心位置设有出液结构；所述垫块位于连接筒的通孔内部，且所述垫块紧贴第一压帽的端面位置，所述垫块的轴心位置设有导液通孔，所述垫块的端面上同心分布有多个导流槽，所述垫块端面上沿径向设有多个导流通道，所述导流通道连通导液通孔和导流槽；所述连接筒中位于垫块与第二压帽之间的通孔内填充固定暂堵剂。
8.进一步的，所述第一压帽采用螺栓结构，且所述第一压帽包括第一螺帽部和第一螺纹部，所述第一螺纹部采用外螺纹结构。
9.进一步的，所述第一压帽中进液结构采用圆形导液通孔，所述第二压帽中出液结构采用矩形导液通孔。
10.作为第一种测试装置结构，可针对粉状或颗粒状暂堵剂进行缝内封堵测试：
11.进一步的，所述第二压帽包括两个半螺栓，两个半螺栓拼接构成圆柱形的螺栓结构，且所述第二压帽包括第二螺帽部和第二螺纹部，所述第二螺纹部采用外螺纹结构。
12.进一步的，所述连接筒呈直线圆柱结构，且所述连接筒的两端均设有内螺纹连接部，所述第一压帽的第一螺纹部与连接筒中一端的内螺纹连接部连接固定；所述第二压帽的第二螺纹部与连接筒中另一端的内螺纹连接部连接固定。
13.作为第二种测试装置结构，可针对粉状或颗粒状暂堵剂进行缝前封堵测试：
14.进一步的，所述第二压帽采用带有凹槽的罩体结构，所述第二压帽设有呈内螺纹结构的第二螺纹部。
15.进一步的，所述连接筒针呈阶梯状圆柱结构，所述连接筒一端设有内螺纹连接部，另一端设有外螺纹连接部，所述第一压帽的第一螺纹部与连接筒中一端的内螺纹连接部连接固定；所述第二压帽的第二螺纹部与连接筒中另一端的外螺纹连接部连接固定。
16.作为第三种测试装置结构，可针对球状状暂堵剂进行孔眼封堵测试：
17.进一步的，所述第二压帽中出液结构采用圆形导液通孔，且所述第二压帽与连接筒一体成型，所述第一压帽的第一螺纹部与连接筒中背离第二压帽的一端连接固定。
18.进一步的，所述第一压帽的进液结构采用锥形导液孔，所述锥形导液孔的中开口较大的一侧朝向连接筒内。
19.此外本发明基于上述测试装置，还公开了一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试方法，其包括如下步骤：
20.测试装置拼接以及样品装填：根据测试要求，选用测试装置的组成部件并组合拼装，组装完成后称取一定量的测试用固定暂堵剂装填入连接筒内，并放入垫块，采用扭力扳
手施加预定扭矩将第一压帽旋紧；
21.测试装置安装：将组装好的测试装置和一节长度2-3cm的中空钢筒一并装入岩心夹持器的胶筒内，中空钢筒用于承接流出的暂堵剂；
22.进行测试：将岩心夹持器接入设备，设定围压大于注入压力2mpa，设定最大驱替压力，流动介质速度设定4ml/min，保持流动介质恒定注入，当岩心夹持器达到最高驱替压力后，转入恒压注入；当测试装置中出液结构的出液速度大于或等于流动介质注入速度，或者驱替压力陡降，实验停止；
23.结果分析：测试过程中测定的最高驱替压力值即为当前固定暂堵剂的封堵强度，单位为mpa；从驱替压力开始升高到压力陡降终止的时间即为当前固定暂堵剂的有效封堵时间，单位为h。
24.本发明同现有技术相比，具有如下优点：
25.1)本发明中的测试装置采用连接筒、压帽以及垫块等结构，装置组装简单，拆卸方便，并且可充分利用常规岩心驱替实验装置，进行固体暂堵剂封堵性能测试，并且针对不同类型的暂堵剂，本装置设置了不同的压帽结构，可实现针对缝前、缝内和孔眼三种方式的封堵过程模拟，涵盖了全部固体暂堵剂评价类型，装置通用性更好。
26.2)本发明中测试装置位于两端的压帽外型层六棱结构，本装置可通过填加垫块和利用扭力扳手精确调节压帽扭力，实现精确控制暂堵剂的压实程度，更有利于测试方法标准化，可提高测试结果准确度。
27.3)本发明中的测试装置针对缝内封堵性能测试，压帽采用两个半螺栓进行拼接，更有利于封堵后拆解清洗，该装置中压帽与连接筒采用螺纹连接，更便于测试后进行拆卸清洗。
附图说明
28.图1是本实施例1中一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置的结构示意图；
29.图2是本实施例1中压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置的内部结构示意图；
30.图3是本实施例1中第二压帽的结构示意图；
31.图4是本实施例2中一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置的结构示意图；
32.图5是本实施例2中压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置的内部结构示意图；
33.图6是本实施例3中一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置的结构示意图；
34.图7是本实施例3中压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置的内部结构示意图；
35.图8是本实施例4中压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置进行测试时的安装示意图。
具体实施方式
36.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
37.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.实施例1：
41.如图1-3所示，本实施例1中公开了一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置，该装置可用于对粉状或颗粒状暂堵剂进行缝内封堵测试，具体的，该装置包括第一压帽2、第二压帽3、连接筒1以及垫块4。
42.其中所述连接筒1中心轴线位置设有通孔，所述第一压帽2位于连接筒1的一端，所述第二压帽3位于连接筒1的另一端，其中所述第一压帽2的轴心位置设有进液结构201，所述第二压帽3的轴心位置设有出液结构301；所述垫块4位于连接筒1的通孔内部，且所述垫块4紧贴第一压帽2的端面位置，所述垫块4的轴心位置设有导液通孔，所述垫块4的端面上同心分布有多个导流槽，所述垫块4端面上沿径向设有多个导流通道，所述导流通道连通导液通孔和导流槽；所述连接筒1中位于垫块4与第二压帽3之间的通孔内填充固定暂堵剂。
43.更详细的，所述第一压帽2采用螺栓结构，且所述第一压帽2包括第一螺帽部和第一螺纹部，所述第一螺纹部采用外螺纹结构。所述第二压帽3包括两个半螺栓，两个半螺栓拼接构成圆柱形的螺栓结构，且所述第二压帽3包括第二螺帽部和第二螺纹部，所述第二螺纹部采用外螺纹结构。上述压帽采用螺纹连接方式，安装和拆卸时更为方便，并且压帽可采用两个半螺栓拼接，测试时可拼接构成完整的压帽结构进行封堵，当测试完成后可将压帽拆卸，并拆分成两部分，便于清洗。
44.更具体的是，所述第一压帽2中进液结构201采用圆形导液通孔，所述第二压帽3中出液结构301采用矩形导液通孔。
45.本实施例1中所述连接筒1呈直线圆柱结构，且所述连接筒1的两端均设有内螺纹连接部，所述第一压帽2的第一螺纹部与连接筒1中一端的内螺纹连接部连接固定；所述第二压帽3的第二螺纹部与连接筒1中另一端的内螺纹连接部连接固定。
46.实施例2：
47.如图4-5所示，本实施例2中则公开了一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置，该装置可用于对粉状或颗粒状暂堵剂进行缝前封堵测试，具体的，该装置包括第一压帽2、第二压帽3、连接筒1以及垫块4。
48.其中所述连接筒1中心轴线位置设有通孔，所述第一压帽2位于连接筒1的一端，所述第二压帽3位于连接筒1的另一端，其中所述第一压帽2的轴心位置设有进液结构201，所述第二压帽3的轴心位置设有出液结构301；所述垫块4位于连接筒1的通孔内部，且所述垫
块4紧贴第一压帽2的端面位置，所述垫块4的轴心位置设有导液通孔，所述垫块4的端面上同心分布有多个导流槽，所述垫块4端面上沿径向设有多个导流通道，所述导流通道连通导液通孔和导流槽；所述连接筒1中位于垫块4与第二压帽3之间的通孔内填充固定暂堵剂。
49.更详细的，所述第一压帽2采用螺栓结构，且所述第一压帽2包括第一螺帽部和第一螺纹部，所述第一螺纹部采用外螺纹结构。而所述第二压帽3采用带有凹槽的罩体结构，所述第二压帽3设有呈内螺纹结构的第二螺纹部。
50.更具体的是，所述第一压帽2中进液结构201采用圆形导液通孔，所述第二压帽3中出液结构301采用矩形导液通孔。
51.本实施例2中所述连接筒1针呈阶梯状圆柱结构，所述连接筒1一端设有内螺纹连接部，另一端设有外螺纹连接部，所述第一压帽2的第一螺纹部与连接筒1中一端的内螺纹连接部连接固定；所述第二压帽3的第二螺纹部与连接筒1中另一端的外螺纹连接部连接固定。
52.实施例3：
53.如图6-7所示，本实施例3中则公开了一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试装置，该装置可用于对球状暂堵剂进行孔眼封堵测试，具体的，该装置包括第一压帽2、第二压帽3、连接筒1以及垫块4。
54.其中所述连接筒1中心轴线位置设有通孔，所述第一压帽2位于连接筒1的一端，所述第二压帽3位于连接筒1的另一端，其中所述第一压帽2的轴心位置设有进液结构201，所述第二压帽3的轴心位置设有出液结构301；所述垫块4位于连接筒1的通孔内部，且所述垫块4紧贴第一压帽2的端面位置，所述垫块4的轴心位置设有导液通孔，所述垫块4的端面上同心分布有多个导流槽，所述垫块4端面上沿径向设有多个导流通道，所述导流通道连通导液通孔和导流槽；所述连接筒1中位于垫块4与第二压帽3之间的通孔内填充固定暂堵剂。
55.更详细的，所述第一压帽2采用螺栓结构，且所述第一压帽2包括第一螺帽部和第一螺纹部，所述第一螺纹部采用外螺纹结构。所述第二压帽3中出液结构301采用圆形导液通孔，且所述第二压帽3与连接筒1一体成型，所述第一压帽2的第一螺纹部与连接筒1中背离第二压帽3的一端连接固定。
56.更具体的，所述第一压帽2的进液结构201采用锥形导液孔，所述锥形导液孔的中开口较大的一侧朝向连接筒1内。测试过程中可将球状暂堵剂放入锥形导液孔内，再将第一压帽2使用扭力扳手旋拧至连接筒1上，是球状暂堵剂充分贴合锥形导液孔的锥面，为防止暂堵球松动，还可进一步增加一定厚度的垫块4。
57.实施例4：
58.结合图8所示，基于上述实施例1-3中的测试装置，本实施例4公开了一种压裂用固体暂堵剂封堵性能测试方法，其包括如下步骤：
59.测试装置拼接以及样品装填：根据测试要求，选用测试装置的组成部件并组合拼装，组装完成后称取一定量的测试用固定暂堵剂装填入连接筒1内，并放入垫块4，采用扭力扳手施加预定扭矩将第一压帽2旋紧；
60.测试装置安装：将组装好的测试装置和一节长度2-3cm的中空钢筒5一并装入岩心夹持器的胶筒6内，中空钢筒5用于承接流出的暂堵剂；
61.进行测试：将岩心夹持器接入设备，设定围压大于注入压力2mpa，设定最大驱替压
力，流动介质速度设定4ml/min，保持流动介质恒定注入，当岩心夹持器达到最高驱替压力后，转入恒压注入；当测试装置中出液结构301的出液速度大于或等于流动介质注入速度，或者驱替压力陡降，实验停止；
62.结果分析：测试过程中测定的最高驱替压力值即为当前固定暂堵剂的封堵强度，单位为mpa；从驱替压力开始升高到压力陡降终止的时间即为当前固定暂堵剂的有效封堵时间，单位为h。
63.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。