[发明专利]一种页岩动态渗吸能力的实验测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种页岩动态渗吸能力的实验测试装置及方法，实验测试装置包括地层温度模拟系统、地层围压模拟系统、注入压力模拟系统、液体流动模拟系统；地层温度模拟为加热器；地层围压系统为围压泵；注入压力模拟系统包括恒速恒压泵、恒速恒压泵出口阀、中间容器、中间容器出口阀，恒速恒压泵向反应釜内注入带压流体；液体流动模拟系统包括电动机、转子、转子叶片，其中转子叶片在高度方向与岩心轴线对齐，电动机驱动所述转子叶片旋转运动，使得反应釜中液体产生流动。本发明能够考虑压裂液流动、流体压力、地层围压、地层温度多种影响因素对页岩动态渗吸能力的影响，采用本发明的方法可以实现页岩动态渗吸能力的定量化表征。

技术领域

本发明涉及石油天然气工程领域，尤其是页岩水力压裂过程中的页岩动态渗吸能力的实验测试装置及方法。

背景技术

页岩气作为非常油气资源在北美获得商业开采，水平井多级压裂技术是实现页岩气革命的关键技术。近年来，国内各大油气田借鉴国外水平井多级压裂改造成功经验，开展了对页岩气的探索与现场试验，取得良好的增产效果。

国内外页岩气储层压裂改造的施工表明，压裂液返排率极低，普遍低于50％，美国Eagle Ford盆地低于20％，Barnett盆地低于50％，中国涪陵页岩气储层压裂后返排率甚至低于3％(张涛,李相方,杨立峰.关井时机对页岩气井返排率和产能的影响[J].天然气工业,2017,37(8):48-58)。大量压裂液滞留于储层中，但关井一段时间后，产能增加，出现了“低返排、高产量”的等现象，引起了业界人士的广泛关注。

页岩组分复杂、微观结构特殊，尤其是高粘土含量、高矿化度、超低含水饱和度，水相渗吸作用对微观结构会产生特殊的影响从而影响页岩气井产能。要解释页岩气井特殊的返排现象，首先需要研究的是页岩渗吸机制，其中页岩压裂过程中动态渗吸即为液体在水力裂缝中流动状态下，向页岩基质中发生的渗吸现象。大量矿场统计页岩气井采用大规模体积压裂技术开发，上万方水基压裂液注入地层，在整个压裂施工过程中，压裂液处于长时间流动状态下向页岩储层发生渗吸，此阶段对页岩总的渗吸量有重要影响，进而影响压裂液返排率大小，因此利用室内实验方法准确测定并量化液体在地层条件流动状态下的渗吸能力对认识压裂液在页岩储层流动机制和明确页岩渗吸量主要贡献阶段以及优化返排制度等有重要指导作用。

页岩在压裂过程中流体注入排量、地层围压、地层温度、流体注入压力等都对渗吸量有影响，但目前的实验研究并未考虑这些因素的影响。目前大多数聚焦于页岩自发渗吸，通过天平计量页岩自吸后质量随时间的变化的方法来测试页岩渗吸能力(Yang L,Ge H,Shi X,et al.Experimental and numerical study on the relationship betweenwater imbibition and salt ion diffusion in fractured shale reservoirs[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2017,38:283-297)，以及利用数值模拟方法，通过建立考虑流体压力、渗透压、毛管压力的页岩基质自吸模型，计算不同时间下页岩自吸量(Li X,TekluT,Abass H,etal The Impact ofWater Salinity/Surfactanton Spontaneous Imbibition through Capillarity and Osmosis for UnconventionalIOR[C].SPE Unconventional Resources Technology Conference,1-3August,SanAntonio,Texas,USA,2016.URTEC-2461736-MS.)。

但这些方法都没有考虑实际地层条件下页岩压裂过程中液体在水力裂缝中的流动、地层围压、地层温度、流体注入压力等因素对页岩渗吸能力的影响，因此对于动态渗吸能力缺乏定量化表征，因此有必要研究页岩在液体流动状态下动态渗吸能力的测试方法，为认识压裂液在页岩储层流动规律和闷井时间优化等提高重要支撑。

发明内容