[发明专利]一种冰晶暂堵压裂工艺的滤失封堵测试装置及模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于油气田开发研究室在冰晶暂堵压裂工艺中压裂液滤失及冰晶封堵能力的测试装置及模拟方法。

技术背景

水力压裂是油气田开发重要的增产技术之一。高渗透及缝网发育的油气层压裂时压裂液滤失严重，易发生砂堵，需要低砂比、高排量施工，导致返排时间长，对地层的伤害程度加深，铺砂剖面及裂缝高度难以控制，同时增加了施工的危险性。冰晶暂堵压裂技术将地层水冻结后再进行压裂，利用固态水即冰晶进行封堵，起到降低甚至完全消除压裂液滤失的目的。考察冰晶的降滤及封堵能力，对冰晶暂堵压裂施工参数的确定极为重要。

目前所有的室内研究装置都是针对常温或高温条件下的压裂液滤失设计的，其电加热的方式不适合负温条件下的滤失实验，不能实现对实验中关键位置的温度检测与调节，亦不能实现冷量与压裂液流量的优化。因此，为完善上述不足，建立一种新的冰晶暂堵压裂滤失封堵测试装置及方法，以实现室内负温条件下的相关实验。

发明内容

本发明的目的是：为了在稳定的负温和高压条件下，安全便捷地模拟冰晶暂堵压裂工艺中，压裂液在裂缝内的流动和在地层中的滤失，高效地测定相关参数，特提供一种冰晶暂堵压裂工艺的滤失封堵测试装置及模拟方法。

为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：一种冰晶暂堵压裂工艺的滤失封堵测试装置，是由模拟裂缝单元、岩芯冷冻单元、压裂液循环与计量单元、温度压力监测及控制单元构成，其特征在于：模拟裂缝单元为一矩形槽的六面箱体结构，前后设有旋转及紧锁装置，安装装置支撑架固定支撑；左侧开有进液孔A，上部开有六个螺纹孔用紧固螺栓连接，右侧连接侧盖，侧盖中央开有出液孔B；模拟裂缝上方开孔连通岩芯冷冻单元的内腔室，安装岩芯冷冻单元后模拟裂缝面与岩芯端面齐平；

岩芯冷冻单元由内腔室和外腔室组成；内腔室里层为耐低温岩芯套，外壁设置有进出液孔；外腔室开设有进液孔B和出液孔A，用保温软管连接到制冷装置，组成冷却液循环系统；岩芯仓盖中央开有圆柱形孔供顶杆穿过，顶杆由顶杆固定装置固定在岩芯仓盖上，顶杆内开有小孔；岩芯冷冻单元与模拟裂缝单元用六个紧固螺栓固定连接，岩芯冷冻单元表面覆盖绝热材料；

压裂液循环与计量单元中，储液罐用管线与高压恒流泵吸液端连接，高压恒流泵的出液端用耐压管线与模拟裂缝单元的进液孔A连接，模拟裂缝单元的出液孔B与回压阀B的进液端连接，回压阀B的出液端连接过滤器再与储液罐的进液端连接；顶杆出液孔与回压阀A连接，回压阀A出口管线伸入烧杯中，烧杯置于电子称上，电子称用数据线连接计算机数据采集装置；

温度、压力监测及控制单元，岩芯冷冻单元内腔室安装温度探头A并密封，模拟裂缝中安装温度探头B，温度探头A与温度探头B用数据线连接温度显示器；储液罐置于恒温池中；手摇泵与压力表A连接，再与内腔室的进出液孔连接，高压恒流泵的出液端连接压力表B，顶杆出液孔连接压力表C。

所述冰晶暂堵压裂工艺的滤失封堵测试装置，其特征在于：岩芯冷冻单元表面覆盖绝热材料，内腔室连接手摇泵建立围压，外腔室设置进液孔B和出液孔A连接制冷装置组成冷却液循环通道，模拟裂缝上方开孔连通岩芯冷冻单元的内腔室。

本发明装置提供的模拟方法，包含以下步骤：

1）将耐低温岩芯套内壁与岩芯的接触处涂抹不溶于水的堵剂，然后将岩芯自下往上插入耐低温岩芯套，露出7mm，堵剂成型后再将耐低温岩芯套及岩芯放入模拟裂缝上部孔内；

2）将岩芯冷冻单元自上而下插入模拟裂缝单元，使耐低温岩芯套穿过内腔室，再依次将四周的六颗紧固螺栓上紧，锁紧岩芯冷冻单元与模拟裂缝单元的接触面并确保其密封；

3）将顶杆穿过岩芯仓盖中的孔，岩芯仓盖装入岩芯冷冻单元，检查顶杆一端与岩芯端面接触后拧紧岩芯仓盖密封，安装顶杆固定装置；

4）用手摇泵对岩芯加围压到预设压力；

5）打开回压阀A与回压阀B，调节恒温池到预设温度，储液罐中压裂液温度稳定后，用高压恒流泵将压裂液泵入模拟裂缝单元中，待压裂液充满模拟裂缝且气体排净后，调节回压阀B憋压，压裂液饱和岩芯并滤出后开始循环冷冻液；

6）通过温度显示器监测内腔室及模拟裂缝的温度，调节冷冻液及压裂液流量以保持模拟裂缝内的温度在冰点以上，内腔室内的温度在冰点以下，模拟动态冻结过程，流出模拟裂缝的压裂液经过滤器过滤后排入储液罐循环使用，经岩芯由顶杆滤出的压裂液排入烧杯，由电子称连接计算机数据采集装置进行计量；

7）岩芯完全冻结后，调节高压恒流泵与回压阀A、回压阀B憋高压，测试冰晶封堵能力；