技術領域

本發明涉及石油天然氣開發試驗設備技術領域，尤其涉及一種評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置及方法。

背景技術

水力壓裂技術是目前最為廣泛的一種油氣井增產增注措施，其原理是使油氣層產生一條由壓裂支撐劑支撐的高導流能力的裂縫，降低井底附近地層中流體的滲流阻力并改變流體的滲流狀態，使油氣井的產量或注水井的注入量得到大幅度提高。水力壓裂裂縫的導流能力越大，油井增產的幅度也就越大。

但是在進行水力壓裂時，壓裂液中的各種成分也會對地層的導流能力造成一定的傷害，從而影響儲層的增產效果。因此目前開發有用于修復地層導流能力傷害的新材料。目前，對于新材料修復壓裂地層導流能力損傷的效果，CN201721367745.7公開了一種外來流體對地層損傷評價裝置，通過恒壓注液閥、液體混合容器、導液管、第一液體容器、第二液體容器、回液桶、壓力檢測器、手搖控壓泵、巖芯夾持器以及開關，可對外來流體進行損傷評價測試。但該裝置僅能向巖芯注入外來流體，并對應觀察測量壓力變化而獲得外來流體對地層損傷的評價，試驗過程中僅能模擬外來流體進入巖芯后的狀態，并不能按需對巖芯進行沖洗、驅替，不能實現多種液體加入后的對比試驗，不能模擬油田開采過后對壓裂地層注入新材料后的實際情況，并不能起到用于評價新材料對地層導流能力損傷修復的作用。

針對上述缺陷，有必要發明了一種評價新材料對壓裂地層導流能力損傷修復的試驗裝置及修復能力評價方法，解決這一工程實際問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了評價新材料修復壓裂地層導流能力損傷的效果，本發明提供一種評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置及方法，可有效通過試驗對新材料進行試驗并根據試驗數據對壓裂地層導流能力損傷的修復能力進行評價。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置及方法，所述的評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置包括用于夾持巖芯的巖芯夾持器，還包括氮氣瓶、氣體流量計、壓力傳感器一和柱塞泵，所述的巖芯夾持器前端的連接管路上連接有壓力傳感器一，且巖芯夾持器前端與氣體流量計后端之間管路連通、氣體流量計前端與氮氣瓶管路連接；所述的巖芯夾持器的前端與后端之間通過管線連接；

所述的巖芯夾持器前端的管線上線路連接有中間容器一，所述的中間容器一內盛裝有驅替液；所述的巖芯夾持器前端的連接管路上還連接有真空泵；

所述的巖芯夾持器后端分別連接有中間容器二和中間容器三，所述的中間容器二內盛裝有壓裂液，所述的中間容器三內盛裝有修復液；所述的中間容器一、中間容器二和中間容器三上還分別與柱塞泵管路連接，所述的柱塞泵上則還管路連接有燒杯；

所述的巖芯夾持器后端還依次管路連接有回壓閥和量筒；所述的回壓閥上則分別管路連接有壓力傳感器二和手搖泵二；

所述的巖芯夾持器中部通過管路連接有壓力傳感器三，所述巖芯夾持器的中部還通過管路接入有手搖泵一；

所述的高精度柱塞泵、中間容器一、中間容器二、中間容器三、巖芯夾持器、手搖泵一、手搖泵二、壓力傳感器一、壓力傳感器二、壓力傳感器三、氮氣瓶、氣體流量計、真空泵、量筒、燒杯中任意兩個試驗裝置之間的連接管路及管路分支接口前后均設有獨立開關的閘門。

上述試驗裝置具有如下試驗方法：

第一步：首先將評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置安裝完畢，準備好試驗所要用的同一批次的巖芯、支撐劑、壓裂液、驅替液、修復液等材料，測量數據，并對巖芯進行人工造縫；

第二步：將巖芯裝入巖芯夾持器，測量每塊巖芯的氣測滲透率，并由達西公式以及裂縫寬度與裂縫滲透率之間的關系式確定試驗選用的支撐劑粒徑以及相應巖芯裂縫的縫寬；

第三步：將驅替液、壓裂液、修復液分別裝入中間容器一、中間容器二和中間容器三中，將試驗巖芯裝入巖芯夾持器中，用手搖泵二給回壓閥施加5MPa回壓，而后先抽真空，測試氣密性完好后調整試驗管路，檢查試驗裝置的各個閘門，確認無誤后打開柱塞泵，設置為恒流模式，通過中間容器一正向向巖芯泵入驅替液，待出口穩定后記錄流量Q

第四步：停止試驗裝置，關閉相應的閘門，然后取出巖芯夾持器中的巖芯，在巖芯的半巖芯截面上鋪置合適規格的陶粒，再將2片半圓柱狀巖芯貼合為1個帶裂縫的巖芯，裝入夾持器，檢查試驗裝置，調整管路；試驗開始時首先用手搖泵一在巖芯夾持器上施加p

第五步：停止柱塞泵，卸掉管路中的壓力，調整閘門反向泵入狀態，檢查試驗裝置，確認無誤后再次打開柱塞泵，設置為恒流模式，使其通過中間容器二反向向巖芯泵入壓裂液，放置約20～30min時間；調整管路為正向泵入狀態后再打開柱塞泵，設置為恒流模式，通過中間容器一正向向巖芯泵入驅替液進行驅替，待壓力穩定后記錄流量Q

第六步：停止柱塞泵，卸掉管路中的壓力，重新調整管路為反向泵入狀態，打開柱塞泵，在恒流情況下通過中間容器三反向向巖芯泵入修復液對巖芯進行沖洗；然后停止柱塞泵，卸掉管路中的壓力，再將管路調整為正向泵入狀態，在恒流模式下，通過中間容器一正向向巖芯泵入驅替液，驅替出修復液，待壓力穩定后記錄流量Q

第七步：取出試驗后的巖芯，另取一塊相同規格的巖芯裝入試驗裝置的巖芯夾持器中，調整試驗管路，將其設置為正向泵入的路線；然后打開柱塞泵，設置為恒流模式，使其通過中間容器一正向向巖芯泵入驅替液，待壓力穩定后記錄流量Q

第八步：停止柱塞泵，用手搖泵一在巖芯夾持器上分別施加p

第九步：停止柱塞泵，卸掉管路中的壓力，調整閘門，將管路設置為反向泵入的狀態；打開柱塞泵，在恒流情況下通過中間容器三反向向巖芯泵入修復液，然后停止柱塞泵，卸掉管路中的壓力，再次將管路調整為正向泵入狀態，在恒流模式下，通過中間容器一正向向巖芯泵入驅替液，驅替出修復液，待壓力穩定后記錄流量Q

第十步：試驗選取同一批次的巖芯，巖芯的性質相差不大，將兩個試驗的巖芯看做同一塊巖芯，則對于這塊巖芯來說，K

巖芯的傷害程度可由如下公式計算：

式中，D

D

D

D

通過對傷害程度的對比分析，評價新材料對壓裂地層導流能力損傷的修復能力。

進一步的，第二步中測量每塊巖芯的氣體滲透率和確定選用的支撐劑粒徑以及相應巖芯裂縫的縫寬通過以下方法獲得：

先取一塊巖芯，測其基質滲透率，根據試驗所需要的縫寬計算出裂縫滲透率，得到試驗時的總滲透率，對巖芯施加圍壓，計算不同圍壓下巖芯的滲透率大小，與理論計算值對比，選取合適的數據作為本次試驗的圍壓值；

其中，裂縫寬度與裂縫滲透率的定量關系為：

式中，W

K

D為巖芯直徑，cm。

裂縫滲透率與巖芯總滲透率關系式為：K

式中，K

K

因此通過試驗得到巖芯原始的滲透率以及施加圍壓后的總滲透率，就可以知道巖芯的裂縫滲透率，進而求得縫寬。

進一步的，所述的支撐劑為陶粒支撐劑，所述的驅替液為煤油，所述的修復液為待檢測的新材料。

進一步的，所述的測量數據為測量巖芯直徑和長度。

進一步的，第五步中通過中間容器二反向向巖芯泵入的壓裂液流量為2PV。

本發明的有益效果是，本發明提供的一種地層導流能力損傷修復的試驗裝置及方法，可通過向巖芯通入支撐劑、壓裂液、新材料分別獲得巖芯的滲透率傷害程度，通過對傷害程度的對比分析，評價新材料對壓裂地層導流能力損傷的修復能力。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明最優實施例的結構示意圖。

圖2是本發明最優實施例中巖芯夾持器前后的連接示意圖。

圖中1、柱塞泵 2、中間容器一 3、中間容器二 4、中間容器三 5、巖芯夾持器 6、壓力傳感器一 7、壓力傳感器二 8.壓力傳感器三 9、手搖泵一 10、手搖泵二 11、氮氣瓶 12、氣體流量計 13、真空泵 14、回壓閥 15、量筒 16、燒杯。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

如圖1和圖2所示一種評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置，是本發明最優實施例，評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置包括用于夾持巖芯的巖芯夾持器5，還包括氮氣瓶11、氣體流量計12、壓力傳感器一6和柱塞泵1。為了保證試驗精度，柱塞泵1選用高精度柱塞泵1。所述的巖芯夾持器5前端的連接管路上連接有壓力傳感器一6，且巖芯夾持器5前端與氣體流量計12后端之間管路連通、氣體流量計12前端與氮氣瓶11管路連接；所述的巖芯夾持器5的前端與后端之間通過管線連接，量筒15用于壓力穩定后記錄流量。

所述的巖芯夾持器5前端的管線上線路連接有中間容器一2，所述的中間容器一2內盛裝有驅替液；所述的巖芯夾持器5前端(對應壓力傳感器一6前端)的連接管路上還連接有真空泵13。

所述的巖芯夾持器5后端分別連接有中間容器二3和中間容器三4，所述的中間容器二3內盛裝有壓裂液，所述的中間容器三4內盛裝有修復液；所述的中間容器一2、中間容器二3和中間容器三4上還分別與柱塞泵1管路連接，所述的柱塞泵1上則還管路連接有燒杯16。

所述的巖芯夾持器5后端還通過另一路管線依次管路連接有回壓閥14和量筒15；所述的回壓閥14上則分別管路連接有壓力傳感器二7和手搖泵二10；

所述的巖芯夾持器5中部通過管路連接有壓力傳感器三8，所述巖芯夾持器5的中部還通過管路接入有手搖泵一9，具體的，是巖芯夾持器5的中部與壓力傳感器三8之間的管路上通過管路接入有手搖泵一9。

為了在試驗中，便于調整管路內的壓力和各種壓裂液、驅替液、修復液等材料的液體流向，需要對管路內設計可獨立開關泄壓的閘門，即高精度柱塞泵1、中間容器一2、中間容器二3、中間容器三4、巖芯夾持器、手搖泵一9、手搖泵二10、壓力傳感器一6、壓力傳感器二7、壓力傳感器三8、氮氣瓶11、氣體流量計12、真空泵13、量筒15、燒杯16中任意兩個試驗裝置之間的連接管路及管路分支接口前后均設有獨立開關的閘門。其中，真空泵13與巖芯夾持器5前端、回壓閥14、中間容器一2、中間容器二3、中間容器三4之間的管路上均設有獨立開關的閘門，且各管線連接的分支接口前后也均設有獨立開關的閘門。具體的，中間容器一2前后端均具有獨立開關的閘門、中間容器二3前后端均具有獨立開關的閘門、中間容器三4前后端均具有獨立開關的閘門、巖芯夾持器5前后端均具有獨立開關的閘門、真空泵13與其他裝置的連接管路包括中間支路上也均具有獨立開關的閘門。

使用方案提供的試驗裝置，將同批次的巖芯作為試驗對象，通過合理設置的試驗裝置，可分別測量支撐劑、支撐劑和壓裂液、加入支撐劑和壓裂液并使用新材料沖洗、只用圍壓進行縫寬控制再用新材料沖洗，通過不同條件下，對滲透率的測量計算，獲得不同條件下的傷害程度，最終獲得試驗中使用的新材料對地層導流能力損傷修復的評價。

具體試驗過程如下：

第一步：首先將評價地層導流能力損傷修復的試驗裝置安裝完畢，準備好試驗所要用的同一批次的巖芯、支撐劑、壓裂液、驅替液、修復液等材料，測量數據巖芯直徑和長度等，并對巖芯進行人工造縫；所述的支撐劑為陶粒支撐劑，所述的驅替液為煤油，所述的修復液為待檢測的新材料。

第二步：將巖芯裝入巖芯夾持器，測量每塊巖芯的氣測滲透率，并由達西公式以及裂縫寬度與裂縫滲透率之間的關系式確定試驗選用的支撐劑粒徑以及相應巖芯裂縫的縫寬。

測量每塊巖芯的氣體滲透率和確定選用的支撐劑粒徑以及相應巖芯裂縫的縫寬通過以下方法獲得：

先取一塊巖芯，測其基質滲透率，根據試驗所需要的縫寬計算出裂縫滲透率，得到試驗時的總滲透率，對巖芯施加圍壓，計算不同圍壓下巖芯的滲透率大小，與理論計算值對比，選取合適的數據作為本次試驗的圍壓值；

其中，裂縫寬度與裂縫滲透率的定量關系為：

式中，W

K

D為巖芯直徑，cm。

裂縫滲透率與巖芯總滲透率關系式為：K

式中，K

K

因此通過試驗得到巖芯原始的滲透率以及施加圍壓后的總滲透率，就可以知道巖芯的裂縫滲透率，進而求得縫寬；

巖芯滲透率利用達西公式計算：

式中，K為巖芯總滲透率，D；

Q為通過流體的流量，cm

μ為通過流體的粘度，mPa·s；

L為巖芯長度，cm；

d為巖芯的直徑，cm；

A為巖芯橫截面積，cm

Δp為巖芯兩端驅替壓力差，atm。

第三步：將驅替液、壓裂液、修復液分別裝入中間容器一2、中間容器二3和中間容器三4中，將試驗巖芯裝入巖芯夾持器中，用手搖泵二10給回壓閥14施加5MPa回壓，而后先抽真空，測試氣密性完好后調整試驗管路，檢查試驗裝置的各個閘門，確認無誤后打開柱塞泵1，設置為恒流模式，通過中間容器一2正向向巖芯泵入驅替液，待出口穩定后記錄流量Q

第四步：停止試驗裝置，關閉相應的閘門，然后取出巖芯夾持器中的巖芯，在巖芯的半巖芯截面上鋪置合適規格的陶粒，再將2片半圓柱狀巖芯貼合為1個帶裂縫的巖芯，裝入夾持器，檢查試驗裝置，調整管路；試驗開始時首先用手搖泵一9在巖芯夾持器上施加p

第五步：停止柱塞泵1，卸掉管路中的壓力，調整閘門反向泵入狀態，檢查試驗裝置，確認無誤后再次打開柱塞泵1，設置為恒流模式，使其通過中間容器二3反向向巖芯泵入一定量壓裂液約2PV，放置約20～30min時間；調整管路為正向泵入狀態后再打開柱塞泵1，設置為恒流模式，通過中間容器一2正向向巖芯泵入驅替液進行驅替，待壓力穩定后記錄流量Q

第六步：停止柱塞泵1，卸掉管路中的壓力，重新調整管路為反向泵入狀態，打開柱塞泵1，在恒流情況下通過中間容器三4反向向巖芯泵入修復液對巖芯進行沖洗；然后停止柱塞泵1，卸掉管路中的壓力，再將管路調整為正向泵入狀態，在恒流模式下，通過中間容器一2正向向巖芯泵入驅替液，驅替出修復液，待壓力穩定后記錄流量Q

第七步：取出試驗后的巖芯，另取一塊相同規格的巖芯裝入試驗裝置的巖芯夾持器中，調整試驗管路，將其設置為正向泵入的路線；然后打開柱塞泵1，設置為恒流模式，使其通過中間容器一2正向向巖芯泵入驅替液，待壓力穩定后記錄流量Q

第八步：停止柱塞泵1，用手搖泵一9在巖芯夾持器上分別施加p

第九步：停止柱塞泵1，卸掉管路中的壓力，調整閘門，將管路設置為反向泵入的狀態；打開柱塞泵1，在恒流情況下通過中間容器三4反向向巖芯泵入修復液，然后停止柱塞泵1，卸掉管路中的壓力，再次將管路調整為正向泵入狀態，在恒流模式下，通過中間容器一2正向向巖芯泵入驅替液，驅替出修復液，待壓力穩定后記錄流量Q

第十步：試驗選取同一批次的巖芯，巖芯的性質相差不大，將兩個試驗的巖芯看做同一塊巖芯，則對于這塊巖芯來說，K

巖芯的傷害程度可由如下公式計算：

式中，D

D

D

D

通過對傷害程度的對比分析，評價新材料對壓裂地層導流能力損傷的修復能力。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。