一种油田压裂用缝内暂堵剂的暂堵强度性能评价方法与流程

本发明涉及采油工程技术领域，具体涉及一种油田压裂用缝内暂堵剂的暂堵强度性能评价方法。

背景技术

油田直井、水平井暂堵转向压裂、分支缝压裂过程中，需采用暂堵剂实现暂堵转向、分支缝工艺措施效果。但目前常规方法是测试暂堵剂的变形伸长能力，或采用岩心夹持器简易测试暂堵剂的封堵压力，未考虑暂堵剂在现场施工中被填置于人工支撑裂缝中的实际情况，无法准确、有效的测试暂堵剂在压裂施工中的性能，更无法系统测试、量化评价暂堵剂在压裂支撑裂缝内的暂堵强度性能，导致无法针对性优选暂堵剂类型。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服背景技术中存在的问题，提供能够系统、有效、量化、准确的评价油田压裂用缝内暂堵剂的暂堵强度性能的方法。

本发明通过如下技术方案来达到：一种油田压裂用缝内暂堵剂的暂堵强度性能评价方法，包括以下步骤：

第一步：采用实验室导流能力测试装置，设置实验参数；具体如下：

（1）预定实验温度：采用压裂井储层温度作为驱替时的温度值；

（2）预定闭合压力：采用压裂井储层闭合压力；

（3）驱替液体：采用压裂井泵送暂堵剂时所采用压裂液的基液；

（4）驱替流量q：采用流量1ml/min，折算为0.0167cm³/s；

（5）预定铺砂浓度：根据现场施工井的储层基础参数与施工参数，应用压裂模拟软件meyer或stimplan反演裂缝参数，获得人工裂缝的铺砂浓度；

第二步：支撑裂缝导流能力测试；具体如下：

（1）用游标卡尺测量导流室内部宽度b（单位cm）和导流室测压孔之间长度l（单位cm），用流变仪测定预定实验温度下驱替液体的粘度μ（单位mpa﹒s）；

（2）将实验测试用导流室在未填置支撑剂的情况下装载完成，移至实验测试平台，导流室水平放置，均匀加载应力，装载位移传感器于测试平台处，打开液压加压机加载闭合应力至1.0mpa，各部位紧密贴合，将位移计测试面板数据调零，用游标卡尺测量第一次四角高度；

（3）将液压机加载闭合应力至预定闭合压力，记录位移计数据，利用游标卡尺测量第二次四角高度，减去第一次四角高度，得到预定闭合压力条件下的导流室变形量，取平均值记为h1（单位cm）；

（4）泄压后，对导流室进行加砂至预定的铺砂浓度，并用游标卡尺记录原始砂厚度h2（单位cm），将导流室移至实验测试平台，加压至1.0mpa，装载位移传感器并进行调零，第三次记录四角高度；

（5）连接导流室的压差传感器、进出口管线，保证各阀门处于关闭状态，打开驱替泵对导流室进行憋压，驱替泵排量控制在30ml/min，导流室憋压至2.0mpa，期间检查各管线是否出现漏液现象，若出现漏液情况立即停止实验并重新装载导流室直至无漏液情况；

（6）打开真空泵对管线进行抽空，抽空时间大于30min，其后打开驱替泵，使裂缝及管线饱和测试流体；

（7）逐级加压测试支撑剂的导流能力，待加压至预定闭合压力时，用游标卡尺记录第四次四角高度和位移计数据，减去第三次四角高度，得到预定闭合压力下的总变形量h3（单位cm），计算得到在预定闭合压力下导流室中支撑剂的厚度hz（单位cm），公式如下：

hz=h1+h2-h3

计算预定闭合压力下导流室过流截面积a（单位cm²），a=b*hz；

（8）打开导流能力测试程序，对本次实验的各项参数进行录入，此后切换至实验测试窗口，开始实验；

（9）调节平流泵至设定的测试流量，记录30min内进液口平均压力p1，出液口平均压力p2，计算进液口与出液口平均压差△p（单位kpa）；公式如下：

（10）测试完成后，关闭平流泵，打开油压机的泄油阀，卸载油压，拆卸导流室的管线，取出导流室与导流室内的支撑剂；

第三步：计算在预定闭合压力和预定铺砂浓度条件下的原始渗透率k；公式如下：

式中：k—原始渗透率，μm²；

μ—预定实验温度下驱替液体的粘度，mpa﹒s；

q—驱替流量，cm³/s；

l—导流室测压孔之间长度，cm；

a—导流室过流截面积，cm²；

△p—进液口与出液口平均压差，kpa；

第四步：暂堵剂暂堵强度性能测试；具体如下：

（1）将暂堵剂和支撑剂共同填入导流室内，暂堵剂铺置在导流槽中部，支撑剂用量选择根据所需测定的预定铺砂浓度而定，将装载完成后的导流室移至实验测试平台，导流室水平放置；

（2）连接导流室的压力传感器、进出口管线，各阀门处于关闭状态。打开驱替泵对导流室进行憋压，驱替泵排量控制在30ml/min，导流室憋压至2mpa，期间检查各管线是否出现漏液现象，若出现漏液情况应立即停止实验并重新装载导流室；

（3）打开真空泵对管线进行抽空，抽空时间大于30min，打开驱替泵，使裂缝及管线饱和测试流体；

（4）打开液压加压机对导流室加载闭合应力，当闭合应力上升至预定闭合压力后停止加压，稳压时间大于30min；

（5）打开预热器和加热器，温度设定为储层温度，以流量1ml/min正向驱替液体，观察入口端压力变化；

（6）采用逐级加压的方式测试暂堵剂突破压力，压力按照15%逐级增加，稳压测试10min，若未突破则继续增压，直至出口端有连续液体流出，说明暂堵剂已经被突破，记录此时的最高压力为暂堵剂的突破压力p，即为暂堵剂的暂堵强度；

（7）在暂堵剂突破之后，继续正向驱替液体，测量突破后30min内的渗透率k1；

（8）测试完成后，关闭平流泵，打开油压机的泄油阀，卸载油压，拆卸导流室的管线，取出导流室及导流室内的支撑剂；

第五步：计算暂堵率；公式如下：

式中：z—暂堵率，%；

k—原始渗透率，μm²；

k1—暂堵后渗透率，μm²。

本发明与已有技术相比具有如下有益效果：

本发明能够系统、有效、量化、准确的评价缝内暂堵剂在压裂裂缝内的暂堵强度性能，从而指导暂堵剂优选、单井优化设计与现场施工。可控性强，操作方便简单、安全有效。

附图说明：图1是本发明实施例1中yp1-p4井裂缝形态剖面示意图；图2是本发明实施例1中导流能力测试装置内铺置石英砂；图3是本发明实施例中dcf-1突破压力测试结果；图4是本发明实施例中dcf-1突破后压力及渗透率测试结果。

具体实施方式：下面结合附图及实施例将对本发明作进一步说明：第一步：采用实验室导流能力测试装置，设置实验参数：

（1）预定实验温度：根据yp1区块地温梯度确定yp1-p4井的储层温度范围为78℃-89℃，考虑到压裂施工中暂堵剂随压裂液一同注入目的层，由于压裂液的热耗散以及与裂缝岩石间的热交换等方式，都会导致井筒及裂缝产生降温现象，因此优选60°c作为驱替的预定实验温度值；

（2）预定闭合压力：由于暂堵剂在现场施工中被填置于人工裂缝中，受到外部闭合压力的挤压，在室内实验测试中，应考虑到闭合压力对暂堵剂的影响，根据大庆油田现场施工测试压裂解释确定预定闭合压力为25.9mpa；

（3）驱替液体：采用压裂井泵送暂堵剂时所采用压裂液的基液；

（4）驱替流量q：暂堵剂在现场施工中，随着前置液或携砂液一同被加入到地层裂缝内，由于室内实验的装置条件限制，无法通过相似理论模拟施工排量，因此对暂堵剂暂堵性能测试中流量的选择通用流量1ml/min，折算为0.0167cm³/s；

（5）预定铺砂浓度：为了真实的模拟人工裂缝中暂堵剂的封堵，需要获得与真实人工裂缝相同的铺砂浓度，采用现场施工井yp1-p4井的储层基础参数及施工参数，采用meyer软件反演裂缝参数，反演结果见表1；

从模拟结果可以看出，裂缝的铺砂浓度范围介于1.76kg/m²-4.5kg/m²之间，考虑到实验条件下，低铺砂浓度存在失败风险，因此选择高铺砂砂浓度进行实验，本次实验选择预定铺砂浓度为4.5kg/m²，以保证暂堵强度测试在满足真实的模拟人工裂缝封堵的同时进一步提高实验成功率；

第二步：支撑裂缝导流能力测试获取原始渗透率，具体实验操作步骤如下：

（1）用游标卡尺测量导流室内部宽度b和导流室测压孔之间长度l分别为2cm和10cm，用流变仪测定预定实验温度下驱替液体的粘度μ为22mpa﹒s；

（2）将实验测试用导流室在未填置支撑剂的情况下装载完成，移至实验测试平台，保证导流室水平放置，以确保应力的均匀加载，装载位移传感器于测试平台处，打开液压加压机加载闭合应力至1mpa，保证各部位紧密贴合，将位移计测试面板数据调零，用游标卡尺测量四角高度；

（3）将液压机加载闭合应力至预定闭合压力25.9mpa，记录位移计数据，利用游标卡尺测量四角高度，获得了预定闭合压力条件下的导流室变形量，取平均值记为h1为0.12cm；

（4）泄压后，对导流室进行加砂至预定的铺砂浓度，并用游标卡尺记录原始砂厚度h2为0.85cm，将导流室移至实验测试平台，加压至1mpa，装载位移传感器并进行调零，记录四角高度；

（5）连接导流室相应的压差传感器、进出口管线，保证各阀门处于关闭状态，打开驱替泵对导流室进行憋压，驱替泵排量控制在30ml/min，导流室憋压至2mpa，期间检查各管线是否出现漏液现象，若出现漏液情况应立即停止实验并重新装载导流室；

（6）在确保各管线密封完好后，打开真空泵对管线进行抽空，抽空时间45min，其后打开驱替泵，使裂缝及管线饱和测试流体（测试流体采用胍胶基液）；

（7）打开液压加压机对导流室加载闭合应力，待加压至预定闭合压力25.9mpa时，用游标卡尺记录四角高度和位移计数据，获得预定闭合压力下的总变形量h3为0.662cm，从而获得了在预定闭合压力条件下导流室中支撑剂的厚度hz。hz=h2-h3+h1=0.308cm；

计算预定闭合压力下导流室过流截面积a=b*hz=0.616cm²；

（8）打开导流能力测试程序，对本次实验的各项参数进行录入，此后切换至实验测试窗口，开始实验；

（9）调节平流泵至设定的测试流量，记录30min内进液口平均压力p1为10.546kpa，出液口平均压力p2为6.652kpa，计算进液口与出液口平均压差△p为3.894kp；公式如下：

（10）测试完成后，关闭平流泵，打开油压机的泄油阀，卸载油压，拆卸导流室的管线，取出导流室及导流室内的支撑剂；

第三步：计算在预定闭合压力和预定铺砂浓度条件下的原始渗透率k；公式如下：

式中：k—原始渗透率，μm²；

μ—预定实验温度下驱替液体的粘度22，mpa﹒s；

q—驱替流量0.0167，cm³/s；

l—导流室测压孔之间长度10，cm；

a—导流室过流截面积0.616，cm²；

△p—进液口与出液口平均压差3.894，kpa；

计算在闭合压力值为25.9mpa、铺砂浓度4.5kg/m²条件下支撑剂原始渗透率k为153166×10^-3μm²；

第四步：暂堵剂暂堵强度性能测试；

在获得了支撑剂的原始渗透率k后，开始暂堵剂dcf-1的暂堵性能测试实验，具体实验操作步骤如下：

（1）将暂堵剂dcf-1和压裂用的石英砂支撑剂共同填入导流室内，为了避免导流槽的圆弧端对结果产生的影响，暂堵剂不能铺置在端部，要求暂堵剂铺置在导流槽中部，支撑剂用量根据预定铺砂浓度而定。将装载完成后的导流室移至实验测试平台，保证导流室水平放置，以确保应力对的裂缝均匀加载；

（2）连接导流室相应的压力传感器、进出口管线，保证各阀门处于关闭状态，打开驱替泵对导流室进行憋压，驱替泵排量控制在30ml/min，导流室憋压至2mpa，期间检查各管线是否出现漏液现象，若出现漏液情况应立即停止实验并重新装载导流室；

（3）在确保各管线密封完好后，打开真空泵对管线进行抽空，抽空时间应大于30min，其后打开驱替泵，使裂缝及管线饱和测试流体；

（4）打开液压加压机对导流室加载闭合应力，当闭合应力上升至预定闭合压力25.9mpa后停止加压，保证稳压时间大于30min；

（5）打开预热器和加热器，温度设定在60°c，以1ml/min流量正向驱替模拟测试流体，观察进液口压力变化；

（6）采用逐级加压的方式测试暂堵剂dcf-1突破压力，采用逐级加压测试的方法以1ml/min流量驱替暂堵剂，测试暂堵剂的突破压力，由于暂堵剂的暂堵效果，导流槽出液口端没有流体流出，当压力达到35mpa时出液口端有流体流出，说明暂堵剂已经被突破，因此暂堵剂dcf-1的突破压力p（暂堵强度）为35mpa；

（7）在暂堵剂突破之后，继续正向驱替测试流体，出液口液体流量开始缓慢恢复，进液口压力值有不同程度的下降。记录30min内进液口和出液口的流量和压力变化，根据渗透率计算公式确定突破后30min内的渗透率k1，此时k1为0.53×10^-3μm²，暂堵剂被突破后，压力总体呈现稳定趋势，渗透率恢复不明显；

（8）测试完成后，关闭平流泵，打开油压机的泄油阀，卸载油压，拆卸导流室的管线，取出导流室及导流室内的支撑剂；

第五步：计算暂堵率。公式如下：

式中：z—暂堵率，%；

k—原始渗透率153166×10^-3，μm²；

k1—暂堵后渗透率0.53×10^-3，μm²；

计算暂堵剂dcf-1暂堵率z为99%。

表1为实施例yp1-p4井裂缝参数反演结果