中国石油大学采油工程实验报告
实验日期： 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者：
实验三 裂缝导流能力模拟实验
一、实验目的
1. 了解支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，以及相同闭合压力条件下不同铺砂层数导流能力的差异；
2. 分别应用达西公式和二项式公式进行计算，分析结果的异同点，并说明原因；
3. 熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。
二、实验原理
裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。
三、实验仪器和材料
（1）仪器名称：裂缝导流仪，包括以下组成部分：
压力试验机；空气压缩机；定值器；精密压力表；浮子流量计；岩心（钢板）模；游标卡尺、电子天平。
（2）材料：不同产地的石英砂和陶粒。
四、实验步骤
（1）实验准备
①在表1中记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度。 ②用游标卡尺量出岩心模的外径r o 和孔眼的内径r e ，记录在表1中，用作计算岩心模面积。
③称一定重量的支撑剂（记下支撑剂的颗粒直径）均匀地铺在岩心模面上，要保持单层。并按下式计算出支撑剂的浓度：
支撑剂浓度
单层支撑剂的重量
g /cm 2）
铺有支撑剂岩心的面积
将此浓度值记入表1中。
④将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后将上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。
⑤认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。 （2）岩心加压
①岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。
②旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到1.5吨（或1KN ）时, 将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮, 使浮子指示到流量计的最高刻度值。
③送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q 和对应的压力P （精密压力表示数）。
④ 需要载荷分别依次加到50、100、120、150、200、300kN 读出相应的P ，Q 值，记录在表2中，用达西公式计算。在测点120KN 处，保持载荷不变，改变P （调定值器阀），读出 Q, 每测点共记5组数据于表3中，用于二项式公式计算。
⑤试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。
⑥双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量的二倍的浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的P 及Q 值记入表2、表3中。
五、数据处理
1. 原始数据
表1 基本参数
表2 变载荷下的流量与压力关系数据
表3 定载荷下的流量与压力关系数据
（1）计算闭合压力（以50kN 载荷为例）
P 闭合=
加压载荷（kg ）50002
==78. 868kg /cm
铺有支撑剂的岩心面积（cm 2）63. 397
（2）达西公式计算变载荷条件下裂缝导流能力K f W （以50kN 载荷单层支撑剂为例）
K f W =
r
Q μP n ln o
r e
πP i 2-P o 2
⎛0. 92⨯1060. 242+0. 14. 520⎫ ⎪⨯0. 017189⨯⨯10⨯ln 3600⎪20. 500⎝⎭=1. 08μm 2⋅cm =22
π⨯0. 242-0. 1⨯100
同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，如表4。
表4 不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力处理结果表
（3）二项式公式计算定载荷条件下裂缝导流能力
表5 120kN载荷下（Pi 2-Po 2）/Q及Q 的值
2
2
P -P o
根据二项式公式i 以（Pi 2-Po 2)/Q为纵坐标，以Q 为横坐标，=A +BQ ，
Q 作直线如下图所示：
22
图1. P i -P o 与Q 关系曲线
Q
由图可知：单层A=0.0066，双层A=0.0084 则在120kN 载荷下，导流能力为： 单层支撑剂K f W =
μr o 0. 0171894. 520ln =⨯ln =1. 826μm 2⋅cm πA r e 0. 0066π0. 500μr o 0. 0171894. 520ln =⨯ln =1. 435μm 2⋅cm πA r e 0. 0084π0. 500
双层支撑剂K f W =
六、思考题
1、回答裂缝导流能力的概念
油层条件下填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积。
2、画出致密地层内和微裂缝、高渗透地层压裂过程中井底压力变化曲线。
3、按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为哪几种，并简述其作用。 答：共分为三种：前置液，携砂液，顶替液。 (1) 前置液：
它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里，它还可起一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在前置液中还加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。 (2) 携砂液:
它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定位置上的作用。在压
裂液的总量中，这部分比例很大携砂液和其他压裂液一样，有造缝及冷却地层的作用。
携砂液由于需要携带密度很高的支撑剂，所以必须使用交联的压裂液(如冻胶等) 。
(3) 顶替液:
中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；最后顶替液是注完携砂液后将井筒中全部携砂液顶替到裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
4、简述地面砂比的概念。 答：有两种不同的定义方法：
一是单位体积混砂液中所含的支撑剂质量。另一种是支撑剂体积与压裂体积之比。
七、实验总结
通过本次实验我了解了支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，以及相同闭合压力条件下不同铺砂层数导流能力的差异，熟悉了裂缝导流仪的操作及实验流程，最后感谢老师的指导！
中国石油大学采油工程实验报告
实验日期： 成绩：
班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者：
实验三 裂缝导流能力模拟实验
一、实验目的
1. 了解支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，以及相同闭合压力条件下不同铺砂层数导流能力的差异；
2. 分别应用达西公式和二项式公式进行计算，分析结果的异同点，并说明原因；
3. 熟悉裂缝导流仪的操作及实验流程。
二、实验原理
裂缝的渗透率可由气体渗流的流量来反映，测量气体在不同入口和出口压力下的流量后，可通过气体径向渗流的达西公式来确定裂缝的导流能力。
三、实验仪器和材料
（1）仪器名称：裂缝导流仪，包括以下组成部分：
压力试验机；空气压缩机；定值器；精密压力表；浮子流量计；岩心（钢板）模；游标卡尺、电子天平。
（2）材料：不同产地的石英砂和陶粒。
四、实验步骤
（1）实验准备
①在表1中记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度。 ②用游标卡尺量出岩心模的外径r o 和孔眼的内径r e ，记录在表1中，用作计算岩心模面积。
③称一定重量的支撑剂（记下支撑剂的颗粒直径）均匀地铺在岩心模面上，要保持单层。并按下式计算出支撑剂的浓度：
支撑剂浓度
单层支撑剂的重量
g /cm 2）
铺有支撑剂岩心的面积
将此浓度值记入表1中。
④将上岩心片（孔眼向下）放于下岩心片的上方，然后将上下岩心片放在试验机下承压板中心位置。
⑤认真记录试验机载荷刻度盘上读出加载值。 （2）岩心加压
①岩心放在下承压板上，用手旋转螺杆将上承压板合并，压住岩心模型，准备加载。
②旋紧回油阀，按绿钮开机器，用送油阀慢慢加压，通过控制送油阀开启程度控制加压速度，当主动指针（黑针）转到1.5吨（或1KN ）时, 将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，同时浮子上升，调节定值器旋钮, 使浮子指示到流量计的最高刻度值。
③送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。同时读出流量数Q 和对应的压力P （精密压力表示数）。
④ 需要载荷分别依次加到50、100、120、150、200、300kN 读出相应的P ，Q 值，记录在表2中，用达西公式计算。在测点120KN 处，保持载荷不变，改变P （调定值器阀），读出 Q, 每测点共记5组数据于表3中，用于二项式公式计算。
⑤试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。
⑥双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量的二倍的浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤（二）进行操作，测出不同载荷下的P 及Q 值记入表2、表3中。
五、数据处理
1. 原始数据
表1 基本参数
表2 变载荷下的流量与压力关系数据
表3 定载荷下的流量与压力关系数据
（1）计算闭合压力（以50kN 载荷为例）
P 闭合=
加压载荷（kg ）50002
==78. 868kg /cm
铺有支撑剂的岩心面积（cm 2）63. 397
（2）达西公式计算变载荷条件下裂缝导流能力K f W （以50kN 载荷单层支撑剂为例）
K f W =
r
Q μP n ln o
r e
πP i 2-P o 2
⎛0. 92⨯1060. 242+0. 14. 520⎫ ⎪⨯0. 017189⨯⨯10⨯ln 3600⎪20. 500⎝⎭=1. 08μm 2⋅cm =22
π⨯0. 242-0. 1⨯100
同理可求出其他测点的闭合压力和裂缝导流能力，如表4。
表4 不同载荷下的闭合压力和裂缝导流能力处理结果表
（3）二项式公式计算定载荷条件下裂缝导流能力
表5 120kN载荷下（Pi 2-Po 2）/Q及Q 的值
2
2
P -P o
根据二项式公式i 以（Pi 2-Po 2)/Q为纵坐标，以Q 为横坐标，=A +BQ ，
Q 作直线如下图所示：
22
图1. P i -P o 与Q 关系曲线
Q
由图可知：单层A=0.0066，双层A=0.0084 则在120kN 载荷下，导流能力为： 单层支撑剂K f W =
μr o 0. 0171894. 520ln =⨯ln =1. 826μm 2⋅cm πA r e 0. 0066π0. 500μr o 0. 0171894. 520ln =⨯ln =1. 435μm 2⋅cm πA r e 0. 0084π0. 500
双层支撑剂K f W =
六、思考题
1、回答裂缝导流能力的概念
油层条件下填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积。
2、画出致密地层内和微裂缝、高渗透地层压裂过程中井底压力变化曲线。
3、按照不同压裂施工阶段的任务，压裂液可分为哪几种，并简述其作用。 答：共分为三种：前置液，携砂液，顶替液。 (1) 前置液：
它的作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入。在温度较高的地层里，它还可起一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在前置液中还加入一定量的细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。 (2) 携砂液:
它起到将支撑剂带入裂缝中并将支撑剂填在裂缝内预定位置上的作用。在压
裂液的总量中，这部分比例很大携砂液和其他压裂液一样，有造缝及冷却地层的作用。
携砂液由于需要携带密度很高的支撑剂，所以必须使用交联的压裂液(如冻胶等) 。
(3) 顶替液:
中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用；最后顶替液是注完携砂液后将井筒中全部携砂液顶替到裂缝中，以提高携砂液效率和防止井筒沉砂。
4、简述地面砂比的概念。 答：有两种不同的定义方法：
一是单位体积混砂液中所含的支撑剂质量。另一种是支撑剂体积与压裂体积之比。
七、实验总结
通过本次实验我了解了支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，以及相同闭合压力条件下不同铺砂层数导流能力的差异，熟悉了裂缝导流仪的操作及实验流程，最后感谢老师的指导！