[发明专利]测试低浓度支撑剂导流能力的系统和方法

权利要求书

1.测试低浓度支撑剂导流能力的系统，包括岩心夹持器(1)，岩心夹持器(1)内盛装有岩心；岩心夹持器(1)的入口通过管路连接有恒流泵(2)，出口通过管路连通有流体容器(3)，流体容器(3)置于精密天平(4)上；岩心夹持器(1)的侧壁上通过管路连接有围压泵(5)；岩心夹持器(1)的入口和出口之间还连接有压差传感器(6)；其特征在于，所述岩心包括两个对称设置的上岩心(7)和下岩心(8)，上岩心(7)和下岩心(8)之间铺设支撑剂(9)；上岩心(7)和下岩心(8)与支撑剂(9)的接触面为矩形，上岩心(7)和下岩心(8)与接触面垂直的两个端面为弓形；所述岩心两端分别设置有垫块(10)，垫块(10)中心处开设有通孔(11)，垫块(10)靠近岩心的一侧面上设置有滤网。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括中间容器(12)，中间容器(12)的入口通过管路与恒流泵(2)的出口连接，中间容器(12)的出口通过管路与岩心夹持器(1)的入口连接；恒流泵(2)与岩心夹持器(1)之间的管路上、恒流泵(2)与中间容器(12)之间的管路上、中间容器(12)与岩心夹持器(1)之间的管路上、岩心夹持器(1)的出口与流体容器(3)之间的管路上分别设置有阀门(13)。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述围压泵(5)的工作筒内的丝杠通过蜗轮及蜗杆与手柄连接。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压差传感器的量程通过压差估算公式来选择，其中压差估算公式为：

式中，△p为估算压差，pa；μ为流体粘度，pa·s；Q为流体流量，m³/s；τ为支撑剂层渗流通道的迂曲度，取值1.5-5.5；l_f为支撑裂缝模型的长度，m；w_f为支撑裂缝模型的宽度，m；h_f估为估算裂缝开度，m；

其中，h_f估可根据孔隙度变化来计算，计算公式为：

式中，Φ为支撑剂不同闭合压力时的孔隙度，小数；p为闭合压力，MPa；α为常数，取值0.010-0.027；C_s为支撑剂铺置浓度，g/cm²；ρ_s为支撑剂视密度，g/cm³；ρ_v为支撑剂体积密度，g/cm³。

5.利用权利要求1-4任一项所述的系统测试低浓度支撑剂导流能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将支撑剂(9)铺设在上岩心(7)和下岩心(8)之间，并在岩心两端组装上垫块(10)，形成支撑裂缝模型，并放入岩心夹持器(1)中；加载围压至闭合压力值，获取该闭合压力值下的流体流动压差和流体流量参数；

S2：结合支撑裂缝模型的几何尺寸，利用达西公式计算低浓度支撑剂的导流能力，其中达西公式为：

式中，kh_f为支撑剂导流能力，um²·cm；Q为流体流量，cm³/min；w_f为支撑裂缝模型的宽度，cm；h_f为支撑裂缝模型的开度，cm；△p为流动压差，kpa；μ为流体粘度，mpa·s；l_f为支撑裂缝模型的长度，cm。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括支撑裂缝开度的表征步骤S31：基于毛细管渗流模型，利用泊肃叶公式计算出支撑剂层等价毛细管半径和对应的孔隙体积：

式中，r_p为等价毛细管半径，cm；μ为粘度，pa·s；l_f为支撑裂缝模型的长度，cm；Q为流体流量，cm³/s；△p为测试压差，pa；V_p为支撑剂层的孔隙体积，mL；

S32：利用精密天平(1)和流体容器(1)获得支撑剂的体积密度和视密度，再计算支撑裂缝骨架体积：

式中，C_s为支撑剂铺置浓度，g/cm²；ρ_v为支撑剂体积密度，g/cm³；V_s为支撑剂层中支撑剂骨架体积，mL；w_f为支撑裂缝模型的宽度，cm；l_f为支撑裂缝模型的长度，cm；ρ_s为支撑剂视密度，g/cm³；

S33：计算不同闭合压力下支撑剂支撑裂缝的开度：

式中，h_f为支撑裂缝开度，cm；V_p为支撑剂层的孔隙体积，mL；V_s为支撑剂层中支撑剂骨架体积，mL；w_f为支撑裂缝模型的宽度，cm；l_f为支撑裂缝模型的长度，cm。