[发明专利]裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，特别是指一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置及方法。

背景技术

随着能源需求的不断增加，常规油气资源已经不能满足工业需求，页岩气作为非常规能源已成为全球油气勘探开发的热点。页岩储层具有超低孔隙度和超低渗透率的特点需要依赖大规模的水平井多级压裂技术对储层进行大规模的体积压裂改造才能获得较高的产量。只有保证页岩储层裂缝的导流能力才能保证页岩气开发的经济效益。

当前，国内外页岩气储层压裂改造施工表明，压裂液返排率普遍低于30％。大量的水滞留在页岩裂缝网中，与水相作用下页岩岩石内部将会产生一系列微观物理化学反应，进而影响页岩裂缝网的导流能力。现有的页岩气在在微裂缝中渗流规律主要是实验室内通过脉冲法、压差流量法等针对页岩微裂缝中气单相的渗透规律，或者结合水单相的渗流规律，与页岩气实际开发条件有较大不同，无法兼顾到水侵对页岩微裂缝导流能力影响的因素。因此研究水侵入对页岩裂缝导流能力的影响，在实验室中模拟页岩水力开发的流程，实验探究页岩裂缝中气、液两相渗透规律，以及评价水入侵对页岩微裂缝导流能力的影响十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置及方法，表征裂缝性页岩压裂后束缚水量及裂缝气、水两相渗透率，以及水侵入对页岩裂缝导流能力的损伤评价。为研究水相压裂液对页岩微裂缝导流能力影响规律及岩气开采提供理论和试验依据。

该装置包括注入系统、渗流系统、数据采集处理系统和三轴岩心夹持器；其中，注入系统包括气源、进气口压力调节阀、进水口压力调节阀、恒速恒压泵和水相压裂液；渗流系统分为注水和气驱两个阶段，包括回压泵一、回压阀、回压泵二和干燥装置；数据采集处理系统包括应变片检测仪、分析天平数据模块、分析天平和流量计；三轴岩心夹持器设置在恒温箱中，气源通过管道连接三轴岩心夹持器，气源恒速恒压泵通过管道连接三轴岩心夹持器，恒速恒压泵和三轴岩心夹持器之间设置进水口压力调节阀；三轴岩心夹持器连接回压泵一，回压泵一与应变片检测仪相连；当渗流系统注水阶段时，三轴岩心夹持器连接流量计，当渗流系统气驱阶段时，三轴岩心夹持器出气口连接干燥装置，三轴岩心夹持器和干燥装置之间的管道上设置回压阀和回压泵二，干燥装置设置在分析天平上，干燥装置另一端连接流量计，分析天平与分析天平数据模块相连。

其中，三轴岩心夹持器由夹持器模型围成的内腔和夹持器模型外部的外腔两部分组成，内腔中装有页岩岩心，外腔为围压腔；夹持器模型为橡胶套的形式；夹持器模型具有进气口和出气口。

气源为氮气瓶。

渗流系统设定三轴岩心夹持器内的围压值至少高于三轴岩心夹持器入口压力1MPa。

渗流系统的注水阶段将水相压裂液以恒速或恒压的方式注入三轴岩心夹持器，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入流量计并且测量出岩心渗流通过的水相压裂液流量。

渗流系统的气驱阶段将气源经过进气口压力调压阀进入三轴岩心夹持器，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入干燥装置后流入流量计，干燥装置的数据由分析天平数据模块得出岩心内部的水分质量。

该裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置的使用方法，包括步骤如下：

(一)实验准备阶段：

S11将页岩测试样品切割加工为圆柱体，进行压裂，并对切割加工后的页岩测试样品，在102℃烘干24小时；

S12获取烘干后的页岩测试样品的截面积，长度，将烘干后的圆柱形岩心侧面涂上环氧硅胶，晾干后，称重；

S13设置恒温箱温度为45℃；

S14将测试样品放入三轴岩心夹持器中；设置回压阀，对回压泵一加围压，待围压12h稳定后开始实验，通过注气渗流系统，测得初始渗透率；

(二)注水阶段：

关闭进气口压力调压阀，设置恒速恒压泵为恒压注入，根据具体岩心情况设定注入压力，打开进水口压力调压阀，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入流量计并且测量出岩心渗流通过的水相压裂液流量，直到出水流量稳定在24小时内无变化，则注水结束，记录此过程中流量，利用达西定律得到渗透率，绘得水测渗透率随时间变化曲线；同时收集流量计的排出液，计算水相压裂液注入量减去水相压裂液排出量得到岩心中水的滞留量；

(三)气驱阶段：