一种固体暂堵剂剩余强度评价装置及评价方法与流程

1.本发明涉及油气田开发压裂技术领域，具体涉及一种固体暂堵剂剩余强度评价装置及评价方法。


背景技术：

2.固体暂堵剂是目前实施转向压裂时使用频率最高的一类暂堵剂。其主要成分包括有机脂肪酸、酚醛树脂、无机盐、表面活性剂等。其封堵原理主要是在压裂施工的过程中，采用段塞式向井内注入较大粒径高强度固态颗粒，直接封堵裂缝端部，提高净压力实现转向。
3.在实施暂堵转向压裂工艺时，固体暂堵剂的剩余强度是衡量固体暂堵剂性能的重要指标，也是影响暂堵转向压裂施工成败的关键因素。固体暂堵剂剩余强度过低可能导致无法实现有效封堵，剩余强度过高可能对转向压裂施工结束之后的反排带来一系列困难。目前，有关的技术如下：
4.公告号为“cn209485873u”的专利公开了一种固态颗粒暂堵剂封堵强度模拟评价装置。包括有裂缝闭合压力模拟机构和泵压加载测试机构，裂缝闭合压力模拟机构和泵压加载测试机构配合使用，其中裂缝闭合压力模拟机构包括有手压泵和液压机，手压泵和液压机之间由液压管路相连接，泵压加载测试机构包括有高压注入泵、岩心夹持器和称量杯。能够实现固态颗粒暂堵剂封堵强度的模拟实验评价，对于固态颗粒暂堵剂评价优选工作有重要意义，同时该装置结构清晰，操作方法简单易行。
5.公开号为“cn108956413a”的专利公开了一种油田压裂用缝内暂堵剂的暂堵强度性能评价方法。它主要解决了现有方法不能系统、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问题。本发明依据压裂施工的基础资料,采用实验室导流能力测试装置模拟压裂裂缝中暂堵剂的暂堵,给出了缝内暂堵剂的暂堵强度相应的测试参数与评价方法。本发明具有能够准确、客观、有效的评价油田压裂用缝内暂堵剂的暂堵强度性能等优点。
6.公告号为“cn204495654u”的专利公开了一种暂堵强度测试装置，用于测试模拟裂缝的暂堵强度,包括裂缝模拟单元,裂缝模拟单元具有暂堵剂进液端以及暂堵剂出液端,其中暂堵剂进液端通过硬质管线连接有暂堵剂溶液压入装置,以将暂堵剂溶液从暂堵剂进液端压入到裂缝模拟单元内,暂堵剂进液端还设置有可测试进入到裂缝模拟单元中暂堵剂压力的压力表。该暂堵强度测试装置中不设置阀门,避免了阀门的节流堵塞。
7.文章(赖南君,陈科,马宏伟,齐亚民,叶仲斌.水溶性压裂暂堵剂的性能评价[j].油田化学,2014,31(02):215-218.)以淀粉、丙烯酸和丙烯酰胺为原料，合成了一种水溶性压裂暂堵剂，通过岩心实验对暂堵剂的封堵强度与封堵率进行评价，具体的：以淀粉、丙烯酸和丙烯酰胺为原料,过硫酸铵与亚硫酸氢钠为引发剂,带不饱和双键的有机物dj-1为交联剂,合成了一种水溶性压裂暂堵剂,并对其性能进行了表征。结果表明,随着温度升高、溶解时间延长,暂堵剂在地层水中的水溶率增大。在20-80℃、暂堵剂与地层水在固液比为1:300时,暂堵剂在16h下的水溶率为96％-98％,水溶性良好。完全溶解后,5-20g/l溶液的黏
度为12.6-53.7mpa
·
s,返排性好。20g/l暂堵剂溶液的抗拉强度达9.1n,黏附能力较好。岩心实验表明,暂堵剂的封堵强度随岩心渗透率的增大而减小,压力梯度最大值为47.1mpa/m,具有封堵原有裂缝,使新裂缝偏离最大主应力方向的能力。暂堵剂对岩心的封堵率大于90％,用地层水冲刷后岩心渗透率恢复率高达97.6％。对高渗透层的选择性封堵率大于83.2％,随岩心渗透率级差的增大,暂堵剂对高渗透层的封堵率增加。
[0008]
综上所述，现有公开的固体暂堵剂相关专利与文章主要针对暂堵剂的暂堵强度进行评价。然而，对于固体暂堵剂剩余强度的评价目前尚未形成科学系统的评价装置与评价方法。因此，固体暂堵剂剩余强度的评价方法较大的改进提升余地。


技术实现要素：

[0009]
本发明提供一种固体暂堵剂剩余强度评价装置与评价方法。使用本发明提供的装置与方法对固体暂堵剂剩余强度进行评价，从而优选适合目标层的固体暂堵剂，对转向压裂施工能否成功具有非常重要的意义。
[0010]
本发明提供的缝口暂堵效果评价装置的技术方案如下：
[0011]
一种固体暂堵剂剩余强度评价装置，包括第一储液罐、第二储液罐、岩板导流室、岩心、温度控制箱和废液回收部，所述第一储液罐用于储存包含固体暂堵剂的第一压裂液，所述第二储液罐用于储存未包含固体暂堵剂的第二压裂液，所述岩板导流室和所述岩心均设置于所述温度控制箱内，所述岩板导流室内设有沿其长度方向布置的一对岩板，所述一对岩板之间沿所述岩板导流室的长度方向形成有裂缝，对应所述裂缝的所述岩板导流室的两端分别设有导流室入口和导流室出口，所述导流室入口处设有用于测压的第一压力传感器，所述岩心的破裂压力等同于所模拟地层的破裂压力，所述岩心内设有沿其长度方向布置的井筒，对应所述井筒的所述岩心的两端分别设有岩心入口和岩心出口，所述岩心入口处设有用于测压的第二压力传感器，所述导流室出口和所述岩心出口均通过管路连接所述废液回收部，所述第一储液罐通过其上设有的阀门连接所述导流室入口并通过该阀门的开启或关闭使所述第一储液罐连通或不连通所述导流室入口，所述第二储液罐通过其上设有的阀门连接所述导流室入口并通过该阀门的开启或关闭使所述第二储液罐连通或不连通所述导流室入口，所述第二储液罐通过其上设有的阀门连接所述岩心入口并通过该阀门的开启或关闭使所述第二储液罐连通或不连通所述岩心入口，还包括连通于所述第一储液罐和所述第二储液罐并能够使所述第一压裂液和所述第二压裂液流动的动力部；
[0012]
所述第一储液罐连通所述导流室入口、所述第二储液罐不连通所述导流室入口、所述第二储液罐不连通所述岩心入口时，所述动力部能够使所述第一压裂液进入所述导流室入口；所述第一储液罐不连通所述导流室入口、所述第二储液罐连通所述导流室入口、所述第二储液罐连通所述岩心入口时，所述动力部能够使所述第二压裂液分别进入所述导流室入口和所述岩心入口；所述第一储液罐不连通所述导流室入口、所述第二储液罐不连通所述岩心入口、所述第二储液罐连通所述导流室入口时，所述动力部能够使所述第二压裂液进入所述导流室入口。
[0013]
作为优选，所述一对岩板之间设有垫片，以形成能够模拟地层裂缝的所述裂缝。
[0014]
作为优选，所述岩心中央沿其长度方向开设一井眼，所述井筒固定于所述井眼内，所述井筒与所述井眼之间留有裸眼段。
[0015]
作为优选，所述第一储液罐和所述第二储液罐均为活塞式储液罐，所述动力部包括空气压缩机和恒速恒压泵，所述空气压缩机通过管路连接所述恒速恒压泵，所述恒速恒压泵通过管路分别连接所述第一储液罐和所述第二储液罐。
[0016]
作为优选，所述恒速恒压泵的出口连接第一出口管路，所述第一出口管路上设有第一阀门，所述第一阀门下游的所述出口管路上形成有两分支管路分别连接所述第一储液罐的进口和所述第二储液罐的进口，连接所述第一储液罐的进口的分支管路上设有第二阀门，连接所述第二储液罐的进口的分支管路上设有第三阀门；
[0017]
还包括第二出口管路，所述第二出口管路的一端形成有两分支管路分别连接所述第一储液罐的出口和所述第二储液罐的出口，连接所述第一储液罐的出口的分支管路上设有第四阀门，连接所述第二储液罐的出口的分支管路上设有第五阀门，所述第二出口管路的另一端形成有两分支管路分别连接所述导流室入口和所述岩心入口，连接所述导流室入口的分支管路上设有第六阀门，连接所述岩心入口的分支管路上设有第七阀门；
[0018]
所述导流室出口与所述废液回收部的管路上设有第八阀门，所述岩心出口与所述废液回收部的管路上设有第九阀门。
[0019]
作为优选，所述一对岩板为经过酸蚀处理以模拟酸压过程后的岩板，所述一对岩板和所述裂缝形成的导流槽的两侧设有加压装置，以用于模拟地层闭合应力。
[0020]
作为优选，所述温度控制箱调控的温度范围为室温至300℃。
[0021]
作为优选，所述一对岩板长、宽、高的尺寸分别为17.78cm、3.81cm、2-3cm，所述岩板的两端为半圆弧状，所述岩心长、宽、高的尺寸为8cm、8cm、10cm，呈方形。
[0022]
本发明提供的固体暂堵剂剩余强度评价装置，具有以下有益效果：
[0023]
提供的装置能够模拟实际固体暂堵剂的注入、暂堵及转向过程，使用岩板进行实验，能够准备模拟地层环境，使用温度控制装置，能够准备模拟地层温度，从而准确测量固体暂堵剂的剩余强度。具体的，形成第一储液罐连通导流室、第二储液罐不连通导流室和岩心的一种模拟路径，也可形成第一储液罐不连通导流室、第二储液罐连通导流室和岩心的模拟路径，还可形成第一储液罐不连通导流室、第二储液罐不连通岩心但连通导流室的模拟路径，进而用于评价固体暂堵剂的剩余强度。
[0024]
作为优选，一对岩板之间设有垫片，能够模拟地层裂缝。
[0025]
作为优选，采用酸蚀处理的岩板，能模拟地层裂缝条件；同时设有加压装置，可模拟地层闭合应力。
[0026]
本发明还提供了一种固体暂堵剂剩余强度评价方法，如下：
[0027]
包括如下步骤：
[0028]
a.提供上述的固体暂堵剂剩余强度评价装置；
[0029]
b.配置预设浓度的所述第一压裂液储存于所述第一储液罐中；
[0030]
c.配置所述第二压裂液储存于所述第二储液罐中；
[0031]
d.开启所述温度控制箱，将温度调至所模拟的地层温度；
[0032]
e.使所述第一储液罐连通所述导流室入口、所述第二储液罐不连通所述导流室入口、所述第二储液罐不连通所述岩心入口，采用所述动力部使所述第一压裂液进入所述导流室入口，模拟暂堵过程；
[0033]
f.所述第一压力传感器连续记录所述导流室入口处的压力，当压力达到模拟地层
的预设破裂压力时，关闭所述动力部，卸压；
[0034]
g.使所述第一储液罐不连通所述导流室入口、所述第二储液罐连通所述导流室入口、所述第二储液罐连通所述岩心入口时，采用所述动力部使所述第二压裂液分别进入所述导流室入口和所述岩心入口，模拟转向过程；
[0035]
h.所述第二压力传感器连续记录所述岩心入口处的压力，当压力达到模拟地层的预设破裂压力时，所述岩心破裂，此时压力迅速下降，关闭所述动力部，卸压；
[0036]
i.使所述第一储液罐不连通所述导流室入口、所述第二储液罐不连通所述岩心入口、所述第二储液罐连通所述导流室入口时，采用所述动力部使所述第二压裂液进入所述导流室入口，所述第一压力传感器连续记录所述导流室入口处的压力，压力不断上升，直至突破此处的暂堵带，压力急速下降，关闭所述动力部，卸压；
[0037]
j.记录上一步骤中所测压力的最高值，即为固体暂堵剂的剩余强度。
[0038]
作为优选，所述步骤a中包括如下：
[0039]
在所述岩心中央钻一井眼，沿井眼下入所述井筒并固定；
[0040]
准备一对经酸蚀处理后的岩板，以模拟前期酸压过程，在所述一对岩板间放置金属垫片来控制两个岩板之间的距离，从而模拟地层裂缝宽度。
[0041]
本发明提供的一种固体暂堵剂剩余强度评价方法，采用上述提供的装置进行评价，所以具有如上同样的技术效果。
附图说明
[0042]
图1为本发明提供的一种固体暂堵剂剩余强度评价装置的一种具体实施方式的结构示意图。
[0043]
图1中附图标记如下：
[0044]
1第一储液罐，2第二储液罐，3岩板导流室，31岩板，4岩心，5温度控制箱，6废液回收部，7第一压力传感器，8第二压力传感器，9空气压缩机，10恒速恒压泵，11第一阀门，12第二阀门，13第三阀门，14第四阀门，15第五阀门，16第六阀门，17第七阀门，18第八阀门，19第九阀门。
具体实施方式
[0045]
如图1所示，图1为本发明提供的一种固体暂堵剂剩余强度评价装置的一种具体实施方式的结构示意图。
[0046]
一种固体暂堵剂剩余强度评价装置，结合图1，其包括第一储液罐1、第二储液罐2、岩板导流室3、岩心4、温度控制箱5和废液回收部6，第一储液罐1用于储存包含固体暂堵剂的第一压裂液，第二储液罐2用于储存未包含固体暂堵剂的第二压裂液，岩板导流室3和所述岩心4均设置于所述温度控制箱5内，岩板导流室3内设有沿其长度方向布置的一对岩板31，一对岩板31之间沿所述岩板导流室3的长度方向形成有裂缝，对应所述裂缝的所述岩板导流室3的两端分别设有导流室入口和导流室出口，导流室入口处设有用于测压的第一压力传感器7，岩心4的破裂压力等同于所模拟地层的破裂压力，岩心4内设有沿其长度方向布置的井筒，对应所述井筒的所述岩心4的两端分别设有岩心入口和岩心出口，岩心入口处设有用于测压的第二压力传感器8，导流室出口和所述岩心出口均通过管路连接所述废液回
收部6，第一储液罐1通过其上设有的阀门连接所述导流室入口并通过该阀门的开启或关闭使所述第一储液罐1连通或不连通所述导流室入口，第二储液罐2通过其上设有的阀门连接所述导流室入口并通过该阀门的开启或关闭使所述第二储液罐2连通或不连通所述导流室入口，第二储液罐2通过其上设有的阀门连接所述岩心入口并通过该阀门的开启或关闭使所述第二储液罐2连通或不连通所述岩心入口，还包括连通于所述第一储液罐1和所述第二储液罐2并能够使所述第一压裂液和所述第二压裂液流动的动力部；
[0047]
第一储液罐1连通所述导流室入口、第二储液罐2不连通所述导流室入口、第二储液罐2不连通所述岩心入口时，动力部能够使所述第一压裂液进入所述导流室入口；第一储液罐1不连通所述导流室入口、第二储液罐2连通所述导流室入口、第二储液罐2连通所述岩心入口时，动力部能够使所述第二压裂液分别进入所述导流室入口和所述岩心入口；第一储液罐1不连通所述导流室入口、第二储液罐2不连通所述岩心入口、第二储液罐2连通所述导流室入口时，动力部能够使所述第二压裂液进入所述导流室入口。
[0048]
提供的装置能够模拟实际固体暂堵剂的注入、暂堵及转向过程，使用岩板31进行实验，能够准备模拟地层环境，使用温度控制装置，能够准备模拟地层温度，从而准确测量固体暂堵剂的剩余强度。具体的，可形成第一储液罐1连通岩板导流室3、第二储液罐2不连通岩板导流室3和岩心4的一种模拟路径，也可形成第一储液罐1不连通岩板导流室3、第二储液罐2连通岩板导流室3和岩心4的模拟路径，还可形成第一储液罐1不连通岩板导流室3、第二储液罐2不连通岩心4但连通岩板导流室3的模拟路径，进而用于评价固体暂堵剂的剩余强度。
[0049]
进一步的，一对岩板31之间设有垫片，以形成能够模拟地层裂缝的所述裂缝。
[0050]
一对岩板31之间设有垫片，能够模拟地层裂缝。
[0051]
其中，岩心4中央沿其长度方向开设一井眼，井筒固定于井眼内，井筒与井眼之间留有裸眼段。
[0052]
如图1所示，一种具体实施方式中，第一储液罐1和第二储液罐2均为活塞式储液罐，动力部包括空气压缩机9和恒速恒压泵10，空气压缩机9通过管路连接所述恒速恒压泵10，恒速恒压泵10通过管路分别连接所述第一储液罐1和所述第二储液罐2。
[0053]
该具体实施方式中，恒速恒压泵10的出口连接第一出口管路，第一出口管路上设有第一阀门11，第一阀门11下游的所述出口管路上形成有两分支管路分别连接所述第一储液罐1的进口和所述第二储液罐2的进口，连接所述第一储液罐1的进口的分支管路上设有第二阀门12，连接所述第二储液罐2的进口的分支管路上设有第三阀门13；
[0054]
还包括第二出口管路，第二出口管路的一端形成有两分支管路分别连接所述第一储液罐1的出口和所述第二储液罐2的出口，连接所述第一储液罐1的出口的分支管路上设有第四阀门14，连接所述第二储液罐2的出口的分支管路上设有第五阀门15，第二出口管路的另一端形成有两分支管路分别连接所述导流室入口和所述岩心入口，连接所述导流室入口的分支管路上设有第六阀门16，连接所述岩心入口的分支管路上设有第七阀门17；
[0055]
导流室出口与所述废液回收部6的管路上设有第八阀门18，所述岩心出口与所述废液回收部6的管路上设有第九阀门19。
[0056]
图1所示的具体实施方式中，可通过合理调整各个阀门的开启或关闭，可实现如上提到的三种模拟路径，如下：
[0057]
阀门11、12、14、16、18开启，剩余的阀门均关闭，可形成第一储液罐1连通岩板导流室3、第二储液罐2不连通岩板导流室3和岩心4的一种模拟路径，用于暂堵；阀门11、13、15、16、17、18、19开启，剩余阀门均关闭，形成第一储液罐1不连通岩板导流室3、第二储液罐2连通岩板导流室3和岩心4的模拟路径，第二储液罐内的第二压裂液同时进入岩板导流室和岩心内，此过程中，第二压裂液会对经暂堵的岩板导流室施压，同步检测岩心入口处的压力，当该压力骤降，即岩心破裂时，停止该模拟，此时岩板导流室处的暂堵剂经第二压裂液的施压后，会消失一部分，保留的则为剩余的暂堵剂；接着，阀门11、13、15、16、18开启，剩余阀门均关闭，形成第一储液罐1不连通岩板导流室3、第二储液罐2不连通岩心4但连通岩板导流室3的模拟路径，此时，第二压力液对剩余的暂堵剂进行施压，当岩板导流室入口处的压力骤降时，说明剩余的暂堵剂的作用失效，此过程中测得的最大压力可表示剩余暂堵剂的强度。
[0058]
进一步的，一对岩板31为经过酸蚀处理以模拟酸压过程后的岩板31，一对岩板31和裂缝形成的导流槽的两侧设有加压装置，以用于模拟地层闭合应力。
[0059]
采用酸蚀处理的岩板31，能模拟地层裂缝条件；同时设有加压装置，可模拟地层闭合应力。
[0060]
其中，温度控制箱5调控的温度范围为室温至300℃。一对岩板31长、宽、高的尺寸分别为17.78cm、3.81cm、2-3cm，岩板31的两端为半圆弧状，岩心长、宽、高的尺寸为8cm、8cm、10cm，呈方形。
[0061]
本发明还提供了一种固体暂堵剂剩余强度评价方法，结合图1，如下：
[0062]
其包括如下步骤：
[0063]
a.提供上述的固体暂堵剂剩余强度评价装置；
[0064]
b.配置预设浓度的第一压裂液储存于第一储液罐1中；
[0065]
c.配置第二压裂液储存于第二储液罐2中(步骤b和c和相互调换顺序)；
[0066]
d.开启温度控制箱5，将温度调至所模拟的地层温度，并对岩板之间的裂缝处加压，模拟地层闭合应力；
[0067]
e.使第一储液罐1连通导流室入口、第二储液罐2不连通导流室入口、第二储液罐2不连通所述岩心入口，采用动力部使所述第一压裂液进入所述导流室入口，模拟暂堵过程；
[0068]
f.第一压力传感器7连续记录所述导流室入口处的压力，当压力达到模拟地层的预设破裂压力时，关闭动力部，卸压；
[0069]
g.使第一储液罐1不连通所述导流室入口、第二储液罐2连通所述导流室入口、第二储液罐2连通所述岩心入口时，采用所述动力部使所述第二压裂液分别进入所述导流室入口和所述岩心入口，模拟转向过程；
[0070]
h.第二压力传感器8连续记录所述岩心入口处的压力，当压力达到模拟地层的预设破裂压力时，岩心破裂，此时压力迅速下降，关闭所述动力部，卸压；
[0071]
i.使所述第一储液罐1不连通所述导流室入口、所述第二储液罐2不连通所述岩心入口、所述第二储液罐2连通所述导流室入口时，采用所述动力部使所述第二压裂液进入所述导流室入口，所述第一压力传感器7连续记录所述导流室入口处的压力，压力不断上升，直至突破此处的暂堵带，压力急速下降，关闭所述动力部，卸压；
[0072]
j.记录上一步骤中所测压力的最高值，即为固体暂堵剂的剩余强度。
[0073]
其中，步骤a中包括如下：
[0074]
在岩心4中央钻一井眼，沿井眼下入井筒并固定；
[0075]
准备一对经酸蚀处理后的岩板31，以模拟前期酸压过程，在所述一对岩板31间放置金属垫片来控制两个岩板31之间的距离，从而模拟地层裂缝宽度。
[0076]
本发明提供的一种固体暂堵剂剩余强度评价方法，采用上述提供的装置进行评价，所以具有如上同样的技术效果。
[0077]
采用图1的评价装置进行的评价方法的一具体实施方式如下：
[0078]
步骤一：准备一个长、宽、高为8、8、10厘米的岩心4，破裂压力为10mpa，与所模拟地层的破裂压力一致；在岩心4中央钻一井眼，沿井眼下入井筒并固定，井筒与井眼间留有裸眼段，并将其连接到实验管路中；准备一对经酸蚀处理后的岩板31，模拟前期酸压过程；将该岩板31放入所述的标准岩板导流室3，在两块岩板31之间增加金属垫片，使两岩板31之间的距离为3mm，模拟地层实际裂缝宽度。
[0079]
步骤二：打开温度控制箱5，将其温度调至120℃，即所模拟地层的实际温度。
[0080]
步骤三：配制4000ml或足量携带固体暂堵剂的压裂液基液，固体暂堵剂浓度30g/l(参考实际现场要求)，将其倒入第一储液罐1中。
[0081]
步骤四：配制4000ml或足量压裂液，并将其倒入第二储液罐2中(步骤三和四也可以于步骤二之前进行)。
[0082]
步骤五：实验时首先关闭第二储液罐2，打开第一储液罐1，使第一储液罐1连通岩板导流室3而不连通岩心4。
[0083]
步骤六：设定恒速恒压泵10排量为50ml/min进行驱替，模拟暂堵过程。
[0084]
步骤七：由第一压力传感器7连续导流室入口处压力值。当压力值不断上升时，表明实现了暂堵，当压力达到15mpa，即达到模拟地层的破裂压力时，停泵，卸压。
[0085]
步骤八：关闭第一储液罐1，打开第二储液罐2。同时使第二储液罐2连通岩板导流室3和岩心4。
[0086]
步骤九：设定恒速恒压泵10排量为50ml/min进行驱替，模拟转向过程。
[0087]
步骤十：由第二压力传感器8连续记录岩心入口处压力值，当压力上升至15mpa，即达到模拟地层的破裂压力时，岩心4将破裂，此时压力降迅速降低。停泵，卸压。
[0088]
步骤十一：关闭第一储液罐1，打开第二储液罐2。使第二储液罐2连通岩板导流室3。
[0089]
步骤十二：开泵，继续使用压裂液进行驱替，压力不断上升，直至突破暂堵带，压力急速下降，停泵。
[0090]
步骤十三：记录上一步骤中所测得压力最高值为11.25mpa，即为该固体暂堵剂的剩余强度。
[0091]
以上实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。