测试支撑剂的渗透率的方法和导流能力的方法与流程

本发明涉及油气田勘探、开发领域，特别涉及一种测试支撑剂渗透率的方法。本发明还涉及测试支撑剂的导流能力的方法。

背景技术：

水力压裂是油气井增产、注水井增注的重要方法。随着石油开采业的发展，水力压裂增产技术已广泛应地用于各种油气田的开发。在水力压裂技术中，支撑剂具有重要作用。

支撑剂是由压裂液带入并支撑在压裂所产生的裂缝中的颗粒。支撑剂颗粒堆积在一起，在支撑剂颗粒之间形成了供流体流过的通道。使用支撑剂的目的是在停止泵注后，当井底压力下降至小于上覆压力时使裂缝依然保持张开状态，从而形成一个具有高导流能力的流动通道，以有效地将油气导入油气井。目前，国内外使用的支撑剂主要包括石英砂，树脂覆膜砂，树脂覆膜核桃壳，由铝矾土、高岭土或其它材料制成的陶粒，以及低密度支撑剂、可变形支撑剂等新型支撑剂。

导流能力是支撑剂的一个重要指标。在现有技术中，通常在实验室中模拟地层条件和流体流动的方法来获得支撑剂的导流能力。然而，这种方法所需要的时间长，并且实验设备复杂，难以简单快速地获得支撑剂的导流能力。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种支撑剂导流能力测试方法。根据本发明的方法，不进行流体实验就能够精确地测试出支撑剂的导流能力，简单快捷。

根据本发明的第一方面，测试支撑剂的渗透率的方法包括以下步骤，

步骤一：无外界压力下，将质量为m、真密度为ρ的支撑剂铺置在底面积为A的固定容器内，铺置高度为W_f0，铺置的支撑剂孔道的孔喉半径为r₀、孔道的迂曲度为τ₀，

步骤二：使用模拟地层压力对所述支撑剂进行压缩，加压后支撑剂的铺置高 度为W_f1，由m、ρ、A、W_f0、W_f1、r₀、τ₀得到被压缩后的支撑剂内的孔隙度φ₁、孔道的孔喉半径r₁和迂曲度τ₁，

步骤三：在该模拟地层压力下，所述支撑剂的渗透率k₁由下式表示

$k_1=\frac{{\mathrm{\φ}}_1{r_1}^2}{8{{\mathrm{\τ}}_1}^2}.$

本发明的方法实际上是通过理论计算来得出模拟地层压力下的支撑剂渗透率k₁。这种方法仅需要得知支撑剂的一些物理参数，而这些物理参数中的一部分，例如真密度ρ为恒定值并且是本领域的技术人员所熟知的；而另一些物理参数，例如m、A、W_f0、W_f1、r₀、τ₀则是本领域的技术人员使用现有技术中的方法简单地测量、计算而获得，并且可由此计算得到被压缩后的支撑剂内的孔隙度φ₁、孔道的孔喉半径r₁和迂曲度τ₁。因此，根据本发明的方法仅通过理论计算和简单测量就可得到支撑剂的渗透率k₁，而无需使用流体进行实验，简单快捷。

申请人发现，可以用体心立方来描述支撑剂颗粒的堆积方式。在这种情况下，可以通过几何计算而得到支撑剂内孔道的孔喉半径r₀及孔道的迂曲度τ₀。在一个实施例中，孔喉半径r₀及孔道的迂曲度τ₀分别由下式表示

$r_0=\frac{2\sqrt{3}-3}{6}D,$

${\mathrm{\τ}}_0=\frac{\sqrt{6}}{2},$

其中，D为支撑剂颗粒的直径。

优选地，孔喉半径r₁由下式表示

r₁＝K×r₀，

其中，对于确定的支撑剂而言，系数K为小于1且大于零的常数。

由于支撑剂被压缩，因此支撑剂的堆积高度会减小，支撑剂颗粒间的孔隙空间被压缩，孔道的孔喉半径也会因此而减小。在一个优选的实施例中，系数K由下式表示

$K=\frac{W_{f1}}{W_{f0}},$

由于W_f1和W_f0都可以简单且精确地测量出来，因此系数K也可以简单且精确地得出，进而可以计算得到孔喉半径r₁。

在一个实施例中，孔隙度φ₁由下式表示

${\mathrm{\φ}}_1=\frac{{\mathrm{AW}}_{f1}-\frac{m}{\mathrm{\ρ}}}{{\mathrm{AW}}_{f1}}$

在一个实施例中，迂曲度τ₁由下式表示

${\mathrm{\τ}}_1=\sqrt{\frac{1}{2}{\left(\frac{W_{f1}}{W_{f0}}\right)}^2+1}.$

由于m、ρ、A、W_f1和W_f0都可以简单且精确地得到，因此孔隙度φ₁和迂曲度τ₁也可以简单而精确地得到。

根据本发明的第二方面，提出了测试支撑剂的导流能力的方法。这种方法包括使用根据上文所述的测试支撑剂渗透率方法，在所述模拟地层压力下，所述支撑剂的导流能力k₁W_f1由下式表示

$k_1{W}_{f1}=\frac{{\mathrm{\φ}}_1{r}_1^2}{8{\mathrm{\τ}}_1^2}{W}_{f1}.$

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的方法仅通过理论计算和简单测量就可得到支撑剂的渗透率k₁和导流能力k₁W_f1，而无需使用流体进行实验，简单快捷。(2)本发明的方法所需要的支撑剂量较少，减少了浪费。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

选取聚苯乙烯支撑剂作为第一支撑剂。第一支撑剂的质量m为8.19g，真密度ρ为1.046g/cm³，颗粒的直径D为638μm。

将第一支撑剂铺设在底面积A为20.26cm²的容器内，铺置高度W_f0为0.64cm。使用模拟地层压力对第一支撑剂进行压缩，并测得压缩后的铺置高度为W_f1。由m、ρ、A、W_f0、W_f1、r₀、τ₀得到被压缩后的第一支撑剂的孔隙度φ₁、孔道的孔喉半径r₁和迂曲度τ₁。最后，在模拟地层压力下，通过式1计算得到第一支撑剂的渗透率k₁，结果如表1所示。

$k_1=\frac{{\mathrm{\φ}}_1{r_1}^2}{8{{\mathrm{\τ}}_1}^2}$ 式1。

通过式2计算出第一支撑剂的导流能力k₁W_f1，结果如表1所示。

$k_1{W}_{f1}=\frac{{\mathrm{\φ}}_1{r}_1^2}{8{\mathrm{\τ}}_1^2}{W}_{f1}$ 式2。

实施例2：

选取树脂覆膜核桃壳作为第二支撑剂。第二支撑剂的质量m为10.08g，真密度ρ为1.254g/cm³，第二支撑剂的颗粒的直径D为635μm。

将第二支撑剂铺设在底面积A为20.26cm²的容器内，铺置高度W_f0为0.64cm。使用模拟地层压力对第二支撑剂进行压缩，并测得压缩后的铺置高度为W_f1。由m、ρ、A、W_f0、W_f1、r₀、τ₀得到被压缩后的第二支撑剂的孔隙度φ₁、孔道的孔喉半径r₁和迂曲度τ₁。最后，在模拟地层压力下，通过式3计算得到第二支撑剂的渗透率k₁，结果如表1所示。

$k_1=\frac{{\mathrm{\φ}}_1{r_1}^2}{8{{\mathrm{\τ}}_1}^2}$ 式3。

通过式4计算出第二支撑剂的导流能力k₁W_f1，结果如表1所示。

$k_1{W}_{f1}=\frac{{\mathrm{\φ}}_1{r}_1^2}{8{\mathrm{\τ}}_1^2}{W}_{f1}$ 式4。

对比例1：

选取实施例1中的第一支撑剂。使用现有技术中的“压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法”(行业标准Y/T 6302-2009)来测试第一支撑剂的渗透率和导流能力(测试条件：第一支撑剂初始铺置高度为0.64cm)。结果如表1所示。

对比例2：

选取实施例2中的第二支撑剂。使用现有技术中的“压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法”(行业标准Y/T 6302-2009)来测试第二支撑剂的渗透率和导流能力(测试条件：第二支撑剂初始铺置高度为0.64cm)。结果如表1所示。

表1

从表1中可看出，使用本发明的方法得出的支撑剂的渗透率和导流能力与使用现有技术的试验方法得出的渗透率和导流能力基本相等，因此使用本发明的方法能够准确地评价支撑剂的渗透率和导流能力。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进。各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。