CN104747182A - 一种裂缝导流能力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裂缝导流能力测试方法，包括：步骤1，根据储层特性计算缝网***下的裂缝宽度组合；步骤2，根据裂缝类型以及裂缝宽度组合，制作导流槽模型；步骤3，利用导流槽模型进行导流能力测试实验，通过导流能力评价方法测试获取裂缝导流能力。本发明提出的裂缝导流能力测试方法原理可靠，缝宽组合、裂缝拐角支撑、复杂缝网钢板模型制作简单；能够较真实的反映不同裂缝宽度、裂缝拐角支撑、一定程度复杂缝网所具有的导流能力，以及不同裂缝宽度导流能力匹配关系，为油藏数值模拟数据优选提供依据。

Description

一种裂缝导流能力测试方法

技术领域

本发明涉及油气田开发过程中体积压裂形成复杂缝网导流能力的室内测试和评价方法，尤指一种裂缝导流能力测试方法。

背景技术

中国石油近几年新增储量70％以上属于低渗透储层，动用难度大，开发效益差。特别针对于非常规油气藏储层(页岩气、致密油)，如果目标储层具有脆性强、天然裂缝与层理发育、水平应力差较小等特征，通过体积改造“打碎”储层增大储层改造体积，形成“人造渗透率”提高储层渗透率、连通性和降低渗流阻力、驱动压差，即能取得较理想的改造效果。目前体积改造主要技术组合为分簇射孔、水平井分段直井分层压裂技术、复合压裂技术、支撑剂粒径组合。体积改造“打碎”储层形成的复杂缝网是由不同宽度裂缝、不同程度裂缝拐角的主支缝组成。

中国专利《页岩裂缝网络导流能力测试方法和装置》(CN103244112A)，该发明提供了一种页岩裂缝网络导流能力测试方法和装置。其装置主要包括导流室、加环压装置、流体供给装置和流体测量装置。页岩裂缝网络导流能力测试方法关键在于裂缝网络模型的制备，制备方法为将待测试的页岩的主要成分制造成中间有凹槽的半圆形模型，再将两半圆形裂缝正压紧形成一个中间有一个裂缝网络的页岩裂缝网络模型，然后将制备好的岩心模型放置环形套筒中，装入导流室加载环空压力进行导流测试。

页岩储层裂缝网络导流能力实验分析，温庆志，《东北石油大学学报》2013年06期55-61页，共7页。该文中为评价页岩储层压裂后形成的复杂裂缝的网络导流能力，改造常规裂缝导流仪，设计适合评价页岩裂缝网络导流能力的导流室，利用大理石和高硬度支撑剂组建不同结构的裂缝网络模型，进行裂缝网络导流能力实验，分析不同形态裂缝对裂缝网络导流能力的影响。该文所涉及的实验装置与API标准实验装置不一样，需单独制作，制作工艺复杂，且裂缝网络模型均采用正交模型进行模拟，尚未考虑裂缝宽度组合、裂缝拐角对导流能力的影响。

因此，目前国内外尚无相关文献报道研究复杂缝网条件下“变缝宽、裂缝拐角支撑、缝宽组合”的导流能力测试方法，成为制约体积压裂室内实验研究、数值模拟数据优选的技术瓶颈。

发明内容

本发明为了解决目前非常规油气藏体积压裂室内研究缺乏复杂缝网不同裂缝宽度的主、支缝导流能力测试方法以及主、支缝导流能力匹配关系室内研究方法的问题，提出了一种适用于复杂缝网条件下“变缝宽、裂缝拐角支撑、缝宽组合”的导流能力测试方法。

为达到上述目的，本发明提出了一种裂缝导流能力测试方法，包括：步骤1，根据储层特性计算缝网***下的裂缝宽度组合；步骤2，根据裂缝类型以及所述裂缝宽度组合，制作导流槽模型；步骤3，利用所述导流槽模型进行导流能力测试实验，通过导流能力评价方法测试获取裂缝导流能力。

进一步的，步骤1中，计算裂缝宽度利用的公式如下：

$w_f=\sqrt[3]{\frac{6\mathrm{\μQL}}{P_{\mathrm{net}}{h}_f}};---\left(1\right)$

$P_{\mathrm{net}}=\left[\frac{E^3}{{h_f}^4}\right\{\mathrm{N\μQL}\}+K^4{\left(\frac{\mathrm{\π}}{48L}\right)}^2];---\left(2\right)$

其中，w_f为裂缝宽度，m；h_f为裂缝高度，m；L为裂缝半缝长，m；μ为压裂液的黏度，mpa·s；Q为压裂液注入排量，m³/min；P_net为净压力，MPa；N为常数E为平面应变弹性模量，MPa；K为裂缝断裂韧性，MPa·m。

进一步的，步骤2中，根据裂缝类型以及所述裂缝宽度组合，制作的导流槽模型至少包括单一缝宽、不同裂缝宽度组合、裂缝拐角支撑或具备复杂缝网导流能力在内的其中一种导流槽模型。

进一步的，所述方法还包括：根据所述裂缝宽度，计算在所述导流槽模型中铺置的支撑剂用量，利用的公式如下：

W_p＝10⁶Aw_fρ_Φ；      (3)

其中，W_p为支撑剂用量，g；A为钢板面积，m²；w_f为裂缝宽度，m；ρ_Φ为支撑剂体积密度，g/cm³。

进一步的，步骤3，利用所述导流槽模型进行导流能力测试实验，通过导流能力评价方法测试获取裂缝导流能力，还包括：利用SY/T6302-2009压裂支撑剂充填层短期导流能力评价方法进行导流能力测试，记录实验数据；待实验结束后，提取实验所用支撑剂进行破碎率和粒径筛析分析，生成分析结果；根据所述实验数据及分析结果计算裂缝导流能力。

本发明提出的裂缝导流能力测试方法原理可靠，缝宽组合、裂缝拐角支撑、复杂缝网钢板模型制作简单；能够较真实的反映不同裂缝宽度、裂缝拐角支撑、一定程度复杂缝网所具有的导流能力，以及不同裂缝宽度导流能力匹配关系，为油藏数值模拟数据优选提供依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的裂缝导流能力测试方法流程图。

图2A为本发明一实施例的制作单一缝宽导流槽模型的方法流程图。

图2B为本发明一具体实施例中的单一缝宽导流槽模型的结构示意图。

图3A为本发明一实施例的制作不同裂缝宽度组合导流槽模型的方法流程图。

图3B为本发明一具体实施例中的不同裂缝宽度组合导流槽模型的结构示意图。

图4A为本发明一实施例的制作裂缝拐角支撑导流槽模型的方法流程图。

图4B及图4C为本发明具体实施例中的两种裂缝拐角支撑导流槽模型的结构示意图。

图5A为本发明一实施例的制作复杂缝网导流槽模型的方法流程图。

图5B为本发明一具体实施例中的复杂缝网导流槽模型的结构示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

图1为本发明一实施例的裂缝导流能力测试方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤1，根据储层特性计算缝网***下的裂缝宽度组合；

步骤2，根据裂缝类型以及所述裂缝宽度组合，制作导流槽模型；

步骤3，利用所述导流槽模型进行导流能力测试实验，通过导流能力评价方法测试获取裂缝导流能力。

在步骤1中，计算裂缝宽度利用的公式如下：

$w_f=\sqrt[3]{\frac{6\mathrm{\μQL}}{P_{\mathrm{net}}{h}_f}};---\left(1\right)$

$P_{\mathrm{net}}=\left[\frac{E^3}{{h_f}^4}\right\{\mathrm{N\μQL}\}+K^4{\left(\frac{\mathrm{\π}}{48L}\right)}^2];---\left(2\right)$

其中，w_f为裂缝宽度，m；h_f为裂缝高度，m；L为裂缝半缝长，m；μ为压裂液的黏度，mpa·s；Q为压裂液注入排量，m³/min；P_net为净压力，MPa；N为常数E为平面应变弹性模量，MPa；K为裂缝断裂韧性，MPa·m。

在步骤2中，根据裂缝类型以及所述裂缝宽度组合，制作的导流槽模型至少包括单一缝宽、不同裂缝宽度组合、裂缝拐角支撑或具备复杂缝网导流能力在内的其中一种导流槽模型。

其中，制作导流槽模型的方法如下：

一、如图2A、图2B所示，制作单一缝宽导流槽模型的方法包括：

步骤211，选取规格相同的第一钢板11及第二钢板12，并将第一钢板11设置于导流槽初始模型中；

步骤212，根据步骤1获得的裂缝宽度组合中的某一裂缝宽度，在第一钢板11上铺置一定数量的支撑剂13；

步骤213，将第二钢板12盖于支撑剂13上，组成单一缝宽导流槽模型。

在一具体实施例中，第一钢板11及第二钢板12可选用规格为139.7mm×38mm×3mm的钢板。

导流槽初始模型设置于实验台上，该模型内留有与钢板尺寸匹配的槽，用于放置步骤2制作的导流槽模型。

二、如图3A、图3B所示，制作不同裂缝宽度组合导流槽模型的方法包括：

步骤221，选取规格相同的第一钢板11及第二钢板12，多个长度为第一钢板的一半、宽度与第一钢板相等的金属片14；

步骤222，根据步骤1获得的裂缝宽度组合中的两种裂缝宽度，在第一钢板11及第二钢板12上分别贴合一定数量的金属片14；

步骤223，将第一钢板11设置于导流槽初始模型中，贴合有金属片14的一面向上；

步骤224，根据两种裂缝宽度，在第一钢板11上铺置一定数量的支撑剂13；

步骤225，将第二钢板盖12于支撑剂13上，其中，所述第二钢板12贴合有金属片的一面向下，所述第二钢板12盖贴合的金属片与所述第一钢板11盖贴合的金属片组成两种裂缝宽度中较小裂缝宽度的裂缝并朝向进液口方向，组成所述不同裂缝宽度组合导流槽模型。

在一具体实施例中，第一钢板11及第二钢板12可选用规格为139.7mm×38mm×3mm的钢板代替岩心板，如图3B所示，利用切割机将规格为139.7mm×38mm×1mm的金属片一切为二，并用打磨机将断口处打磨光滑，降低伤害性；

根据实验所需裂缝宽度差，确定所需薄钢片数量，分别在第一钢板11、第二钢板12的一端及金属片14涂上AB胶进行粘合，使得第一钢板11、第二钢板12上贴合了金属片14的部分厚度相等，待凝24小时。

如图3B所示，制作的为3mm及7mm缝宽组合的导流槽模型，因此在两块钢板上分别粘合了两片1mm厚的金属片14。

将制作好的第一钢板11设置于导流槽(导流槽初始模型)中，其中裂缝宽度小的一端置于导流槽进液口端，裂缝宽度大的一端置于导流槽出液口端。然后待支撑剂13铺置完成之后盖上上钢板形成密封空间。

如果制作3mm及6mm缝宽组合的导流槽模型，则可利用厚度为0.5mm及1mm的金属片，在上下两块钢板上分别粘合厚度1.5mm的金属片。

三、如图4A至图4C所示，制作裂缝拐角支撑导流槽模型的方法包括：

步骤231，选取规格相同的第一钢板11及第二钢板12，多个长度小于第一钢板的一半、宽度与第一钢板相等的金属片14；

步骤232，根据步骤1获得的裂缝宽度组合中的一种裂缝宽度或两种裂缝宽度，在第一钢板11及第二钢板12上分别贴合一定数量的金属片14；

步骤233，将第一钢板11设置于导流槽初始模型中，贴合有金属片14的一面向上；

步骤234，根据两种不同的裂缝宽度，在第一钢板11上铺置一定数量的支撑剂13；

步骤235，当制作的裂缝拐角支撑导流槽模型的两端为一种裂缝宽度时，将第二钢板12盖于支撑剂13上，贴合有金属片14的一面向下且与第一钢板11的金属片分别位于裂缝拐角支撑导流槽模型的两端；

当裂缝拐角支撑导流槽模型的两端为两种裂缝宽度时，其中裂缝宽度较小的一端朝向进液口方向。

在一具体实施例中，第一钢板11及第二钢板12可选用规格为139.7mm×38mm×3mm的钢板代替岩心板。利用切割机将规格为139.7mm×38mm×1mm的金属片一切为二，并用打磨机将断口处打磨光滑，降低伤害性，由于拐角导流槽的中间需有一段拐角通道，所以需多打磨掉一些金属片，使得一块金属片的长度小于一整块的长度，这样才能在制作拐角导流槽时保证中间有一段拐角通道，拐角通道的水平宽度可以为1mm-2mm。

如图4B、图4C所示，为两个裂缝拐角支撑导流槽的具体实施例。其中，图4B为两端为2mm裂缝宽度的拐角导流槽模型，图4C为进液口1mm、出液口2mm的拐角导流槽模型，裂缝宽度小的一端(1mm)朝向进液口方向。

四、如图5A、图5B所示，制作复杂缝网导流槽模型的方法包括：

步骤241，选取规格相同的第一钢板11及第二钢板12，多个长度与第一钢板不同、宽度相同的支缝钢板15；

步骤242，将第一钢板11设置于导流槽初始模型中，并根据步骤1获得的裂缝宽度中的某一种裂缝宽度，在第一钢板11上铺置第一数量的支撑剂；

步骤243，根据复杂缝网的支缝水平宽度及支缝数量，在第一数量的支撑剂上设置支缝钢板15，并在形成的指缝中铺置第二数量的支撑剂；

步骤244，根据步骤1获得的裂缝宽度中的另一种裂缝宽度，在支缝钢板15及第二数量的支撑剂上铺置第三数量的支撑剂；

步骤245，将第二钢板12盖于第三数量的支撑剂上，组成复杂缝网导流槽模型。

在一具体实施例中，复杂缝网导流槽内部设计两层支撑剂充填层，模拟两条主裂缝。通过不连续的支缝钢板15铺置隔开，模拟数条支缝连接两条主裂缝，形成复杂缝网模型。

其中，在步骤243中，根据支缝水平宽度与支缝数量，利用切割器将规格为139.7mm×38mm×3mm的钢板切成数段作为支缝钢板15，并将支缝钢板15与第一钢板11平行设置于支撑剂上。各个支缝钢板15之间的空间即为支缝，形成多条具有一定支缝水平宽度的支缝，从而构成支缝组合。

如图5B所示，支撑剂13铺置过程中，首先将第一钢板11置于初始模型底部；然后铺置支撑剂13，待下层支撑剂铺置完成之后，将利用制作好的数段隔离钢板进行隔离，并利用硅脂将缝隙进行密封；最后进行第二层支撑剂充填层铺置，盖上上钢板形成密封空间。

在上述各个实施例中，支撑剂13的用量是通过以下公式计算得到的：

W_p＝10⁶Aw_fρ_Φ；      (3)

其中，W_p为支撑剂用量，A为钢板面积，m²，w_f为裂缝宽度，ρ_Φ为支撑剂体积密度。在利用钢板的一整面计算支撑剂用量时，A可取6.452×10^-3m²。在评价过程中，针对不同规格的支撑剂时使用的体积密度不一样，例如20/40、40/70目。

在步骤3中，具体的方法，还包括：

利用SY/T6302-2009压裂支撑剂充填层短期导流能力评价方法进行导流能力测试，记录实验数据；待实验结束后，提取实验所用支撑剂进行破碎率和粒径筛析分析，生成分析结果；根据实验数据及分析结果计算裂缝导流能力。

在本发明提出的裂缝导流能力测试方法中，建立了不同裂缝宽度组合钢板模型，裂缝拐角支撑钢板模型，复杂缝网主、支缝匹配关系研究钢板模型制作方法。

本发明提出的裂缝导流能力测试方法原理可靠，缝宽组合、裂缝拐角支撑、复杂缝网钢板模型制作简单；能够较真实的反映不同裂缝宽度、裂缝拐角支撑、一定程度复杂缝网所具有的导流能力，以及不同裂缝宽度导流能力匹配关系，为油藏数值模拟数据优选提供依据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种裂缝导流能力测试方法，其特征在于，包括：

步骤1，根据储层特性计算缝网***下的裂缝宽度组合；

步骤2，根据裂缝类型以及所述裂缝宽度组合，制作导流槽模型；

步骤3，利用所述导流槽模型进行导流能力测试实验，通过导流能力评价方法测试获取裂缝导流能力。

2.如权利要求1所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤1中，计算裂缝宽度利用的公式如下：

$w_f=\sqrt[3]{\frac{6\mathrm{\μQL}}{P_{\mathrm{net}}{h}_f}};---\left(1\right)$

$P_{\mathrm{net}}=\left[\frac{E^3}{{h_f}^4}\right\{\mathrm{N\μQL}\}+K^4{\left(\frac{\mathrm{\π}}{48L}\right)}^2];---\left(2\right)$

其中，w_f为裂缝宽度，m；h_f为裂缝高度，m；L为裂缝半缝长，m；μ为压裂液的黏度，mpa·s；Q为压裂液注入排量，m³/min；P_net为净压力，MPa；N为常数E为平面应变弹性模量，MPa；K为裂缝断裂韧性，MPa·m。

3.如权利要求1所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤2中，根据裂缝类型以及所述裂缝宽度组合，制作的导流槽模型至少包括单一缝宽、不同裂缝宽度组合、裂缝拐角支撑或具备复杂缝网导流能力在内的其中一种导流槽模型。

4.如权利要求3所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤2中，制作单一缝宽导流槽模型的方法包括：

步骤211，选取规格相同的第一钢板及第二钢板，并将第一钢板设置于导流槽初始模型中；

步骤212，根据所述步骤1获得的裂缝宽度组合中的某一裂缝宽度，在所述第一钢板上铺置一定数量的支撑剂；

步骤213，将第二钢板盖于所述支撑剂上，组成所述单一缝宽导流槽模型。

5.如权利要求3所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤2中，制作不同裂缝宽度组合导流槽模型的方法包括：

步骤221，选取规格相同的第一钢板及第二钢板，多个长度为第一钢板的一半、宽度与第一钢板相等的金属片；

步骤222，根据所述步骤1获得的裂缝宽度组合中的两种裂缝宽度，在第一钢板及第二钢板上分别贴合一定数量的金属片；

步骤223，将所述第一钢板设置于导流槽初始模型中，贴合有金属片的一面向上；

步骤224，根据所述两种裂缝宽度，在所述第一钢板上铺置一定数量的支撑剂；

步骤225，将第二钢板盖于所述支撑剂上，其中，所述第二钢板贴合有金属片的一面向下，所述第二钢板盖贴合的金属片与所述第一钢板盖贴合的金属片组成两种裂缝宽度中较小裂缝宽度的裂缝并朝向进液口方向，组成所述不同裂缝宽度组合导流槽模型。

6.如权利要求3所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤2中，制作裂缝拐角支撑导流槽模型的方法包括：

步骤231，选取规格相同的第一钢板及第二钢板，多个长度小于第一钢板的一半、宽度与第一钢板相等的金属片；

步骤232，根据所述步骤1获得的裂缝宽度组合中的一种裂缝宽度或两种裂缝宽度，在第一钢板及第二钢板上分别贴合一定数量的金属片；

步骤233，将所述第一钢板设置于导流槽初始模型中，贴合有金属片的一面向上；

步骤234，根据所述两种不同的裂缝宽度，在所述第一钢板上铺置一定数量的支撑剂；

步骤235，当制作的裂缝拐角支撑导流槽模型的两端为一种裂缝宽度时，将第二钢板盖于所述支撑剂上，贴合有金属片的一面向下且与所述第一钢板的金属片分别位于所述裂缝拐角支撑导流槽模型的两端；

当裂缝拐角支撑导流槽模型的两端为两种裂缝宽度时，其中裂缝宽度较小的一端朝向进液口方向。

7.如权利要求3所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤2中，制作复杂缝网导流槽模型的方法包括：

步骤241，选取规格相同的第一钢板及第二钢板，多个长度与第一钢板不同、宽度相同的支缝钢板；

步骤242，将第一钢板设置于导流槽初始模型中，并根据所述步骤1获得的裂缝宽度组合中的某一种裂缝宽度，在所述第一钢板上铺置第一数量的支撑剂；

步骤243，根据复杂缝网的支缝水平宽度及数量，在所述第一数量的支撑剂上设置所述支缝钢板，并在形成的指缝中铺置第二数量的支撑剂；

步骤244，根据所述步骤1获得的裂缝宽度组合中的另一种裂缝宽度，在所述支缝钢板及第二数量的支撑剂上铺置第三数量的支撑剂；

步骤245，将第二钢板盖于所述第三数量的支撑剂上，组成所述复杂缝网导流槽模型。

8.如权利要求3-7中任一项所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述裂缝宽度，计算在所述导流槽模型中铺置的支撑剂用量，利用的公式如下：

W_p＝10⁶Aw_fρ_Φ；   (3)

其中，W_p为支撑剂用量，g；A为钢板面积，m²；w_f为裂缝宽度，m；ρ_Φ为支撑剂体积密度，g/cm³。

9.如权利要求1所述的裂缝导流能力测试方法，其特征在于，步骤3，利用所述导流槽模型进行导流能力测试实验，通过导流能力评价方法测试获取裂缝导流能力，还包括：

利用SY/T6302-2009压裂支撑剂充填层短期导流能力评价方法进行导流能力测试，记录实验数据；

待实验结束后，提取实验所用支撑剂进行破碎率和粒径筛析分析，生成分析结果；

根据所述实验数据及分析结果计算裂缝导流能力。