CDLY-2006型裂缝导流能力测试
技
术
说
明
江苏华安科研仪器有限公司
地址:江苏省海安开发区鑫港路8号
CDLY-2006型裂缝导流能力测试
一、仪器对油田增产的意义
压裂作业是油田生产中对低渗油藏增产改造的主要手段之一。压裂作业的增产效果与支撑裂缝的导流能力密切相关，导流能力取决于裂缝的宽度和裂缝闭合后支撑剂的渗透率。因此，只有对不同来源的支撑剂在压裂作业前进行优选和质量控制，才能保证最佳的施工设计，导流能力测量仪是对不同的支撑剂在压裂作业前进行优选和质量控制测试的仪器。
二、仪器基本原理
裂缝导流仪是按照API标准研制的。它可在标准实验条件下评价裂缝支撑剂的导流能力，从而对各种支撑剂进行性能对比，测试方法如下：
1．用液压机对装有支撑剂的测试室施加不同的闭合压力，使支撑剂处半稳定状态；
2．对支撑剂层注入试验液，对每一闭合压力下的裂缝宽度、压差等进行计量；
3．用达西公式计算支撑剂层的渗透率和裂缝导流能力；
4．重复此过程直到所要求的各种闭合压力和流速都被评估；
5．将测试室加热到油藏温度，再对支撑剂层进行测试。三、仪器系统流程
本仪器由以下各部件组成：
1．符合API标准的线性流导流室（径向流导流室）；
2．液压机及压力补偿系统；
3．线性位移传感器；
4. 试验液体驱替系统，包括驱替泵及脉冲压力阻尼器等；
5. 压差计、压力传感器；
6．回压调节系统；
7．天平；
8．加热及温控系统；
9．真空系统；
10．自动控制系统；
11．数据采集与处理系统。
流程如图所示：
支撑裂缝导流仪流程图
四、主要技术指标
1．液体流速范围：0～20mL/min；
2．测试压力：最大20MPa；
3．操作温度：室温～180℃；
4．闭合压力：0～100MPa；
5．支撑剂厚度：0.25～1.27cm；
6. 液体压差：ΔP(0- 6Kpa)、精度0.25%F.S;
7. 气体流量计量程： 0-3000ml/min
8. 导流能力：0-2000μm2·cm
9. 渗透率: 0-4000μm2
五、主要技术特点
1．仪器自动采集压差、位移、流量、温度等参数，并能自动进行数据处理，计算不同闭合压力下的导流能力。
2．一种闭合压力的三个流量试验完毕后仪器能自动转到下一个闭合压力，继续实验。
3．闭合压力PID智能补偿，由于支撑剂变形或其它原因引起闭合压力下降，压力补偿系统能自动补偿，维护闭合压力在一定范围内变化。
4．闭合压力下三种流量自动转换，一种流量测试完毕后仪器自动转换到下一个流量进行测试。
5.手动与自动两种操作功能。
6．可模拟地层条件，采用岩模代替钢板评价支撑剂导流能力
六、组成仪器各系统概述
6.1 平流泵
型号：PL2020 流量调节范围：0.1～20mL/min、
工作压力：20MPa 精度：＜±1%，
工作电压：220V±10%、50Hz±2Hz、功率消耗：75W。
该泵具有压力测量和过压、欠压保护系统，使泵系统工作安全可靠。工作参数设置采用键盘输入，触摸式按键操作，具有四位数据显示，直观操作方便。与微机通讯接口，利用微机可直接控制泵的运行，在试验过程中按照设定好的程序自动变换测试流量，实现测试过程的自动化。
6.2 压力阻尼器
用于吸受由于泵的压力波动而引起压差波动。提高压差的测试精度。
6.3 预热器
在要求加温的试验中，为了保证试验在所需的温度下进行，需对注入流体进行预热，确保注入流体与导流室温度等保持一致，该预热器加热功率500W，控温范围：室温～180℃。
6.4 导流室
仪器使用的导流室严格按API标准规定的线性流导流室生产，支撑剂充层厚度0.25～1.27cm可调,测试面积64.5cm2，最大载荷能力1000KN，工作温度180℃、内部最大压力10MPa、上下活塞、
金属板、导流室均采用高强度不锈钢材料制作，有一定的耐蚀能，具有很大的耐压能力，确保在试验压力下不产生塑性变形，导流室滤网采用不锈钢金属粉末烧结而成，厚度3mm，滞留颗粒粒径小于65μm。
6.5 差压传感器
选用DP1300-A-C-2-S2型差压变送器，其量程6Kpa，精度0.2%F·S。该变送器使用对象为液体或气体。
输出：4～20mADC、电源：24VDC
6.6 真空系统
真空系统用于对导流室、管线内的气体进行排空，确保试验在测试液单向流下进行，保证测试压的稳定。
该系统由一台2XZ-2型旋片式真空泵和一只真空缓冲容器组成。缓冲容器采用透明有机玻璃制作，抽空饱和水时，可一直抽至缓冲容器内有水出现为止。
6.7 天平
选用进口BP3100型精密电子天平。
该天平最大量程3100g，精度0.01g，具有标准接口号计算机相连，可适时采集排出液体量，计算液体流量。
6.8 回压控制系统
用于控制导流室出口压力，该系统主要由顶部加载式回压控制压力调节器组成。当导流室出口压力达到回压阀顶部控制压力时，回压阀自动打开泄压，确保出口压力恒定。控制压力必须用气体控
制，以确保控制精度，控制压力值由压力表显示。
6.9 液压机、恒压系统
最大载荷：2000KN 承压板间最大距离：300mm
活塞直径：Φ250mm 最大行程：50mm
功率：0.75KW 电源：380Ac 50Hz 。
液压恒压系统：
闭合压力油缸体系中加入弹性缓冲装置，分高、中、低三个部分。每个缓冲装置在其恒定范围内都有一定的高压储蓄功能，如系统出现压力波峰则吸收高压；如系统在导流室有微量形变压力降低时，则释放压力。其主要动能即保持整个液压系统恒定。
6.10 压力智能控制系统
闭合压力为导流室内支撑剂承受的压力，其压力等于导流室上下压板之间的压力。通过控制导流室上下压板的压力从而控制闭合压力。导流室上下压板的压力通过压力机得到，其与压力机压力的比例关系为8：1。监视并控制压力机压力，将闭合压力控制在所需要的压力范围内，精度±0.2%
压力机压力的控制方法
压力机压力系统由PID智能控制（快速加载，微调加载），从而实现压力机压力的精确控制（精度±0.02MPa）。
当压力机压力与需要压力相差很大时，进行快速加载；到接近需要压力，由微机控制切换到微调加载，平稳到达压力设定值，并控制压力平衡在设定压力的±0.02MPa范围内。
压力控制系统图示
6.11 位移计
采用5CB-10C型精密数字式位移计，该位移计由差动变送器（LVDT）和电测仪组成。电测仪器由电子测量式线路和数字面板表等组成。
位移测量范围：0～20mm、线性度〈0.05%、分辩率：0.001mm。
传感器对静电感应和电磁场具有较强的抗干扰能力。
6.12 数据采集控制与处理系统
在系统的硬件组成上，我们采用微机整体控制，所有的数据检测及各项功能控制均通过微机的高速数据交换总线——PCI总线实现。位移数据为模拟量，其余均为数字量。模拟量通过模数（A/D）转换传入微机PCI总线被微机接受。数字量通过RS232网络传入微
机PCI总线。功能控制由微机控制RS232输出及开关量输出协调控制。其网络拓扑结构如下图所示。
系统拓扑结构图
※用于自动采集：
1.导流室进出口压差；
2．液体流量；
3．导流室左右位移；
4．导流室进出口温度；
5．补偿泵压力；
※用于自动控制
1．平流泵流量自动变换；
2．闭合压力自动变换；
3．闭合压力智能补偿；
※用于数据处理
1．导流能力；
2．液体渗透率
3．绘制各采集参数与时间关系曲线。
七、计算公式
导流能力：
KW f=5.555μQ
△P
μm cm
2
液体渗透率：
K=5.555μQW f
△P
μm2
式中：
Q —流量cm3/min；
μ—精度 mPa.s；
△P—压差kPa；
八、操作步骤
（一）：准备工作
1、盛水容器1000ml，烧杯300ml，蒸馏水足量；
2、检查真空泵，压力补偿泵的油位，油位过低请加油；
3、检查油压泵油箱油位，油位过低请加油；
4、检查电源是否缺相；
5、开总电源，检查仪器各部分是否正常工作；
检查步骤：
1）观察各仪表是否有显示，显示有无异常；
2）手动打开平流泵，真空泵，压力补偿泵，油压泵，检查是否正常工作。
3）检查位移传感器是否显示正常，用手轻触传感器探头，观察显示数据是否变化；
4）检查天平工作是否正常，如显示异常，请与我们联系；
6 称取欲做实验的支撑剂，质量按下式计算：
m=v*p
其中，m为所需支撑剂质量
v为支撑剂体积，按照api标准，v=41.0
p为支撑剂体积密度，其具体测量方法请参照api标准的附录B
7 计算浓度：
C=6.4P
（二）：实验过程
1、运行裂缝导流能力测试仪软件
一）确认初始零点
1、组装空导流室，并将其放在液压框架的两平行板之间。组装步骤如下：
1）将带有密封圈的底部活塞放入导流室内；
2）将两片金属板放在底部活塞的上面，必须放平；
3）将带有密封圈的上活塞放入导流室内，（可以在密封圈上涂少量的凡士林）；
2、打开液压机进液阀和截止阀（回液阀应关紧），手动运行液压机，提升下平板。油缸压力达到第一个闭合压力，停止；
3、用软件记录位移传感器示数,为初始零点(位移传感器应垂直安装)，卸掉闭合压力，取下导流室，取出上活塞和上盖板；
二）装填样品 1
、组装导流室，并将其放在液压框架的两平行板之间。组装步
观察闭合压力
骤如下：
1）将带有密封圈的底部活塞放入导流室内；
2）将一片金属板放在底部活塞的上面，必须放平；
3）将称好的支撑剂倒入导流室内，用刮板将支撑剂刮平；
4）将另外一片金属板放在刮平的支撑剂表面；
5）将带有密封圈的上活塞放入导流室内，（可以在密封圈上涂少量的凡士林）；
6）接好与导流室相连接的进口、出口、测压点的快速接头；
2、打开液压机进液阀和截止阀（回液阀应关紧），手动运行液压机，提升下平板。当导流室压力达到2～3MPa，停止；
三）饱和导流室
1、导流室饱和
1）打开阀3、4、5、6、9，开真空泵将导流室抽真空5min(真空表示数在-0.1MPa或压力表显示为-0.08MPa)，关闭真空泵，观察真空度是否下降，如下降请检查管路有无泄漏并排除故障；
2）抽完真空，关闭阀9，并将真空泵放空；
3）慢慢打开饱和水阀，从盛满蒸馏水的烧杯中吸入蒸馏水，直到导流室和所有管路全充满为止（进、出口压力表示数为零），关闭饱和水阀；
4）打开阀2，启动平流泵，设定流量2ml/min，向导流室注入驱替相，注入压力达到0.03MPa～0.05MPa；
2、导流室排空
1）打开阀10，并观察出口，直到出口无气泡时关阀，排出管路中的气体；
2）分别逐个打开阀7，8，对差压传感器排空，再关闭阀7、8，打开阀10；
3）调节差压传感器压力示数为零，关闭阀4、6，打开阀9；四）开始实验
1、点击进入导流能力测试实验提示框确定按钮：
点默认
值
2、实验方案
在下面的界面中修改、设置实验方案—包括闭合压力、稳定时间、流量（流量设置精度小数点后一位）；
3、点击“确定”，实验开始
流量
软件界面
当前界面显示项
当前界面显示项
运行状态
4、软件按照实验设计方案自动运行，闭合压力、流量自动运行，直至实验结束；
①须观察盛水容器及烧杯的水位——盛水容器水位过低时需加水；天平上烧杯水位太高，要及时清理；
②观察进口压力是否正常，防止由于闭合压力升高，支撑剂破碎导致出口堵塞；
5、实验结束
打开液压机回液阀降压（阀打开小的角度就可以，不可突然降压，以免损坏压力阻尼器）取出导流室，并清理干净。
（三）数据处理
结果查看：
点击“实验数据”按钮或在“查看”菜单中选择“实验数据”，查看实验结果。
或
历史曲线：
点击“历史曲线”按钮或者在“查看”菜单中选择“历史曲线”，查看实验的数据
选各项曲线
历史记录：
在程序“查看”菜单中选择“历史记录”
选择要查看的历史记录
并打开
数据导出：
在程序“试验”菜单中选择“导出数据”
选择保存的地址和输入的文件名应方便以后查找
选择保存的地址
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裂缝导流能力实验 一、 实验目的 1、了解支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，以及相同闭合压力条件 下不同铺砂层数导流能力的差异。 2、分别应用达西公式和二项式公式进行计算，分析结果的异同点，并说明 原因。 3、熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。 二、实验原理 裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。 三、 实验仪器和材料 1、仪器名称：裂缝导流仪，包括以下组成部分：压力试验机、空气压缩机、定值器、精密压力表、浮子流量计、岩心（钢板）模、游标卡尺、电子天平、放大镜。 2、材料：不同产地的石英砂和陶粒。 四、实验步骤 （1） 准备实验工作 1、在附表 1 中记录使用的砂子产地、粒径、名称及某温度下的气体粘度； 2、用游标卡尺量出岩心模的外径 ro 及孔眼的内径 re 记录附表 1 中，用作计算岩心模面积； 3、称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在缠有铜网的岩心面上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。然后称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑剂的浓度： 2= 单层支撑剂的重量 支撑剂浓度（g/cm ）铺有支撑剂岩心的面积 ，将此浓度值记入表 1 中。 4、将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。 5、认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。 图1岩心模型 （2） 岩心加压法
1、岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。 2、旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到 1.5 吨（或 1KN）时,将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数 Q 和对应的压力 P （精密压力表示数）,记录在记录表中。 4、需要载荷分别依次加到 30KN 50KN （70KN）100KN （120KN）150KN （180KN）200KN 250KN 300KN 读出相应的 P，Q 值，用达西公式计算。 注意：在测点 7、12、18 吨（或 70、120、180KN）处，保持载荷不变，改变 P（调定值器阀），读出 Q, 每测点共记5 组数据于记录表中，用于二项式公式计算。 5、试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。 6、双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的 P 及Q 值记入记录表中。 五、实验原始数据 裂缝导流能力模拟实验原始记录表 表1 基本参数
裂缝导流能力测定实验 一、实验目的 1.了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的关系、以及在相同闭合压力条件下铺有不同层数的支撑剂的裂缝导流能力的差异； 2.分析说明达西公式与二项式公式计算出的结果不同的原因； 3.熟悉压力试验机的操作及实验流程。 二、实验原理 裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。 三、实验仪器和材料及流程 1. 仪器： NYL—2000D型压力试验机，空气压缩机—供气源，定值器—气源开关，精密压力表，浮子流量计，岩心（钢板）模，游标卡尺，天平。 2. 材料：不同产地的压裂砂、陶粒。 3.流程： 四、实验步骤 （一）实验准备 1. 在附表1中记录使用的砂子产地、粒径、名称及某温度下的气体粘度； 2. 用游标卡尺量出岩心模的外径ro及孔眼的内径re记录附表1中，用作计算岩心模面积； 3. 称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在模拟岩心面上，
要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。然后称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑剂的浓度： 2 cm g ，铺有支撑剂岩心的面积单层支撑剂的重量 支撑剂（砂子）的浓度 将此浓度值记入表1中。 4. 将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。 5. 认真记录试验机载荷数显表上显示的加载值。 （二）岩心加压法 1. 岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。 2. 旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到1.5吨（或1KN ）时,将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。 3. 送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q 和对应的压力P （精密压力表示数）。 4. 需要载荷分别依次加到30、50、70、100、150、180、200、250、300kN 读出相应的P ，Q 值，记录在表2中，用达西公式计算。在测点120KN 处，保持载荷不变，改变P （调定值器阀），读出 Q, 每测点共记5组数据于表3中，用于二项式公式计算。 5. 试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。 6. 双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的P 及Q 值记入表2、表3中。 五、注意事项 （1）不要触摸在压力试验机下的岩心室； （2）开动压力试验机前，一定要检查回油阀是否处在关闭状态；
中国石油大学采油工程实验报告 实验日期：成绩： 班级：学号：姓名：教师： 同组者：无 压裂模拟实验2016 1. 实验目的(每空1分，共12分) (1) 水力压裂是利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，此压力大于井壁附近的地应力和岩石抗张强度，便在井底附近产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和高导流能力的填砂裂缝。 (2) 压裂液是一个总称，根据压裂过程中注入井内的压裂液在不同施工阶段的任务可分为前置液、携砂液、顶替液三种。 (3) 当井壁上存在的周向应力达到井壁岩石水平方向的抗拉强度，岩石将产生垂直裂缝。 (4) 裂缝内的砂浓度是指单位体积裂缝内所含支撑剂的质量；裂缝闭合的砂浓度是指单位面积裂缝上所含支撑剂的质量。 2. 实验内容(每题4分，共20分) (1) 破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 (2) 裂缝导流能力：油层条件下填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积。 (3) 全悬浮压裂液：压裂液粘度足以把支撑剂完全悬浮起来，在整个施工过程中没有支撑剂的沉降，停泵后支撑剂充满整个裂缝内，因而携砂液到达的位置就是支撑剂的位置。 (4) 地面砂比：单位体积混砂液中所含的支撑剂质量；支撑剂体积与压裂液体积之比。 (5) 增产倍数：在相同的生产压差下，压裂作业后的产量与压裂作业前产量的比值。
3. 实验流程与步骤(每空1分，共12) (1) 压裂施工设备由地面设备和压裂车组两部分组成。 地面设备主要包括 压裂管汇 、 蜡球管汇 、 压裂井口装置 ； 压裂车组包括 泵车、 混砂车、 罐车 、 仪表车 、 水泥车 。 (2) 泵车的作用：一是 泵送液体 ；二是 使液体升压；混砂车的作用：一是 把支撑剂与压裂液充分混合 ；二是 为泵车提供充足的液体 。 4. 数据处理（写出算例）（30分） (1) 计算闭合压力(计算一组数据即可) 以100KN 载荷为例计算： (2) 用达西公式计算裂缝导流能力(计算一组数据即可) 以单层入口压力2.39atm ，出口压力1atm ，流量0.94m 3/d=261.1cm 3/s 为例计算： W=1cm 同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，如表1 表1不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力 载荷（kN ） P 闭（kg/cm 2 ） K f W （μm 2 ?cm ） 单层 双层 50 76.78 1.006 0.9984 100 153.56 1.006 0.9984 120 184.28 1.006 0.9984 150 230.34 1.006 0.9984 200 307.13 1.006 0.9984 250 383.91 1.006 0.9984 (3) 用二项式公式计算120KN 载荷的导流能力(画图注意横纵坐标名称与单位) 注： )4 3 r r (ln w πaK 2μA o e f g -?=，{a =86.4，Q (m 3/d)；g μ(mPa ·s)；P (MPa)}，入口压力，出口压力为绝对压力。 计算数据如表2： 表2 120kN 载荷下（Pi 2 -Po 2 ）/Q 与Q 的值 单层 双层 （Pi 2 -Po 2 )/Q （MPa 2·d/m 3） Q(m 3/d) （Pi 2 -Po 2 )/Q Q
中国石油大学采油工程实验报告 实验日期：2015.11.22成绩： 班级：学号：姓名：教师： 同组者： 裂缝导流能力模拟实验 一、实验目的 （1）了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的关系、以及在相同闭合压力条件下铺有不同层数的支撑剂的裂缝导流能力的差异； （2）分别应用达西公式与二项式公式进行计算，分析出结果的异同点，并说明原因； （3）熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。 二、实验原理 裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。 三、实验步骤 （1）实验准备工作 ①在附表1中记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度； ②用游标卡尺量出岩心模的外径和孔眼的内径，记录附表1中，用作计算岩心模面积； ③称一定重量的支撑剂（记下支撑剂的颗粒直径）均匀地铺在岩心模面上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下支撑剂是否铺的均匀和紧密。然后称剩余支撑剂的重量，二者之差即为铺在岩心上的支撑剂重量，并按下式计算出支撑剂的浓度： 2= g/cm 单层支撑剂的重量 支撑剂浓度（） 铺有支撑剂岩心面积，将此浓度值记入表1中。 ④将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验 机下承压板中心位置。 ⑤认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。 （2）岩心加压法 ①岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。 ②旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到1.5吨（或1KN ）时,将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。 ③送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时
第４０卷 第２期 成都理工大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．２ ２ ０１３年４月ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＥＮＧＤＵ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ａｐ ｒ．２０１３ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－９７２７．２０１３．０２．１４［文章编号］１６７１－９７２７（２０１３）０２－０２１３－ ０４［收稿日期］２０１２－０９－ ０４［基金项目］国家自然科学基金资助项目（５１２７４０５０）［作者简介］李沁（１９８５－），男，博士研究生，研究方向：油气藏增产技术，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｗｌｑ ８５１＠１６３．ｃｏｍ。酸蚀裂缝表面微凸体变形破碎规律 李 沁１，伊向艺１，卢 渊１，张 浩１，李成勇１， 李永寿２，王 洋２，解 慧２ （１．油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都６１００５９； ２．中国石化西北油田分公司工程技术研究院，乌鲁木齐８３００１１ ）［摘要］探讨酸蚀裂缝面上微凸体在地层应力作用下变形破碎规律，为酸蚀裂缝闭合机理提供理论依据。从初始和酸蚀后裂缝表面微凸体的受力分析入手，用Ｈｅｒｚ弹性接触理论和Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服破坏准则解释了酸蚀裂缝表面微凸体变形和破碎规律，结果表明，在地应力条件下初始裂缝表面微凸体受力平衡不会发生变形破碎，酸蚀后裂缝表面微凸体在承压时的变形程度与地应力、岩石的弹性模量及酸蚀后微凸体的曲率半径有关。当酸蚀后裂缝面微凸体的曲率半径大于其发生破碎的最小曲率半径时，酸蚀裂缝可保持较大的开度及导流能力。［关键词］酸蚀裂缝；微凸体；变形；破碎；曲率半径［分类号］Ｐ５８９．１ ［文献标志码］Ａ 酸化压裂是碳酸盐岩油气藏主要的增产改造 技术。酸液注入地层后与裂缝壁面岩石发生不均匀反应， 形成不规则的裂缝表面，在地层闭合应力下不会完全闭合，形成具有一定导流能力的人工裂缝通道。国内外多数学者采用了宏观评 价［１－３］、微观模拟及有限元分析［４－７］等手段对地 层裂缝展开了大量研究， 内容包括了裂缝的形成演化、闭合机理以及裂缝渗透率影响相关因素等方面。裂缝表面形态是裂缝闭合的关键因素，裂缝表面支撑部位在地层闭合力条件下不发生大面积变形和破碎是保持酸蚀裂缝导流能力的必要条件。因此，本文在现有研究基础上，用Ｈｅｒｚ弹性接触理论和Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ屈服破坏准则研究了酸蚀裂缝微凸体在闭合应力条件下的变形及破碎规律，为保持人工裂缝开启提高裂缝导流能力提供理论依据。 １ 初始裂缝在地层中的受力分析 地层中的初始裂缝因产状不同，在地应力条 件下的受力方向与大小也不相同。图１为人工钻取岩心中天然裂缝的照片，观察发现裂缝表面为高低起伏不平整形态且发育方式不规则，裂缝两表面上的微凸体与凹陷相互对应、完全吻合，在地层应力条件下，初始裂缝可以达到几乎完全闭合的状态。初始裂缝形成前后裂缝表面微凸体各个部位的受力情况未发生改变，因此微凸体不会发生变形或压碎的过程。地层条件下，裂缝以及 裂 图１ 天然裂缝照片 Ｆｉｇ ．１ Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ
水力压裂裂缝导流能力优化水力压裂裂缝导流能力优化与影响因素分析与影响因素分析 邢振辉 圣戈班陶粒中国公司 水力压裂工艺技术作为油气增产的主要手段，已经在石油工业中牢牢确立了自己的地位。在水力压裂引入石油工业的头40年中，它主要应用于低渗透油气藏的开发当中， 然而，在最近的20年来，水力压裂技术的应用逐步扩展到了中-高渗油气藏的开发中来， 同目前最先进的钻井、完井工艺结合在一起，在压裂解堵、薄层改造、压裂防砂、水平井增产改造等方面发挥着重要作用。 水力压裂的主要目的在于提供一条连通地层与井筒的高导流能力通道，改变地层流体的渗流方式，以最大限度的提高油气的生产指数（PI ）。因此，裂缝导流能力的好坏以及其与地层渗流能力的良好匹配，无论对于低渗透致密油气藏还是低压中--高渗储层，都是影响其压裂增产改造效果的重要因素。 裂缝导流能力的定义 裂缝导流能力定义为：平均支撑裂缝的宽度w f 与支撑裂缝渗透率k f 的乘积。公式表示如下: (1) 其物理意义是支撑裂缝所能提供的供液体流动的能力大小。其中，k f 应为就地应力条件下的支撑裂缝渗透率。通常在压裂设计中，支撑剂渗透率参数常来源于实验室数据，这是因为实际就地应力条件下的支撑剂渗透率数据很难获得。然而，实验室条件同真实的地层条件相比存在很大差别，支撑剂在地层条件下所遭受的破坏可能远远大于我们的想象， 同时由于非达西流以及多相流的影响，支撑裂缝的渗透率将大大降低。因此，在压裂设计中，常将实验室获得的支撑剂渗透率数据乘以一个伤害系数进行修正。 油气井经过压裂改造后，其增产效果取决于两个方面的因素，即地层向裂缝供液能力的大小和裂缝向井筒供液能力的大小。因此，为了更好地实现设计裂缝导流能力与地层供液能力的良好匹配，引入了无因次裂缝导流能力的概念。其公式表示如下： （2） 式中：C fD 为无因次裂缝导流能力 X f 为裂缝半长 K 为地层渗透率。 C f 为裂缝导流能力 无因次裂缝导流能力C fD 的物理含义是裂缝向井筒中的供液能力与地层向裂缝中的供液能力的对比。（2）式中， 除地层渗透率K 外，裂缝支撑宽度w f ，裂缝支撑半长X f 以及支撑裂缝渗透率k f 都可以通过对压裂施工规模，施工参数和支撑剂的选择进行调控。因此，C fD 是进行压裂设计时要考虑的一个主要变量，它对压后的增产效果有着重要的影响。 无因次裂缝导流能力C fD 的评价与优化 无因次裂缝导流能力是我们进行压裂优化设计以达到最佳压后增产效果的一个重要设计参数，对于具有不同的储层系数（kh ）和地层压力的油气藏，压裂设计时所要求的无因次裂缝导流能力是不同的。
中国石油大学（采油工程）实验报告 实验日期： 成绩： 班级：学号：姓名：教师： 同组者： 实验三裂缝导流能力模拟实验 、实验目的 1.了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的关系、以及在相同闭合压力 条件下铺有不同层数的支撑剂的裂缝导流能力的差异； 2．析说明达西公式与二项式公式计算出的结果不同的原因； 3. 熟悉压力试验机的操作及实验流程。 、实验原理 裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。 验仪器和材料 1. 仪器：NYL—200D型压力试验机或NYL—2000D型压力试验机，空气压缩机 —供气源，定值器—气源开关，精密压力表，浮子流量计，岩心（钢板） 模，游标卡尺，放大镜。 2. 材料：不同产地的压裂砂、陶粒。 、实验步骤 一）实验准备 1. 在附表1中记录使用的砂子产地、粒径、名称及某温度下的气体粘度； 2. 游标卡尺量出岩心模的外径r o及孔眼的内径re记录附表1中，用作计算岩心模面 3. 称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在缠有铜网的岩心面 上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。然后 称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑 剂的浓度：
岩心外半 径岩心孔眼 半径 岩心面 积 支撑剂浓度 （g/cm2） 空气粘度 （mPa·s）支撑剂 将此浓度值记入表1中。 4. 将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下 承压板中心位置。 5. 认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。 图3-1 岩心模型 ）岩心加压法 1. 岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模 型， 准备加载。 2. 旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开 启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到1.5吨（或1KN）时,将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。 3. 送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。 同时读出流量数Q和对应的压力P（精密压力表示数）,记录在附表3中。 4. 需要载荷分别依次加到 30kN 50 kN 70kN 100kN 120kN 150kN 180kN 200kN 250kN 300kN 读出相应的P，Q值，用达西公式计算。 注意：在测点70、120、180kN处，保持载荷不变，改变P（调定值器 阀），读出 Q, 每测点共记5组数据于表2中，用于二项式公式计算。 5. 实验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取 出，观察支撑剂破碎情况。 6. 双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的 支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的P及 Q值记入表3、表2中。 )实验测得的的数据如下所示： 表1 基本参数
CDLY-2006型裂缝导流能力测试 技 术 说 明 江苏华安科研仪器有限公司 地址:江苏省海安开发区鑫港路8号
CDLY-2006型裂缝导流能力测试 一、仪器对油田增产的意义 压裂作业是油田生产中对低渗油藏增产改造的主要手段之一。压裂作业的增产效果与支撑裂缝的导流能力密切相关，导流能力取决于裂缝的宽度和裂缝闭合后支撑剂的渗透率。因此，只有对不同来源的支撑剂在压裂作业前进行优选和质量控制，才能保证最佳的施工设计，导流能力测量仪是对不同的支撑剂在压裂作业前进行优选和质量控制测试的仪器。 二、仪器基本原理 裂缝导流仪是按照API标准研制的。它可在标准实验条件下评价裂缝支撑剂的导流能力，从而对各种支撑剂进行性能对比，测试方法如下： 1．用液压机对装有支撑剂的测试室施加不同的闭合压力，使支撑剂处半稳定状态； 2．对支撑剂层注入试验液，对每一闭合压力下的裂缝宽度、压差等进行计量； 3．用达西公式计算支撑剂层的渗透率和裂缝导流能力； 4．重复此过程直到所要求的各种闭合压力和流速都被评估； 5．将测试室加热到油藏温度，再对支撑剂层进行测试。三、仪器系统流程 本仪器由以下各部件组成： 1．符合API标准的线性流导流室（径向流导流室）；
2．液压机及压力补偿系统； 3．线性位移传感器； 4. 试验液体驱替系统，包括驱替泵及脉冲压力阻尼器等； 5. 压差计、压力传感器； 6．回压调节系统； 7．天平； 8．加热及温控系统； 9．真空系统； 10．自动控制系统； 11．数据采集与处理系统。 流程如图所示： 支撑裂缝导流仪流程图
四、主要技术指标 1．液体流速范围：0～20mL/min； 2．测试压力：最大20MPa； 3．操作温度：室温～180℃； 4．闭合压力：0～100MPa； 5．支撑剂厚度：0.25～1.27cm； 6. 液体压差：ΔP(0- 6Kpa)、精度0.25%F.S; 7. 气体流量计量程： 0-3000ml/min 8. 导流能力：0-2000μm2·cm 9. 渗透率: 0-4000μm2 五、主要技术特点 1．仪器自动采集压差、位移、流量、温度等参数，并能自动进行数据处理，计算不同闭合压力下的导流能力。 2．一种闭合压力的三个流量试验完毕后仪器能自动转到下一个闭合压力，继续实验。 3．闭合压力PID智能补偿，由于支撑剂变形或其它原因引起闭合压力下降，压力补偿系统能自动补偿，维护闭合压力在一定范围内变化。 4．闭合压力下三种流量自动转换，一种流量测试完毕后仪器自动转换到下一个流量进行测试。 5.手动与自动两种操作功能。
支撑裂缝导流能力研究 摘要：裂缝导流能力的大小决定了水力压裂效果的好坏。准确的预测出地层裂缝导流能力的大小对石油的采收率有很大的影响。本文分别从影响地层裂缝导流的的外部环境因素，闭合压力，温度，裂缝宽度三个方面和支撑剂自生因素，支撑剂的强度，均匀度，铺砂浓度以及压裂液四个方面进行了实验研究。 关键词：裂缝导流能力；水力压裂；外部环境因素；支撑剂 水力压裂是油气增产的有效措施，在油田有很广泛的应用。对于不同的裂缝应采用不同支撑剂，支撑剂的作用在于泵注停止并且缝内液体排出后保持裂缝处于张开状态，地层内流体可以通过高导流能力的支撑带由裂缝顶端流向井底支撑剂的好坏直接影响到裂缝的长期导流能力。对于不同的地层如何评价支撑剂的性能和选用什么类型的支撑剂就显得格外的重要。本文对影响导流能力的环境因素和影响导流能力的支撑剂做了实验研究，对评价支撑剂的性能和选用什么类型的支撑剂具有一定的参考价值。 一、实验准备
实验过程中使用FCES—100型裂缝导流仪，实验严格按照API 的程序进行操作，闭合压力按每6MPa 递增。FCES-100型导流仪使用API标准导流室，支撑裂缝渗透率依据达西定律，通过测得不同流量下的压差计算得到。不同闭合压力下的裂缝宽度由位移计测量。 二、实验评价与分析 （一）外部环境因素 1 、闭合压力因素对导流能力的影响闭合应力是裂缝闭合所产生的，由地层传递给支撑剂。闭合应力作用的后果是引起支撑剂破碎，使支撑剂颗粒尺寸减少，圆球度变差，面积增大，粒径不均匀，这些因素都将引起支撑剂充填层渗透率降低。闭合力的作用，还将进一步压实充填层支撑剂，使得孔隙度减小，从而降低渗透率。另一方面闭合压力的作用，可使支撑剂嵌入地层，导致缝宽减小，渗透率降低。对中等硬度的砂岩的研究表明，当闭合压力大达到一定的数值时，表现为渗透率下降，导流能力减小。随着闭合压力增大，渗透率将迅速下降。压力对地层导流能力有很大的影响。 由于油井的周期性关井，会产生交变应力，当交变的压力作用到支撑剂时，其导流能力将下降。渗透率受到伤害，充填缝宽减小，这些都将在裂缝受到交变载荷时发生。另外，支撑剂和地层物质因交变应力的作用而产生疲劳破
裂缝导流能力实验 一、 实验目的 1、 了解支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，以及相同闭合压力 条件下不同铺砂层数导流能力的差异。 2、 分别应用达西公式和二项式公式进行计算，分析结果的异同点，并 说明原因。 3、 熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。 二、实验原理 裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。 三、 实验仪器和材料 1、仪器名称：裂缝导流仪，包括以下组成部分：压力试验机、空气压缩机、定值器、精密压力表、浮子流量计、岩心（钢板）模、游标卡尺、电子天平、放大镜。 2、材料：不同产地的石英砂和陶粒。 四、实验步骤 （1） 准备实验工作 1、在附表 1 中记录使用的砂子产地、粒径、名称及某温度下的气体粘度； 2、用游标卡尺量出岩心模的外径 ro 及孔眼的内径 re 记录附表 1 中，用作计算岩心模面积； 3、称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在缠有铜网的岩心面上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。然后称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑剂的浓度： 2= 单层支撑剂的重量 支撑剂浓度（g/cm ）铺有支撑剂岩心的面积 ，将此浓度值记入表 1 中。 4、将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。 5、认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。 图1岩心模型
（2）岩心加压法 1、岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。 2、旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到 1.5 吨（或 1KN）时,将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数 Q 和对应的压力 P （精密压力表示数）,记录在记录表中。 4、需要载荷分别依次加到 30KN 50KN （70KN）100KN （120KN）150KN （180KN）200KN 250KN 300KN 读出相应的 P，Q 值，用达西公式计算。 注意：在测点 7、12、18 吨（或 70、120、180KN）处，保持载荷不变，改变 P（调定值器阀），读出 Q, 每测点共记5 组数据于记录表中，用于二项式公式计算。 5、试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。 6、双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的 P 及Q 值记入记录表中。 五、实验原始数据 裂缝导流能力模拟实验原始记录表 表1 基本参数 岩心外半径R0(cm) 岩心孔眼半 径(cm) 岩心面积 (cm2) 支撑剂浓度(g/cm2) 空气粘度 (mPa.s) 支撑剂 单层双层目数产地 4.503 0.455 63.052 0.317 0.634 0.01789 20-40 河砂 表2 变载荷下的流量与压力关系数据 载荷(KN) 单层双层 入口压力 (MPa) 出口压力 (MPa) 浮子流量 (m3/h) 入口压力 (MPa) 出口压力 (MPa) 浮子流量 (m3/h) 30 0.121 0 0.83 0.116 0 0.80 50 0.123 0 0.82 0.118 0 0.79
我中国石油大学采油工程实验报告 实验日期：2014.11.14 成绩： 班级：学号：姓名:教师：战永平 同组者： 实验三裂缝导流能力模拟实验 一、实验目的 1.了解岩石被支撑裂缝的导流能力随闭合压力变化的规律,以及在相同闭合压力条件下不同铺砂浓度导流能力的差异； 2.分别应用达西公式与二项式公式计算，分析结果的异同点，并说明原因； 3.熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。 二、实验原理 裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。 三、实验仪器和材料 1. 仪器名称:裂缝导流仪,包括以下组成部分: 压力试验机，空气压缩机，定值器，精密压力表，浮子流量计，岩心（钢板）模，游标卡尺,电子天平. 2. 材料：同产地的石英砂和陶粒。 四、实验步骤 1、准备实验工作 （1）在附表1中记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度； （2）用游标卡尺量出岩心模的外径及孔眼的内径,记录附表1中，用作计算岩心模面积； （3）称一定重量的支撑剂（记下支撑剂的颗粒直径）均匀地铺在岩心模面
上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下支撑剂是否铺的均匀和紧密。然后称剩余支撑剂的重量，二者之差即为铺在岩心上的支撑剂的重量，并按下式计算出支撑剂的浓度： 2 g ，铺有支撑剂岩心的面积单层支撑剂的重量 支撑剂（砂子）的浓度 将此浓度值记入表1中。 （4）将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。 （5）认真记录试验机载荷刻度盘上加载值。 2、岩心加压法 （1）岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。 （2）旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针(黑针)转到1.5吨(或1KN)时,将送油阀放慢关闭维持此点上.将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮,使浮子指示到流量计刻度的最高度值。 （3）送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q 和对应的压力P （精密压力表示数）,记录在附表3中. （4）需要载荷分别依次加到50、100、120、150、200（kN ）读出相应的P ，Q 值，用达西公式计算. 注意:在测点120kN 处，保持载荷不变，改变P （调定制器阀）读出Q ，每测点共记5组数据于表2中，用于二项式计算。 （5）试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。 （6）双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量二倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤2进行操作，测出不同载荷下的P 及Q 值记入表2和表3中。 五、数据处理 1.数据记录表格如下：