非连续充填方式下导流能力测试方法技术领域
本发明涉及油气田开发过程中的非连续铺砂方式下支撑裂缝导流能力的室内
评价及测试方法。
背景技术
非连续铺砂方式是指低渗透油气藏储层改造过程中，采用特殊纤维材料和压
裂液体系，结合脉冲式加砂向人工水力裂缝内不连续性泵注携砂液所形成的支撑
剂砂柱非连续铺置方式。现场改造经验表明，较传统的连续加砂方式而言，脉冲
压裂非连续性铺砂方式可获得比邻井同层更高的产量，且所需压裂液和支撑剂较
常规压裂更低。由于脉冲式加砂压裂形成的支撑裂缝受地层岩石力学参数制约，
因此非连续充填方式下的支撑裂缝能否在地层闭合压力作用和流体冲蚀过程中保
证导流能力的高效性是该项工艺的技术关键。通过非连续铺砂方式下支撑裂缝导
流能力的测试与分析，是优化脉冲压裂施工参数的基础。因此在模拟人工裂缝内
进行非连续性铺砂方式下的导流能力测试是必要和紧迫的。
目前模拟支撑裂缝的测试分析方法存在如下明显局限：
(1)采用连续铺砂方式，仅能考察常规连续加砂方式下所得支撑裂缝导流能
力，不能满足脉冲压裂非连续铺砂方式下支撑裂缝导流能力的分析。
(2)实验考察因素未考虑现场实际返排测试情况，即无法考察与现场实际情
况一致时支撑剂充填层在地层闭合压力作用和流体冲蚀作用下的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种非连续充填方式
下导流能力测试方法。本发明可真实反应脉冲压裂过程中非连续性铺砂方式下支
撑剂砂柱在地层闭合应力作用下的变形过程，描述铺砂方式的改变对裂缝导流能
力的影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种非连续充填方式下导流能力测试方法，其特征在于：首先制备符合脉冲
压裂水力人工裂缝内非连续充填方式下的支撑剂砂柱试件，然后进行非连续铺砂
方式下支撑裂缝导流能力测试。
所述非连续铺砂方式下支撑裂缝导流能力测试包括：将制备好的支撑剂砂柱
试件按非连续铺置方式置入导流室，支撑剂砂柱试件之间的空间形成模拟裂缝沟
槽，通过支撑剂砂柱试件对模拟裂缝进行不连续支撑，且由非连续铺置的支撑剂
砂柱试件形成流体流通通道；根据实际地层条件设置实验参数，模拟地层条件下
不连续支撑裂缝，收集不同条件下的测试结果，计算得到脉冲压裂不连续支撑裂
缝导流能力。
所述测试结果通过如下公式计算得到脉冲压裂不连续支撑裂缝导流能力：
通过公式![]()
计算不连续支撑裂缝导流能力，式中：
Kf——裂缝原始渗透率，μm2，![]()
wf——支撑裂缝宽
度，cm；β——惯性压降系数，![]()
20/40目支撑剂时有a＝1.54,b＝2.65；ρg——
流体密度，g/cm3；v——气体流速，![]()
cm/s；w—支撑裂缝流动截面宽
度，cm；q0—标准大气压下气体体积流量(出口端)，cm3/s；μg—测试气体黏度，
mPa*s；p1、p2—上游压力、下游压力，kPa。
所述支撑剂砂柱试件放入导流室内腔，支撑剂砂柱试件上下分别为金属板，
金属板间由非连续铺置的支撑剂柱塞形成流体流通通道。
所述支撑剂砂柱试件的制备过程如下：
a、利用压裂液、纤维和支撑剂制备混合砂体；
b、将混合砂体放置在砂柱填充模具内；
c、对砂柱填充模具内的混合砂体进行压实使其成型砂柱雏形；
d、将砂柱雏形处理得到支撑剂砂柱试件。
所述步骤a中，将压裂液、纤维和支撑剂按现场纤维携砂液的标准混合制备
混合砂体。
所述步骤b中，将混合砂体以不连续铺置方式放置在砂柱填充模具内。
所述步骤d中，将砂柱雏形放入恒温箱，在105～110℃温度条件下烘焙20～30
分钟，然后放入干燥器内冷却至室温，得到支撑剂砂柱试件。
采用本发明的优点在于：
1、本发明提供的脉冲压裂非连续性铺砂支撑裂缝导流能力测试方法原理可
靠，非连续支撑剂砂柱制作方法简单可行，可真实反应脉冲压裂过程中非连续性
铺砂方式下支撑剂砂柱在地层闭合应力作用下的变形过程，描述铺砂方式的改变
对裂缝导流能力的影响；测量方法切实可行，实验结果具有良好的适应性，本发
明为脉冲压裂非连续铺砂方式下支撑裂缝导流能力的测试提供了评价方法。
2、本发明真实模拟了脉冲压裂非连续铺砂方式下支撑剂柱塞受地层闭合压力
和流体冲蚀的变形过程；可测试脉冲压裂多种非连续铺砂方式下的支撑裂缝导流
能力。
3、本发明可真实模拟地层压力和流体冲蚀环境影响下的非连续铺砂方式支撑
裂缝导流能力。
4、本测试方法能较为真实地反映地层闭合应力作用下脉冲压裂缝内支撑剂砂
柱受流体流动冲蚀的过程，并以此为基础通过温度环境的模拟对不连续支撑裂缝
进行导流能力测试，测试原理可靠，测试方法可行。
附图说明
图1为本发明测试装置结构示意图；
图2是支撑剂砂柱试件铺置俯视图；
图3是支撑剂砂柱试件铺置又一方式俯视图；
图中标记为：1、储液罐；2、储气罐；3、干燥器；4、旋塞阀；5、调压阀；
6、压力计；7、流量计；8、泄压阀；9、闭合压力加载系统；10、位移传感器；
11、模拟裂缝进口；12、模拟裂缝出口；13、温度传感器；14、模拟不连续支撑
裂缝；15、压差传感器；16、回压阀；17、废液罐；18、电子天平；19、数据采
集系统。
具体实施方式
实施例1
一种非连续充填方式下导流能力测试方法，包括：首先制备符合脉冲压裂水
力人工裂缝内非连续充填方式下的支撑剂砂柱试件，然后进行非连续铺砂方式下
支撑裂缝导流能力测试。
所述非连续铺砂方式下支撑裂缝导流能力测试包括：将制备好的支撑剂砂柱
试件按非连续铺置方式置入导流室，支撑剂砂柱试件之间的空间形成模拟裂缝沟
槽，通过支撑剂砂柱试件对模拟裂缝进行不连续支撑，且由非连续铺置的支撑剂
砂柱试件形成流体流通通道；根据实际地层条件设置实验参数，模拟地层条件下
不连续支撑裂缝，收集不同条件下的测试结果，计算得到脉冲压裂不连续支撑裂
缝导流能力。
所述测试结果通过如下公式计算得到脉冲压裂不连续支撑裂缝导流能力：
通过公式![]()
计算不连续支撑裂缝导流能力，式中：
Kf——裂缝原始渗透率，μm2，![]()
wf——支撑裂缝宽
度，cm；β——惯性压降系数，![]()
20/40目支撑剂时有a＝1.54,b＝2.65；ρg——
流体密度，g/cm3；v——气体流速，![]()
cm/s；w—支撑裂缝流动截面宽
度，cm；q0—标准大气压下气体体积流量(出口端)，cm3/s；μg—测试气体黏度，
mPa*s；p1、p2—上游压力、下游压力，kPa。
所述支撑剂砂柱试件放入导流室内腔，支撑剂砂柱试件上下分别为金属板，
金属板间由非连续铺置的支撑剂柱塞形成流体流通通道。
所述支撑剂砂柱试件的制备过程如下：
a、利用压裂液、纤维和支撑剂制备混合砂体；
b、将混合砂体放置在砂柱填充模具内；
c、对砂柱填充模具内的混合砂体进行压实使其成型砂柱雏形；压力无特定要
求，只要能形成支撑剂砂柱试件即可；
d、将砂柱雏形处理得到支撑剂砂柱试件。
所述步骤a中，将压裂液、纤维和支撑剂按现场纤维携砂液的标准混合制备
混合砂体。
所述步骤b中，将混合砂体以不连续铺置方式放置在砂柱填充模具内。
所述步骤d中，将砂柱雏形放入恒温箱，在105～110℃温度条件下烘焙20～30
分钟，然后放入干燥器内冷却至室温，得到支撑剂砂柱试件。
实施例2
本发明解决的技术问题主要有如下两个方面：
(1)制备具有脉冲压裂不连续充填裂缝特征的支撑剂砂柱试件。脉冲压裂不
连续铺砂支撑裂缝具有如下特征：人工水力裂缝由不连续支撑剂柱塞充填，支撑
剂砂柱作为水力裂缝支撑受力点保证裂缝宽度有效性和流体流动性。
(2)参考现场实际生产数据，真实模拟地层闭合压力和流体冲蚀双重作用下
人工裂缝内支撑剂柱塞变形情况，并测试地层温压条件下非连续铺砂方式下支撑
裂缝渗透率及其导流能力。
为解决上述两个技术问题，本发明采用的技术方案具体为：
首先制备符合脉冲压裂水力人工裂缝内非连续充填方式下的支撑剂砂柱试
件。依照现场工艺要求将支撑剂、压裂液和纤维材料按一定比例配制得到混合砂
体，选择不同尺寸的支撑剂砂柱填充模具，将混合砂体以不连续铺置方式置于支
撑剂砂柱填充模具内，利用柱状压实体对填充模具内混合砂体进行压实得到支撑
剂砂柱雏形。将压实后支撑剂砂柱置于恒温箱，在105～110℃条件下烘焙20～30
分钟后，放入干燥器内冷却至室温，得到支撑剂砂柱试件。
随后进行非连续铺砂方式下支撑裂缝导流能力测试。将制备好的支撑剂砂柱
试件放入岩心夹持系统，连接导流能力测试相关仪器，启动闭合压力加载系统、
液压加载系统及温度加载系统以模拟地层温度和应力环境。参考现场实际返排测
试数据，设定支撑裂缝导流能力影响因素水平。通过设置压力和温度指令，控制
系统运行环境，收集不同温压环境下的测试结果。最终计算得到脉冲压裂非连续
铺砂方式下支撑裂缝渗透率及导流能力。
结合图1所示，本发明中脉冲压裂不连续支撑裂缝导流能力测试装置为现有
装置，简单说明如下。
测试装置主要由：岩芯夹持系统，液压机及压力补偿系统，线性位移传感器，
温度加载系统，流动控制系统和数据采集系统组成。
岩芯夹持系统主要组成包括不锈钢壳体、上下活塞、流体流通通道、密封圈。
其中，不锈钢壳体及上下活塞具备耐高压、耐腐蚀特性，可保证实验过程中不发
生塑性变形；流体流通通道与不锈钢壳体内侧连接处采用不锈钢金属粉末滤网进
行固体颗粒过滤，保证流体流通通道有效性。
液压机及压力补偿系统主要组件为液压机。
线性位移传感器主要组件为数显游标尺测量器。
温度加载系统主要组件为加热电偶。
流动控制系统主要组成包括平流泵、储液罐、压力阻尼器。储液罐装有测试
流体介质，过平流泵后经压力阻尼器调节，减小由于平流泵压力波动带来的压差
测量误差；后经岩芯夹持系统流体流通通道，并由差压传感器接受差压数据。
数据采集系统主要组件包括液压传感器、差压传感器、温度传感器、流量计、
电子天平、数据采集接口及计算机系统。岩芯夹持系统中不锈钢壳体前后分别安
装有压力传感器，用以测量流动压差。各数采传感器与计算机系统相连。
上述各系统协调工作，可模拟脉冲压裂不连续支撑裂缝在地层闭合压力和温
度环境，并测试其导流能力及支撑剂柱塞冲蚀变形情况。
实施例3
首先制备符合脉冲压裂压后测试时非连续铺砂方式下支撑裂缝内支撑剂砂柱
特征的支撑剂砂柱试件。以铺砂浓度5kg/m2、支撑剂柱塞直径25.4mm条件下，
支撑剂选择20/40目陶粒为例，制作方法如下：
(1)以铺砂浓度5kg/m2、支撑剂柱塞直径为25.4mm为前提，将支撑剂、压
裂液和纤维按一定比例制取混合砂体；
混合砂体即指携砂液，现场携砂液支撑剂砂浓度通常为120kg/m3～620kg/m3
(每方压裂液含支撑剂砂质量)，纤维材料浓度通常为1.5kg/m3～3.0kg/m3(每方
压裂液含纤维材料质量)；
支撑剂类型无特殊要求，室内实验时以模拟区块实际压裂用支撑剂类型为准；
纤维材料特指6mm可溶性纤维材料(化工用)，用于水力压裂时携砂；
(2)按非均匀铺置方式放置支撑剂柱塞填充模具，将混合砂体放入支撑剂柱
塞填充模具内；
(3)利用压实体对支撑剂柱塞填充模具内的混合砂体进行压实，得到支撑剂
砂柱雏形；
(4)将制备好的支撑剂砂柱放入恒温箱，在105～110℃温度下烘焙30分钟
后，放入干燥器内冷却至室温，得到支撑剂砂柱试件。
待支撑剂砂柱试件制备完成后，进行非连续充填方式下裂缝导流能力测试，
具体过程表述为：
(1)将制备好的支撑剂砂柱试件放入导流室内腔，支撑剂柱塞上下分别为金
属板，金属板间由非连续铺置的支撑剂柱塞形成流体流通通道；
(2)利用液压机及压力补偿系统加载初始压力，启动数据采集系统，设置实
验参数。开启温度控制系统，以现场测试生产数据为依据，调节恒流泵以设计流
速开始注入测试流体；所有数据通过数据采集控制面板返回至计算机；
(3)通过数据采集系统收集测试结果，包括导流室出入口压力、流体流量、
闭合压力、支撑缝宽等；
(4)整理实验测试数据，通过公式![]()
计算不连续支撑
裂缝导流能力，式中：Kf——裂缝原始渗透率，μm2，![]()
wf——支撑裂缝宽度，cm；β——惯性压降系数，![]()
20/40目支撑剂时
有a＝1.54,b＝2.65；ρg——流体密度，g/cm3；v——气体流速，![]()
cm/s；
w—支撑裂缝流动截面宽度，cm；q0—标准大气压下气体体积流量(出口端)，
cm3/s；μg—测试气体黏度，mPa*s；p1、p2—上游压力、下游压力，kPa。