模擬地層條件的裂縫—基質耦合流動損害評價裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了模擬地層條件的裂縫—基質耦合流動損害評價裝置，該裝置主要由釜體(4)、巖心(1)、裂縫(6)、模擬井眼(7)、增壓膠囊(3)、電阻探頭(16)、壓力傳感器(18)、數據采集系統(17)、工作液循環系統組成，釜體(4)內裝有巖心(1)，巖心周圍包裹增壓膠囊(3)，釜體有軸壓注入口、圍壓注入口以及進氣口，巖心中有裂縫(6)和模擬井眼(7)，并分布9個深入巖心的鉆孔，鉆孔內有電阻探頭(16)，電阻探頭連接壓力傳感器(18)，電阻探頭與壓力傳感器連接數據采集系統(17)，模擬井眼(7)連接工作液循環系統。本實用新型原理可靠，操作方便，可模擬裂縫—基質系統的井周二次應力條件以及地層徑向流動，確定裂縫—基質系統損害程度，能夠做出更為科學、準確的定量化儲層損害評價。
【專利說明】
模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及低滲致密砂巖及頁巖儲層損害評價技術領域，尤其涉及一種模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置。
【背景技術】
[0002]致密砂巖及頁巖具有低孔、低滲以及黏土礦物含量高的特點，其孔隙結構復雜、孔道極其微小，裂縫發育不完善。致密砂巖及頁巖氣藏通常需要使用壓裂技術來溝通天然縫、形成人工縫，以達到增產或投產的目的。然而壓裂液進入裂縫-基質系統會對儲層產生工作液損害，且裂縫由于受井周二次應力的作用容易受到流固耦合損害。因此，科學合理的對裂縫一基質系統進行儲層損害實驗評價，有助于認識致密砂巖及頁巖氣藏裂縫一基質系統在實際工況下的損害機理以及更為科學、準確的評估鉆完井及增產改造過程對單井產能造成的影響。
[0003]儲層損害的室內評價方法主要包括:巖心流動實驗的方法(焦春艷等.超低滲透砂巖儲層應力敏感性實驗.石油學報，2011年03期；吳亞紅等.低滲儲層敏感性實驗方法及評價研究.鉆采工藝，2009年05期)，巖心分析技術(李建.淺析巖心分析技術及應用前景展望.科技與企業，2012年02期;李太偉等.壓裂液對儲層傷害的核磁共振技術評價方法.重慶科技學院學報:自然科學版，2014年06期)，數值模擬的方法(楊玉貴等.水平井鉆井完井液侵入損害數值模擬研究進展.工作液與完井液，2009年06期；王珂等.裂縫性儲層應力敏感性數值模擬一一以庫車坳陷克深氣田為例.石油學報，2014年01期)。然而巖心流動實驗及巖心分析技術局限于巖心損害的機理性定性分析，數值模擬的方法則缺乏更為合理的模擬裝置對其進行驗證。現階段已基本認清了儲層損害的主要機理，因此對于儲層損害評價應該從定性走向定量化的階段，也應該開發出一套更為科學、定量化的評價方法。
[0004]專利CN104677805A公開的一種巖心損害實驗裝置包括巖心夾持器以及污染釜兩部分，將巖心污染過程和滲流測試一體化且全過程保持巖心的模擬徑向壓差，避免了人為因素導致的實驗誤差。
[0005]專利CN104122181A公開的一種入井液對儲層滲透率損害評價裝置利用兩個巖心夾持器分別施加兩個軸向力以及三個軸向力，來模擬不同的井下環境、溫度、壓力和真空度等條件，振蕩器發出的波形穿過受污染的巖心后波形發生變化以計算滲透率損害程度。
[0006]專利CN102174883A公開的一種清水壓裂自支撐裂縫導流能力測試方法，巖心夾持系統對裂縫壁面兩側施加圍壓和溫度以模擬地層裂縫受閉合應力以及溫度等條件，測試了裂縫發生損害前后導流能力變化。
[0007]上述模擬裝置局限于單獨對基質或者裂縫進行損害模擬，然而要對儲層損害作出科學、準確的評價應該對裂縫一基質系統進行損害評價，目前現有技術無法真實模擬裂縫一基質系統受到的井周二次應力以及地層的徑向流動，因此對實際工程運用不具有太大的參考價值。【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的在于提供模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，用于模擬真實地層裂縫一基質系統所受到的井周二次應力條件以及地層徑向流動，可以記錄裂縫一基質系統損害前后含水飽和度、壓力及氣體流量變化，以確定裂縫一基質系統損害程度，彌補了現有儲層損害評價裝置的不足。
[0009]為達到以上技術目的，本實用新型提供以下技術方案。
[0010]模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，主要由巖心與釜體系統、應力加載系統、傳感與監測系統、工作液循環系統、流量測量系統幾部分組成，具體包括巖心、濾網、模擬井眼、裂縫、橡膠墊、軸壓增壓密封膠囊、圍壓增壓密封膠囊、電動液壓栗、壓力傳感器、電阻探頭、水箱、閥門、壓力表、計量栗、氣液分離器、氣體流量計、氣瓶、數據采集系統、減壓閥、背壓閥。
[0011 ]所述巖心軸向以及周向都包裹著增壓密封膠囊，與巖心直接接觸的周向還包裹有一層濾網，密封膠囊可隨巖心自由形變隨進保持壓力作用在巖樣上，密封膠囊外層為用于夾持巖心的釜體，巖心釜體采用法蘭與螺栓連接結構，處于密封狀態，巖心釜體外有壓力注入口以及進氣口，壓力注入口連接電動液壓栗，進氣口連接氣瓶;巖心中央有井眼，所述井眼是在巖心上、下部端蓋中央鉆一條等徑豎直孔，孔深貫穿整個巖心，在巖心上部端蓋以井眼為中心，分布9個深入巖心的鉆孔，每個鉆孔與井眼中心的徑向距離按照對數分布，鉆孔在同一水平面上的連線成漩渦狀，每個鉆孔深度等距離遞減，鉆孔內可下放電阻探頭，探頭連接壓力傳感器;井眼連接有工作液循環系統和氣體流量計;所述巖心裂縫內放置一層橡膠墊;所述工作液循環系統由水箱、閥門、計量栗、流量表、氣液分離器和背壓閥組成，所述背壓閥連接井口；所述氣體流量計連接氣液分離器。
[0012]巖心周圍包裹增壓密封膠囊是為了給巖心施加軸壓以及圍壓，電動液壓栗往密封膠囊內部注入液體給巖石施加壓力，以模擬地層真實條件下的井周二次應力;巖心周向包裹一層濾網，使得從釜體進氣口流入的氣體能夠從基質外邊界流入基質;所述裂縫內放置一層橡膠墊，橡膠墊在軸向壓力作用下變形能將裂縫封堵，從而能夠單獨對基質損害進行評價;巖心釜體處于密封狀態，用以準確測量氣體流量;釜體進氣口連接的氣瓶可以往基質以及裂縫內注氣，氣體從井眼內流出循環至井口；打9個深入巖心的鉆孔并且與井眼中心的徑向距離按照對數分布，是因為從井眼到外邊界的壓力下降呈對數式分布，因此電阻探頭及壓力傳感器在靠近井眼周邊更為密集，靠近外邊界更為稀疏，使得探測出電阻、壓力數據的記錄更為合理；電阻探頭及壓力傳感器下放深度等距離遞減是為了觀察數據在垂向上的變化情況;循環系統中的水箱通過計量栗往井眼中注入一定量的工作液，工作液從井底注入從再井口循環出去，是因為真實的井眼內工作液從鉆柱內流出先接觸井底再循環至井口；背壓閥可用于給工作液施加回壓;背壓閥連接有氣液分離器，工作液流進氣液分離器將氣液分離，與氣液分離器相連的氣體流量計將記錄隨著巖心損害過程，地層模擬徑向流的氣體流量變化情況，氣液分離器分離出的液體將流回水箱內。
[0013]本實用新型通過數據采集系統以及氣體流量計記錄裂縫一基質系統的壓力、電阻率以及氣體流量的數據變化，由于模擬了巖心真實的井周二次應力以及徑向流動，通過數據對比可直觀地對地層條件下裂縫一基質系統作出耦合流動損害評價。
[0014]與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于:
[0015](I)能夠模擬真實地層井周二次應力、真實工作液循環過程以及地層徑向流動下的裂縫一基質系統工作液損害；
[0016](2)通過裂縫內的橡膠墊以及巖心周圍包裹的濾網可以實現分別對裂縫以及基質進行工作液損害評價，還可以通過數據對比二者氣體流量的大小，即二者占裂縫一基質系統氣體流量的比重差異；
[0017](3)使用電阻探頭連接壓力傳感器可以測量巖心內部的電阻以及壓力數據，真實反映巖心損害過程孔隙內的流體流動狀態;將電阻探頭及傳感器進行漩渦狀分布，能夠更加合理地記錄下耦合流動損害過程裂縫一基質系統的壓力、電阻率數據，為科學合理的評價工作奠定了數據基礎；
[0018](4)結構簡單，原理可靠，操作方便，整個模擬損害過程直觀、清晰。
【附圖說明】
[0019]圖1是模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置的總體結構圖。
[0020]圖2是深入巖心中的鉆孔分布俯視圖(內圓為井壁，外圓為巖心外邊界)。
[0021]圖中:1.巖心；2.濾網；3.增壓膠囊;4.釜體;5.橡膠墊;6.裂縫;7.模擬井眼;8.空腔;9.閥門；10.液壓表;11.計量栗；12.流量表;13.水箱；14-A.電動液壓缸一 ；14-B.電動液壓缸二 ； 15-A.電動液壓栗一 ；15-B.電動液壓栗二 ； 16.電阻探頭；17.數據采集系統；18.壓力傳感器;19.背壓閥；20.氣液分離器;21.氣體流量計;22.減壓閥；23.氣瓶。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，但不限于此。
[0023]參看圖1、圖2。
[0024]模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，由釜體4、巖心1、裂縫6、模擬井眼7、增壓膠囊3、電動液壓缸一 14-A、電動液壓缸二 14-B、電動液壓栗一 15-A、電動液壓栗二 15-B、氣瓶23、電阻探頭16、壓力傳感器18、數據采集系統17、工作液循環系統組成。
[0025]所述釜體4內裝有巖心I，巖心I周圍包裹增壓膠囊3，增壓膠囊3和釜體4間存在空腔8，釜體上有軸壓注入口、圍壓注入口以及進氣口，軸壓注入口連接電動液壓缸二 14-B和電動液壓栗二 15-B，圍壓注入口連接電動液壓缸一 14-A和電動液壓栗一 15-A，進氣口通過減壓閥22連接氣瓶23。
[0026]所述巖心中有裂縫6，巖心軸向中心有模擬井眼7，所述模擬井眼7是在巖心中央鉆一條等徑豎直孔，孔深貫穿整個巖心，在巖心上部端蓋以井眼7為中心，分布9個深入巖心的鉆孔，鉆孔內有電阻探頭16，電阻探頭連接壓力傳感器18，電阻探頭與壓力傳感器均連接數據采集系統17。
[0027]所述模擬井眼7連接工作液循環系統，所述工作液循環系統包括閥門9、液壓表10、計量栗11、流量表12、水箱13、背壓閥19、氣液分離器20，井眼7下端依次連接閥門9、液壓表
10、計量栗11、流量表12和水箱13，井眼7上端通過背壓閥19連接氣液分離器20，氣液分離器20連接水箱13，氣液分離器20還連有氣體流量計21。
[0028]所述在巖心上部端蓋以井眼7為中心，分布9個深入巖心的鉆孔，所述鉆孔在同一水平面上的連線成漩渦狀(圖2)，每個鉆孔與井眼中心的徑向距離按照對數分布，每個鉆孔深度等距離遞減。
[0029]所述巖心周向外邊界裹一層可拆除的濾網2，濾網拆除則氣體直接從裂縫6內流進井眼7，可以用來單獨對裂縫損害進行評價。
[0030]所述巖心裂縫6內放置一層可拆除的橡膠墊5，橡膠墊受軸向壓力作用發生形變可完全封堵住裂縫，裂縫堵住則氣體只從基質孔隙流入模擬井眼7，可用來單獨對基質損害進行評價。
[0031]拆除裂縫6內橡膠墊5，且巖心周向外邊界裹上濾網2，則氣體從裂縫一基質雙重介質流入井眼7，用來對裂縫一基質系統進行耦合流動損害評價。
[0032]模擬未損害時的產氣過程:將軸壓以及圍壓調節到預設值，使用氣瓶23持續往釜體4的進氣口注氣，氣體流經基質以及裂縫6進入井眼7然后從井口流出，通過氣體流量計21觀測到氣體流量穩定后，通過數據采集系統17記錄此時巖心的壓力、電阻數據，通過氣體流量計21記錄此時氣體流量作為裂縫一基質系統發生損害之前產氣量。
[0033]單獨測量裂縫或者基質的數據:保持軸壓以及圍壓不變，使用橡膠墊5將裂縫空間6堵住，讓氣體從基質周向外邊界流入，記錄巖心基質的壓力以及流量數據;將橡膠墊5取出，去除巖心周圍包裹的濾網2，讓氣體從裂縫6內流入，記錄裂縫的流量數據。
[0034]模擬裂縫一基質系統耦合流動損害過程:保持軸壓以及圍壓不變，將裂縫內的橡膠墊5取出，巖心周圍包裹濾網2，使用氣瓶23連續往釜體內注氣。開啟工作液循環系統將水箱13內的工作液栗入井眼7內，開啟背壓閥19給工作液施加回壓;工作液從井底循環至井口的同時，會不斷侵入裂縫一基質系統對其造成耦合流動損害，導致插入巖心I內的電阻探頭16探測的電阻率不斷降低，同時電阻探頭連接的壓力傳感器18可探測相應部位孔隙的壓力數據;隨著損害的進行，氣體流量計21記錄的氣體流量逐漸降低，當流量趨于穩定時，說明耦合流動損害已經達到最大;損害全程使用數據采集系統17采集巖心內的壓力、電阻數據，氣體流量計21記錄從氣液分離器分離出的氣體流量數據。
[0035]單獨測量工作液循環時裂縫或者基質的數據:保持軸壓以及圍壓不變，氣瓶連續通氣，工作液循環系統正常運行;使用橡膠墊5將裂縫空間6堵住，讓氣體從基質周向外邊界流入井眼7，使用數據采集系統17以及氣體流量計21記錄巖心基質的壓力、電阻以及流量數據;將橡膠墊5取出，去除巖心周圍包裹的濾網2，讓氣體從裂縫6內流入，通過氣體流量計21記錄裂縫的流量數據。
[0036]測量無工作液循環時的裂縫一基質數據:保持軸壓以及圍壓不變，關閉工作液循環系統，將工作液排出，重復第一個步驟可測量裂縫一基質系統發生損害之后的壓力、電阻以及流量數據，重復第二個步驟可分別對裂縫以及基質進行測量。
【主權項】
1.模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，由釜體(4)、巖心(1)、裂縫(6)、模擬井眼(7)、增壓膠囊(3)、電動液壓缸一(14-A)、電動液壓缸二(14-B)、電動液壓栗一(15-A)、電動液壓栗二(15-B)、氣瓶(23)、電阻探頭(16)、壓力傳感器(18)、數據采集系統(17)、工作液循環系統組成，其特征在于，所述釜體(4)內裝有巖心(I)，巖心周圍包裹增壓膠囊(3)，增壓膠囊和釜體間存在空腔(8)，釜體上有軸壓注入口、圍壓注入口以及進氣口，軸壓注入口連接電動液壓缸二(14-B)和電動液壓栗二(I5-B)，圍壓注入口連接電動液壓缸一(14-A)和電動液壓栗一(15-A)，進氣口通過減壓閥(22)連接氣瓶(23);所述巖心中有裂縫(6)，巖心軸向中心有模擬井眼(7)，所述模擬井眼(7)是在巖心中央鉆一條等徑豎直孔，孔深貫穿整個巖心，在巖心上部端蓋以井眼為中心，分布9個深入巖心的鉆孔，鉆孔內有電阻探頭(16)，電阻探頭連接壓力傳感器(18)，電阻探頭與壓力傳感器均連接數據采集系統(17);所述模擬井眼(7)連接工作液循環系統，所述工作液循環系統包括閥門(9)、液壓表(10)、計量栗(11)、流量表(12)、水箱(13)、背壓閥(19)、氣液分離器(20)，井眼下端依次連接閥門(9)、液壓表(10)、計量栗(11)、流量表(12)和水箱(13)，井眼上端通過背壓閥(19)連接氣液分離器(20)，氣液分離器連接水箱，氣液分離器還連有氣體流量計(21)。2.如權利要求1所述的模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，其特征在于，所述在巖心上部端蓋以井眼(7)為中心，分布9個深入巖心的鉆孔，所述鉆孔在同一水平面上的連線成漩渦狀，每個鉆孔與井眼中心的徑向距離按照對數分布，每個鉆孔深度等距離遞減。3.如權利要求1所述的模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，其特征在于，所述巖心周向外邊界裹一層可拆除的濾網(2)，濾網拆除則氣體直接從裂縫(6)內流進模擬井眼(7 )，用來單獨對裂縫損害進行評價。4.如權利要求1所述的模擬地層條件的裂縫一基質耦合流動損害評價裝置，其特征在于，所述巖心裂縫(6)內放置一層可拆除的橡膠墊(5)，橡膠墊受軸向壓力作用發生形變可完全封堵住裂縫，裂縫堵住則氣體只從基質孔隙流入模擬井眼(7)，用來單獨對基質損害進行評價。
【文檔編號】E21B49/00GK205477605SQ201620303259
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月12日
【發明人】李皋, 曾輝, 楊旭, 孟英峰, 陳健, 陳一健, 孫勇, 蔣祖軍, 王希勇
【申請人】西南石油大學