压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法.pdf

i c s 7 5. 0 2 0 e 1 4 备案号:1 1 7 0 -1 9 9 8 s丫 中华人民共和国石油天然气行业标准 s y/ t 6 3 0 2 一 1 9 9 7 压裂支撑剂充填层短期导流 能力评价推荐方法 r e c o m me n d e d p r a c t i c e f o r e v a l u a t i n g s h o r t t e r m p r o p p a n t p a c k c o n d u c t i v i t y 1 9 9 7 一 1 2 一 3 1 发布 1 9 9 8 一 0 7 一 0 1 实施 中国石油夭然气总公司发 布 s y/ t 6 3 0 2- 1 9 9 7 目次 前言 ， n a p i 前言 ， ， ， ， ， 、 v 1总纲 ， 4 “。 ， ， ， 4 t 、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， 、 1 2 推荐的导流能力 试验 ， - ， . 1 附 录a( 标 准 的 附 录 ) 液 压 控 制 ， ， ， ， 一 ， ， 二 ， ， . 1 3 附录 b( 标准的附录)支撑剂体积密度的测量 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ， ， 。 。 巧 附 录c( 标 准 的 附 录) 单 位 换 算 ， ， ， ， ， ， . . . 1 6 附录d( 标准的附 录)中国石英砂支撑剂导流试验参数 ， ， 1 7 附 录e( 提 示的 附 录) 参 考 文 献 ， ， 。 . . . . . . . 1 8 s y/ t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 前言 本标准等效采用a n r p 6 1 支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法 ，在技术内容上与其相 同，编写方法与其基本一致。 本标准的附录 a 、附录 b 、附录 c和附录 d都是标准的附录。 本标准的附录 e是提示的附录。 本标准由 采油采气专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位:中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院廊坊分院。 本标准主要起草人朱文王广俊朱华银 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 a p i 前言 1本方法是由美国石油学会 ( a p i )下属完井材料评价分部委员会领导下的支撑剂导流能力评价 组起草的，并由a p i 生产部钻井采油规程执行委员会授权发表。 2 . 文中推荐了试验和试验仪器，目的是建立标准的步骤和条件，以便在实验室条件下对各种压 裂用支撑材料进行短期导流能力评价。通过试验，用户可对一定条件下的导流能力进行对比，有助于 水力压裂施工中支撑剂材料的选择。 3 . 注意:该文中试验程序并非设计提供油藏条件下支撑剂导流能力绝对值。长期导流能力试验 结果已表明 参照附录 d ( 标准的附录) 时间 ( 几夭内) 、温度升高、压裂液残渣、嵌人以及地层微 粒等因素可使支撑裂缝导流能力降低 9 0 %或更多。有关长期导流能力下降的试验程序将在 a p i 的下 一步工作中考虑。 4该文的发表并不影响新技术、 新材料的开发和作业程序的改进。在实际应用中高质量的工程 分析和正确的判断是完全必要的。 5 . a p i 已 做了很大的努力以确保该文内容的准确和可靠。但a p i 并不对发表此规程作出担保或 保证。a p i 就此声明，因为应用此规程造成的任何损失和损害或该规程的内 容违反了 地方、州或联邦 的法律，a p i 不承担任何义务和责任。 6 . 欢迎提出修改补充建议，可将建议寄给美国石油学会生产部主任收。 地址:2 5 3 5 o n e ma in p la c e , d a ll a s , t e x a s 7 5 2 0 2 一3 9 0 4 特 别 说 明 a p i 发表的一些刊物不可避免地要涉及到一般性的问题，对于一些特殊情况，地方、州和联邦法 律及规定应该重新审定。 a p i 并不承担雇主、生产厂家和供应商对雇员进行提示、培训和装备的责任以及关于安全、健 康、风险等的警告责任，也不承担他们在地方、州、联邦法律下应承担的责任。 a p i 的任何刊物内容不能解释为任何权力承诺。对于制造、销售商.a p i 未授权使用任何方法、 仪器设备、或专利许可证所包括的产品。a p i 刊物内任何内容不能解释为允许任何延续人不负责任违 反专利许可证。 总的来说，至少每五年 a p i 标准将重新评定、修改、确认或删除。有些时候，每五年的周期允 许有一次两年的延续。除非a p i 标准批准延续或者在再版中已允许延续，否则五年后该标准不再有 效。生产部有a p i 标准的情况的解释权 ( 电话:2 1 4 一7 4 8 一3 8 4 1 ) . a p i 刊物和资料每年发表一次综 合刊物，每 个季度有一 次更新版本。出版单位美国石油学会 ( 1 2 2 0 l s t . n . w. wa s h i n g t o n . d . c . 2 0 0 0 5电话 :2 0 2一6 8 2一8 3 7 5 ) . 中华人民共和国 石油天然气行业标准 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法 r e c o mm e n d e d p r a c t i c e f o r e v a l u a t i n g s h o r t t e r m p rop p a n t p a c k c o n d u c t i v i t y 1 总纲 1 . 1 目的 本方法的目的是提出实验室条件下评价压裂支撑剂充填层短期导流能力所采用的统一的试验设 备、试验条件、试验程序。本方法可用来评价、比较实验室条件下支撑剂充填层的导流能力，但并不 能获得井下油藏条件下的支撑裂缝导流能力的绝对值。关于微粒问题、地层温度、岩石硬度、井下液 体、时间以及其他因素超出了本方法涉及的范围。 i . 2 试验条件 用脱离子水或燕馏水作为试验液体，评价支撑剂材料的不同特性。一般来说，环境温度为2 4 1c o 其他液体也可作为试验液体评价支撑剂材料各种特性，但试验结果可能有所区别。用其他液体或以不 同的温度条件进行支撑裂缝导流能力评价是有意义的。 这类试验可以 在供货 方和用户协议的情况下 进 行。 1 . 3 试验程序 按照此程序进行试验时，需在试样上加足够长时间的闭合压力以使支撑剂充填层达到半稳态 ( 参 照2 . 6 ) 。在一定的闭合压力下使液体流过支撑剂充填层，在不同闭合压力条件下液体流过支撑剂充 填层时，要测量支撑剂充填缝宽、压差和流量。计算出支撑剂充填层导流能力和渗透率。每个闭合压 力下可进行三种流量试验， 试验结果是三种流量试验的 平均值。在要求的流量和室温条件下，不能存 在非达西流或惯性影响。一种闭合压力下三个流量试验做完后，可将闭合压力增至另一个值，等候一 定的时间以使支撑剂充填层达到半稳态，再用三种不同的流量做试验，取得所需的数据，确定在此条 件下支撑剂充填层的导流能力。重复此程序直到设计的闭合压力和流量全部试验完毕。 2 推荐的导流能力 试验 2 . i 试验介质匕 用脱离子水或燕馏水作为试验液体，在层流 ( 达西流)条件下评价支撑剂充填层导流能力。要准 确测量导流能力.层流条件下的单相流是关键的条件。 2 . 2 设备和材料 试验应用下列设备和材料。 2 . 2 . 1 导流室 导流室应为线性流设计，支撑剂铺置面积为6 4 . 5 c . 。导流室的图解详见图 1 .图2 ，图 3 和图 5 。上下活塞、金属板、导流室需用4 c r 1 3不锈钢材料制作。图 4 是 a p i 支撑剂导流室试验装置流程 图。导流室滤网可用不锈钢材料压制而成，厚度为0 . 3 1 8 c m o滤网滞留颗粒的粒径为3 一1 0 p m ，其他 所有的测压孔和进口 的颗粒粒径为6 5 u m o 中国石油天然气总公司1 99 7 一 1 2 一 3 1 批准1 9 9 8 一 0 7 一 0 1 实施 s y / t 6 3 0 2 一 1 9 9 7 n h fl .k 件 tv 7rl 4 l fr - j l-h l) 0 . 2 5 l 七 明 式a ll c ! “ 6 小 ， c m : 1佼 人载 b .i 力1 6 7 2 0 0 v 如 f 高认 h i 变 2 o 4c合 内 邵城 大眼 力 3 5 ml, r , i i , i ,1 i 0 i a八 f i l n - n d n 000 图1 a p i 导流室示意图 碑 11 so or ii 0 7 5 6 “i s s s s e 舌 y i r z 7 b 云 i a i f t ; l i d y a o . : ., !2 入n ， 帕脂 川社 呀 要 适当. ce 使务 侧。 妇i i iuj 试i.: 连通 _ a - a剖而h - a洲内 肠 号说叫 见图 3 . 同 靛旗 卜 十一 州1 ，叼 书 es二日 墓卜 笼 祖 剧 一一一一.l“ 户 弓 日二月 - ， 蒸椰 图 2 a p i 导流室卸具剖面图 2 2 . 2 液压框架 液压框架可以提供的力为6 6 7 2 0 0 n 。为使压力分布均匀，两压塞必须相互保持平行。液压源必 须能在延续的时间内保持需要的闭合压力 ( 士0 . 5 %或士1 4 0 k p a ) 。在 64. s c m z 的导流室上加载的速 度为2 2 0 0 n / m i n ，即 3 5 0 0 k p a / m i n 。该试验可用一台适当规模的水压机，另配置一台补偿压力的液压 泵。也可以用一个常规的气/ 油增压系统代替液压泵。附录 a ( 标准的附录)提供了制造和改进现有 液压框架的资料，以便水压机与气/ 油增压系统连用。满足上述技术指标的材料试验机均可作为液压 框架使用 。 一2一 s y/ t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 川口一 (笛龙)到，是七 *j - 耀赌附比井 刘峨护月 守 ; 享 0 画栖临举箭侧催昨工dv 年由麟杆写0 叫 们团 叱哟0苗 褂钳恻 一 卜 3 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 进 液 日回 压 调 节 器 森 图4 a p i 支撑剂试验装置流程图 a: 支排剂 坡 充层 1 77 8 c m x 3 . 8 1 c m x w, (c m) ; c导流室主体。 f 侧 试滚进 / 出 口， g: 压差 箱出 口 . h, 多 孔金周 撼网 1 : 调节 ，丝 书 l方 型密才 圈 。 图5 a p i 支撑剂导流室解剖图 2 . 2 . 3 支撑剂充填厚度测量设备 用标度指示盘、测微计、线性位移传感器 ( l v d t)或线性电动势测量仪测量支撑剂充填厚度， 分辨精度可达0 . 0 0 2 5 c m，也可用更精密的仪器。 2 . 2 . 4 试验液体驱替系统 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 应以很稳定的流量 1 一l o ml / m i n( 士1 %)驱替试验液体 ( 脱离子水和蒸馏水) ，有些泵可以达 到这一技术指标，例如恒速泵类。另外可以用可控压力气源以稳定的流量驱替试验液体，还可以借助 活 塞，气 囊存 储器或其他更有效的手段完成试验液体的 驱替。一些恒速泵需要配置脉冲压力阻尼器。 在测量压差和流量期间的压力波动应控制在 2 . 0 %以下。实验室要确定使用脉冲压力阻尼器的最好技 术 和载荷压力 ( 如使用储能气囊或类似技术) ，如果压力峰值很高 ( 可能是泵的问题也可能是流动系 统中有气泡) ，则该系统应经过校正后再使用。 2 . 2 . 5 压差计 测量导流室上的压差需要灵敏度很高的仪器。量程为0 - 7 k p a的压差传感器可以满足此项要求。 压差传感器应能测量出任何一点土5 %的压差，如果测得的压差低于0 . 7 k p a 可能需要更精确的压差传 感器。参看2 . 2 . 1 1的注。 图4表明用水作校正试验时管线连接。校正试验必须用实际试验液体做，液体必须接触测压差的 两个挡板。 注:大多数制造厂的压差传感器是按满量程确定精确度的。量程为0 -7 k p a的压差传感器精度为10 . 5 %。含意 为每个读数可精确到1 0 . 0 3 5 k p a 。因为一般 0 . 0 7 k p a 的读数较常见，精确度只有 5 0 %。实验室内经验证明， 如果校正工作好.这类压差传感器即使在读数为0 . 0 7 k p 。 时，准确度亦可达 t5 % ( 或 1 0 . 0 0 3 5 k p . ) 。因此 测量的压差只有全量程的 t 0 %时，校正一 作尤其重要。 2 . 2 . 6 回压调节器 回压调节器应能够保持比 试验液体 ( 脱离子水)蒸 汽压 力高3 5 0 k p a( 士 5 % )的压力。 2 2 7 天平 天平称量至少为1 0 0 g ，精度为0 . 1 g 或更 高。 2 . 2 . 8 试验液体 试验液体应是刚脱气 即:温度为2 4 c，压力为3 . 3 k p a ( 2 5 m m水银柱) ，脱气 i h 的脱离子水 或蒸馏水。并测得试验温度条件下的试验液体的粘度和密度。由表3可得到水的粘度和密度值。 2 . 2 . 9 支撑剂 导流能力测试可在相当于充填宽度 0 . 6 4 c m的铺置体积 ( 未加载)或在测试装置内单位面积质量 为9 . 7 6 k g / 时 铺置浓度的 条件下进行。 但是，对比 试验应该以相等的支撑剂材料体积而不是相等质 量作基准。对比试验所需的支撑剂用量取决于支撑剂的体积密度。支撑剂体积密度应根据附录 b( 标 准的附录)确定。 2 . 2 . 1 0 温度控制 导流室和支撑剂充填部分应保持在 2 4 士3 条件下。测量进出口试验液体的温度，以这些温度 的平均值作为该试验的温度 ( 表 4 、表5 ) ，根据这个试验温度，可以从表3中查得试验液体的粘度。 2 . 2 . 1 1 载荷 测量装置 在液压柱塞和框架平台之间应该有一温度补偿的电子式力传感器，用于确定施加在导流室上的闭 合压力，和液压计相比较应首选这类装置。 注:如果液压计被用来确定施加闭合压力，配合使用辅助性施加闭合压力的方法 ( 气/ 油增压泵) ，应确保连通液 压计的液体不受活塞回程滞留的影响，导致闭合压力的计算误差 2 . 3 设备的校正 2 . 3 . 1 液体流动线路上的压差计安装好后先进行校正，以后每次试验时都要认真地检验，如 2 . 2 . 5 所述。设备 其他部分初次使用 要检查，以后至少每年一 次。液压载荷测 试装置应以压力环或作为国家 计量溯源的力传感器校正。用量块来校正盘式指示器、千分尺、线性位移传感器 ( l v d t ) 、线性电 位器等。用精确的天平、量器、秒表测试恒速泵。高量程的压力计和传感器应该作静重试验。斜管压 力计和水柱可校正低量程的压力传感器。使用传感器量程中的重复性和线性好的部分。另外，建议该 系统中的每一个部分应有备用的机械校正和测量装置。 s y / t 6 3 0 2 一 1 9 9 7 2 . 3 . 2 试验支撑剂样品之前，在没有装入支撑剂时，测量每个闭合压力值下的导流室的垂向尺寸 ( 精确到 0 . 0 0 2 5 c m) 。将这些值作为测量支撑剂充填厚度的基础值。 2 . 4 渗漏试验 2 . 4 . 1 液压载荷框架 液压系统包括管线、接头、泵，初次使用时应仔细检查，以后应定期检查，确保无渗漏。可将适 当尺寸高强度的材料放入水压机平板之间 ( 最小受力面积为6 4 . 5 c m 2 ) ,施加最大载荷后关机，然后 观察压力或载荷在3 0 mi n 以内变化是否大于最大读数的士 2 %。如果压力和载荷有明显的变化，检查 所有的管线、接头，看是否有渗漏。如果管线没有渗漏的迹象，那么水压机或控制阀可能有内漏。 2 . 4 . 2 试验液体系统 试验液体系统由泵、管线、接头和支撑剂充填层短期导流能力试验装置组成。在每次试验之前应 做渗漏检验做渗漏检验时，导流室应至少铺上单层的支撑剂。 注:在两平板间没有支撑剂时，方密封圈和下游的设备都不能进行测试 在导流室上至少加 3 5 0 0 k p a 闭合压力，在 2 4 下使整个系统抽空达到 3 . 3 k p a ( 2 5 mm水银柱) ， 关上真空泵，观察该系统能否稳压。5 m i n内该系统的压力变化不应当大于0 . 1 3 k p a ( l m m水银柱) 注:如果在管线绝对压力低于3 . 1 k p a ( 2 3 m m水银柱)时，液体进入抽空的系统中，真空泵 一以关掉，当水蒸气 压出现时 ( 2 4 y 、2 . 9 6 k p a , 2 2 . 2 mm水银柱)压力就会上升。 2 . 5 导流室的准备 做支撑剂充填层导流能力试验时，应当采用下列步骤组装导流室。 2 . 5 . 1 在液体进口 ( 6 5 p m )和出口( 3 - i o p m)( 图4 1 中号口、 5 号口) 及每一个测压孔放人一个 不锈钢的滤网。固定螺丝应做调整，以免滤网与导流室表面贴在一起。每次试验后应更换滤网，以免 被压碎的支撑剂堵塞导致试验液体流过导流室时压力上升或不稳。 注:在加压情况下试验支撑剂，压力增高至一定程度时，大部分支撑剂会被压碎，出口滤网 ( 5号口)常常被压 碎的支撑剂完全堵塞，使液体不能流过导流室。如果发生或预计要发生这种情况，出口的滤网应当除去 。 滤网口用支撑剂充填。可将导流室立置，出口向下，倒少量的支撑剂在滤网口中，用冲子或钝器压实。 继续这样的填入直到此口填满压实。如果使用这种方法，压碎的材料与试验液体一起流出导流 室，容易受此类压碎材料损害的设备象回压调节器等 不应直接与导流室出口相连。另外，回压管线 上接一个增压调节器较为安全。 2 . 5 . 2 将带有方形密封圈的底部活塞放入导流室内。 注:在导流室底部的斜面 匕 涂 上 少量的润滑油脂有助于底部活塞和方形密封圈的放入。 2 . 5 . 3 将一片金属板放在底部活塞的上面，金属板必须很平以便支撑剂铺层有一个均匀的截面。为 保证均匀，需沿金属板的长度选三点，用深度规测量从金属板到导流室顶部的深度。金属板板面到导 流室 顶部间 测量的 深度之差不应大于0 . 0 2 5 4 c m o 2 . 5 . 4 用下述方法之一求出所需的导流室加入支撑剂的用量 ( 用方法 b 对支撑剂进行比较) 。 a )以支撑剂铺置浓度计算所需的支撑剂用量，可按式 ( 1 )计算: wp=ab c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) 式 中: w 。 支 撑 剂 质 量 ， 9 ; c 支撑剂铺置浓度， k g / m 2 ; a , 计 算系 数， 取6 . 4 5 2 x 1 。 一 3 m 2ma 注意，为得到最好的重复性，建议未加载的支撑剂最大充填宽度为 1 . 3 c m;最小充填宽度为 0 . 2 5 c mo 做试验时，如果未加载的充填宽度偏离建议范围，有可能损害密封圈和导流室。为了确定支撑剂 充填裂缝宽度基准，试验时应大于建议的未加载支撑剂的最小充填宽度。未加载的支撑剂充填宽度按 下式计算: s y / t 6 3 0 2 一 1 9 9 7 w, =0 . 1 0 0 c / p ( 2 ) 式中:w f 支撑剂充填宽度，c m ; p 支撑剂体积密度 参见附录b( 标准的附录) ，g / c m , o b )未加载的支撑剂充填宽度是 0 . 6 4 c m，有两种方法获得导流数据。 方法1 : 导流室内 装上4 1 . o c m 3 士 0 . l c m 3 支撑剂，用式 ( 3 )计算支撑剂的质量。 w, =4 1 . 如 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 3 ) 方法2 :在最初的未加载的支撑剂充填宽度为0 . 6 4 c m时，导流能力数据可按 2 . 5 . 4 a )方法所产 生的两套导流能力数据进行插值计算。未加载的支撑剂充填宽度为0 . 6 4 c m时的支撑剂铺置浓度可用 式 ( 4 )计算。 c=6 . 4 p . . . . . . . . . . . . ( 4 ) 在要求的闭合压力条件下导流能力按下列内插公式 ( 5 )计算: k w, =k w+( k w,一k w ) ( 式中: k w, 闭合压力条件下的支撑剂导流能力，ii m 2 0 . 6 4 c m) ; c一c, c 一c, ( 5 ) c m;( 未加载时支撑剂充填宽度 为 k w 装载了c , k g / m z 支撑剂充 填层的导流能力， v m “ c m; k w, 装载了ck g / 澎 支撑剂充 填层的导流能力， p m “ c m; c , 试验1 时支撑剂铺置浓度，k g / m ; c 试 验2 时 支撑 剂 铺 置 浓 度 ， k g / m 2 a 为尽量减 少插入误差，试验1 和试验2 支撑剂铺置浓度相差不能大于2 . 4 4 k g / 耐，c应在c , 和 c : 之间。在适当闭合压力情况下支撑剂充填层宽度可用计算导流能力一样的 步骤来 计算: w, = w+( w,一w, j c 一c, cz一c, ( 6 ) 式中:w, 适当闭合压力情况下支撑剂充 填层宽度， c m ;( 未加载时支撑剂充 填宽度为0 . 6 4 c m ) ; w 装有 c , k g / 时 支撑材料的支撑剂充 填层宽度，c m ; w。 装有 c z k g / m 2 支撑材料的支撑剂充 填层宽度， c m o 注:参照附录c( 标准的附录) 2 . 5 . 5 用一刮板形状的工具将试验用的支撑剂充填层刮平 ( 见图3 ) ，不能用振动敲击办法。否则较 细的支撑剂会沉到下部。 2 . 5 . 6 将另外一片金属板放在刮平的支撑剂充填材料上面，应十分注意，不然会破坏支撑剂充填铺 层。放在金属板中间由薄片做成的 “ 扶手”可用作确定支撑剂材料层上金属板的位置，一旦该金属板 的位置固定，慢慢除去这 “ 扶手” ，但要注意不要搞乱了支撑剂材料。 2 . 5 . 7 将带有方形密封圈的上活塞放人导流室内，用少量油润滑密封环，用手慢推下直到接触金属 板。 2 . 5 . 8 将安装好的导流室放在液压框架的两平行板之间，提升下平板加液压，直到闭合压力达到启 动压力 ( 陶粒6 9 0 0 k p a ，石英砂3 5 0 0 k p a ) ，加载速率为 3 5 0 0 k p a / m i n a 2 . 5 . ， 关闭进口阀和出口阀a ( 见图 4 ) ，在 2 4 下将导流室抽真空到 3 . 3 k p a ( 2 5 mm水银柱) ，直 到排空导流室和转换线路中所有的气体。慢慢打开进口阀，脱气的试验液体流入导流室，直到所有管 路全充满为止。关闭真空阀 b ，慢慢将试验液体加压到工作压力 ( 或至少 6 9 k p a ) ,通过传感器上的 泄流孔确保传感器和与之相连接的管路中没有气体。 2 . 5 . 1 0 检验导流室的接头和相连的管路中是否有泄漏，若有泄漏则排除泄漏但不要破坏支撑剂铺 层 。 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 2 . 5 . n 检查上下活塞周围有无泄漏，如果有泄漏，试验应当终止， 导流室需重新充 填，泄 漏问 题应 当立即解决 ( 参照2 . 5 . 2 ) 0 2 . 5 . 1 2 慢慢 打开出口阀a ， 调整回压 ( 如 果用回压) 。 2 . 5 . 1 3 用下列 方法检查支撑剂充填层是否均匀。 a ) 在导流室的每一端测量充填层的宽度，如果两端测量宽度误差大于 5 %，说明充填层不均匀， 终止试验重新充填新材料。 b )将试验液体以恒速注入导流室。比较 2 号孔和 3 号孔间与 3号孔和 4号孔间的压差，如压差 相差大于或等于5 9 6 ，表明支撑剂充填层不均匀，应中止试验，重新充填。( 参照 2 . 5 . 2 )注意:2 号 孔和3号孔间的压差，可通过在2号孔和4号孔间的压差减去 3 号孔和 4 号孔间的压差方法计算出来 ( 参照图4 ) 0 2 . 6 试验参数 表 1 和表2列出了建议的闭合压力、流量、砂子和高强度材料在闭合压力下达到半稳态承压的时 表 1 石英砂支撑剂试验参数 闭 和 压 力 k p a ( p s i ) 流 量 c m / m i n 各种砂粒度 ( n a n )在规定压力下所需的承压时间 h 1. 7- 0. 8 50. 8 5- 0. 4 2 50. 6一 0. 30. 4 25 - 0. 21 2 0. 2 1 2一 0. 1 0 6 6 9 0 0 ( 1 0 0 0 ) 1 3 8 0 0 ( 20 0 0 ) 2 7 6 0 0 ( 40 0 0 ) 4 1 4 0 0 ( 60 0 0 ) 5 5 2 0 0 ( 8 0 0 0 ) 6 9 0 0 0 ( 1 00 0 0 ) 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 1. 2 5 2. 5 5. 0 1 . 0 2. 0 4. 0 1 . 0 2. 0 4. 0 1. 0 1. 5 1. 5 1. 5 1. 5 1. 5 0 . 2 5 0 . 2 5 1 . 0 0 1 . 0 0 1 . 0 0 1 . 0 0 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 7 5 1. 0 0 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 7 5 1 . 0 0 0. 2 5 0 . 2 5 0 . 2 5 0 . 2 5 0 . 7 5 1 . 0 0 注:用最大的加载速率3 5 0 0 k p a / mi n 达到所需压力，闭合压力等于施加在导流室上的压力减去试验液体压 力。中国石英砂支撑剂导流试验参数见附录d ( 标准的附录) 表2 各种粒径高强度支撑剂试验参数 闭 和 压 力 k p e ( p s i) 流量 c m / min 承压的时间 h 6 9 0 0 ( 1 0 0 0 ) 1 3 8 0 0 ( 2 0 0 0 ) 2 7 6 0 0 ( 4 0 0 0 ) 4 1 4 0 0 ( 6 0 0 0 ) 5 5 2 0 0 ( 8 0 0 0 ) 6 9 0 0 0 ( 1 0 0 0 0 ) 8 2 7 0 0 ( 1 2 0 0 0 ) 9 6 5 0 0 ( 1 4 0 0 0 ) 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 注:用最大的加载速率 3 5 0 0 k p e / min达到所需压力，闭合压力等于施加在导流室上的压力减去试验液体压力 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 间。闭合压力以3 5 0 0 k p a / m i n 的速 率增加 2. ，计算 2 . 7 . 1 式 ( 7 )可用来计算支撑剂充填层与液体在层流 ( 达西流)条件下的渗透率。 _9 . 7 4 x 1 0 - 3 p q l 一a( a p ) ( 7 ) 式中:k 支撑剂充填层渗 透率，p m z ; # 试验温度条件下试验液体的粘度，m p a “ s ; q 流 量， c m / s ; l测压孔之间的长度，c m; a 液体流动的截面积， c m a ; a p 压差 ( 上游压力减去下游压力) ， k p a o 当支撑剂充填层的截面形状与裂缝中的一样是长方形时: a = wwf ( 8 ) 式中:w导流室宽度，c m. 可重新整理式 ( 7 ) ，以便可以计算支撑剂充填层的渗透率和导流能力。 支撑剂充填层的渗透率: 9 . 7 4 x 1 0 - 3 p q l m( a p ) wf ( 9) 支撑剂充填层的导流能力: k wf_9 . 7 4 x 1 0 - 3 p q l 一w( a p ) . . ( 1 0 ) 2 . 7 . 2 当决定使用a p i 导流室和其程序时，可用下列资料和公式。 a )支撑剂渗透率: _5 . 4 1 1 x 1 0 - 4 p q p wf 二( 1 1 ) 式中: p 值应参照表3 ; q 一 流 量 ， c m / m in ; wf 充填宽度， c m , b ) 支撑剂充填层的导流能力: k w_ 翅1 1 口0 4 p q 凸p - ( 1 2 ) 式中: q流量，e m / m i n , s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 温 度 表3 不同温度下液体的粘度和密度 粘 度1 m p a “ s : :; :): 2 2. 0 2 3. 0 2 4. 0 2 5. 0 2 6. 0 2 7. 0 3 8. 0 4 9. 0 6 0 . 0 7 1 . 0 82 . 0 9 3 . 0 1 0 4. 0 11 6. 0 1 2 7. 0 1 3 8. 0 1 4 9. 0 0. 9 5 5 0. 9 3 2 0. 91 1 0. 8 9 0 0. 8 7 0 0. 8 5 1 0. 6 7 8 0. 5 5 6 0. 4 6 6 0. 3 9 9 0. 3 4 6 0. 3 0 4 0 . 2 7 0 0. 24 0 0. 2 1 7 0 . 1 9 8 0 . 1 8 1 密 度 以c lr l3 0 . 9 9 8 2 0. 99 8 0 0. 99 78 0. 9 9 7 5 0. 9 9 7 3 0. 9 9 7 0 0. 9 9 6 8 0. 9 9 6 5 0. 9 9 3 0 0. 9 8 8 5 0. 9 8 3 2 0. 9 7 7 5 0. 9 7 0 5 0. 9 6 3 3 0. 9 5 5 4 0. 9 4 6 4 0. 9 3 7 6 0. 9 2 81 0. 91 8 2 注:以上数据由下列公式计算得出: 水密度的计算 ( 一3 0 -1 5 0 0 ) p “ = ( 0 . 9 9 9 8 3 9 5 2 x 0 . 0 1 6 9 4 5 1 7 6 1 一7 . 9 8 7 0 4 0 1 x 1 0 一 6 1 2 一4 . 6 1 7 0 4 6 1 x 1 0 一 s t + 0 . 1 0 5 5 6 3 0 2 x 1 0 一 9 14 一0 . 2 8 0 5 4 2 5 3 x 1 0 一 2 t 3 )/( 1 + 0 . 0 1 6 8 7 9 8 5 1 ) 式中:p 水的密度，g / c m 3 ; t 平均液体温度， 。 水粘度的计算 ( 2 0 -1 5 0 0 ) : 产 = e 式中: t 水粘度，m p a “ s ; e =2 . 7 1 8 2 8 1 8 0 s = ( 6 0 . 3 5 9 7 6 8一 2 . 9 5 7 0 0 8 9 1 一 0 . 0 0 2 4 2 4 6 1 2 )/( 1 0 5 +t ) 注:式 ( 1 1 )和 ( 1 2 )中常数所适用的ap i 导流室尺寸如下: 导流 室宽度v 1 为3 . 8 1 c m; 1 0 一 s y/ t 6 3 0 2 一 1 9 9 7 2 号孔和4 号孔两测压 孔1,4 1 的 距离l为1 2 . 7 0 c m , 单位换算参照附录c ( 标准的附录) 。 2 . 8 数据报告 数据表如表4 和表5 所示，如果按 2 . 7 . 2 计算未加载支撑剂充填层宽度为0 . 6 4 c m的内插数据时， 每一次支撑剂充填层短期导流能力试验都应有两个数据表。在支撑剂充填层短期导流能力递减表中应 记录有未加载的支撑剂充填层宽度为0 . 6 4 c m时的内插数据 ( 参照表 5 ) 0 表 4 支撑剂充填层短期导流能力试验数据 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 表5 支撑剂充填层短期导流能力递减表 支撑剂类型:颗粒尺寸: 支 撑剂铺 置浓度k g / 心 体 积密度:8 / _a 平均温度:液体类型 最初充填层宽度. :c m et k p a 平均宽度 cm 平均导流能力 耐 “ c m 渗透率 尸 zhe m 液体粘度 mpa “ s 6 9 0 0 1 3 8 0 0 2 7 6 0 0 4 1 4 0 0 5 5 2 0 0 6 9 0 0 0 8 2 7 0 0 9 6 5 0 0 一 ，)如果这些数据是由其他试验数据内推到最初充填宽度为0 . 6 4 - 的。请在最初充填宽度为 0 . 6 4 c m旁边注 上内推。最初充填宽度用式 ( 2 )计算。 爷釜)通过平均导流能力和平均宽度计算渗透率 k = kw,/ wf 1 2 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 附录a ( 标准的附录) 液 压 控 制 气/ 油压控制部分可使本系统调到最大工作压力 4 1 o o o k p a 。如果用其他设备作试验，请咨询设 备生产厂家，以便确定合适的压力范围和连接系统 以下是本控制系统的三个部分:气/ 油增压泵、气压控制系统、液压控制系统。图a1 是本控制 系统的示意图。 a 1 气/ 油增压泵 ( 见图 a l中7 ) 增压泵应该达到 1 : 6 0 的压力比，应当配备一个低气压控制器，以便能在低于 1 3 8 k p a 压力下有效 地操作。这一改进使得全部循环 ( 启动/ 停止)和控制阀系统与调节驱动柱塞的空气压力无关。 a 2 气压控制系统 系统包括 ( 以下序号指在图a 1中的号) : 空气压 力控 制系统 1 气/ 油增 压泵 3 液 压 控 制 系 统 1 一进口阀;2 一空气过滤器;3 一空气调节器; 4 -空气调节器;5 一气压表;6 一速度控制阀; 7 一增压泵;8 一压力表;9 一单项流阀;1 0 -截止阀;1 1 一压力释放阀; 1 2 一压力释放保险片;1 3 , 1 4 -截止阀;1 5 , 1 6 一调节液压调节器 图ai 液压控制系统示意图 1 进口阀。 2 空气过滤器。 3 空气调节器，不可调，将压力定在最大许可液压除以增压比。 例如: 3 6 5 4 4 k p a / 6 0 = 6 0 9 k p a ， 这是一个非常 安全的设 备。 4 空气调节器，可调节。 5 气压表:0 一1 0 0 0 k p a o s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 6 速度 控制阀 ，控制增压泵的 速度。 a3液压 控制系统 系 统额定最 大工作压力为4 1 4 0 0 k p a 。系统包括: 8 压 力表或传 感器: 0 - - 5 0 o o o k p a o 9 单项流阀。 1 0 与压力框架的液压油缸相连的截止阀。 1 1 压力释放阀或溢流阀设定为3 7 2 3 3 k p a ，以便保证安全。 1 2 压力释放保险片设定压力为 3 8 6 1 2 k p a ，以便保证安全。 1 3 . 1 4 与低或高量程液压调节器相连的截止阀。 1 5 . 1 6 调节液压调节器或溢流阀，低量程5 2 0 一5 2 0 0 k p a ,高量程 4 2 0 0 一4 2 o o o k p a ，这些调节器用 以补偿漏压。 s y / t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 附录b ( 标准的附录) 支禅 剂体积密 度的测t b 1 设备及材料 测量支撑剂样品体积密度需要下列物品: a ) 精确度为o . o l g 的分析天平; b ) 1 0 0 m 1 容积的量瓶 ( 1 0 0 m 1 = 1 0 0 c m3 ，温度为2 4 时) ; c )干燥的支撑剂样品; d ) 大口的漏斗，一端插在量瓶上。 b 2程序 用: 列方法确定 支撑剂的体积 密度: a ) 清洗称量，擦干一个精确度为o . o l g 的1 0 0 m 1 量瓶，用它作为量 具; b ) 将漏斗放在量瓶的颈口处，装支撑剂至 l 0 0 ml 处，不必摇动或拍打支撑剂; 注:这是很关键的一步，每一个人测量支撑剂体积密度时都应用同祥的步骤。 c ) 称装有支撑剂量瓶的质量，精确度为o . o l g ; d )用式 ( b 1 )计算支撑剂的体积密度: p=( wc i , 。 一w r i ) / 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( b l ) 式中: p 支撑剂的体积密度，g / c m a ; w . p 装有 支 撑 剂 的 量 瓶 重 量 ， g ; w r , 量 瓶 的 质 量 ， g s y/ t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 附录c ( 标准的附录) 单 位 换 抹 1 f t =0. 3 0 4 8 m 1 i n= 2. 5 4 c m 1 d = 1 0 0 0 m d = 0 . 9 8 6 9 1 m 2 11 纵= 4 5 3 . 6 g 11 场=4 . 4 4 8 n 1 p s i = 6 . 8 9 5 k p a 1 a t m= 1 4 . 7 p s i = 1 0 1 . 3 k p a 1 m m h g = 0 . 1 3 3 3 k p a( 绝对值) 1 mi =1 . 0 0 0 c m3 1 f =1 . 8 0 u + 3 2 1 c p二1 mp a “ s 1 i b t - s / f t 2 = 4 7 . 8 8 p a “ s 1 6 s y/ t 6 3 0 2 一 1 9 9 7 附录d ( 标准 的附录 ) 中国石英砂支禅剂导流试验参数 表d 1 中国石英砂支撑剂导流试验参数 闭 合 压 力 k pa 流 量 c m / m i n 在规定压力下所需的承压时间 h 1 . 2 5一 0. 90. 9 一 0 . 4 50 . 4 5 一0 . 2 2 4 6 9 0 0 1 3 8 0 0 2 7 6 0 0 4 1 4 0 0 5 5 2 0 0 6 9 0 0 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 2. 5 5. 0 1 0. 0 1. 2 5 2. 5 5. 0 1 . 0 2. 0 4. 0 1 . 0 2 . 0 4. 0 1 . 0 1 . . 5 1 . 5 1. 5 1 . 5 1. 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 7 5 1 . 0 0 0 . 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 2 5 0. 7 5 1. 0 0 注:石英砂单位为mm 1 7 s y/ t 6 3 0 2 - 1 9 9 7 附录e ( 提示的附录) 参 考 文 献 1 . b r o wn . w. ，a n d mu c h , m. g. ， “ an e v a l u a - t i o n o f f o u r c o m m o n l y us e d p r o p p a n t s , ”n o r - t o n一a l c o a p r o p p a n t s p u b l ic a t