SY/T 6302-2009 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法 SY/T6302-2009 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS75.020
备案号：27489—2010
中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 6302—2009
代替SY/T6302—1997
压裂支撑剂充填层短期导流
能力评价推荐方法
Recommended practices for evaluating shortterm proppantpack conductivity(APIRP61:1989,IDT)
2009-—12—01发布
国家能源局
2010一05-01实施
2推荐的导流能力实验
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
液压控制
支撑剂体积密度的测量
单位换算
SY/T 6302—2009
SY/T6302—2009
本标准等同采用了APIRP61：1989（压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法》（英文版），APIRP61：1989引用了APIRP27：1956《孔隙介质渗透率测试推荐方法》（英文版）中的式(34)
本标准代替SY/T6.302一1997《压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法。本标准在采用APIRP61：1989时进行了勘误。这些技术性勘误用垂直双线标识在它们所涉及的条款的空白处。
本标准等同翻译APIRP61：1989。为了便于使用，本标准还做了下列编辑性修改：“本API标准”一词改为“本标准”：用小数点“”代替作为小数点的逗号“，”删除API标准的前言和附录D。
本标准的附录A，附录B和附录C均为资料性附录。本标准由采油果气专业标准化委员会提出并归口。本标准起草单位：中国石油勘探开发研究院廊坊分院压裂酸化技术服务中心。本标主要起草人：朱文、蒙传幼、崔明月。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：SY/T 63021997.
1总纲
1.1目的
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压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法本方法的目的是提出实验室条件下评价压裂支撑剂充填层短期导流能力所采用的统一的实验设备，实验条件、实验程序。本方法可用来评价、比较实验室条件下支撑剂充填层的导流能力、但并不能获得并下油藏条件下的支撑裂缝导流能力的绝对值。关于微粒问题、地层温度，岩石硬度、井下液体。时间以及其他因素超出了本方法涉及的范围。1.2实验条件
用去离子水或蒸馅水作为实验液体，评价支撑剂材料的不同特性。一般来说，环境温度为24℃。其他液体也可作为实验液体评价支撑剂材料的各种特性，但实验结果可能有所区别，其他液体或以不同的温度条件进行支撑裂缝导流能力评价是有意义的。这类实验可以在供货方和用户协议的情况下进行。
1.3实验程序
按照此程序进行实验时，需在试样上加足够长时间的闭合压力以使支撑剂充填层达到半稳态（参照2.6）。在一定的闭合压力下使液体流过支撑剂充填层，在不同闭合压力条件下液体流过支撑剂充填层时，要测量支撑剂充填缝宽，压差和流量。计算出支撑剂充填层导流能力和渗透率。每个闭合压力下可进行三种流量实验，实验结果是三种流量实验的平均值。在要求的流量和室温条件下，不能存在非达西流或惯性影响。一种闭合压力下三个流量实验做完后，可将闭合压力值增至另一个值，等候一定的时间以使支撑剂充填层达到半稳态，再用三种不同的流量做实验，取得所需的数据，确定在此条件下支撑剂充填层的导流能力。重复此程序直到设计的闭合压力和流量全部实验完毕推荐的导流能力实验
2.1实验介质
用去离子水或蒸留水作为实验液体，在层流（达西流）条件下评价支撑剂充填层导流能力。要准确测量导流能力，层流条件下的单相流是关键的条件。2.2设备和材料
实验应用下列设备和材料。
2.2.1导流室
导流室应为线性流设计：支撑剂铺置面积为64.5cm2。导流室的图解详见图1、图2、图3和图5。上下活塞、金属板，导流室需用4Cr13不锈钢材料制作。图4是液体流经导流室的流程示意图。导流室滤网可用不锈钢颗粒压制而成，厚度为0.318cm。进口滤网滞留颗粒的粒径为3gzm~10m其他所有的测压孔和进口的颗粒粒径为65μm。2.2.2液压框架
液压框架可以提供的力为667200N。为使压力分布均勾，两压塞应相互保持平行。液压源应能在延续的时间内保持需要的闭合压力（±0.5%或±140kPa）。在64.5cm的导流室上加载的速度为3500kPa/min。该实验可应用一台适当规模的水压机，另配置一台补偿压力的液压泵。也可以用一个常规的气/油增压系统代替液压泵。附录A提供了制造和改进现有液压框架的资料，以便水压机与气/油增压系统连用。满足上述技术指标的材料试验机均可作为液压框架使用。SY/T6302—2009
操作条件：
支撑剂填充层厚度0.25cm~1.27cm测试面积64.5cm
最大载荷力667200N；
最高温度204C
内部最大压力3500kPa
面A-A和B-B见图2
图1API导流室示意图
A-A副面
B-B削面
支探剂层厚度范围为0.25cm~1.27cm。底活宽位置要适当：以使各测试口与测试层连通。注：标号说明见图3。
图2API导流室卸具剖面图
2.2.3支撑剂充填厚度测量设备
用标度指示盘、测微计、线性位移传感器（LVDT）或线性电动势测量仪测量支撑剂充填厚度：分辨精度可达0.0025cm，也可用更精密的仪器。2
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热电偶
导流室
压力孔#2韧反#夏
压力平衡器
至校准器
压力传感器
轴真空
热电信
回压谢节器
液体流出
一通风口
图4支撑剂导流能力实验流程图
A一支撑剂填充层（17.78cm×3.81cmxWs），cmB金属板
C一导流室主体：
D-下活塞：
E—上活塞，
F—测试液体进/出口：
G一压差输出口：
H-金属滤网：
工一调节螺丝：
厂方型密封圈
图5API支撑剂充填层导流能力实验装置详细示意图2.2.4实验液体驱替系统
应以很稳定的流量1mL/min～10mL/min（土1%）驱替实验液体（去离子水或蒸增水），有些泵可以达到这一技术指标，例如恒速泵类。另外，可以用可控压力气源以稳定的流量驱替实验液体，还可以借助活塞、气囊存储器或其他更有效的手段完成实验液体的驱替。一些恒速泵需要配置脉冲压力阻尼器。在测量压差和流量期间的压力波动应控制在2.0%以下。每个实验室要确定使用脉冲阻尼器的最好技术和载荷压力（如使用储能气囊或类似技术），如果压力峰值很高（可能是泵的问题，也可能是流动系统中有气泡），该系统应经过校正后再使用。4
2.2.5压差计
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测量导流室上的压差需要灵敏度很高的仪器。量程为0kPa～7kPa的压差传感器可以满足此项要求，压差传感器应能测量出任何一点土5%的压差，如果测得的压差低于0.7kPa，可能需要更精确的压差传感器，参看2.2.11的注。图4是用水做校正实验时管线连接图。校正实验应用实际实验液体，液体应接触测压差的两个挡板。
注：大多数制造厂的压差传感器是按满量程确定精确度。量程为0kPa～7kPa的压差传感器精度为±（0.5%，含义为每个读数可精确到土0,035kPa。因为一般0.07kPa的读数较常见，精确度只有50%。实验室内经验证明，如果校工作好，这类压差传感器即使在读数为.07Pa时，准确度可达土5（或主035kPa），因此测量的压差只有全量程的10%时，校正工作光其重要。2.2.6回压调节器
回压调节器应能够保持比实验液体（去离子水）蒸汽压力高350kPa（土5%）的压力，2.2.7天平
天平称量至少为100g，精度0.1g或更高。2.2.8实验液体
实验液体应是刚脱气L即温度为24℃，3.3kPa（25mm水银柱），脱气1h」的去高子水或蒸馅水，并测得实验温度条件下的实验液体的黏度和密度。由表3可得到水的黏度和密度值。2.2.9支撑剂
导流能力测试可在相当于充填厚度0.64cm的体积（未加载）或以测试装置内单位面积质量为9.76kg/m铺置浓度的条件下进行。但是，对比实验应以相等的支撑剂材料体积作基准，面不是相等质量。对比实验听需的支撑剂用量取快于支撑剂的体积密度。支择剂体积密度菱见附录确定2.2.10温度控制
导流室和支撑剂充填部分应保持在24℃±3℃室温条件下。测量进出口实验液体的温度，这些温度的平均值作为该实验的温度（见表4和表5），根据这个实验温度可以从表3中查得实验液体的黏度。
2.2.11载荷测量装置
在液压柱塞和框架平台之间应有一温度补偿的电子式力传感器，用于确定施加在导流室上的闭合压力，这类装置和液压计相比较应为首选方法。注：如果液压计被用来确定施加闭合压力，配合使用辅助性施加闭合压力的方法（气/油增压泵），应确保连通液压计的液体不受活塞回程滞留的影响，导致闭合压力的计算误差。2.3设备的校正
2.3.1液体流动线路上的压差计安装好后先进行校正，以后每次实验时都要认真地检验，如2.2.5所述。设备其他部分初次使用要检查，以后至少每年检查一次。液压载荷测试装置应以压力环或作为国家计量潮源的力传感器校正。用块规来校正盘式指示器、千分尺、线性位移传感器（LVDT）和线性电位器等。用精确的大平，量器，秒表测试恒速泵。高量程的压力计和传感器应做静重实验。斜管压力计和水柱可对低量程的压力传感器校正。使用传感器量程的重复性和线性好的部分。另外，建议该系统中的每一个部分应有备用的机械校正和测量装置。2.3.2实验支撑剂样品之前，在没有装人支撑剂时，测量每个闭合压力值下的导流室的垂向尺寸（精确到0.0025cm）。将这些值作为测量支撑剂充填厚度的基础值。2.4渗漏实验
2.+.1液压载荷框架
液压系统包括管线。接头，泵，初次使用时应仔细检查，以后应定期检查，确保无渗漏。可将适当尺寸高强度的材料放人水压机平板之间（最小受力面积为64.5cm2），施加最大载荷，关机，然后SbzxZ.net
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观察压力或载荷在30min以内变化是否大于最大读数的±2%。如果压力和载荷有明显的变化，检查所有的管线、接头，看是否有渗漏。如果管线没有渗滑的迹象，那么水压机或控制闵可能有内漏。2.4.2实验液体系统
实验液体系统由泵、管线、接头和支撑剂充填层短期导流能力实验装置组成。在每次实验之前应做渗检验。做渗漏检验时，导流室应至少铺上单层的支撑剂。注：在两平板间没有支撑剂时，方密封圈和下游的设备都不能进行测试。在导流室上至少加3500kPa闭合压力，在24下使整个系统抽真空达到3.3kPa（25mm水银柱），关上真空泵，观察该系统能否稳压。5min内该系统的压力变化不应大于0.13kPa（1mm水银柱）
注：如果管线绝对压力开始低于3.1kPa（23mm水银柱）时，液体进人油真空的系统中，真空泵一旦关掉，当水蒸气压出现时（24℃，2.96kPa，22.2mm水银挂），压力会上升，2.5导流室的准备
做支撑剂充填层导流能力实验时，应采用下列步骤组装导流室。2.5.1液体进口（65μm）和出口（3μm~10μm）（见图斗中1号孔、5号孔）及每一个测压孔放人一个不锈钢的滤网。固定螺丝应做调整，以免滤网与导流室表面贴在一起。每次实验后应更换滤网以免被压碎的支撑剂堵塞，导致实验液体流过导流室时压力上升或不稳。注：在加压情况下实验支撑剂，压力增高至一定程度时，大部分支撑剂会被压碎，出口滤网（5号孔）常常被压碎的支撑剂完全堵塞，使液体不能流过导流室。如果发生或预计要发生这种情况，出口的滤网应除去。滤网口用支撑剂充。可特导流室立置，出口向下，倒少量的支撑剂在港网口中，用冲子或钝器压实。继续这样的填人直到此口填满压实。如果使用这种方法，压碎的材料与实验液体一起流出导流室，容易受此类压碎材料损害的设备，像回压调节器等，不应直接与导流室出口相连。另外，回压管线上接一个增压调节器较为安全。2.5.2将带有方形密封圈的底部活塞放人导流室内。注：在导流室底部的斜面上涂上少量的润滑油脂有助于底部活塞和方形密封圈的放人。2.5.3将一片金属板放在底部活塞的上面，金属板应很平以便支撑剂铺层有一个均勾的截面。为保证均勾，需沿金属板的长度选三点，用深度规测量从金属板到导流室顶部的深度。金属板板面到导流室顶部问测量的深度之差不应大于0.0254cml。2.5.4用下述方法之一给出导流室加人所需的支撑剂量［用b）叙述的方法对支撑剂进行比较]。a）单位面积的质量（支撑剂铺置浓度，kg/m）计算所需的支撑剂用量，可按式（1）计算。W.-A.C
式中：
W一支撑剂质量，单位为克（g）：C一支撑剂铺置浓度，单位为千克每平方来（kg/m2）：A计算系数，A，=6.452×10m。
+++++++*++ (1)
注意：为得到最好的重复性，建议未加载的支撑剂最大充填宽度为1.3cm最小充填宽度为0.25cmo
做实验时，如果未加载的充填宽度偏离建议范围，有可能损害密封圈和导流室。为了确定支撑剂充填裂缝宽度基准，实验时应大于建议的未加载支撑剂的最小充填宽度。未加载的支撑剂充填宽度按式（2）计算：
W,=0.100C/p
式中：
W，支撑剂充填厚度，单位为厘米（em）：C支撑剂铺置浓度，单位为千克每平方米（kg/m）：6
++**(2)
P支撑剂体积密度（参见附录B)，单位为克每立方厘米（g/cm)。b）未加载支撑剂充填宽度是0.64cm，有两种方法获得导流数据。SY/T6302-2009
方法1：导流室内装上41.0cm土0.1cm支撑剂，用式（3）计算支撑剂的质量W,=41.0g
武中：
W支撑剂质量，单位为克（g)：
p—支撑剂体积密度（参照附录B），单位为克每立方厘米（g/cm）(3)
方法2：在最初的未加载的支撑剂充填宽度为0.64cm时，导流能力数据可按2.5.4a）方法所产生两套导流能力数据进行插值计算。未加载支撑剂充填宽度为0.64cm时的支撑剂铺置浓度可用式4）计算。
在要求的闭合压力条件下导流能力按式（5）计算。hW,=kWm+(eWa-kWn)
式中：
闭合压力条件下的支撑剂导流能力，单位为平方微米厘米（um·em）（未加载情况下kWr
的支撑剂充填厚度为0.64cm）：kWn——装载了C支撑剂充填层的导流能力，单位为平方微米厘米（um?·cm）：kWz—装载了C支撑剂充填层的导流能力，单位为平方微米厘米（μm.cm）：C一一实验1时支撑剂铺置浓度，单位为千克每平方米（kg/m2）：C实验2时支撑剂铺置浓度，单位为千克每平方米（kg/m2）。为尽量减少插人误差，实验1和实验2支撑剂铺置浓度相差不能大于2.44kg/m，C应在C和C之间。在适当闭合压力情况下，支撑剂充填层宽度可用计算导流能力一样的步骤按式（6）来计算：
W,=Wn+(Wa-Wn)
武中：
W一一适当闭合压力情况下支撑剂充填层厚度，单位为厘米（cm）（未加载时支撑剂充填宽度为a.64cm);
Wn装有C支撑材料的支撑剂充填层厚度，单位为厘米（cm）：W一装有C支撑材料的支撑剂充填层厚度，单位为厘米（cm）。2.5.5用一刮板形状的工具将实验用的支撑剂充填层刮平（见图3），不能用振动敲击办法，否则较细的支撑剂会沉到下部。
2.5.6将另外一片金属板放在刮平的支撑剂充填材料上面，需十分注意，不然会破坏支撑剂充填铺层。放在金属板中间由薄片做成的“扶手”可用做确定支撑剂材料层上金属板的位置，一旦该金属板的位置固定，慢慢除去这“扶手”，但要注意不要搞乱了支撑剂材料。2.5.7将带有方形密封圈的上活塞放人导流室内，用少量油润滑密封环，用手慢推下直到接触金属板。
2.5.8将安装好的导流室放在液压框架的两平行板之间，提升下平板加液压，直到闭合压力达到启动压力6900kPa，加载速率为3500kPa/min。2.5.9关闭进口阀和出口阀A（见图4），在24℃下将导流室抽真空到3.3kPa（25mm水银柱），直7
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到排空导流室和转换线路中所有的气体。慢慢打开进口阅，脱气的实验液体到导流室，直到所有管路全充满为止，关闭真空阅B，慢慢将实验液体加压到工作压力（或至少69kPa）通过传感器上的泄流孔确保传感器和与之相连接的管路中没有气体。2.5.10检验导流室的接头和相连的管路中是否有泄漏，若有泄漏则排除泄漏但不要破坏支撑剂铺层
检查上下活塞周围有无泄漏，如果有泄漏，实验应终止，导流室需重新充填，泄漏问题应立即解决（参照2.5.2)。
慢慢打开出口闵A，调整回压（如果用回压）。2.5.133
用下列方法检查支撑剂充填层是否均匀。a）在导流室的每一端测量充填层的宽度，如果两端测量宽度误差大于5%，说明充填层不均勾，终止实验，重新充填新材料。
b）将实验液体以恒速注人导流室，比较2号孔和3号孔间与3号孔和4号孔间的压差，如压差相差大于或等于5%，表明支撑剂充填层不均匀，应中止实验，重新充填（参照2.5）。注意：2号孔和3号孔间的压差，可通过在2号孔和4号孔间的压差中减3号孔和4号孔间的压差方法计算出来（参照图4)。
2.6实验参数
表1和表2列出了建议的闭合压力、流量，石英砂和高强度支撑剂在闭合压力下达到半稳态承压的时间。以3500kPa/min的速率增加闭合压力。2.7计算
2.7.1APIRP27：1956中的式（34）可用来计算支撑剂充填层与液体在层流（达西流）条件下的渗透率，见式（7）。
-99.998·Q·1
式中：
支撑剂充填层渗透室，单位为平方微米（m2）实验温度条件下实验液体的黏度，单位为毫帕秒（mPas)；Q
流量：单位为立方厘米每秒（cm/s）：L一一测压孔之间的长度，单位为厘米（cm）：流通面积，单位为平方厘米（cm2）；A
压差（上游压力减去下游压力），单位为千帕（kPa)。表1石英砂支撑剂实验参数
闭合压力
kPa(psi)
690) (1(00)
13800(2000)
27600(4000)
4140O（60KHO)
552HO（800O)
69000（10000)
et /min
2.55.010.0
2.55.010.0
各种砂粒径在一规定压力所需的承压时间h
1700gm-850gml850μm~425jgm600μm~300μml425gm212μm212gm106gmt.o
注：用3500kPa/min的如载违率达到所需压力，闭合压力等于施加在导流室上的压力截去实验液体压力。8
闭合压力
kPa(psi)
696）（1000)
138(2000)
27600(4(000)
41400 (600)
55200(8000)
6900100)
8270012000)
96500 (14000)
表2各种粒径高强度支撑剂实验参数流量
em'/min
255.010.0
2.55.010.0
2.5 5.0 10.0
2.5 5,010. 0
2.5 5.0 10.0
2.55.010.0
2. 5 5. 5 10. 0
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承压时间
减525
注：用3500kPa/min的加载速率达到所需压力，闭合压力等于施加在导流室上的压力减去实验液体压力。当支撑剂充填层的截面形状像裂缝中的一样是个长方形时，按式（8）计算：A=W.W.
式中?
A一液体流动的截面积，单位为平方厘米（cm)：W
导流室支撑剂充填宽度，单位为厘米（cm）；一支撑剂充填厚度，单位为厘来（cm）可重新整理式（7），以便可以计算支撑剂充填层的渗透率和导流能力。支撑剂充填层的渗透率按式（9）计算：99.998±Q-1
支撑剂充填层的导流能力按式（10）计算：AW,=99.998gQ.L
2.7.2当决定使用API导流室和其程序时，可用下列资料和公式，）支撑剂渗透率按式（11）计算：=5.555m·Q
式中：
充填层的渗透率，单位为平方微米（um2）：实验温度条件下实验液体的黏度（参照表3），单位为毫帕秒（mPa·$）：流量，单位为立方厘米每秒（cm*/s）：Q
支撑剂充填厚度，单位为厘米（cm）；压差（上游压力减去下游压力），单位为千帕（kPa）。Ab
b）支撑剂充填层的导流能力按式（12）计算：W.-5.555m.Q
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