CN109959595B - 致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法及装置，所述致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法包括将饱和压裂液的待测试试件固定在压力容器内，根据致密储层在地层条件下的压力和温度，对待测试试件施加对应的初始围压、初始轴压、初始温度和初始孔压，使得待测试试件实现地层状态的模拟；通过拟合得到待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线、计算得到待测试试件水力加砂压裂后渗透率的变化倍数，利用关系曲线和变化倍数确定致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的变化规律，为致密储层的合理高效开发提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及储层评价技术领域，特别涉及一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法及装置。
背景技术
由于致密储层具有孔隙度低、渗透率低的特点，因而开采难度大，油气产量低。对于致密储层的开发，可以利用水力加砂压裂的方式对储层进行改造，以增大储层渗透率，提高油气井产量。而渗透率是油气藏储层评价、产能计算及制定合理开发方案所需的关键参数。因此，通过测试确定致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的变化，可以为致密储层的合理高效开发提供理论依据。
目前，致密储层水力压裂确定渗透率的测试方法通常基于三轴条件下水力压裂前后储层岩心渗透率测试实验，以实现对三轴应力条件下储层渗透介质水力压裂前后的渗透率进行测定。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
由于现有测试方法仅能实现三轴条件下水力压裂前后储层岩心渗透率的测试，不仅不是针对致密储层水力加砂压裂进行的研究，而且也未模拟地层条件下水力加砂压裂过程，无法得到水力加砂压裂过程中渗透率的变化。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法及装置，以确定致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的变化规律，为致密储层的合理高效开发提供理论依据。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，本发明提供了一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，基于上述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置，所述方法包括：
将饱和压裂液的待测试试件固定在压力容器内；
根据致密储层在地层条件下的压力和温度，通过围压增压器向所述待测试试件施加初始围压、轴向作动器向所述待测试试件施加初始轴压、温度控制组件向所述待测试试件施加初始温度、孔压增压器向所述待测试试件施加初始孔压；
通过所述孔压增压器向所述待测试试件的上端施加多个可变孔压，且相邻的两个所述可变孔压之间的差值相同，利用脉冲测试仪得到施加每个所述可变孔压时所述待测试试件的上端与下端之间的初始压力差、每个所述可变孔压的施加时长和每个所述施加时长后所述待测试试件的上端与下端之间的结束压力差；
根据所述施加每个所述可变孔压时所述待测试试件的上端与下端之间的初始压力差、每个所述可变孔压的施加时长和每个所述施加时长后所述待测试试件的上端与下端之间的结束压力差，得到所述待测试试件的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率；
根据所述待测试试件未破裂前的多个第一渗透率、初始围压和多个可变孔压，拟合得到所述待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
当所述待测试试件破裂后，关闭所述脉冲测试仪，通过所述孔压增压器向所述待测试试件的上端施加第一预设压力、加砂组件向所述待测试试件的上端加砂、压裂液注入组件向所述待测试试件的上端注入压裂液、流量测取组件向所述待测试试件的下端施加第二预设压力，并获取施加了所述第二预设压力后渗流稳定的流量；
根据所述流量、所述第一预设压力和所述第二预设压力，得到所述待测试试件破裂后的第二渗透率；
根据所述待测试试件的初始渗透率和所述待测试试件破裂后的第二渗透率，得到所述待测试试件水力加砂压裂后渗透率的变化倍数。
可选择地，所述将饱和水的待测试试件固定在压力容器内之前，所述方法还包括：获取所述待测试试件的长度和横截面的直径。
可选择地，所述获取所述待测试试件的长度和横截面的直径之后，所述方法还包括：对所述待测试试件进行拍照或核磁共振成像，得到所述待测试试件的天然微裂缝情况。
可选择地，所述将所述待测试试件烘干后进行拍照或核磁共振成像，得到所述待测试试件的天然微裂缝情况之后，所述方法还包括：对所述待测试试件抽真空后饱和所述压裂液，并继续抽真空。
可选择地，所述待测试试件的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率根据以下计算公式获取：
式中：k为所述初始渗透率或第一渗透率，单位为×10-3μm2；μ为所述压裂液的粘度系数，单位为Pa·sec；β为所述压裂液的压缩系数，单位为Pa-1；V为所述压力容器的体积，单位为cm3；Δpi为施加每个所述可变孔压时所述待测试试件的上端与下端之间的初始压力差，单位为kPa；Δt为每个所述可变孔压的施加时长，单位为sec；Δpf为每个所述施加时长后所述待测试试件的上端与下端之间的结束压力差，单位为kPa；As为所述待测试试件的横截面积，cm2；Ls为所述待测试试件的长度，cm。
可选择地，所述有效应力为所述初始围压与所述可变孔压的差值。
可选择地，所述第二渗透率根据以下计算公式获取：
式中，k为所述第二渗透率，单位为D；μ为所述压裂液的粘度系数，单位为Pa·sec；Q为所述流量，单位为m3/s；A为所述待测试试件的横截面积，m2；Δp为所述第一预设压力与所述第二预设压力之间的差值，单位为Pa；L为所述待测试试件的长度，单位为m。
可选择地，所述第一预设压力与所述第二预设压力之间的差值的取值范围为0-0.7MPa。
另一方面，本发明还提供了一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置，所述装置包括：压力容器、围压增压器、轴向作动器、温度控制组件、孔压增压器、脉冲测试仪、加砂组件、压裂液注入组件和流量测取组件，其中，
所述轴向作动器、所述温度控制组件和待测试试件设置在所述压力容器内，所述轴向作动器设置在所述待测试试件的上端，所述温度控制组件设置在所述待测试试件的外壁上；
所述围压增压器与所述压力容器的内壁和所述待测试试件之间的腔体连通，所述孔压增压器与所述脉冲测试仪相连，所述脉冲测试仪分别与所述待测试试件的上端和下端分别相连；
所述加砂组件与所述压裂液注入组件相连，所述压裂液注入组件与所述待测试试件的上端相连；
所述流量测取组件与所述待测试试件的下端相连。
可选择地，所述装置还包括：应变仪和数据采集器；
所述应变仪设置在所述待测试试件上；
所述数据采集器与所述应变仪、所述脉冲测试仪信号相连。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：
1、通过将饱和压裂液的待测试试件固定在压力容器内，根据致密储层在地层条件下的压力和温度，对待测试试件施加对应的初始围压、初始轴压、初始温度和初始孔压，使得待测试试件实现地层状态的模拟；
2、当待测试件未破裂前，通过在待测试试件的上端施加多个可变孔压，利用脉冲测试仪得到施加每个可变孔压时待测试试件的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件的上端与下端之间的结束压力差，进而拟合得到待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
3、当待测试试件破裂后，通过对待测试试件的上端施加第一预设压力，流量测取组件改变待测试试件下端的第二预设压力，利用加砂组件和压裂液注入组件模拟加砂压裂过程，流量测取组件获取施加了第二预设压力后渗流稳定的流量，得到待测试试件破裂后的第二渗透率，进而得到待测试试件水力加砂压裂后渗透率的变化倍数；
4、根据待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线和水力加砂压裂后渗透率的变化倍数，确定致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的变化规律，为致密储层的合理高效开发提供理论依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率测试装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法的方法流程图；
图3为本发明实施例一提供的利用致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法得到的待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
图4为本发明实施例二提供的利用致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法得到的待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
图5为本发明实施例三提供的利用致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法得到的待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
图6为本发明实施例四提供的利用致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法得到的待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线。
图中的附图标记分别表示为：
1-压力容器，101-第一压头，102-第一压垫片，103-第二压垫片，104-第二压头，105-底座，
2-围压增压器，
3-轴向作动器，
4-温度控制组件，
5-孔压增压器，
6-脉冲测试仪，
7-加砂组件，701-输砂罐，702-第二阀门，
8-压裂液注入组件，801-储液罐，802-第一阀门，803-泵体，
9-流量测取组件，901-回压阀，902-压力表，903-第四阀门，904-盛液容器，905-电子天平，
10-待测试试件，
11-应变仪，
12-数据采集器，
13-第三阀门，
14-第五阀门，
15-第六阀门，
16-第七阀门，
17-第八阀门，
18-第九阀门，
19-数据处理器。
具体实施方式
在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，本发明实施例中所涉及的方位名词，如“上端”、“下端”，均以图1中所示方位为基准，仅仅用来清楚地描述本发明实施例的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率测试方法及装置，并不具有限定本发明保护范围的意义。
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的一方面，如图1所示，本发明提供了一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置，该装置包括：压力容器1、围压增压器2、轴向作动器3、温度控制组件4、孔压增压器5、脉冲测试仪6、加砂组件7、压裂液注入组件8和流量测取组件9。
其中，轴向作动器3、温度控制组件4和待测试试件10设置在压力容器1内，轴向作动器3设置在待测试试件10的上端，温度控制组件4设置在待测试试件10的外壁上；
围压增压器2与压力容器1的内壁和待测试试件10之间的腔体连通，孔压增压器5与脉冲测试仪6相连，脉冲测试仪6分别与待测试试件10的上端和下端分别相连；
加砂组件7与压裂液注入组件8相连，压裂液注入组件8与待测试试件10的上端相连；
流量测取组件9与待测试试件10的下端相连。
下面就本发明实施例提供的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置的使用方法给予描述：
将饱和压裂液的待测试试件10固定在压力容器1内；
根据致密储层在地层条件下的压力和温度，通过围压增压器2向待测试试件10施加初始围压、轴向作动器3向待测试试件10施加初始轴压、温度控制组件4向待测试试件10施加初始温度、孔压增压器5向待测试试件10施加初始孔压，使得待测试试件10实现地层状态的模拟；
当待测试试件10未破裂时，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加多个可变孔压，且相邻的两个可变孔压之间的差值相同，利用脉冲测试仪6得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，实现脉冲衰减渗透率测试，得到待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
当待测试试件10破裂后，关闭脉冲测试仪6，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加第一预设压力、加砂组件7向待测试试件10的上端加砂、压裂液注入组件8向待测试试件10的上端注入压裂液、流量测取组件9向待测试试件10的下端施加第二预设压力，并获取施加了第二预设压力后渗流稳定的流量，实现稳态法克氏渗透率测试，得到得到待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数。
因此，本发明实施例的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置利用压力容器1、围压增压器2、轴向作动器3、温度控制组件4、孔压增压器5、脉冲测试仪6、加砂组件7、压裂液注入组件8和流量测取组件9，实现了待测试试件10在模拟地层状态下水力加砂压裂过程中渗透率的测试，利用待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线和待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数确定致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的变化规律，为致密储层的合理高效开发提供理论依据。
基于上述，为了便于待测试试件10的固定，压力容器1内还设置有第一压头101、第一压垫片102、第二压垫片103、第二压头104和底座105，如图1所示。
具体地，第一压头101设置在待测试试件10的上端，第二压头104设置在待测试试件10的下端，第一压垫片102设置在第一压头101与待测试试件10的上端之间，第二压垫片103设置在第二压头104与待测试试件10的下端之间，底座105位于第二压头104的下端，使得待测试试件10可以牢固设置在压力容器1内。
其中，压力容器1内填充有油，也就是说，压力容器1的内壁和待测试试件10之间的腔体内填充有油，而围压增压器2可以通过控制向腔体内注入的油的量来设定围压值。
另外，围压增压器2通过管道与腔体连通，为了确保腔体内液体的循环，围压增压器2与腔体之间要构成一个回路，通过进液管路向腔体内输送液体，通过出液管路输送从腔体内流出的液体，在进液管路上设置有第八阀门17以控制进液管路与腔体连通，通过设置第九阀门18以控制出液管路与腔体连通。
类似地，脉冲测试仪6通过管道与待测试试件10的上端和下端分别相连，通过设置第六阀门15可以控制脉冲测试仪6与待测试试件10的上端连通，通过设置第七阀门16可以控制脉冲测试仪6与待测试试件10的下端连通。
对于加砂组件7而言，加砂组件7包括输砂罐701和第二阀门701，如图1所示，输砂罐701内装设有砂子，可以根据实际需要确定砂量，装砂的类型需要根据储层类型确定；第二阀门701可以控制输砂罐701与压裂液注入组件8连通。
对于压裂液注入组件8而言，压裂液注入组件8包括储液罐801、第一阀门802和泵体803，储液罐801内填充有配置好的压裂液，第一阀门802可以控制储液罐801与加砂组件7连通，泵体803为恒压恒速泵，可以控制储液罐801内流出的压裂液的流出压力和流出速度。
本领域技术人员可以理解的是，加砂组件7和压裂液注入组件8通过管道与压力容器1内的待测试试件10的上端相连。
基于此，为了确保待测试试件10在破裂后进行加砂压裂，可以通过设置第三阀门13以控制加砂组件7和压裂液注入组件8与待测试试件10的上端连通。
对于流量测取组件9而言，流量测取组件9包括回压阀901、压力表902、第四阀门903、盛液容器904和电子天平905，如图1所示，电子天平905平稳固定在地面或者操作台上，盛液容器904设置在电子天平905上，回压阀901、压力表902和第四阀门903通过管道连通，管道的一端对准盛液容器904，使得从待测试试件10的下端流出的液体可以通过管道进入到盛液容器904中，回压阀901可以控制设定向待测试试件10的下端施加的第二预设压力。
通过记录流入到盛液容器904内液体的体积和流入的时间，可以计算得到流量。
为了确保待测试试件10在破裂后可以获取施加了第二预设压力后的渗流稳定的流量，通过设置第五阀门14以控制流量测取组件9与待测试试件10的下端连通。
在上述结构的基础上，本发明实施例的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置还包括：应变仪11和数据采集器12，如图1所示；
应变仪11设置在待测试试件10上；
数据采集器12与应变仪11、脉冲测试仪6信号相连。
通过应变仪11可以测取确定待测试试件10是否破裂，通过数据采集器12可以获取应变仪11和脉冲测试仪6内的数据，便于后续的数据统计。
进一步地，本发明实施例的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置还包括：数据处理器19，如图1所示；
数据处理器19与数据采集器12信号相连。
通过数据处理器19可以处理数据采集器12采集到的数据，并将处理结果在显示屏中显示出来。
在本发明的另一方面，利用上述致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试装置，本发明提供了一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其方法流程图如图2所示，该方法包括：
步骤201：将饱和压裂液的待测试试件10固定在压力容器1内。
在本步骤之前，首先进行待测试试件10的制备。通过从现场选取页岩、原煤或致密砂岩、砾岩或其他低渗-特低渗储层的岩块后，从岩块上钻取高径比为2～2.5:1的圆柱体作为待测试试件10，通过将待测试试件10的两端切平、切齐，两端面的平行度为0.02mm，以满足岩石力学标准要求，继而检查得到的待测试试件10的表面是否有明显缺陷、缺角及显裂缝不发育，如果有，则弃用，再制作下一个待测试试件10；如果没有，则继续进行后续的步骤。
在制备完成待测试试件10后，对待测试试件10进行常规物性参数测试及描述。通过获取待测试试件10的长度和横截面的直径，为后续渗透率的计算做好准备数据准备；在测取待测试试件10的长度和横截面的直径后，将待测试试件10置于恒温箱中烘干至恒重，冷却后测量干重、气测孔隙度等常规物性参数；继而对待测试试件10进行拍照或核磁共振成像，得到待测试试件10的天然微裂缝情况，对待测试试件10进行描述，其中拍照是针对待测试试件10的外部进行拍摄，核磁共振成像是对待测试试件10的内部进行拍摄；继而将待测试试件10放入到干燥瓶中待用。
在对待测试试件10进行常规物性参数测试及描述后，对待测试试件10进行组装。通过在水力压裂专用喷嘴中上段及同侧端面涂抹高强度粘结剂后，将其放入到待测试试件10的压裂圆孔中，并压挤使其与待测试试件10的端面平整对齐，然后放置自然干透。
在对待测试试件10组装完成后，对待测试试件10进行压裂液饱和。可以对待测试试件10抽真空后饱和压裂液，并继续抽真空，以确保待测试试件10内没有气体存在，全部饱和的是压裂液。
举例来说，可以将自然干透后的待测试试件10放入到真空装置中，抽真空4h，然后饱和已配置好的压裂液，并继续抽真空，观察待测试试件10在饱和压裂液的过程中无气泡溢出时停止抽真空。
在本步骤中，在完成了待测试试件10饱和压裂液的过程中，可以将饱和压裂液的待测试试件10安装固定到压力容器1内。通过将待测试试件10置于第一压头101和第二压头104之间，使得待测试试件10两端的第一压垫片102和第二压垫片103各面水力通孔与第一压头101和第二压头104的水力通孔对应对准，将待测试试件10的外密封套在待测试试件10及第一压头101和第二压头104构成的结构的外部，用热吹风将温度控制组件4由待测试试件10的中部向两端均匀吹紧，使其与待测试试件10、第一压头101和第二压头104紧实接触密封；将轴向作动器3固定，再将应变仪11安装于待测试试件10的中部位置；连接好装置内各器件之间的管道及传输线缆。
步骤202：根据致密储层在地层条件下的压力和温度，通过围压增压器2向待测试试件10施加初始围压、轴向作动器3向待测试试件10施加初始轴压、温度控制组件4向待测试试件10施加初始温度、孔压增压器5向待测试试件10施加初始孔压。
在本步骤之前，需要对待测试试件10进行装机后的调试。通过将底座105放置到位，把待测试试件10与第一压垫片102和第二压垫片103的组合装入三轴仪腔体，连接好轴向载荷线缆，调试轴向作动器3推动活塞与第一压头101接触，将应变仪11调试到位，将压力容器1的厚壁圆筒缓慢放下，以密封三轴仪腔体。
在本步骤中，可以根据致密储层内原岩的应力情况，通过控制高精度伺服液压站以启动围压增压器2，以施加初始围压且保持恒定不变；启动轴向作动器3，并逐级增加至初始轴压并保持恒定不变；启动温度控制组件4，设定初始温度并保持恒定不变；启动孔压增压器5，以施加初始孔压且保持恒定不变。
步骤203：通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加多个可变孔压，且相邻的两个可变孔压之间的差值相同，利用脉冲测试仪6得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差。
具体地，通过孔压增压器5改变待测试试件10的孔压，使得待测试试件10产生负向突变。由于施加的多个可变孔压彼此之间的差值相同，也就是说，可变孔压是逐级施加到待测试试件10的上端，直至待测试试件10的体积应变加速进入负向突变阶段，即待测试试件10破裂。
在本步骤中，可以通过应变仪11确定待测试试件10就是否破裂变形。
由于孔压增压器5与脉冲测试仪6相连，因而，脉冲测试仪6可以测取得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差，每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差。
步骤204：根据施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，得到待测试试件10的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率。
具体地，待测试试件10的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率根据以下计算公式获取：
式中：k为初始渗透率或第一渗透率，单位为×10-3μm2；μ为压裂液的粘度系数，单位为Pa·sec；β为压裂液的压缩系数，单位为Pa-1；V为压力容器1的体积，单位为cm3；Δpi为施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差，单位为kPa；Δt为每个可变孔压的施加时长，单位为sec；Δpf为每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，单位为kPa；As为待测试试件10的横截面积，cm2；Ls为待测试试件10的长度，cm。
其中，压裂液的粘度系数和压裂液的压缩系数可以通过粘度测取仪器和压缩系数测取仪器进行获取。
步骤205：根据待测试试件10未破裂前的多个第一渗透率、初始围压和多个可变孔压，拟合得到待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线。
其中，有效应力为初始围压与可变孔压的差值。
可以理解的是，由于可变孔压的个数为多个，相对应地，有效应力的个数也为多个。通过多个有效应力与其对应的未破裂前的渗透率，可以拟合得到待测试试件10破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线。
步骤206：当待测试试件10破裂后，关闭脉冲测试仪6，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加第一预设压力、加砂组件7向待测试试件10的上端加砂、压裂液注入组件8向待测试试件10的上端注入压裂液、流量测取组件9向待测试试件10的下端施加第二预设压力，并获取施加了第二预设压力后渗流稳定的流量。
在本步骤中，当待测试试件10破裂后，关闭脉冲测试仪6，结束脉冲衰减渗透率测试，进行稳态法克氏渗透率测试。
步骤207：根据流量、第一预设压力和第二预设压力，得到待测试试件10破裂后的第二渗透率。
具体地，第二渗透率根据以下计算公式获取：
式中，k为第二渗透率，单位为D；μ为压裂液的粘度系数，单位为Pa·sec；Q为流量，单位为m3/s；A为待测试试件10的横截面积，m2；Δp为第一预设压力与第二预设压力之间的差值，单位为Pa；L为待测试试件10的长度，单位为m。
需要说明的是，可以通过高精度多级柱塞驱替泵控制回压阀，使得第一预设压力与第二预设压力之间的差值的取值范围为0-0.7MPa，避免第一预设压力与第二预设压力之间的差值过大而难以实现渗流稳定。
步骤208：根据待测试试件10的初始渗透率和待测试试件10破裂后的第二渗透率，得到待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数。
具体地，待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数为破裂后的第二渗透率与初始渗透率的比值。
当利用上述步骤将待测试试件10测试完成后，拆卸待测试试件10，再次拍照或核磁共振成像，以描述待测试试件10压裂后裂缝的扩展情况，后续可以按照既定的方案，重复上述步骤，以进行下一组测试。
实施例1
本实施例提供一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法。
待测试试件10的制备：选取晋城寺河煤矿3#煤层，埋深550m，温度28.5℃，制取标准圆柱形原岩试件；
前期准备：将原岩样放入烘箱内干燥，利用台钻在试件两端面正中心钻孔，孔直径Φ8.0mm，深度H6.0mm。测量待测试试件10的尺寸：高度101.4mm，试件直径50mm。在待测试试件10自然干透后，将其放入压裂液中浸泡使试件处于饱水状态，其中，压裂液的配方为0.5％KCL+0.2％JH-20助排剂0.6％+98.1％清水。
该方法具体包括：
将饱和压裂液的待测试试件10与其相应的压垫片组合装入三轴仪腔体，调试轴向作动器3推动活塞与第一压头101接触，应变仪11调试到位，放下压力容器1厚壁圆筒以实现密封，实现将饱和压裂液的待测试试件10固定在压力容器1内；
根据原岩应力情况，通过围压增压器2向待测试试件10施加取值为11.8MPa的初始围压并保持恒定不变，轴向作动器3向待测试试件10施加取值为14.8MPa的初始轴压并保持恒定不变，孔压增压器5向待测试试件10施加3.8MPa的原始孔压，温度控制组件4设定待测试试件10的初始温度为28.5℃并保持恒定不变；
根据应力应变情况，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加多个可变孔压，相邻的两个可变孔压之间的差值均为2MPa，并逐级加大可变孔压至13.75MPa，利用脉冲测试仪6记录得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差；
根据施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，按照公式(1)计算得到待测试试件10的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率；
当待测试试件10的体积应变加速进入负向突变阶段，应变仪11记录对应孔压条件下的待测试试件10是否发生变形，即判断待测试试件10受压破坏。在待测试试件10破裂后，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加第一预设压力，打开加砂组件7向已压开的动态裂缝中铺置250g700目金刚砂+50g800目金刚砂支撑剂，压裂液注入组件8向待测试试件10的上端注入压裂液，流量测取组件9向待测试试件10的下端施加第二预设压力，并获取施加了第二预设压力后渗透稳定的流量；
根据流量、第一预设压力和第二预设压力，按照公式(2)计算得到待测试试件10破裂后的第二渗透率。
实验数据拟合结果表明：待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线为K＝0.1733e-Δδ，R2＝0.8667，如图3所示；
待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数为2480倍。
实施例2
本实施例提供一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法。
待测试试件10的制备：选取晋城寺河煤矿3#煤层，埋深550m，温度28.5℃，制取标准圆柱形原岩试件；
前期准备：将原岩样放入烘箱内干燥，利用台钻在试件两端面正中心钻孔，孔直径Φ8.0mm，深度H6.3mm。测量待测试试件10的尺寸：高度102.0mm，试件直径50mm。在待测试试件10自然干透后，将其放入压裂液中浸泡使试件处于饱水状态，其中，压裂液的配方为0.5％KCL+0.2％JH-20助排剂0.6％+98.1％清水。
该方法具体包括：
将饱和压裂液的待测试试件10与其相应的压垫片组合装入三轴仪腔体，调试轴向作动器3推动活塞与第一压头101接触，应变仪11调试到位，放下压力容器1厚壁圆筒以实现密封，实现将饱和压裂液的待测试试件10固定在压力容器1内；
根据原岩应力情况，通过围压增压器2向待测试试件10施加取值为11.8MPa的初始围压并保持恒定不变，轴向作动器3向待测试试件10施加取值为14.8MPa的初始轴压并保持恒定不变，孔压增压器5向待测试试件10施加3.8MPa的原始孔压，温度控制组件4设定待测试试件10的初始温度为28.5℃并保持恒定不变；
根据应力应变情况，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加多个可变孔压，相邻的两个可变孔压之间的差值均为2MPa，并逐级加大可变孔压至13.62MPa，利用脉冲测试仪6记录得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差；
根据施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，按照公式(1)计算得到待测试试件10的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率；
当待测试试件10的体积应变加速进入负向突变阶段，应变仪11记录对应孔压条件下的待测试试件10是否发生变形，即判断待测试试件10受压破坏。在待测试试件10破裂后，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加第一预设压力，打开加砂组件7向已压开的动态裂缝中铺置250g700目金刚砂+50g600目金刚砂支撑剂，压裂液注入组件8向待测试试件10的上端注入压裂液，流量测取组件9向待测试试件10的下端施加第二预设压力，并获取施加了第二预设压力后渗透稳定的流量；
根据流量、第一预设压力和第二预设压力，按照公式(2)计算得到待测试试件10破裂后的第二渗透率。
实验数据拟合结果表明：待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线为K＝0.002e-0.274Δδ，R2＝0.8314，如图4所示；
待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数为2950倍。
实施例3
本实施例提供一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法。
待测试试件10的制备：选取晋城寺河煤矿3#煤层，埋深550m，温度28.5℃，制取标准圆柱形原岩试件；
前期准备：将原岩样放入烘箱内干燥，利用台钻在试件两端面正中心钻孔，孔直径Φ8.0mm，深度H6.5mm。测量待测试试件10的尺寸：高度102.76mm，试件直径50mm。在待测试试件10自然干透后，将其放入压裂液中浸泡使试件处于饱水状态，其中，压裂液的配方为0.5％KCL+0.2％JH-20助排剂0.6％+98.1％清水。
该方法具体包括：
将饱和压裂液的待测试试件10与其相应的压垫片组合装入三轴仪腔体，调试轴向作动器3推动活塞与第一压头101接触，应变仪11调试到位，放下压力容器1厚壁圆筒以实现密封，实现将饱和压裂液的待测试试件10固定在压力容器1内；
根据原岩应力情况，通过围压增压器2向待测试试件10施加取值为11.8MPa的初始围压并保持恒定不变，轴向作动器3向待测试试件10施加取值为14.8MPa的初始轴压并保持恒定不变，孔压增压器5向待测试试件10施加3.8MPa的原始孔压，温度控制组件4设定待测试试件10的初始温度为28.5℃并保持恒定不变；
根据应力应变情况，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加多个可变孔压，相邻的两个可变孔压之间的差值均为2MPa，并逐级加大可变孔压至13.75MPa，利用脉冲测试仪6记录得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差；
根据施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，按照公式(1)计算得到待测试试件10的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率；
当待测试试件10的体积应变加速进入负向突变阶段，应变仪11记录对应孔压条件下的待测试试件10是否发生变形，即判断待测试试件10受压破坏。在待测试试件10破裂后，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加第一预设压力，打开加砂组件7向已压开的动态裂缝中铺置250g600目金刚砂+50g500目金刚砂支撑剂，压裂液注入组件8向待测试试件10的上端注入压裂液，流量测取组件9向待测试试件10的下端施加第二预设压力，并获取施加了第二预设压力后渗透稳定的流量；
根据流量、第一预设压力和第二预设压力，按照公式(2)计算得到待测试试件10破裂后的第二渗透率。
实验数据拟合结果表明：待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线为K＝0.0208e-0.775Δδ，R2＝0.9084，如图5所示；
待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数为3215倍。
实施例4
本实施例提供一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法。
待测试试件10的制备：选取晋城寺河煤矿3#煤层，埋深550m，温度28.5℃，制取标准圆柱形原岩试件；
前期准备：将原岩样放入烘箱内干燥，利用台钻在试件两端面正中心钻孔，孔直径Φ8.0mm，深度H6.4mm。测量待测试试件10的尺寸：高度103.7mm，试件直径50mm。在待测试试件10自然干透后，将其放入压裂液中浸泡使试件处于饱水状态，其中，压裂液的配方为0.5％KCL+0.2％JH-20助排剂0.6％+98.1％清水。
该方法具体包括：
将饱和压裂液的待测试试件10与其相应的压垫片组合装入三轴仪腔体，调试轴向作动器3推动活塞与第一压头101接触，应变仪11调试到位，放下压力容器1厚壁圆筒以实现密封，实现将饱和压裂液的待测试试件10固定在压力容器1内；
根据原岩应力情况，通过围压增压器2向待测试试件10施加取值为11.8MPa的初始围压并保持恒定不变，轴向作动器3向待测试试件10施加取值为14.8MPa的初始轴压并保持恒定不变，孔压增压器5向待测试试件10施加3.8MPa的原始孔压，温度控制组件4设定待测试试件10的初始温度为28.5℃并保持恒定不变；
根据应力应变情况，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加多个可变孔压，相邻的两个可变孔压之间的差值均为2MPa，并逐级加大可变孔压至12.36MPa，利用脉冲测试仪6记录得到施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差；
根据施加每个可变孔压时待测试试件10的上端与下端之间的初始压力差、每个可变孔压的施加时长和每个施加时长后待测试试件10的上端与下端之间的结束压力差，按照公式(1)计算得到待测试试件10的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率；
当待测试试件10的体积应变加速进入负向突变阶段，应变仪11记录对应孔压条件下的待测试试件10是否发生变形，即判断待测试试件10受压破坏。在待测试试件10破裂后，通过孔压增压器5向待测试试件10的上端施加第一预设压力，打开加砂组件7向已压开的动态裂缝中铺置250g500目金刚砂+50g400目金刚砂支撑剂，压裂液注入组件8向待测试试件10的上端注入压裂液，流量测取组件9向待测试试件10的下端施加第二预设压力，并获取施加了第二预设压力后渗透稳定的流量；
根据流量、第一预设压力和第二预设压力，按照公式(2)计算得到待测试试件10破裂后的第二渗透率。
实验数据拟合结果表明：待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线为K＝0.0036e-0.354Δδ，R2＝0.8260，如图6所示；
待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数为3689倍。
综上，本发明的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法可以实现待测试试件10在模拟地层状态下水力加砂压裂过程中渗透率的测试，利用待测试试件10未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线和待测试试件10水力加砂压裂后渗透率的变化倍数确定致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的变化规律，为致密储层的合理高效开发提供理论依据。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
将饱和压裂液的待测试试件固定在压力容器内；
根据致密储层在地层条件下的压力和温度，通过围压增压器向所述待测试试件施加初始围压、轴向作动器向所述待测试试件施加初始轴压、温度控制组件向所述待测试试件施加初始温度、孔压增压器向所述待测试试件施加初始孔压；
通过所述孔压增压器向所述待测试试件的上端施加多个可变孔压，且相邻的两个所述可变孔压之间的差值相同，利用脉冲测试仪得到施加每个所述可变孔压时所述待测试试件的上端与下端之间的初始压力差、每个所述可变孔压的施加时长和每个所述施加时长后所述待测试试件的上端与下端之间的结束压力差；
根据所述施加每个所述可变孔压时所述待测试试件的上端与下端之间的初始压力差、每个所述可变孔压的施加时长和每个所述施加时长后所述待测试试件的上端与下端之间的结束压力差，得到所述待测试试件的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率；
根据所述待测试试件未破裂前的多个第一渗透率、初始围压和多个可变孔压，拟合得到所述待测试试件未破裂前的渗透率与有效应力的关系曲线；
当所述待测试试件破裂后，关闭所述脉冲测试仪，通过所述孔压增压器向所述待测试试件的上端施加第一预设压力、加砂组件向所述待测试试件的上端加砂、压裂液注入组件向所述待测试试件的上端注入压裂液、流量测取组件向所述待测试试件的下端施加第二预设压力，并获取施加了所述第二预设压力后渗流稳定的流量；
根据所述流量、所述第一预设压力和所述第二预设压力，得到所述待测试试件破裂后的第二渗透率；
根据所述待测试试件的初始渗透率和所述待测试试件破裂后的第二渗透率，得到所述待测试试件水力加砂压裂后渗透率的变化倍数。
2.根据权利要求1所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述将饱和压裂液的待测试试件固定在压力容器内之前，所述方法还包括：获取所述待测试试件的长度和横截面的直径。
3.根据权利要求2所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述获取所述待测试试件的长度和横截面的直径之后，所述方法还包括：对所述待测试试件进行拍照或核磁共振成像，得到所述待测试试件的天然微裂缝情况。
4.根据权利要求3所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，将所述待测试试件烘干后进行拍照或核磁共振成像，得到所述待测试试件的天然微裂缝情况之后，所述方法还包括：对所述待测试试件抽真空后饱和所述压裂液，并继续抽真空。
5.根据权利要求1所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述待测试试件的初始渗透率和未破裂前的多个第一渗透率根据以下计算公式获取：
式中：k为所述初始渗透率或第一渗透率，单位为×10-3μm2；μ为所述压裂液的粘度系数，单位为Pa·sec；β为所述压裂液的压缩系数，单位为Pa-1；V为所述压力容器的体积，单位为cm3；Δpi为施加每个所述可变孔压时所述待测试试件的上端与下端之间的初始压力差，单位为kPa；Δt为每个所述可变孔压的施加时长，单位为sec；Δpf为每个所述施加时长后所述待测试试件的上端与下端之间的结束压力差，单位为kPa；As为所述待测试试件的横截面积，cm2；Ls为所述待测试试件的长度，cm。
6.根据权利要求1所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述有效应力为所述初始围压与所述可变孔压的差值。
7.根据权利要求1所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述第二渗透率根据以下计算公式获取：
式中，k为所述第二渗透率，单位为D；μ为所述压裂液的粘度系数，单位为Pa·sec；Q为所述流量，单位为m3/s；A为所述待测试试件的横截面积，m2；Δp为所述第一预设压力与所述第二预设压力之间的差值，单位为Pa；L为所述待测试试件的长度，单位为m。
8.根据权利要求7所述的致密储层水力加砂压裂过程中渗透率的测试方法，其特征在于，所述第一预设压力与所述第二预设压力之间的差值的取值范围为0-0.7MPa。
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