基于微流控技术的超窄支撑裂缝渗透率的测量装置和方法

本发明实施例涉及石油与天然气勘探开发，具体涉及基于微流控技术的超窄支撑裂缝渗透率的测量装置和方法。

背景技术：

1、近几年，随着非常规油气田探明储量的增加，为增大开采效率，其增产措施中的压裂技术得到了广泛应用，由此也促进了支撑剂的发展。在水力压裂过程中，由支撑剂、砂子等固体和压裂液组成的携砂液注入套管，通过套管射孔流向裂缝，可以形成具有一定导流能力的通道，从而提高油气的开采效果。

2、在压裂过程中，对于一条得到充分支撑的裂缝，如果裂缝宽度足够大，来自裂缝壁的粘性阻力可以忽略不计。然而实际生产过程中，随着生产的进行，支撑剂与裂缝壁之间的应力会逐渐增大，从而导致支撑剂的嵌入，从而减少流体与支撑剂表面之间的接触面积。如果嵌入程度足够大，流体与裂缝壁之间的接触面积将会大于流体与支撑剂表面之间的接触面积。在这种情况，来自裂缝壁面的粘性剪切无法被忽视，从而导致布林克曼流动的出现。但目前对于1mm以下超窄支撑裂缝的有效渗透率尚缺乏严谨的测试装置去衡量，这将严重影响非常规油气田勘探的评价精度和开采制度的制定。

3、对于此，从现有技术中的方案也能反映出目前提出的上述问题暂无相应的解决方案。例如，中国专利cn216594692u公开了“一种岩石酸蚀裂缝渗透率测试装置”，解决了现有技术中无法准确获取岩石酸蚀裂隙，难以研究酸蚀裂缝的渗透率的技术问题；中国专利cn113670793b公开了“一种水力裂缝渗透率实时监测装置和方法”，该发明公开一种水力裂缝渗透率实时监测装置和方法，利用该装置可以模拟非常规油气开发中的地层蠕变作用和缝间应力干扰现象，从而准确检测水力裂缝渗透率随时间的变化，用于非常规油气产能预测；中国专利cn109426673b公开了“页岩储层中斜支撑区域的导流能力确定方法及装置”，该发明通过该裂缝区域的渗透率和第一高度，该支撑剂填充区域的渗透率和第二高度，该自支撑区域的渗透率和第三高度和该斜支撑区域的裂缝宽度确定该斜支撑区域的导流能力，从而为页岩储层的改造提供依据，进而保证页岩储层中页岩气的采收率；中国专利cn210003265u公开了“一种基于人工裂缝与天然裂缝耦合下的渗透率测量装置”，该发明采用了方形导流室，以及hxdl-2c型支撑剂裂缝评价系统，有效降低了设备系统连接的复杂性并提高了测量数据记录的准确性。它可以在室内条件下对裂缝进行合理优化，以便对致密储层进行合理压裂，提高了现场操作的有效性，能够准确测量压裂后含有天然裂缝致密储层的渗透率，克服了现有技术中岩心夹持器结构和测量方法的局限性。

4、基于此，考虑到人工压裂裂缝在储层中的真实情况，若参考上述方法进行试验，则依然存在以下问题和难点：储层中裂缝的宽度大多是毫米级甚至是微米级，这种情况下裂缝壁粘性剪切作用对导流能力的影响是无法忽略的。但上述现有的测试装置受预制裂缝模型的尺寸限制还无法达到这种精度，因此实验过程中无法考虑粘性剪切的影响，导致超窄支撑裂缝条件下的有效渗透率无法被准确测量。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供一种基于微流控技术的超窄支撑裂缝渗透率的测量装置和测量方法，基于微流控技术，通过制作形成毫米级甚至是微米级精度下的裂缝或岩心模型，从而能够有效模拟超窄真实裂缝通道中流体的流动行为，并进一步能够测量出受粘性剪切作用影响下的裂缝有效渗透率，为实际操作中的优化设计提供了准确的地层参考信息。

2、为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

3、在本发明实施例的一个方面，提供了一种基于微流控技术的超窄支撑裂缝渗透率的测量装置，包括：

4、支撑裂缝模型，包括贯通形成有流体通道的管体，且所述流体通道的两端分别开放形成为进口端和出口端，所述管体的侧壁上贯穿形成有与所述流体通道连通的超窄预制裂缝，所述管体的内壁上凸起形成有支撑剂；

5、流体提供单元，与所述流体通道的进口端连通，用于向所述流体通道提供预设流动参数的流体；

6、流体收集单元，与所述流体通道的出口端连通，用于对经所述出口端流出的流体进行收集；

7、监控测量单元，用于对流经所述进口端和所述出口端的流体的参数进行测量；

8、至少部分所述超窄预制裂缝的裂缝宽度不大于1mm。

9、作为本发明的一种优选方案，所述监控测量单元包括连通于所述流体提供单元与所述进口端之间的流量传感器，以及连通于所述流体收集单元与所述出口端之间的压力传感器。

10、作为本发明的一种优选方案，所述流体提供单元包括顺次设置的气体提供结构、流体泵送结构和储液结构；

11、所述气体提供结构用于根据预设流动参数向所述流体泵送结构中注入对应参数的气体，所述流体泵送结构用于将所述储液结构中的流体调节至预设流动参数并经所述流量传感器测量后供至所述支撑裂缝模型中。

12、作为本发明的一种优选方案，所述气体提供结构中提供的气体为非腐蚀性气体；

13、所述流体泵送结构为微流体压力泵。

14、作为本发明的一种优选方案，所述流体为具有预设压力值的增压液体。

15、在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种基于微流控技术的超窄支撑裂缝渗透率的测量方法，采用上述所述的测量装置，所述测量方法包括：

16、s100、预设支撑裂缝模型参数，根据预设的支撑裂缝模型参数制作形成具有进口端和出口端且形成有支撑剂的支撑裂缝模型；

17、s200、向流体提供单元中注入流体后，对流体的流动参数调节至预设流动参数；

18、s300、将步骤s200中调节后的流体提供单元、位于进口端一侧的部分监控测量单元、步骤s100中制作的支撑裂缝模型、位于出口端一侧的另一部分监控测量单元和流体收集单元顺次连通；

19、s400、开启流体提供单元，向支撑裂缝模型中供入预设流动参数的流体，并对进口端和出口端的流体的实际参数进行测量；

20、s500、根据测量的数据对超窄支撑裂缝渗透率按照式i所述的公式进行计算；

21、

22、式i；其中，

23、k为超窄支撑裂缝模型渗透率，单位为d；q为经进口端流入的流体的流量，单位为ml/s；μ为流体粘度，单位为mpa·s；l为支撑裂缝模型的长度，单位为cm；a为支撑裂缝模型的横截面积，单位为cm2；p1为进口端流体的绝对压力，单位为mpa；p2为出口端流体的绝对压力，单位为mpa。

24、作为本发明的一种优选方案，步骤s100中，支撑裂缝模型参数还包括支撑剂的参数，以及超窄预制裂缝的宽度。

25、作为本发明的一种优选方案，步骤s100中，支撑裂缝模型为采用模塑法进行制作，且制作过程具体包括：

26、s101、制作出具有与超窄预制裂缝相配合的突起，以及与支撑剂相配合的凹陷的阳模；

27、s102、在具有突起和凹陷的阳模上浇注固化材料；

28、s103、待固化材料固化后，将固化材料从阳模上脱模，得到具有超窄支撑裂缝和支撑剂的支撑裂缝模型。

29、作为本发明的一种优选方案，步骤s101中，与所述支撑剂相配合的凹陷为采用光刻法制作。

30、本发明的实施方式具有如下优点：

31、本发明实施例可以模拟毫米级，甚至是微米级精度下不同宽度支撑裂缝的渗透率，弥补了现有技术中预制岩样模型尺寸限制的缺点，对考虑裂缝壁粘性剪切作用下布林克曼流动进行了有效评估，能够有效评估流体在粘性剪切作用下的流动行为，为准确测量支撑裂缝的导流能力提供了技术支撑。