裂缝导流能力模拟实验

中国石油大学中国石油大学 采油工程 采油工程 实验报告实验报告 实验日期 实验日期 2014 11 12 成绩 成绩 班级 班级 石工石工 学号 学号 1 姓名 姓名 教师 教师 战老师战老师 同组者 同组者 等等 实验三实验三 裂缝导流能力模拟实验裂缝导流能力模拟实验 一 实验目的一 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 实验步骤四 实验步骤 1 准备实验工作 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 用游标卡尺量出岩心模的外径和孔眼的内径 记录在附表 1 中 用 o r e r 作计算岩心模面积 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 支撑剂浓度 g cm2 将此浓度值记入表 1 中 铺有支撑剂岩心的面积 单层支撑剂的重量 将上岩心片 孔眼向下 放于下岩心片的上方 然后将上下岩心片放在试 验机下承压板中心位置 认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值 gas intake lower upper Fig1 core model 2 岩心加压 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 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 记录在附表 3 中 需要载荷分别依次加到 50KN 100KN 120KN 150KN 200KN 250KN 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 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 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 3 表 2 中 五 数据处理五 数据处理 1 实测数据 表表 1 1 基本参数基本参数 支撑剂浓度 g cm2 支撑剂 岩心外 半径 Ro cm 岩心孔眼半径 Re cm 岩心面积 cm2 单层双层 空气粘度 mPa s 目数产地 4 5150 5264 190 3170 6330 017189 20 到 40 胜利 表表 2 2 变载荷下的流量与压力关系数据变载荷下的流量与压力关系数据 单层双层 载荷 KN 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 50 0 1700 1 0 95 0 1680 1 0 91 100 0 1720 1 0 95 0 1680 1 0 91 120 0 1720 1 0 95 0 16820 1 0 90 150 0 1710 1 0 93 0 16830 1 0 91 200 0 1720 1 0 92 0 16830 1 0 89 250 0 1740 1 0 92 0 16840 1 0 85 表表 3 3 定载荷下的流量与压力关系数据定载荷下的流量与压力关系数据 单层双层 载荷 kN 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 0 172 0 1 0 95 0 1682 0 1 0 90 0 170 0 1 0 92 0 164 0 1 0 82 0 163 0 1 0 82 0 160 0 1 0 79 0 155 0 1 0 76 0 156 0 1 0 76 120 0 152 0 1 0 74 0 152 0 1 0 74 2 数据计算 计算闭合压力 以 50kN 载荷为例 kg cm2 闭合 P 铺有支撑剂的岩心面积 加压载荷 2 cm kg 8 919 63 50000 74 80 用达西公式计算裂缝导流能力 KfW 以 50kN 载荷单层支撑剂为例 cmm PP r r PQ WK oi e o n f 2 22 6 22 229 2 1001 0170 0 520 0 515 4 ln10 2 1 0170 0 017189 0 3600 1095 0 ln 同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力 如表 4 表表 4 4 不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力 KfW m2 cm 载荷 KN P闭合 kg cm2 单层双层 50 80 742 2292 198 100 161 482 1672 198 120 193 782 1672 167 150242 222 1512 188 200322 972 0992 152 250403 712 0422 041 铺有单层及双层支撑剂下导流能力与闭合压力的关系曲线如下 WKf 闭合 P 由图看出 在一定范围之内 岩石被支撑裂缝的导流能力不随闭合压力变化而 变化 用二项式公式计算裂缝导流能力载荷为 120kN 表表 5 5 120kN120kN 载荷下 载荷下 PiPi2 2 Po Po2 2 Q Q 及及 Q Q 的值的值 单层双层 Pi2 Po2 Q Q Pi2 Po2 Q Q 0 00742263 890 00732250 00 0 00739255 560 00742227 78 0 00727227 780 00711219 44 0 00664211 110 00679211 11 0 00637205 560 00641204 56 a 二项式计算导流能力的公式 BQA Q PP oi 22 以 Pi2 Po2 Q 为纵坐标 以 Q 为横坐标 作直线如下图所示 b 由图可知 单层 A 0 0031 双层 A 0 0028 则有裂缝在 120kN 载荷下 导流能力为 单层支撑剂 cmm r r A WK e o f 2 984 11 520 0 515 4 ln 0031 0 017189 0 ln 双层支撑剂 cmm r r A WK e o f 2 268 13 520 0 515 4 ln 0028 0 017189 0 ln 结果对比分析 在计算导流能力的过程中 用达西公式与二项式公式计算 出的结果相差比较大 这是因为裂缝的出现 对达西模型造成很大的影响 使 得计算结果发生很大的偏差 同时 在用二项式公式处理数据的时候 用的是 近似计算 有很大的误差 当然 我认为二项式公式计算的结果更加准确 六 思考题六 思考题 1 给出实验流程示意图 用方框图表示 答 如下图所示 2 达西公式的使用条件 Po Pi 空气压缩机岩心室 给出实验 流程示意 图 用方 框图表示 压力试验机 Qg 答 达西公式适用于流速较低即气体流量不大流动形态属于层流时的情 况下 此时流体以粘滞力为主 对于气测渗透率由于气体的膨胀和滑脱效应要 对达西公式进行校正 3 回答裂缝导流能力的概念 答 形成的填砂裂缝宽度与缝中渗透率的乘积 代表填砂裂缝让流体通 过的能力 4 画出致密地层内和微裂缝 高渗透地层压裂过程中井底压力变化曲线 5 按照不同压裂施工阶段的任务 压裂液可分为哪几种 并简述其作用 答 共分为三种 前置液 携砂液 顶替液 前置液 它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携 砂液进入 在温度较高的地层里 它还可起一定的降温作用 有时为了提高前 置液的工作效率 在前置液中还加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙 减少 液体的滤失 携砂液 它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定位置上的 作用 在压裂液的总量中 这部分比例很大携砂液和其他压裂液一样 有造缝 及冷却地层的作用 携砂液由于需要携带密度很高的支撑剂 所以必须使用交 联的压裂液 如冻胶等 顶替液 中间顶替液用来将携砂液送到预定位置 并有预防砂卡的作用 最后顶替液是注完携砂液后将井筒中全部携砂液顶替到裂缝中 以提高携砂液 效率和防止井筒沉砂 6 简述地面砂比的概念 答 有两种不同的定义方法 一是单位体积混砂液中所含的支撑剂质 量 另一