[发明专利]页岩气井体积压裂后压裂液返排率的实验测试装置及方法

摘要

本发明公开了一种页岩气井体积压裂后压裂液返排率的实验测试装置及方法，该装置主要包括夹持器、压力机、恒温箱、恒速恒压泵、中间容器、恒速恒压泵出口阀、流体入口阀、流体出口阀、氮气瓶出口阀、氮气瓶、出口阀，测试方法主要包括步骤：1)岩样制备；2)页岩物性参数测试；3)测试参数计算；4)压裂液配制及压裂液密度测试；5)试验参数测试；6)页岩返排率计算；本发明综合考虑地层温度、地层应力、流体压力对页岩返排率的影响，并将影响因素因素定量化表征，能够反映页岩在真实地层条件下返排率的测试方法，为页岩返排制度优化提供理论依据。

主权项

1.页岩气井体积压裂后压裂液返排率的实验测试方法，包括以下步骤：/n1)岩样制备：将页岩储层段的井下岩心或同层位露头岩石制成立方体岩样，并放置100℃烘箱内干燥至恒重，并称量干燥后岩样质量记为m₀；/n2)页岩物性参数测试：利用孔隙度测定仪以氦气作为工作介质测试步骤1)中所述干燥后岩样的孔隙度；/n3)实验参数确定：根据储层应力、地层温度、水力压裂施工参数确定实验加载条件，其中实验加载三向有效应力由表达式(1)～(3)确定，实验温度为岩样所在储层深度对应的温度，实验流体注入压力由表达式(4)确定，实验返排压差由矿场井实际返排压差确定；/nσ'_z＝σ_z-αP_p (1)/nσ'_H＝σ_H-αP_p (2)/nσ'_h＝σ_h-αP_p (3)/nP_inj＝P_ISI-P_p (4)/n式中：σ'_z为垂向有效应力，MPa；σ'_H为最大水平有效主应力，MPa；σ'_h为最小水平有效主应力，MPa；σ_z为垂向应力，MPa；σ_H为最大水平主应力，MPa；σ_h为最小水平主应力，MPa；α为有效应力系数，小数；P_inj为实验注入压力，MPa；P_ISI为水力压裂后瞬时关井井底压力，MPa；P_P为地层孔隙压力，MPa；/n4)根据施工现场的压裂液配方配置压裂液，测试压裂液密度，并将压裂液倒入恒速恒压泵的中间容器中；/n5)利用页岩返排率实验测试装置进行测试，页岩返排率实验测试装置包括夹持器、压力机、恒温箱、恒速恒压泵、中间容器、恒速恒压泵出口阀、流体入口阀、流体出口阀、氮气瓶出口阀、氮气瓶、出口阀，其中夹持器由上下盖板、前盖板、后盖板、侧盖板组成，其中前盖板及后盖板与岩样接触面上设有导流槽，盖板边沿设有密封胶圈，前盖板及后盖板上分别设有流体注入口和流体出口，/n将步骤2)中所述孔隙度测试后的页岩岩样放入页岩返排率实验测试装置的夹持器中，/n根据步骤3)中确定的实验加载应力利用压力机对岩样加载三向应力，并将岩样加热至步骤3)中确定的实验温度；/n6)根据步骤3)中确定的注入压力设置恒速恒压泵的泵注压力，并利用恒速恒压泵通过中间容器向页岩返排率实验测试装置的夹持器平行层理入口端注入步骤4)配制的压裂液，同时通过控制电脑记录不同时间所对应的注入液量，每隔10分钟记录一次，每个时间节点对应的累计流量为页岩在该时间点的渗吸量，测试时间为3天，即可得到渗吸时间段对应累计的渗吸量，记为V_imb；/n7)在步骤6)的基础之上，设定返排压差，拆除页岩返排率实验测试装置的夹持器入口端管线，利用氮气瓶向夹持器出口端反向注入氮气，反向驱替一定时间，并取出称重记为m₁；/n8)页岩返排率计算：根据步骤6)页岩渗吸阶段渗吸量随时间的变化曲线，渗吸后累计的流量即为渗吸量V_imb；在页岩返排阶段，页岩返排后质量m₁与实验测试前干燥岩样质量m₀之差与压裂液密度的比值即为在该实验条件下压裂液在页岩中的滞留量，由表示式(5)计算；压裂液在地层条件下实验测试的返排率，由表示式(6)计算，进一步可以得到压裂液在页岩单位孔隙体积的返排率E，由表达式(7)计算；/n /n /n /n式中：V_f为返排阶段压裂液在页岩中的滞留量，cm³；V_imb为渗吸阶段对应的累计渗吸量，cm³；m₀为实验前干燥岩样的重量，g；m₁为返排实验后岩样的重量，g；ρ为实验压裂液的密度，g/cm³；φ 为干燥后页岩孔隙度，％；A_c为渗吸截面积，cm²；L为岩样长度，cm；F为压裂液在地层条件下实验测试的返排率，％；E为压裂液在页岩单位孔隙体积的返排率，1/cm³。/n