一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置及方法

1.本发明涉及岩气开发技术领域，尤其涉及一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置及方法。


背景技术：

2.目前页岩气井开采主要采用加砂压裂的方式，在压裂液返排和生产初期，由于支撑剂(又名压裂砂)在井筒周围的支撑裂缝中不稳定，容易随着返排液和高速气体流动，被带出裂缝，一方面会降低裂缝的导流能力，从而降低气井产能；另一方面，被带出的压裂砂堆积在井底或者被带出地面管线阀门处，造成堵塞和冲蚀，带来安全隐患。
3.目前页岩气井出砂产量在现场主要采用观察法，即在返排试气阶段通过调整不同的油嘴大小，观察井口是否有压裂砂来确定临界出砂产量。
4.由于不同地区的井、不同的压裂工艺等对裂缝出砂都有影响，经验方法工作量大，准确性差。因此，测试合理的页岩气井临界出砂流速，对于确定合理的临界出砂产量，维护气井产能和保障气井安全具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置及方法，旨在解决现有的临界出砂流速检测方法的准确性较差的问题。
6.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置，包括纵向压力机构、导流室机构、气液供给机构、出砂采集机构和测量采集机构；
7.所述导流室机构设置于所述纵向压力机构的一侧，所述气液供给机构设置于所述导流室机构的一侧，所述出砂采集机构设置于所述导流室远离所述气液供给机构的一侧，所述测量采集机构设置于所述出砂采集机构和所述气液供给机构之间。
8.其中，所述气液供给机构包括液压机和耐压承载平台，所述耐压承载平台与所述液压机固定连接，并位于所述液压机的一侧。
9.其中，所述导流室机构包括导流室主体、上底座、下底座、第一岩板、第二岩板、第一密封垫、第二密封垫、第一垫片、第二垫片和支撑剂，所述导流室主体具有进口孔道和出口孔道，所述进口孔道和所述出口孔道分别位于所述导流室主体的两侧，所述导流室主体设置于所述耐压承载平台的一侧，所述上底座与所述导流室主体固定连接，并位于所述导流室主体的内侧壁，所述下底座与所述导流室主体固定连接，并位于所述导流室主体靠近所述上底座的一侧，所述第一岩板与所述导流室主体固定连接，并位于所述导流室主体的内侧壁，所述第二岩板与所述导流室主体固定连接，并位于所述导流室主体的内侧壁，所述第一密封垫设置于所述第一岩板和所述上底座之间，所述第二密封垫设置于所述第二岩板和所述下底座之间，所述第一垫片设置于所述第一密封垫与所述上底座之间，所述第二垫片设置于所述第二密封垫与所述下底座之间，所述支撑剂设置于所述第一岩板和所述第二岩板之间。
10.其中，所述气液供给机构包括气液混合组件、恒速驱替泵、储液罐、流量计和高压气瓶，所述气液混合组件设置于导流室主体的所述进口孔道的一侧，所述恒速驱替泵设置于所述气液混合组件的一侧，所述储液罐与所述恒速驱替泵固定连接，并位于所述恒速驱替泵远离所述气液混合组件的一侧，所述流量计设置于所述气液混合组件的一侧，所述高压气瓶与所述流量计固定连接，并位于所述流量计远离所述恒速驱替泵的一侧。
11.其中，所述出砂采集机构包括集砂器和电子天平，所述集砂器与所述导流室主体固定连接，并位于所述出口孔道的一侧，所电子天平设置于所述集砂器的底部。
12.第二方面，本发明提供了一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试方法，采用第一方面所述的页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置，包括以下步骤：
13.对所述导流室机构、所述气液供给机构、出砂采集机构和测量采集机构进行组装，得到测试装置；
14.通过所述测试装置对页岩气井进行临界出砂流量测试，得到第一测试数据；
15.在不同闭合压力下对储层裂缝临界出砂流量进行测试，得到第二测试数据；
16.基于所述第一测试数据和所述第二测试数据进行临界出砂流速计算，得到临界出砂流速。
17.本发明的一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置及方法，所述纵向压力机构为所述导流室机构提供了安装条件，当需要对页岩气井支撑裂缝临界出砂流速进行测试，启动所述纵向压力机构，所述纵向压力机构按设定的闭合压力加载压力，待加载压力稳定10min后，打开所述气液供给机构进行导流，观察气液流量状况判断所述导流室机构流通状况，若流量为零则存在堵塞需，拆卸检查。待气液流量稳定后观察所述出砂采集机构读数判断是否状况存在出砂，并记录出砂时的流量q和支撑剂厚度d等数据，如未出现出砂现象，则关闭所述气液供给机构，停止气液供给，然后按预设流量梯度增大气液流量，再次连通所述导流室机构，观察流通状况和出砂情况并记录数据，重复以上步骤直至出砂或到达预设流量最大值，从而现有的临界出砂流速检测方法的准确性较差的问题。
附图说明
18.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。
19.图1是本发明提供的一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置的结构示意图。
20.图2是导流室机构的结构示意图。
21.图3是本发明提供的一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试方法的流程图1-纵向压力机构、2-导流室机构、3-气液供给机构、4-出砂采集机构、5-测量采集机构、6-液压机、7-耐压承载平台、8-导流室主体、9-上底座、10-下底座、11-第一岩板、12-第二岩板、13-第一密封垫、14-第二密封垫、15-第一垫片、16-第二垫片、17-支撑剂、18-气液混合组件、19-恒速驱替泵、20-储液罐、21-流量计、22-高压气瓶、23-集砂器、24-电子天平、25进口孔道、26-出口孔道。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.请参阅图1至图2，第一方面，本发明提供一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置，包括纵向压力机构1、导流室机构2、气液供给机构3、出砂采集机构4和测量采集机构5；
24.所述导流室机构2设置于所述纵向压力机构1的一侧，所述气液供给机构3设置于所述导流室机构2的一侧，所述出砂采集机构4设置于所述导流室机构2远离所述气液供给机构3的一侧，所述测量采集机构5设置于所述出砂采集机构4和所述气液供给机构3之间。
25.在本实施方式中，所述纵向压力机构1为所述导流室机构2提供了安装条件，当需要对页岩气井支撑裂缝临界出砂流速进行测试，启动所述纵向压力机构1，所述纵向压力机构1按设定的闭合压力加载压力，待加载压力稳定10min后，打开所述气液供给机构3进行导流，观察气液流量状况判断所述导流室机构2流通状况，若流量为零则存在堵塞需，拆卸检查。待气液流量稳定后观察所述出砂采集机构4读数判断是否状况存在出砂，并记录出砂时的流量q和支撑剂17厚度h等数据。如未出现出砂现象，则关闭所述气液供给机构3，停止气液供给，然后按预设流量梯度增大气液流量，再次连通所述导流室机构2，观察流通状况和出砂情况并记录数据，重复以上步骤直至出砂或到达预设流量最大值，从而现有的临界出砂流速检测方法的准确性较差的问题。
26.进一步的，所述气液供给机构3包括液压机6和耐压承载平台7，所述耐压承载平台7与所述液压机6固定连接，并位于所述液压机6的一侧。
27.在本实施方式中，所述耐压承载平台7为所述导流室主体8提供了安装条件，通过所述液压机6可以调整所述导流室主体的腔体内的所述支撑剂17的压力模拟裂缝闭合压力。
28.进一步的，所述导流室机构2包括导流室主体8、上底座9、下底座10、第一岩板11、第二岩板12、第一密封垫13、第二密封垫14、第一垫片15、第二垫片16和支撑剂17，所述导流室主体8具有进口孔道25和出口孔道26，所述进口孔道25和所述出口孔道26分别位于所述导流室主体8的两侧，所述导流室主体8设置于所述耐压承载平台7的一侧，所述上底座9与所述导流室主体8固定连接，并位于所述导流室主体8的内侧壁，所述下底座10与所述导流室主体8固定连接，并位于所述导流室主体8靠近所述上底座9的一侧，所述第一岩板11与所述导流室主体8固定连接，并位于所述导流室主体8的内侧壁，所述第二岩板12与所述导流室主体8固定连接，并位于所述导流室主体8的内侧壁，所述第一密封垫13设置于所述第一岩板11和所述上底座9之间，所述第二密封垫14设置于所述第二岩板12和所述下底座10之间，所述第一垫片15设置于所述第一密封垫13与所述上底座9之间，所述第二垫片16设置于所述第二密封垫14与所述下底座10之间，所述支撑剂17设置于所述第一岩板11和所述第二岩板12之间。
29.在本实施方式中，所述上底座9为嵌入导流室腔体的上底座9，所述下底座10为嵌入导流室腔体的下底座10，通过所述第一岩板11和第二岩板12的类型和表面粗糙程度，可以测试不同裂缝和支撑剂17条件下的临界出砂流速，通过所述第一密封垫13和第二密封垫
14分别可以提高所述第一岩板11与所述上底座9和所述第二岩板12与所述下底座10之间的密封性，通过所述第一垫片15和所述第二垫片16可以增大所述第一岩板11和所述第二岩板12与所述第一密封垫13与所述第二密封垫14的接触面积。
30.进一步的，所述气液供给机构3包括气液混合组件18、恒速驱替泵19、储液罐20、流量计21和高压气瓶22，所述气液混合组件18设置于导流室主体8的所述进口孔道25的一侧，所述恒速驱替泵19设置于所述气液混合组件18的一侧，所述储液罐20与所述恒速驱替泵19固定连接，并位于所述恒速驱替泵19远离所述气液混合组件18的一侧，所述流量计21设置于所述气液混合组件18的一侧，所述高压气瓶22与所述流量计21固定连接，并位于所述流量计21远离所述恒速驱替泵19的一侧。
31.在本实施方式中，通过所述气液混合组件18可以将气体和液体进行融合，通过所述恒速驱替泵19可以在供液控制供液流量，通过所述储液罐20可以对液体进行储存，通过所述流量计21可以对所述储液罐20流出的流量进行显示，通过所述高压气瓶22可以对气体进行储存。
32.进一步的，所述出砂采集机构4包括集砂器23和电子天平24，所述集砂器23与所述导流室主体8固定连接，并位于所述出口孔道26的一侧，所电子天平24设置于所述集砂器23的底部。
33.在本实施方式中，通过所述集砂器23可初步分离液体和收集砂粒，通过所述电子天平24可以对所述集砂器23内的砂进行称重。
34.请参阅图3，第二方面，本发明提供了一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试方法，采用第一方面所述的页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置，包括以下步骤：
35.s1对所述导流室机构2、所述气液供给机构3、出砂采集机构4和测量采集机构5进行组装，得到测试装置；
36.具体的，第一步；准备岩板、支撑剂17等测试样品
37.加工相同尺寸的可嵌入导流室腔体的岩板、不锈钢垫片各两块，得到岩板一和岩板二，测量并记录岩板的宽度w。为保证导流室腔体的密闭性，在岩板一、岩板侧面(即岩板与导流室腔体壁面的接触面)，均匀涂抹有机硅胶液体，并在烘箱中烘干，硅胶此时固化且有弹性。
38.按一定的类型和比例配制支撑剂17。
39.第二步：校正导流室上下底座10夹持间距
40.将导流室主体8的中空对准导流室下底座10并套入，将密封垫圈、不锈钢垫片、岩板、岩板、不锈钢垫片、密封垫圈依次放入导流室中空，最后将上底座9嵌入导流室腔体。将组装后的导流室放置于承载平台，控制液压机6夹持导流室上下底座10，加载压力为10mpa，加载压力稳定10min后，校正夹持间距为零。
41.第三步：铺设支撑剂17
42.校正夹持间距后，卸除液压机6夹持压力，举升液压机6，将导流室取出后拆除。
43.将导流室主体8的中空对准导流室下底座10并套入，将密封垫圈、不锈钢垫片、岩板，在导流室中空内放入配置好的支撑剂17并铺平，保证进出导流孔道与支撑剂17在同一层位。再依次在导流室中空内放入岩板、不锈钢垫片、密封垫圈、上底座9嵌入导流室腔体。
44.组装过程中分别为导流室上底座、导流室下底座与密封橡胶圈、密封橡胶圈之间
涂抹黄油保证密封性能。
45.将组装后的导流室放置于压力承载平台，控制液压机6夹持导流室上下底座10。
46.第四步：连接气液供给系统、出砂采集装置
47.调节设定驱替泵的输出液体流量，打开高压气瓶22出口阀门，调整减压阀门恒定气体压力，调节流量调节装置设定输出气体流量。气液流量调整完毕后关闭相关流程阀门，暂停气液供给。在进口导流孔道处接口连接气液供给系统，出口导流孔道处接口连接出砂采集装置。
48.s2通过所述测试装置对页岩气井进行临界出砂流量测试，得到第一测试数据；
49.具体的，第五步：临界出砂流量测试
50.调整液压机6，按设定的闭合压力控制所述纵向液压机6的加载压力，待加载压力稳定10min后，打开气液供给系统中气液流程的阀门进行导流，观察气液流量状况判断导流室流通状况，若流量为零则存在堵塞需，拆卸检查。待气液流量稳定后观察所述集砂器23和所述电子天平24读数判断是否状况存在出砂，并记录出砂时的流量q和支撑剂17厚度h等数据。如未出现出砂现象，则关闭气液流程阀门停止气液供给，然后按预设流量梯度增大气液流量，再次连通导流室，观察流通状况和出砂情况并记录数据，重复以上步骤直至出砂或到达预设流量最大值。
51.s3在不同闭合压力下对储层裂缝临界出砂流量进行测试，得到第二测试数据；
52.具体的，第六步：不同闭合压力下的储层裂缝临界出砂流量测试
53.取出导流室，清理破碎的岩板和支撑剂17。按第三步重新铺设支撑剂17，组装导流室。按预设的闭合压力梯度增大所述纵向压力加载平台6的加载压力，重复第五步。
54.s4基于所述第一测试数据和所述第二测试数据进行临界出砂流速计算，得到临界出砂流速。
55.具体的，第七步：临界出砂流速计算
56.从测量及采集系统导出数据，计算不同闭合压力下出砂时的临界流速v：
[0057][0058]
式中vg—某一闭合压力下的临界出砂流速，m/s；
[0059]
q—某一闭合压力下的临界出砂流量，ml/min；
[0060]
d—某一闭合压力下的临界出砂时的支撑剂17厚度，mm；
[0061]
w—岩板宽度，m。
[0062]
以上所揭露的仅为本发明一种页岩气井支撑裂缝临界出砂流速测试装置及方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。