一种压裂液储层伤害评价装置及其操作方法
阅读说明：本技术 一种压裂液储层伤害评价装置及其操作方法 (Fracturing fluid reservoir damage evaluation device and operation method thereof ) 是由 张颖 余维初 丁飞 周东魁 舒文明 吴爱斌 宋永涛 李玉敏 余镭 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种油气田应用化学实验设备技术领域,具体涉及一种压裂液储层伤害评价装置及其操作方法,它由储液槽、层析装置、支架、接收容器和高度调节器构成；本发明利用液体在多孔介质的过滤中不同液体通过多孔介质的时间和速率不同的特性,在层析柱铺置不同粒径的硅胶颗粒形成多孔结构,模拟非常规油气储层的结构评价压裂液对储层造成伤害的程度,筛选出能实现保护非常规油气储层的压裂液。本发明的实验在常温常压下进行,避免了高压驱替的实验风险,通过调节储液槽的高度可以向层析柱中自动加液,不会引起层析柱中液体的晃动,避免了直接加液造成的实验误差,操作方法简单,控制方便,解决了现有储层伤害评价实验周期长、实验成本高的问题。(The invention relates to the technical field of chemical experimental equipment for oil and gas field application, in particular to a fracturing fluid reservoir damage evaluation device and an operation method thereof, wherein the device consists of a liquid storage tank, a chromatography device, a bracket, a receiving container and a height regulator; according to the invention, by utilizing the characteristics of different time and speed of different liquids passing through the porous medium in the filtration of the porous medium, silica gel particles with different particle sizes are laid on the chromatographic column to form a porous structure, the structure of an unconventional oil and gas reservoir is simulated to evaluate the damage degree of the fracturing fluid to the reservoir, and the fracturing fluid capable of realizing the protection of the unconventional oil and gas reservoir is screened out. The experiment of the invention is carried out at normal temperature and normal pressure, the experiment risk of high-pressure displacement is avoided, liquid can be automatically added into the chromatographic column by adjusting the height of the liquid storage tank, the liquid in the chromatographic column cannot shake, the experiment error caused by direct liquid adding is avoided, the operation method is simple, the control is convenient, and the problems of long experiment period and high experiment cost of the existing reservoir damage evaluation are solved.)
技术领域
本发明涉及一种油气田应用化学实验设备
技术领域
，具体涉及一种压裂液储层伤害评价装置及其操作方法。背景技术
大规模体积压裂是目前非常规油气资源最有效的开发手段之一，为了获得最大的储层改造体积，在压裂施工过程中会向地层注入大量的压裂液形成人造裂缝。压裂液由多种添加剂按照一定的配比混合而成，其性能是压裂工作及成本的关键因素，同时也关系着能否在储层中形成有效的支撑裂缝并减少伤害及后续增产效果。压裂液由于具有双重性，在使储层形成裂缝提高渗流能力的同时也会由于侵入储层打破原有平衡造成一定程度的损害，随着压裂规模及次数的上升，压裂液滤液对储层伤害的范围由单一近井地带扩大到对整体开发效果的影响。压裂虽然作为致密油开采的一项重要的开发增产措施，但作为核心的压裂液在压裂的过程中也会对地层造成各种各样的伤害，因此压裂液对储层的伤害程度是影响压裂液性能的重要指标之一。
非常规油气藏压裂液损害按作用位置分为对基层的损害以及对支撑裂缝的损害，目前评价压裂液对储层伤害程度的物模实验研究主要是利用人造岩心、天然岩心或者填砂管作为模型，评价伤害前后的渗透率的变化，该方法虽然能全面反应压裂液对储层伤害情况，但是实验周期长、步骤繁琐、实验材料成本高。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种采用过滤原理中不同液体通过多孔介质的时间和速率不同的原则以及硅胶颗粒浸泡在液体中不会膨胀的特性，利用铺置不同粒径的硅胶颗粒形成多孔结构，模拟非常规油气储层的孔吼结构，去除压裂液对储层基质的水化膨胀伤害造成的影响，主要评价压裂液对非常规油气储层孔吼及支撑裂缝的伤害情况，通过测试不同压裂液流过硅胶孔隙的时间和流量来评价压裂液对非常规油气储层造成伤害程度的压裂液储层伤害评价装置。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：
一种压裂液储层伤害评价装置，它由储液槽、吸液管、层析装置、支架、接收容器和高度调节器构成，其特征在于：所述的支架由安装夹、底座和支撑杆组成，支撑杆固装在底座的一侧，支撑杆的上端装有安装夹；底座的中部装有高度调节器，高度调节器的上端装有安装板；所述的层析装置由硅胶颗粒、砂芯片、阀门和层析柱构成，层析柱安装在支架的安装夹上，层析柱下部装有砂芯片，砂芯片上部的层析柱内装有硅胶颗粒，层析柱的底部装有阀门；所述的接收容器放置在底座上，接收容器的上部开口正对着层析柱的下方；所述的储液槽放置在安装板上，储液槽和层析柱通过吸液管连通。
所述的高度调节器由平台、底座、两根交叉成剪刀型的旋转支杆和调节手柄组成，两根交叉成剪刀型的旋转支杆的下端放置在底座上，旋转支杆的上端装有平台，两根旋转支杆的其中一端通过固定座分别固定在底座和平台的一侧，两根旋转支杆的另一端通过滚轮分别靠装在底座和平台另一侧的凹槽内，且该侧的底座和平台上通过螺旋结构分别装有调节手柄，调节手柄的其中一端通过调节块与滚轮接触；所述的两根旋转支杆的中部能绕销轴旋转，两根旋转支杆的两端能分别绕固定座和滚轮转动。
所述的层析柱和接收容器上分别制作有刻度线。
所述的储液槽的底面积是层析柱最大直径处圆面积的5-10倍。
所述的硅胶颗粒分别由粒径为100-115目、120-135目、140-165目、170-200目的颗粒组成，四种粒径颗粒的比例为各25%的质量比。
所述的储液槽为长方体形状，吸液管的一端通过固定座固定在储液槽的靠近层析装置的一侧上。
该压裂液储层伤害评价装置的操作方法包括如下步骤：
第一步、根据井场地质资料设计出实验方案，实验方案应包括以下内容：压裂液配方及性能指标、铺置的硅胶颗粒的粒径和比例、通过硅胶层析柱流体的时间和体积；
第二步、进行压裂液的配制及性能测试：其性能指标包括密度、黏度和pH值；
第三步、对硅胶颗粒进行筛分和称重，按照实验方案选取100-115目、120-135目、140-165目、170-200目的四种硅胶颗粒各5g；
第四步、取20mL的烧杯四个，分别向各个烧杯中加入10mL去离子水，在用玻璃棒搅拌的情况下将四种硅胶颗粒分别放入四个烧杯中；
第五步、充分搅拌2min后，将烧杯放入超声波清洗器中进行除气5min；
第六步、将170-200目的硅胶颗粒和水的混合物倒入层析柱中，用10mL去离子水冲洗烧杯和层析柱的管壁，重复3次，待硅胶颗粒全部落入层析柱的管底部后，打开阀门让层析柱中的去离子水流出；
第七步、按照第六步的操作，分别将140-165目、120-135目和100-115目的硅胶颗粒逐层加入层析柱中；
第八步、量取2L第二步配制好的压裂液，利用超声波清洗器对配制好的压裂液进行除气；
第九步、向制备好的层析柱中缓慢倒入已除气的压裂液至指定高度的刻度线，将剩余的已除气的压裂液倒入储液槽中，然后调整高度调节器，使储液槽中的液面高度与层析柱的液面高度达到同一水平的刻度线；
第十步、将吸液管中注满压裂液，并快速将吸液管的两端分别插入到储液槽和层析柱的液面以下，并通过固定座将吸液管的一端固定在储液槽的靠近层析装置的一侧上；
第十一步、打开阀门，每隔5-10min通过接收容器计量一次流过硅胶颗粒的液体体积；
第十二步、打开阀门后，观察层析装置的层析柱，若层析柱中的液面高度明显下降，则需要通过高度调节器及时调整储液槽的高度，使层析柱中的液面维持在原始高度；
第十三步、分别对不同压裂液的储层伤害进行测试，记录每5-10min的时间段不同压裂液通过硅胶颗粒多孔介质的液体体积；
第十四步、将各时间段内通过硅胶柱的液体体积计算成相应时间的流速，并通过以下公式计算成不同时间段内的流量伤害比，通过流量伤害比来确定压裂液对储层的伤害程度；
式中，Rv——流量伤害比，%；V1——第一个时间段内的流量，mL/min；Vn——第n个时间段内的流量，mL/min。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
该压裂液储层伤害评价装置利用液体在多孔介质的过滤原理中不同液体通过多孔介质的时间和速率不同的原则,以及硅胶颗粒浸泡在液体中不会膨胀的特性，利用铺置不同粒径的硅胶颗粒形成多孔结构，模拟非常规油气储层的孔吼结构，去除了压裂液对储层基质的水化膨胀伤害造成的影响，主要评价液体对多孔介质的孔隙伤害情况来模拟压裂液在对储层孔吼和裂缝的伤害情况，通过评价压裂液对储层造成伤害的程度，筛选出能实现保护非常规油气储层的压裂液。本发明的实验在常温常压下进行，避免了高压驱替的实验风险；采用堆积硅胶颗粒的缝隙模拟储层多孔结构，相比采用岩心或填砂管实验大大降低了实验材料成本，缩短了实验周期；本发明利用连通装置两端液面高度一致的原理，使储液槽中的液体向层析柱中自动添加，储液槽采用底面积较大的立方体水槽，避免了层析柱中液面迅速下降；储液槽放置在高度可以自由调节的安装板上，通过调节储液槽的高度可以向层析柱中自动加液，同时不会引起层析柱中液体的晃动，使层析柱中的液体始终保持在一个恒压的水平，操作方便而且避免了直接加液造成的实验误差。本发明操作简单快捷，控制方便，安全可靠，结构合理，解决了现有储层伤害评价手段中实验周期长、步骤繁琐、实验材料成本高的问题。
附图说明
图1为压裂液储层伤害评价装置的结构示意图；
图2是图1的硅胶颗粒铺置的竖剖面示意图；
图3为高度调节器的结构示意图；
图4是三种压裂液的流量伤害比的对比情况示意图。
图中：1、储液槽，101、固定座，2、吸液管，3、层析装置，301、硅胶颗粒，302、砂芯片，303、阀门，304、层析柱，4、支架，401、安装夹，402、底座，403、支撑杆，5、接收容器，6、高度调节器，601、平台，602、底座，603、旋转支杆，604、固定座，605、销轴，606、调节手柄，607、调节块，608、滚轮，7、安装板。
具体实施方式
该压裂液储层伤害评价装置是利用硅胶颗粒301在层析柱304中填充后形成多孔结构模拟储层裂缝，由于压裂液中的固相残渣会残留于层析柱304中的硅胶颗粒301中，显著降低层析柱304的流动能力，通过压裂液在层析柱304中流速的变化来定量评价其对于层析柱304的伤害程度，进而能快速地分析出不同压裂液体系对储层的伤害程度。
该压裂液储层伤害评价装置由储液槽1、吸液管2、层析装置3、支架4、接收容器5和高度调节器6构成，所述的支架4由安装夹401、底座402和支撑杆403组成，支撑杆403固装在底座402的一侧，支撑杆403的上端装有安装夹401；底座402的中部装有高度调节器6，高度调节器6的上端装有安装板7；所述的层析装置3由硅胶颗粒301、砂芯片302、阀门303和层析柱304构成，层析柱304安装在支架4的安装夹401上，层析柱304下部装有砂芯片302，砂芯片302上部的层析柱304内装有硅胶颗粒301，所述的硅胶颗粒301分别由粒径为100-115目、120-135目、140-165目、170-200目的颗粒组成，四种粒径颗粒的比例为各25%的质量比，使层析柱304的多孔结构维持在相同水平的通过率，保证每次实验的可重复性；层析柱304的底部装有阀门303；所述的接收容器5放置在底座402上，接收容器5的上部开口正对着层析柱304的下方，所述的层析柱304和接收容器5上分别制作有刻度线，接收容器5的刻度可以实时读取设定时间内通过硅胶颗粒301的液体体积。所述的储液槽1的底面积是层析柱304最大直径处圆面积的5-10倍；所述的储液槽1放置在安装板7上，储液槽1和层析柱304通过吸液管2连通；所述的储液槽1为长方体形状，吸液管2的一端通过固定座101固定在储液槽1的靠近层析装置3的一侧上；（参见附图1-2）；所述的吸液管2通过连通器原理使储液槽1和层析装置3之间保持相同的高度，储液槽1是一个底面积较大的立方体容器，该容器中的液体通过吸液管2与层析柱304相连通，使层析柱304中的液面高度不会发生明显的变化，目的是避免在实验的过程中需要频繁地补加层析柱304中的液体来维持液面的高度。
所述的高度调节器6由平台601、底座602、两根交叉成剪刀型的旋转支杆603和调节手柄606组成，两根交叉成剪刀型的旋转支杆603的下端放置在底座602上，旋转支杆603的上端装有平台601，两根旋转支杆603的其中一端通过固定座604分别固定在底座602和平台601的一侧，两根旋转支杆603的另一端通过滚轮608分别靠装在底座602和平台601另一侧的凹槽内，且该侧的底座602和平台601上通过螺旋结构分别装有调节手柄606，调节手柄606的其中一端通过调节块607与滚轮608接触；所述的两根旋转支杆603的中部能绕销轴605旋转，两根旋转支杆603的两端能分别绕固定座604和滚轮608转动。（参见附图3）。所述的高度调节器6可以调节储液槽1中液面的高度，从而补充层析装置3中的液面，以保证硅胶颗粒301上方的液体始终保持一个恒压的状态，同时也避免了向储液槽1或层析柱304中直接加液造成的实验误差。
该压裂液储层伤害评价装置的操作方法包括如下步骤：
第一步、根据井场地质资料设计出实验方案，实验方案应最少包括以下内容：压裂液配方及性能指标、铺置的硅胶颗粒的粒径和比例、通过硅胶层析柱流体的时间和体积；
第二步、进行压裂液的配制及性能测试：其性能指标包括密度、黏度和pH值；
第三步、对硅胶颗粒301进行筛分和称重，按照实验方案选取100-115目、120-135目、140-165目、170-200目的四种硅胶颗粒301各5g；
第四步、取20mL的烧杯四个，分别向各个烧杯中加入10mL去离子水，在用玻璃棒搅拌的情况下将四种硅胶颗粒301分别放入四个烧杯中；
第五步、充分搅拌2min后，将烧杯放入超声波清洗器中进行除气5min；
第六步、将170-200目的硅胶颗粒301和水的混合物倒入层析柱304中，用10mL去离子水冲洗烧杯和层析柱304的管壁，重复3次，待硅胶颗粒301全部落入层析柱304的管底部后，打开阀门303让层析柱304中的去离子水流出；
第七步、按照第六步的操作，分别将140-165目、120-135目和100-115目的硅胶颗粒逐层加入层析柱304中；
第八步、量取2L第二步配制好的压裂液，利用超声波清洗器对配制好的压裂液进行除气；
第九步、向制备好的层析柱304中缓慢倒入已除气的压裂液至指定高度的刻度线，再将剩余的已除气的压裂液倒入储液槽1中，然后调整高度调节器6，使储液槽1中的液面高度与层析柱304的液面高度达到同一水平的刻度线；
第十步、将吸液管2中注满压裂液，并快速将吸液管2的两端分别插入到储液槽1和层析柱304的液面以下，并通过固定座101将吸液管2的一端固定在储液槽1的靠近层析装置3的一侧上；
第十一步、打开阀门303，每隔5-10min通过接收容器5计量一次流过硅胶颗粒301的液体体积；
第十二步、打开阀门303后，观察层析装置3的层析柱304，若层析柱304中的液面高度明显下降，则需要通过高度调节器6及时调整储液槽1的高度，使层析柱304中的液面维持在原始高度；调整储液槽1的高度时，通过旋转高度调节器6的调节手柄606使调节块607在底座602和平台601的凹槽中移动，进而使滚轮608在相应的凹槽中滚动，通过调节两根旋转支杆603的夹角来实现安装板7的高度调节，通过安装板7达到储液槽1的高度调整；
第十三步、分别对不同压裂液的储层伤害进行测试，记录每5-10min的时间段不同压裂液通过硅胶颗粒301多孔介质的液体体积；
第十四步、将各时间段内通过硅胶柱的液体体积计算成相应时间的流速，并通过以下公式计算成不同时间段内的流量伤害比，通过流量伤害比来确定压裂液对储层的伤害程度；
式中，Rv——流量伤害比，%；V1——第一个时间段内的流量，mL/min；Vn——第n个时间段内的流量，mL/min。
下面举一个具体的压裂液储层伤害评价实施例
（1）硅胶多孔介质的制备
称取100目、120目、150目、190目的硅胶颗粒301各5g；取20mL的烧杯4个，向其中各加入10mL去离子水，在玻璃棒搅拌的情况下将四种硅胶颗粒301分别放入4个烧杯中；充分搅拌2min后，将烧杯放入超声波清洗器中进行除气5min；将190目的硅胶颗粒301和水的混合物倒入层析柱304中，用10mL去离子水冲洗烧杯和层析柱304管壁，重复3次，直至硅胶颗粒301全部落入层析柱304管底部，打开阀门303让层析柱304中的去离子水流出；重复前一步操作，分别将150目、120目和100目的硅胶颗粒逐层加入到层析柱304中。
（2）压裂液的配制
量取三份去离子水各2L，分别与减阻剂和添加剂配制成1、2、3号压裂液；其中1号压裂液的配方为去离子水＋0.1%水基减阻剂＋0.2%多功能添加剂；2号压裂液的配方为去离子水＋0.1%油基减阻剂＋0.2%多功能添加剂；3号压裂液的配方为去离子水＋0.1%粉末减阻剂＋0.2%多功能添加剂；配制完成后利用超声波清洗器对配制好的1、2、3号压裂液进行除气。
（3）储层伤害测试
向制备好的层析柱304中缓慢倒入已除气的压裂液至指定高度的刻度线，再将剩余的已除气的压裂液倒入储液槽1中，使储液槽1中的液面高度与层析柱304的液面高度达到同一水平的刻度线；
将吸液管2中注满压裂液，并快速将吸液管2的两端分别插入到储液槽1和层析柱304的液面以下，然后使用固定座101固定吸液管2；
打开阀门303，每隔5min利用接收容器5计量流过硅胶颗粒301的液体体积；
若层析柱304中的液面高度明显下降，则需及时调整储液槽1的高度，使层析柱304中的液面维持在原始高度。
（4）数据处理
测试不同样品的流量伤害比数据如下表1和图4所示
表1为1、2、3号三种压裂液的流量伤害比数据表
参照中国石油天然气行业标准SY/T5358-2010《储层敏感性流动实验评价方法》，测试压裂液对岩心基质渗透率的影响，采用初始测试流体测定岩样初始渗透率。测定岩样初始渗透率后，用不同压裂液流体驱替，驱替速度与初始流速保持一致，驱替10-15倍孔隙体积，停止驱替，保持围压和温度不变，使中间压裂液充分与岩石矿物反应2h，再测伤害后的渗透率。得到岩心渗透伤害率数据见表2。
表2为1、2、3号三种压裂液对岩心渗透率伤害率数据表
从图4中可以看出，1、2、3号压裂液流量伤害比分别为50 %、80 %、100 %。将岩心伤害数据与流量伤害比数据对比可知，两者有正相关关系，即岩心伤害率越高，流量伤害比越大。
以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。
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