裂缝导流能力实验

中国石油大学中国石油大学裂缝导流能力裂缝导流能力实验报告实验报告 实验日期 实验日期 2011 11 212011 11 21 成绩 成绩 班级 班级 石工石工 11 1211 12 班班学号 学号 1102158011021580 姓名 姓名 李云浩李云浩 教师 教师 战永平战永平 同组者 同组者 一 实验目的一 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 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 四 实验步骤四 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 称一定重量的支撑剂均匀地铺在缠有铜网的岩心面上 要保持单层 按下 式计算出支撑剂的浓度 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读出加载值 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 记录在附表3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 五 实验结果计算五 实验结果计算 1 实测数据 表 1 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 5000 50062 8320 3180 6370 017189 20 40胜利油田 表 2 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 500 08600 920 09000 92 1000 08600 920 09000 92 1200 08600 920 09000 92 1500 08600 920 09000 92 2000 08600 920 09000 92 2500 08600 920 09000 92 2 数据计算 计算闭合压力 以 30kN 载荷为例 2 2 20 81 832 62 8 9 50000 cmkg cm kg P 辅有支撑剂的岩心面积 加压载荷 闭 同理可以求出其他测点的闭合压力 如下表 3 所示 用达西公式计算裂缝导流能力 KfW 以 30kN 载荷单层支撑剂为例 cmm o P i P e r o r n PQ W f K 2 810 1 10135 0 2 1 2 101 0 2 187 0 500 0 500 4 ln 10135 0 1 2 101 0 187 0 017189 0 3600 6 1092 0 22 ln 同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力 如表 3 表 3 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 kg cm2 单层双层 5081 201311691 8101 692 100162 40262341 8101 692 120194 88314811 8101 692 150243 60393511 8101 692 200324 80524681 8101 692 250406 00655851 8101 692 图一 闭合压力和导流能力的曲线 由图一看出 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 4 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 08600 920 0900 92 0 07200 840 07400 84 0 06000 760 06000 76 0 04600 680 04800 68 120 0 02400 600 03600 60 表 5 120kN 载荷下 Pi2 Po2 Q 及 Q 的值 单层双层 Pi2 Po2 Q MPa2s cm3 Q cm3 s Pi2 Po2 Q MPa2s cm3 Q cm3 s 0 0000969255 55560 000102835255 5556 0 0000845233 33330 0000875233 3333 0 0000745211 11110 0000745211 1111 0 0000604188 88890 0000635188 8889 0 0000325166 66670 0000514166 6667 以 Pi2 Po2 Q 为纵坐标 以 Q 为横坐标 作直线如 BQA Q PP oi 22 下图所示 图二 与 Q 关系曲线 22 io PP Q 由图可知 单层 A 0 00004 双层 A 0 00008 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 26 944 500 0 500 4 ln 00004 0 017189 0 ln 双层支撑剂cmm r r A WK e o f 2 10 472 500 0 500 4 ln 00008 0 017189 0 ln 六 注意事项六 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 3 观察的浮子流量计应读取测量时间内的平均值 4 要保证岩心室处在压力试验机下承压板的中心位置 5 出现意外情况时先关闭电源 七 思考与讨论七 思考与讨论 画出实验流程图 答 用游标卡尺测量岩心模型的内外半径 用电子天平称量 20 克支撑 剂 将支撑剂均匀的铺在岩心摸上 盖好后放在承压板中心 打开进气阀 并且加压 记录各压力下的数据 测量完毕 关闭仪器 换 40 克支撑剂 重 复实验步骤 实验完毕 关闭实验仪器并整理 运用达西公式算出导流能力并画出导流能力与闭合压力的关系曲线 答 计算结果和曲线见表 3 和图一 达西公式的使用条件 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 写出运用达西公式和二项式公式计算在 120KN 时铺单层砂 铺双层砂的计 算过程 答 达西公式 载荷为 120kN 时导流能力计算如下 铺单层砂 以第一组数据为例 cmm o P i P e r o r n PQ W f K 2 810 1 10135 0 2 1 2 101 0 2 187 0 500 0 500 4 ln 10135 0 1 2 101 0187 0 017189 0 3600 6 1092 0 22 ln 铺双层砂 cmm o P i P e r o r n PQ W f K 2 810 1 10135 0 2 1 2 101 0 2 187 0 500 0 500 4 ln 10135 0