裂缝导流能力实验
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、放大镜。
2、材料：不同产地的石英砂和陶粒。
四、实验步骤
（1） 准备实验工作
1、在附表 1 中记录使用的砂子产地、粒径、名称及某温度下的气体粘度；
2、用游标卡尺量出岩心模的外径 ro 及孔眼的内径 re 记录附表 1 中，用作计算岩心模面积；
3、称一定重量的砂子（记下砂子的颗粒直径）均匀地铺在缠有铜网的岩心面上，要保持单层，铺完后用放大镜检查一下砂子是否铺的均匀和紧密。
然后称剩余砂子的重量，二者之差即为铺在岩心上的砂重，并按下式计算出支撑剂的浓度：
2=
单层支撑剂的重量
支撑剂浓度（g/cm ）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。
图1岩心模型
（2） 岩心加压法
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刻度的最高度值。
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）,记录在记录表中。
4、需要载荷分别依次加到
30KN 50KN （70KN）100KN （120KN）150KN （180KN）200KN 250KN 300KN
读出相应的 P，Q 值，用达西公式计算。
注意：在测点 7、12、18 吨（或 70、120、180KN）处，保持载荷不变，改变 P（调定值器阀），读出 Q, 每测点共记5 组数据于记录表中，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二倍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 值记入记录表中。
五、实验原始数据
裂缝导流能力模拟实验原始记录表
表1 基本参数
表3 定载荷下的流量与压力关系数据
六、实验结果计算
以单程，载荷=50KN 下的实验数据为例进行计算 （1）闭合压力计算
2
2
50000P =
80.92(/)9.863.052
kg cm ==⨯闭加压载荷（kg ）铺有支撑剂的岩心面积（cm ） （2）计算裂缝导流能力K f W
62222
00.8210 1.230 4.503ln 0.0178910ln
360020.455 1.2086()()(1.230)
o n e f i r Q P r K W m cm P P μμππ⨯+⨯⨯⨯⨯==
=⋅-⨯- 同理，可以其他加压载荷下的闭合压力和导流能力，计算结果如表4所示。
表4 不同载荷下的闭合压力和导流能力
图2 导流能力与闭合压力关系曲线
由关系曲线可以观察得到，单层数据最后一个数据点偏离曲线较远，可视为坏死点。
随着闭合压力的增大，裂缝的导流能力逐渐下降。
而且双层支撑剂的导流能力大于单层支撑剂的导流能力。
原因为随着闭合压力的增大，填砂逐渐被压实，孔缝体积减小，宏观体现为砂砾的导流能力下降。
（3）用二项式公式计算裂缝导流能力
二项式公式：
22
i
P P
A BQ
Q
-
=+
以定载荷为120KN的实验数据进行处理，得到表所示的处理结果。
表5 120KN载荷下(Pi2-P02)/Q与Q的值
以
22
i
P P
Q
-
为纵轴，Q为横轴，绘制如下，（因为单层的最后一组数据为坏死点，
将其去掉）
图3 二项式计算裂缝导流能力关系曲线
由上图3可知：单层A=0.0135，双层A=0.013（取绝对值） 则有，裂缝在120KN 载荷下 单层支撑剂导流能力为：
20.01789 4.503ln
ln 3.04()0.01350.455
o f e r K W m cm A
r μ
μ=
=⨯=⋅ 双层支撑剂导流能力为：
20.01789 4.503ln
ln 3.15()0.0130.455
o f e r K W m cm A
r μ
μ=
=⨯=⋅ 对比二项式计算结果和用达西公式求出的值，可以发现，两者相差较大。
二项式得到的导流能力明显大于达西公式得到的导流能力。
原因可能为
1）压力比较大，岩石砂砾为非均质性，对达西公式的计算结果产生较大偏
差；
2）在使用二项式公式进行计算时使用的是最小二乘法进行拟合，存在拟合
的精度误差；
3）对于气测渗透率，由于气体的膨胀和滑脱效应要对达西公式进行校正，
而实验中的公式未经校正。
七、思考题：
1、裂缝导流能力的概念。
答：形成的填砂裂缝宽度与缝中渗透率的乘积，代表填砂裂缝让流体通过的能 力。
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。
八、实验总结
通过本次实验，了解了支撑裂缝导流能力随闭合压力变化的规律，知道了不同铺砂层数导流能力的差异。
在利用达西公式和二项式公式进行计算时，会存在比较大的误差，是不同的计算模型的适用条件不同所造成的。
最后，十分感谢老师的悉心指导！。