裂缝导流能力模拟实验

中国石油大学采油工程实验报告

实验日期：2015.11.22成绩：

班级：学号：姓名：教师： 同组者：

裂缝导流能力模拟实验

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）分别应用达西公式与二项式公式进行计算，分析出结果的异同点，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

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、实验步骤

（1）实验准备工作

①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； ②用游标卡尺量出岩心模的外径和孔眼的内径，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（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：

2=

g/cm 单层支撑剂的重量

支撑剂浓度（）

铺有支撑剂岩心面积，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。 （2）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30、50、70、100、150、180、200、250kN读出相应的P，Q值，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（2）进行操作，测出不同载荷下的P及Q值记入表2、表3中。

四、实验数据

实验的原始数据记录有一个问题，入口压力实际上是压差，应该加上大气压才是实际入口压力，再次将入口压力全部替换为真实的入口压力。

五、数据处理（需列出详细计算过程）

（1）实测数据

（2）数据计算

①计算闭合压力（以30kN 载荷为例）

2

2

300047.75/62.83

kg P kg cm cm =

==闭加压载荷（）辅有支撑剂的岩心面积（） ②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）

()()6222220.88100.2360.1 4.5020.0178910ln ln 360020.507 1.1180.2360.1100

o

n e f i o r Q P r K W m cm P P μμππ⎛⎫⨯+⨯⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭==

=⋅-

⨯-⨯同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，如表4。

③用二项式公式计算裂缝导流能力载荷为120kN

表5 120kN 载荷下（Pi 2

-Po 2

）/Q 及Q 的值

BQ A Q P P o

i +=-2

2

，以（Pi2-Po2)/Q

为纵坐标，以Q 为横坐标，作直线如下

图所示：

图二22

i o P P Q

-与Q 关系曲线

单层支撑剂的第三组数据明显偏离，将其去掉，用其余几组数据进行拟合。 由图可知：单层A=0.0027，双层A=0.0019 则有裂缝在120kN 载荷下，导流能力为：

单层支撑剂20.01789 4.502ln

ln 14.470.00270.507o f e r K W m cm A

r μ

μ=

=⨯=⋅ 双层支撑剂20.01789 4.502ln

ln 20.560.00190.507

o f e r K W m cm A

r μ

μ=

=⨯=⋅

六、思考题

(1)影响裂缝导流能力因素有哪些？

答：支撑剂的圆球度、铺砂浓度、闭合压力以及压裂液都会对裂缝的导流能力造成影响。

(2) 应该采取什么样的措施减少支撑剂的嵌入对裂缝导流能力的影响？

答：选择强度合适的支撑剂和铺砂浓度，必要时选择树脂包层支撑剂。 (3) 实验过程中，观察到了什么样的实验现象，并给出自己的解释？

答：支撑剂放入岩心模时是松散的，颗粒较大。经过实验后，岩心模中的支撑剂被压的很紧密，很多支撑剂破碎。支撑剂破碎后充填在未破碎支撑剂的中间，使支撑剂的导流能力大为下降。