裂缝导流能力测定实验指导书(1)

裂缝导流能力测定实验
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
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、实验仪器和材料及流程
1. 仪器： 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，天平。

2. 材料：不同产地的压裂砂、陶粒。

3.流程：
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. 称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在模拟岩心面上，
要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。

然后称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑剂的浓度：
2
cm g ，铺有支撑剂岩心的面积单层支撑剂的重量
支撑剂（砂子）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数显表上显示的加载值。

（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）。

4. 需要载荷分别依次加到30、50、70、100、150、180、200、250、300kN 读出相应的P ，Q 值，记录在表2中，用达西公式计算。

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3中，用于二项式公式计算。

5. 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。

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2、表3中。

五、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。

六、数据处理
（1）实测数据
表1 基本参数
表2 变载荷下的流量与压力关系数据
（2）数据计算
①计算闭合压力（以30kN载荷为例）
）
（辅有支撑剂的岩心面积）
加压载荷（闭2cm kg P =
②用达西公式计算裂缝导流能力K f W
(
)
2
2
ln
o
i e
o
n f P P r r P Q W K -=
πμ
式中：Q ——气体流量,cm 3/s ；
µ——气体的粘度，mPa*s ； Pi ——气体上游压力，atm ； Po ——大气压力，atm ； ro ——供给半径，cm ； re ——模拟井半径，cm; Pn ——平均压力，atm.
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4不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力
③用二项式公式计算裂缝导流能力载荷为120kN
2
2
BQ A Q
P P o
i +=-2
2
，以（Pi 2-Po 2)/Q 为纵坐标，以Q 为横坐标，作直线如下
图所示：
图1. 22
i o P P Q
-与Q 关系曲线
cm m r r A
W K e
o
f ⋅=
2ln
μμ
七、思考题
1.画出实验流程图。

2. 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。

3. 分析达西公式的使用条件。

4. 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。

压裂酸化工作液动态滤失实验
一、实验目的
1.在模拟地层压力，地层温度的条件下进行液体渗透率测定；
2.用动态或静态方法测定如下参数：
滤失系数、滤失速度、初始渗透率、恢复渗透率、渗透率损害率、滤液侵入深度等。

二、实验原理
在一定的流速下使液体通过岩心，通过测定岩心的进出口压差和流过岩心的液体的流量，结合其它参数，根据达西定律计算岩心液体渗透率。

三、实验设备及流程
该仪器主要由注入系统、模型系统、计量系统、自动控制系统、数据采集与处理系统组成。

注入系统：由注入泵、中间容器、管阀件组成，可将各种流体按一定流量注入到模型内。

模拟系统：由动滤失岩心夹持器、恒温箱、环压泵、回压系统等组成。

计量系统：包括压力测量、温度测量、流量计量等。

自动控制：计算机自动控制注入泵的流量，环压泵、自动跟踪内压，恒温箱加热恒温等。

数据采集处理：由各种数据采集卡、工控机、打印机、采集处理软件组成，可适时采集压力、温度、流量等参数，并对数据进行运算处理。

实验流程：（见下页）
四、实验步骤
1．岩样准备
(1)．岩样的钻取切割：将岩样钻成φ25的圆柱体，两端切割平整，切割面与轴线垂直。

实验流程图
（2）．岩样的洗油
（3）．岩样的烘干
岩样烘干温度控制在60～65℃，烘干24h后，每隔8h称重一次，两次称重的差值小于10mg时，记下岩样的实测质量。

（4）．测量岩样的几何尺寸：长度（L）、直径（D）。

（5）．岩样气体渗透率测定（参见油层物理实验）。

（6）．岩样抽空饱和油（水），称湿重，计算岩样孔隙体积。

（7）．将饱和好油（水）的岩样浸泡在油（水）中，待用。

2．流程准备
保证储液容器、各种泵内液体充足，不足时请添加。

3．岩心的安装
从烧杯中取出预先饱和好的岩心，放入夹持器胶套内，装上夹持器堵头，顶紧岩样。

4．加环压密封岩样
(1)．手动加环压
将控制面板上手动、自动开关打到手动位置，打开环压泵开关，增压至需要压力值时，关环压泵开关。

(2)．自动加环压
将控制面板上手动、自动开关打到自动位置，在计算机实验程序上，点击实验开始键后，计算机自动控制环压泵的启动与停止，并自动跟踪驱替压力，维持环压与驱替压力差。

5．加回压
回压控制是通过对回压阀施加控制压力而实现的，外加控制压力最好是气体，以保证控制精度。

打开回压排液阀，关闭进气阀和回压吸液阀，顺时针摇泵加压，逆时针摇泵减压。

6．加温
先打开面板上恒温箱风机开关，再打开加热开关，在其控温仪上设定需加热的温度，温控仪自动控制恒温箱加热，至所需温度恒温。

温控仪温度设定方法详见温控仪使用说明书。

停止加热只需将加热开关断开，或将温控仪温度设定到低于环境温度。

7．正反向驱替
当岩心需要进行正反向驱替时，通过开关夹持器两端的阀门改变液体流向来实现。

详见流程图
8．模拟剪切
剪切转速0～600r/min可调。

转速100r/min时剪切速率170S-1左右。

9．实验评价
滤失试验时，管线必须用盐水充满。

10.操作规程
(1).打开仪器电源预热一小时以上，（要加热需提前打开加热开关，设定加热温度预热）检查压力显示表是否是零，不是零的将仪表调零。

(2).将动滤失夹持器搅拌装置卸下，将饱和好液体的岩心放入动滤失夹持器，用夹持器右边堵头将岩心顶到于滤失端面相平。

再装上左边堵头。

(3).将手动、自动开关拨到手动，打开气瓶上的气源阀（调节减压阀输出压力0.5MPa左右），打开环压开关加2MPa左右环压停泵，将手动、自动开关拨到自动，再将滤失出口管线接到夹持器右堵头的阀门上，渗透率进口阀上的管线接到右堵头的两通上，测压点8上的管线接到左堵头上。

将天平放到仪器左边的出口管线处，做实验过程中要注意天平上的杯子里液体不能漫出。

要加回压，打开回压排液阀，关闭进气阀和回压吸液阀，顺时针摇泵加压，逆时针摇泵减压。

(4).打开渗透率进口阀、滤失进口阀和右堵头上的阀，关闭容器上面的阀门，启动平流泵（泵要设为恒流状态）等滤失出口处管线不断出液，关闭右堵头上的阀门。

(5).打开测试软件，点击“基质渗透率损害测定”将岩心参数录入，选择岩心夹持器类型，选择注前渗透率测定，选择岩样号，点击“开始”，等驱替压力稳定，采集的流量稳定，将判断误差改到5%左右，按“回车键”，软件自动判断测试结束。

手动将泵停止。

(6).将右堵头上的阀门打开将进口压力放空后关闭此阀，将左堵头拆下换上短堵头，关闭夹持器下面的阀门，将滤失的液体加到容器和夹持器里，装上搅拌装置，打开搅拌开关，调节调速表上的旋钮选择速度。

将容器上φ6管线接到夹持器上，打开容器上的阀门和滤失进口阀门，关闭渗透率进口阀，将平流泵设到恒压状态（3.5MPa）启动泵。

将天平放到仪器右边的出口管线处，做实验过程中要注意天平上的杯子里液体不能漫出。

(7).点击“滤失性测定”,录入滤失液体的基本参数，再点击“滤失测定”选择样品号，将天平清零，等恒压泵压力恒定后，先点击“开始”，再打开夹持器
右堵头上的阀门，恒压滤失半小时后手动停止采集，再将夹持器下面阀门打开放空。

(8).将搅拌装置拆下，将里面液体放掉，再将左边堵头拆下换上长堵头，将管线接到测压点8处，关闭容器上面的阀门和右堵头上的阀门，打开渗透率进口阀和滤失进口阀。

启动平流泵（泵要设为恒流状态）将天平放到仪器左边的出口管线处，做实验过程中要注意天平上的杯子里液体不能漫出。

(9).打开测试软件，点击“基质渗透率损害测定”选择岩心夹持器类型，选择“注后渗透率测定”，选择岩样号，点击“开始”，等驱替压力稳定，采集的流量稳定，将判断误差改到5%左右，按“回车键”，软件自动判断测试结束。

手动将泵停止。

将右堵头上的阀门打开将进口压力放空，放完后，点击软件界面上的“放空”按钮，将环压放空，环压放空时请将仪器左面板处的环压放空调节阀完全打开，放空后在复原。

将夹持器左右堵头都拆下，取出岩心。

(10).清理容器和夹持器里残液，将仪器插干净，关闭总电源开关和气源阀。

五、注意事项
1.平流泵要定期清洗，其详细维护请参阅平流泵说明书。

2.电子天平要避免强烈振动，切不可过载，其详细的注意事项请阅读天平说明书。

3.本仪器所配计算机为仪器的专用控制机，切忌乱拷软件，尤其是来历不明的软盘，计算机病毒可能会导致控制及数据采集的混乱和错误。

4.仪器所有与液体接触的部分均为不锈钢材质，有一定的抗腐蚀性能，但并非一劳永逸。

对流程管汇部分需经常清洗，尤其是注完酸或其它强腐蚀液体后要立即用清水清洗。

流程长期不用时，流程管汇内注满油或用高压气吹干，以防锈蚀。

5.长期使用会造成对流程密封件的正常破损，影响密封性能，所以，建议定期对仪器进行耐压试验，对仪器的泄露部分更换密封件，对经常使用者其周期以3个月为宜。

泡排剂性能测定实验
一、实验目的
1.正确配制实验所需泡排剂溶液。

2.正确使用搅拌机等实验仪器。

3.测定泡排剂的泡高和半衰期。

4.绘制浓度与泡高、浓度与半衰期的关系曲线。

二、实验原理
将不同浓度的泡排剂溶液放入搅拌杯中搅拌，模拟泡排剂溶液在井筒中流动受气流搅拌的状况，测定不同浓度泡沫的起泡能力和稳定性。

三、实验仪器设备及流程
1.实验仪器设备及试剂:变频高速搅拌机（或电动搅拌机）、量杯、不同种类的泡排剂、自来水（或地层水）、计时器。

2.实验流程
四、实验步骤
1.分别将不同类型的泡排剂配制浓度为0.4、0.8、1.2···3.2%溶液各200ml 待用。

2.将配制好并搅拌均匀的泡排剂溶液量取100ml，倒入搅拌杯中，将搅拌杯放在搅拌机上。

调整好高度。

3.启动搅拌机进行搅拌，同时记录搅拌时间，一分钟后停止搅拌，并迅速取下搅拌杯，将搅拌后的泡沫倒入玻璃量杯中，记录下此时的泡沫体积。

同时观察量杯中析出水的情况，当有50ml水析出时停止计时，得到的时间减去搅拌的一分钟，得到泡沫的半衰期。

4.重复步骤2和3，得到不同浓度和不同种类泡排剂的起泡高度和半衰期。

五、注意事项
1.在量取泡排剂时尽量准确。

2.在配制不同浓度的泡排剂之前要保证量具是干净的。

3.玻璃器皿要小心操作。

4.搅拌杯与搅拌头之间的距离要适当。

六、数据处理及分析
1.根据测定数据，在坐标纸上绘制浓度与泡高、浓度与半衰期的关系曲线。

2.分析曲线，找出合理的泡排剂浓度。