CN113091632B - 一种模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，方法为：对标准岩心进行切割，形成岩板；采用硅胶成膜剂对岩板切面进行成膜形成成膜新鲜面并测量得到空白样高度值，将空白样高度值进行正态分布作图，取平均值为第一高度；在岩板切面均匀铺设支撑剂，再加盖另一岩板，岩板切面相对；并加装柱状橡胶保护套后置于橡胶圆筒中；给岩板表面施加围压后驱替24h以上；驱替完成后，取出岩板，去除岩板切面的支撑剂，再成膜测量，得到嵌入后测量高度值，将嵌入后测量高度值进行正态分布作图，取平均值为第二高度；将第二高度与第一高度进行作差，所得差值即为支撑剂嵌入深度。本发明利用前后尺寸求解嵌入程度。

Description

一种模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法
技术领域
本发明涉及油气勘探开发技术领域，特别涉及一种模拟真实压裂工艺下支撑剂嵌入深度测量方法。
背景技术
体积压裂是随着非常规油气开采伴随而来的，主要是针对页岩油气、致密油气等非常规储层提出的有效开采方式，体积压裂是凭借地面泵效高对储层形成空间网状裂缝的开采技术，该压裂技术具有用液量多、施工排量高、开采规模大的特点，通过该技术的实施，动用了低渗透储层，解放了“无油”区域，实现了原油产量的大幅提升。
支撑剂与压裂液相互混合后进入地层，部分压裂液破胶后随着地层能量返出至井口，剩余压裂液滤失至地层深处，支撑剂滞留于各类裂缝中用来支撑裂缝，但在支撑过程中受地层闭合压力的影响，支撑剂与岩石发生作用出现支撑剂嵌入至地层裂缝表面的现象，导致真实裂缝宽度减小进行影响裂缝导流能力，尤其在弹性地层及高闭合压力下支撑剂嵌入程度尤为明显，因此，测量支撑剂在闭合压力下的嵌入深度对压裂工艺的优化极为重要。
截止目前，支撑剂嵌入测试主要以两种方式为主，一是采用数值模拟的方式，西南石油大学李勇明采用数学方法建立了定量测试嵌入深度的方法，考虑了弹性及空间排布对支撑剂嵌入的影响。郭建春团队采用视频显微镜对岩板凹陷圆的直径判断支撑剂嵌入情况。上述研究方法解决了嵌入模拟的问题，但是只考虑了闭合压力下的嵌入未研究水平方向应力对支撑剂的影响，另外裂缝面多数为粗糙面受角度及坡度影响较大，现有技术无法描述真实裂缝面下的支撑剂嵌入程度。
发明内容
为了克服数值模拟计算支撑剂嵌入程度无法模拟真实工况，导致嵌入数据误差较大的问题；另外现有支撑剂嵌入测试无法同时兼顾三轴应力及水力驱动的问题，本发明提供了一种模拟真实压裂工况的支撑剂嵌入程度测试方法，能够解决真实工况下支撑剂嵌入测试，实现模拟压裂过程中支撑剂嵌入程度测试。
本发明的技术方案在于：
一种模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，该方法如下：
步骤1，针对标准岩心，从交叉于岩心切面的方向沿与中轴线夹角为0-60°为切割角对标准岩心进行切割，形成岩板；采用硅胶成膜剂对岩板切面进行成膜形成成膜新鲜面，采用3D显微镜对成膜新鲜面进行测量，得到空白样高度值，将空白样高度值进行正态分布作图，取平均高度为第一高度；
步骤2，在切割的任一岩板切面均匀铺设支撑剂，再加盖另一岩板，岩板切面相对；并加装柱状橡胶保护套后置于橡胶圆筒中；给岩板表面施加围压后驱替24h以上；
步骤3，驱替完成后，取出岩板，去除岩板切面的支撑剂，采用硅胶成膜剂对去除支撑剂后的岩板切面进行再成膜形成二次成膜新鲜面，成膜及再成膜形成的膜厚度一致；采用3D显微镜对二次成膜新鲜面进行测量，得到嵌入后测量高度值，将嵌入后测量高度值进行正态分布作图，取平均高度为第二高度；
步骤4，将第二高度与第一高度进行作差，所得差值即为支撑剂嵌入深度。
所述标准岩心的长度为10-80mm，直径为25mm或38mm。
所述支撑剂铺设用量的计算过程为：
m=C*D*L
式中，m为铺置所需的支撑剂用量，kg；C为铺砂浓度，kg/m2；D为岩心长方形切割面的宽，m； L为岩心长方形切割面的长，m；
其中，铺砂浓度为5-10kg/m2。
所述围压为15-65MPa。
所述驱替过程中，注液排量为0.5-5.0ml/min，进口压力小于2.0MPa。
所述成膜及再成膜的过程中，膜固化时间不低于24h，膜厚度不大于0.2mm。
本发明的技术效果在于：
本发明以标准岩心取代常规嵌入测试岩板不易取样且测量误差较大的问题；按照不同切割角切割造缝，模拟地层内不同角度的支撑缝内支撑剂的嵌入程度，解决了常规嵌入测试无法变化角度的问题；采用3D显微镜测量接触粗糙面的“凸起”尺寸，利用正太分布求解法测量出不同角度下的支撑剂平均嵌入尺寸，利用前后尺寸求解嵌入程度。
附图说明
图1为本发明标准岩心切割图。
图2为本发明实施例1测试前的支撑剂示意图。
图3为本发明实施例1测试后的支撑剂示意图。
其中，①、②……n为切割线；α为切割角。
具体实施方式
实施例1
步骤1，选取压裂目的层的全直径岩心1块，钻取直径为25mm的标准岩心，截面打磨平整，沿着切割角0°方向将岩心样品切开，得到两块半圆柱状的岩心柱，测量切割面尺寸，长度为L=33mm，宽度为D=25mm；采用硅胶成膜剂均匀的涂抹在新鲜切面上，膜厚度小于1mm，得到测试膜1；采用3D显微镜对测试膜1表面的“凸起”结构进行高度测试，再将测量的全部高度进行正态分布作图，计算出平均高度即为第一高度H1为0.003mm；
步骤2，选取直径为0.45-0.225mm的陶粒支撑剂，设置陶粒支撑剂的铺砂浓度为5.0kg/㎡，计算得到所需陶粒支撑剂为4.2g，将支撑剂均匀的平铺于一岩板切面上 (见图2)，合并两个岩板，采用胶圈缠绕固定，置于橡胶保护套中再放置于橡胶圆筒内，连接进出口管线，设定围压40MPa，开始逐渐缓慢加压至40MPa，设定驱替流量0.5ml/min，待进口压力平稳后，持续驱替24h；
步骤3，驱替完成后，取出岩板（见图3），去除岩板切面的支撑剂，晾干后再次采用硅胶成膜剂均匀的涂抹在去除了支撑剂的切面上，膜厚度与步骤1中相同，得到测试膜2；采用3D显微镜对测试膜2表面的“凸起”结构进行高度测试，再将测量的全部高度进行正态分布作图，计算出平均高度即为第二高度H2为0.070mm；
步骤4，将第二高度H2与第一高度H1进行作差，所得差值即为支撑剂嵌入深度△H=0.067mm，支撑剂平均粒径为0.337mm，支撑剂嵌入程度为19.8%。
实施例2
步骤1，选取压裂目的层的全直径岩心1块，钻取直径为25mm，长度为13mm的标准岩心，截面打磨平整，沿着切割角60°方向将岩心样品切开，得到两块半圆柱状的岩心柱，测量切割面尺寸，长度为L=26mm，宽度为D=15mm；采用硅胶成膜剂均匀的涂抹在新鲜切面上，膜厚度小于1mm，得到测试膜1；采用3D显微镜对测试膜1表面的“凸起”结构进行高度测试，再将测量的全部高度进行正态分布作图，计算出平均高度即为第一高度H1为0.002mm；
步骤2，选取直径为0.45-0.225mm的陶粒支撑剂，设置陶粒支撑剂的铺砂浓度为5.0kg/㎡，计算得到所需陶粒支撑剂为2.0g，将支撑剂均匀的平铺于一岩板切面上，合并两个岩板，采用胶圈缠绕固定，置于橡胶保护套中再放置于橡胶圆筒内，连接进出口管线，设定围压40MPa，开始逐渐缓慢加压至40MPa，设定驱替流量0.5ml/min，待进口压力平稳后，持续驱替24h；
步骤3，驱替完成后，取出两个岩板，去除岩板切面的支撑剂，晾干后再次采用硅胶成膜剂均匀的涂抹在去除了支撑剂的切面上，膜厚度与步骤1中相同，得到测试膜2；采用3D显微镜对测试膜2表面的“凸起”结构进行高度测试，再将测量的全部高度进行正态分布作图，计算出平均高度即为第二高度H2为0.026mm；
步骤4，将第二高度H2与第一高度H1进行作差，所得差值即为支撑剂嵌入深度△H=0.025mm，支撑剂平均粒径为0.337mm，支撑剂嵌入程度为6.82%。
实施例3
步骤1，选取压裂目的层的全直径岩心1块，钻取直径为25mm，长度为39mm的标准岩心，截面打磨平整，沿着切割角30°方向将岩心样品切开，得到两块半圆柱状的岩心柱，测量切割面尺寸，长度为L=45mm，宽度为D=15mm；采用硅胶成膜剂均匀的涂抹在新鲜切面上，膜厚度小于1mm，得到测试膜1；采用3D显微镜对测试膜1表面的“凸起”结构进行高度测试，再将测量的全部高度进行正态分布作图，计算出平均高度即为第一高度H1为0.003mm；
步骤2，选取直径为0.90-0.45mm的陶粒支撑剂，设置陶粒支撑剂的铺砂浓度为7.0kg/㎡，计算得到所需陶粒支撑剂为4.7g，将支撑剂均匀的平铺于一岩板切面上，合并两个岩板，采用胶圈缠绕固定，置于橡胶保护套中再放置于橡胶圆筒内，连接进出口管线，设定围压40MPa，开始逐渐缓慢加压至40MPa，设定驱替流量0.5ml/min，待进口压力平稳后，持续驱替24h；
步骤3，驱替完成后，取出两个岩板，去除岩板切面的支撑剂，晾干后再次采用硅胶成膜剂均匀的涂抹在去除了支撑剂的切面上，膜厚度与步骤1中相同，得到测试膜2；采用3D显微镜对测试膜2表面的“凸起”结构进行高度测试，再将测量的全部高度进行正态分布作图，计算出平均高度即为第二高度H2为0.056mm；
步骤4，将第二高度H2与第一高度H1进行作差，所得差值即为支撑剂嵌入深度△H=0.053mm，支撑剂平均粒径为0.675mm，支撑剂嵌入程度为7.85%。

Claims (6)

1.一种模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，其特征在于：该方法如下：
步骤1，针对标准岩心，从交叉于岩心切面的方向沿与中轴线夹角为0-60°为切割角对标准岩心进行切割，形成岩板；采用硅胶成膜剂对岩板切面进行成膜形成成膜新鲜面，采用3D显微镜对成膜新鲜面进行测量，得到空白样高度值，将空白样高度值进行正态分布作图，取平均高度为第一高度；
步骤2，在切割的任一岩板切面均匀铺设支撑剂，再加盖另一岩板，岩板切面相对；并加装柱状橡胶保护套后置于橡胶圆筒中；给岩板表面施加围压后驱替24h以上；
步骤3，驱替完成后，取出岩板，去除岩板切面的支撑剂，采用硅胶成膜剂对去除支撑剂后的岩板切面进行再成膜形成二次成膜新鲜面，成膜及再成膜形成的膜厚度一致；采用3D显微镜对二次成膜新鲜面进行测量，得到嵌入后测量高度值，将嵌入后测量高度值进行正态分布作图，取平均高度为第二高度；
步骤4，将第二高度与第一高度进行作差，所得差值即为支撑剂嵌入深度。
2.根据权利要求1所述模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，其特征在于：所述标准岩心的长度为10-80mm，直径为25mm或38mm。
3.根据权利要求2所述模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，其特征在于：所述支撑剂铺设用量的计算过程为：
m=C*D*L
式中，m为铺置所需的支撑剂用量，kg；C为铺砂浓度，kg/m2；D为岩心长方形切割面的宽，m； L为岩心长方形切割面的长，m；
其中，铺砂浓度为5-10kg/m2。
4.根据权利要求3所述模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，其特征在于：所述围压为15-65MPa。
5.根据权利要求4所述模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，其特征在于：所述驱替过程中，注液排量为0.5-5.0ml/min，进口压力小于2.0MPa。
6.根据权利要求5所述模拟真实压裂工况下支撑剂嵌入深度测量方法，其特征在于：所述成膜及再成膜的过程中，膜固化时间不低于24h，膜厚度不大于0.2mm。
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