專利名稱：支撐劑嵌入深度的測量裝置及測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石油工業(yè)部門，在油氣田開發(fā)過程中對注入巖層的支撐劑嵌入巖石深度進行測量的裝置及方法。
背景技術：
采用支撐劑壓裂改造儲層是目前油氣藏建產、投產、高效開發(fā)的關鍵工程技術。壓裂施工結束后，在地層閉合應力的作用下支撐劑嵌入地層巖石降低支撐裂縫寬度，嚴重影響壓裂效果，這種現(xiàn)象在軟地層中尤為明顯。分析評價支撐劑嵌入巖石的深度(對應于支撐劑嵌入巖石的嚴重程度)，對于采用合理的工藝技術措施以防止支撐劑嵌入、提高壓裂效果具有重要意義。
目前國內未見有關支撐劑嵌入深度的測試儀器和測試方法。
國外目前采用的是用均勻粒徑海灘砂膠結模擬地層巖石，用一定粒徑鋼球
模擬支撐劑進行測試(SPE38590)，該方法明顯存在以下缺點
1、 用鋼球模擬支撐劑和用膠結海灘砂模擬地層巖石不能反映壓裂支撐劑與地層巖石作用的真實情況。
2、 不能針對不同地層巖石進行重復性實驗，實驗結果的適應性差。
3、 僅用于描述普遍存在的支撐劑嵌入現(xiàn)象，不能得到具體的嵌入深度，對壓裂設計缺乏實際指導意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供支撐劑嵌入深度的測量裝置，以及使用該裝置測量支撐劑嵌入深度的方法。使用這種測量裝置和方法，能夠模擬壓裂裂縫中支撐劑嵌入地層的真實條件，滿足在不同環(huán)境條件下支撐劑嵌入深度的測量要求，用以指導壓裂技術措施決策和壓裂優(yōu)化設計。
支撐劑嵌入深度受到多種因素的綜合影響，但要評價油田開發(fā)中支撐劑嵌入的各個影響因素所占權重，需要對其進行單因素分析，因此在實驗過程中用到了高強度鋼板與地層巖心進行對比實驗，以消除支撐劑壓實、破碎等帶來的影響。在計算嵌入深度時，是依據(jù)嵌入裝置兩端的位移計進行測量的。首先測試支撐劑在鋼板中通過一定流體的裂縫導流能力，鋼板不變形，幾乎沒有嵌入，考慮此時的嵌入量為零，得到其每個時刻的裂縫寬度^。,，然后用實驗巖心替代鋼板，在相同條件下模擬地層環(huán)境進行測試，同樣得到一套每個時刻的裂縫寬利用此方法來消除支撐劑之間的壓實作用及支撐劑的破碎，能夠得到某一時刻支撐劑對巖石的嵌入深度/^ ，
式中，化為嵌入深度，單位為mm;『，為使用鋼板實驗時任意時刻模擬支撐裂縫寬度，單位為mm; 為使用地層巖心實驗時任意時刻模擬支撐裂縫寬度，單位為腿。
本發(fā)明支撐劑嵌入深度的測量裝置，主要由平流泵、平板夾持器、液壓機、數(shù)據(jù)采集板、計算機組成，所述平板夾持器位于液壓機平臺上，所述平板夾持器是一中空容器，其腔體上下各有一活塞，活塞之間是巖心(或鋼板)，巖心之間裝有支撐劑，在巖心四周均有密封墊片，在腔體內側與活塞間也有密封墊片；所述平板夾持器腔體內側有深孔用于插入電加熱棒和溫度傳感器，其兩端分別有用于進出實驗流體的小孔，所述進液小孔連有平流泵和儲液罐，所述出液小孔連有廢液罐；所述液壓機連有位移傳感器和壓力傳感器；所述平流泵、溫度傳感器、位移傳感器、壓力傳感器均和數(shù)據(jù)采集板相連，數(shù)據(jù)采集板又和計算機相連。
支撐劑嵌入深度的測量方法，包括以下步驟
(1) 、將支撐劑以一定鋪置濃度鋪置于兩塊鋼板之間，將兩塊鋼板裝載于平板夾持器腔體中，將活塞與密封墊片放入平板夾持器腔體內進行密封，同時將電加熱棒和溫度傳感器插入平板夾持器腔體內側的深孔中；
(2) 、將平板夾持器置于液壓機平臺上，其進液小孔連有平流泵和儲液罐，出液小孔連有廢液罐；(3) 、將與液壓機相連的位移傳感器和壓力傳感器、平流泵、溫度傳感器
與數(shù)據(jù)采集板、計算機連接；
(4) 、啟動液壓機，加載壓力至初始壓力，各傳感器參數(shù)清零，啟動計算機控制程序，輸入實驗參數(shù)；
(5) 用平流泵泵注儲液罐液體進入平板夾持器內模擬地層流體狀態(tài)，電加熱棒和液壓機分別模擬儲層條件下地層溫度和壓力，位移傳感器上顯示出裂縫變化，所有數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集板傳輸至計算機；
(6) 、用巖心替換鋼板，重復進行(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)步驟；
(7) 、計算機通過控制程序對數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到不同環(huán)境條件下的支撐劑嵌入深度。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的支撐劑嵌入深度的測量裝置，原理可靠，結構簡單，測量方法切實可行，既可反映壓裂支撐劑與地層巖石作用的真實情況，又能針對不同地層巖石進行重復性實驗，實驗結果適應性好。本發(fā)明不僅可用于描述普遍存在的支撐劑嵌入現(xiàn)象，還能得到具體的嵌入深度，克服了現(xiàn)有技術的缺陷，為評價油氣田壓裂過程中支撐劑嵌入巖石深度提供了專用設備和評價方法。


下面根據(jù)附圖進一步說明本發(fā)明。
圖1是支撐劑嵌入深度的測量裝置結構圖。
圖2是平板夾持器結構圖。
具體實施例方式
參看圖1、圖2。支撐劑嵌入深度的測量裝置，主要由平流泵2、平板夾持器3、液壓機4、數(shù)據(jù)采集板9、計算機ll組成，所述平板夾持器3位于液壓機4平臺上，所述平板夾持器是一中空容器，其腔體18上下各有一活塞15，活塞之間是巖心(或鋼板)13，巖心之間裝有支撐劑14，在巖心四周均有密封墊片12，在腔體內側與活塞間也有密封墊片16;所述平板夾持器腔體內側有深孔用
于插入電加熱棒8和溫度傳感器6，其兩端分別有用于進出實驗流體的小孔17，
所述進液小孔連有平流泵2和儲液罐1，所述出液小孔連有廢液罐10;所述液
壓機連有位移傳感器5和壓力傳感器7;所述平流泵2、溫度傳感器6、位移傳感器5、壓力傳感器7均和數(shù)據(jù)采集板9相連，數(shù)據(jù)采集板9又和計算機11相連。
下面舉一個典型實例來說明支撐劑嵌入深度測試的方法和流程平板夾持器是一個腔體深度為8cm，長度為20cm，寬度為4cm的中空容器，將一塊長4cm，寬2cm，厚2cm的實驗鋼板水平放入平板夾持器內，在鋼板上均勻鋪置l-15kg/cm2的陶粒支撐劑，將另外一塊同規(guī)格的實驗鋼板也放入平板夾持器內，使支撐劑均勻鋪置在兩塊鋼板之間，將密封橡膠墊片及活塞放入平板夾持器腔體內進行密封。將兩個500W的電加熱棒和溫度傳感器插入平板夾持器腔體內側；將平板夾持器置于液壓機平臺上，其進液小孔連接平流泵和儲液罐，出液小孔連接廢液罐，儲液罐內裝入2L清水；將與液壓機相連的位移傳感器和壓力傳感器、平流泵、溫度傳感器與數(shù)據(jù)采集板、計算機連接；啟動液壓機，加載壓力至初始壓力6.9MPa，各傳感器參數(shù)清零，啟動計算機控制程序，輸入實驗參數(shù)，流量5ml/min，壓力6. 9—69MPa，每級6. 9MPa遞增，每個壓力點承壓時間10min，溫度90°C;啟動平流泵、電加熱棒、溫度傳感器和位移傳感器，平流泵泵注儲液罐液體進入平板夾持器內模擬地層流體狀態(tài)，電加熱棒和液壓機分別控制模擬儲層條件下地層溫度和壓力，位移傳感器上顯示出裂縫變化，所有數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集板傳輸至計算機；用相同規(guī)格的巖心替換鋼板，在其他條件相同的情況下重復進行實驗，所有數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集板傳輸至計算機;計算機通過控制程序對數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到在溫度9(TC，清水濾失速度5ml/min，每個壓力點下的支撐劑嵌入深度。
權利要求
1 支撐劑嵌入深度的測量裝置，主要由平流泵(2)、平板夾持器(3)、液壓機(4)、數(shù)據(jù)采集板(9)、計算機(11)組成，其特征在于，所述平板夾持器(3)位于液壓機(4)平臺上，所述平板夾持器是一中空容器，其腔體(18)上下各有一活塞(15)，活塞之間是巖心或鋼板(13)，巖心之間裝有支撐劑(14)；所述平板夾持器腔體內側有深孔用于插入電加熱棒(8)和溫度傳感器(6)，其兩端分別有用于進出實驗流體的小孔(17)，所述進液小孔連有平流泵(2)和儲液罐(1)，所述出液小孔連有廢液罐(10)；所述液壓機連有位移傳感器(5)和壓力傳感器(7)；所述平流泵(2)、溫度傳感器(6)、位移傳感器(5)、壓力傳感器(7)均與數(shù)據(jù)采集板(9)相連，數(shù)據(jù)采集板(9)又與計算機(11)相連。
2 如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，在平板夾持器(3)的巖心(13)四周均有密封墊片(12)，在腔體內側與活塞間也有密封墊片(16)。
3 如權利要求l所述的測量裝置，其特征在于，平板夾持器(3)的腔體(18)深度為8cm，長度為20cm，寬度為4cm。
4 如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述巖心或鋼板(13)長4cm， 寬2cm，厚2cm，在巖心或鋼板上均勻鋪置陶粒支撐劑，鋪置濃度為 l-15kg/ cm2。
5 支撐劑嵌入深度的測量方法，包括以下步驟(1) 、將支撐劑鋪置于兩塊鋼板之間，將兩塊鋼板裝載于平板夾持器腔體中， 將活塞與密封墊片放入平板夾持器腔體內進行密封，同時將電加熱棒和溫度傳 感器插入平板夾持器腔體內側的深孔中；(2) 、置平板夾持器于液壓機平臺上，其進液小孔連有平流泵和儲液罐，出液 小孔連有廢液罐；(3) 、將與液壓機相連的位移傳感器和壓力傳感器、平流泵、溫度傳感器與數(shù) 據(jù)采集板、計算機連接；(4) 、啟動液壓機，加載壓力至初始壓力，啟動計算機，輸入實驗參數(shù)；(5) 用平流泵泵注儲液罐液體進入平板夾持器內模擬地層流體狀態(tài)，電加熱棒和液壓機分別模擬地層溫度和壓力，位移傳感器上顯示出裂縫變化，所有數(shù)據(jù) 通過數(shù)據(jù)采集板傳輸至計算機；(6) 、用巖心替換鋼板，重復進行(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)步驟；(7) 、計算機對數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到不同環(huán)境條件下的支撐劑嵌入深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于油氣田開發(fā)過程中壓裂用支撐劑嵌入深度的測量裝置和方法，該裝置由平流泵、儲液罐、平板夾持器、液壓機、數(shù)據(jù)采集板、計算機等組成。該測量方法包括將支撐劑鋪置于兩塊鋼板間，鋼板裝載于平板夾持器腔體中，置平板夾持器于液壓機平臺上；啟動計算機，輸入實驗參數(shù)；平流泵泵注儲液罐液體進入夾持器內模擬地層流體狀態(tài)，電加熱棒和液壓機模擬地層溫度和壓力，位移傳感器顯示裂縫變化，所有數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集板傳輸至計算機；用巖心替換鋼板，重復以上步驟；計算機對數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到不同環(huán)境條件下支撐劑嵌入深度。本測量裝置原理可靠，結構簡單，測量方法切實可行，為評價油氣田壓裂過程中支撐劑嵌入巖石深度提供專用設備和評價方法。
文檔編號E21B47/04GK101519961SQ20091005878
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權日2009年4月1日
發(fā)明者聰 盧, 李勇明, 王文耀, 趙金洲, 郭建春 申請人:西南石油大學