一種適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置製造方法
2023-05-12 10:06:46 2
一種適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種多滲透率級差分流酸化實驗裝置，包括：注入系統包括若干個並聯設置的工作液儲存裝置和注入管線，注入管線上設置有注入泵及閥門；巖心夾持裝置是設置在恆溫箱中、若干個並聯設置的巖心夾持器；模擬系統包括工作液流量控制裝置、溫度控制裝置和環壓控制裝置；計量系統包括壓力傳感器、溫度傳感器和電子天平；數據採集與處理系統包括人機互動裝置、數據處理器和執行單元。本實用新型可滿足多個巖心同時實驗需要，尤其適用於非均質性強、具有較大滲透率級差的長井段分流酸化或暫堵轉向酸化實驗，在壓裂液優選、儲層敏感性評價上顯示出實驗條件和結果對比性強、實驗效率高等優點，應用前景廣泛。
【專利說明】一種適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及用於油氣田開發優化設計及酸液優選等領域，具體是一種評價油氣田酸化過程中分流效果的專用設備。
【背景技術】
[0002]水平井技術由於可大幅度提高增產效果和油氣藏採收率而在全世界各油氣田獲得越來越廣泛地應用(包括在碳酸鹽巖中鑽水平井進行開發)。但水平井由於井段長、酸巖反應和濾失速度快而難以獲得針對性改造。常規酸化可能的結果是相對更需要改造的低孔低滲帶沒有獲得足夠的酸而增產效果差，而僅需要少量酸液的中高孔及微裂縫發育帶可能改造過度，影響井壁穩定性。這種情況通常需要採用分流酸化工藝技術，而如何通過室內實驗評價優選合適的酸液或酸化原材料對酸化效果及後續安全生產十分重要。
[0003]常規酸化實驗裝置通常僅設計一個巖心夾持器，只能進行單巖心流動實驗，而進行對比實驗時難以保證與前面實驗的泵注壓力、流量等條件一致，結果對比性不強，不能滿足分流轉向酸化實驗評價需要。
【發明內容】
[0004]本實用新型目的在於:提供一種多滲透率級差分流酸化實驗裝置，一次可進行多個具有不同滲透率的巖心的酸化流動實驗，解決上述【背景技術】中對長井段分流酸化優化與效果評價的難題。
[0005]本實用新型所採用的技術方案是:
[0006]一種適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，包括注入系統、巖心夾持裝置、模擬系統、計量系統和數據採集與處理系統組成，具體的:
[0007]注入系統，包括若干個並聯設置的工作液儲存裝置和注入管線，注入管線上設置有注入泵及閥門；
[0008]巖心夾持裝置，是設置在恆溫箱中、若干個並聯設置的巖心夾持器，巖心夾持器內部夾持巖心、兩端分別設置工作液的入口和出口，所有巖心夾持器的入口連接至注入管線的末端、出口設置有工作液回收裝置，環壓通過管線連接環壓液體儲存裝置及環壓泵；
[0009]模擬系統，包括工作液流量控制裝置、溫度控制裝置和環壓控制裝置，其中:工作液流量控制裝置是注入泵的流量控制單元，溫度控制裝置是恆溫箱的溫度控制單元，環壓控制裝置是環壓泵的流量控制單元；
[0010]計量系統，包括壓力傳感器、溫度傳感器和電子天平，其中:壓力傳感器設置在巖心夾持器的入口處，溫度傳感器設置在恆溫箱內，所述工作液回收裝置放置在電子天平上；
[0011]數據採集與處理系統，包括人機互動裝置、數據處理器和執行單元，數據處理器內部設置有存儲單元和計算器，數據處理器的信號輸入端與計量系統的信號輸出端連接、信號輸出端與模擬系統的信號輸入端連接。[0012]所述注入管線上的閥門是設置在工作液儲存裝置兩側的放空閥。
[0013]所述巖心夾持器的入口通過六通連接注入管線的末端，且六通的所有接口上均設置有開關閥門。
[0014]所述巖心夾持器的環壓入口處設置有開關閥門。
[0015]所述巖心夾持器包括夾持器筒體和巖心塞，夾持器筒體兩端開口設置有螺母端蓋，螺母端蓋上設置有供巖心塞插入的通孔，巖心夾持器入口端的螺母端蓋上設置有入口端巖心塞的軸向調節裝置和限位裝置，巖心夾持器出口端的螺母端蓋上設置有出口端巖心塞的限位裝置。
[0016]所述入口端巖心塞的軸向調節裝置和限位裝置包括限位圓臺、門形框件和螺杆，所述限位圓臺設置在入口端螺母端蓋的外端面，限位圓臺上沿軸向設置有供入口端巖心塞插入的通孔，螺杆與入口端巖心塞同軸設置並相互連接，門形框件的橫杆上設置有對應螺杆的螺紋孔、兩側杆的末端向內側凸出形成定位鍵，限位圓臺周面向內設置一圈凹槽、配合連接門形框件的定位鍵。
[0017]所述出口端巖心塞的限位裝置包括:出口端巖心塞周面上設置的徑向限位塊和出口端螺母端蓋內側與之配合的定位槽，所述徑向限位塊呈長條形、出口端螺母端蓋上供出口端巖心塞插入的通孔有且僅有一個方向可供徑向限位塊插入。
[0018]本實用新型所產生的有益效果是:
[0019]本實用新型帶有多個巖心夾持器，可滿足多個巖心同時實驗需要，並且可以根據需要增加巖心夾持器，能足多個具有不同滲透率的巖心同時實驗需要，尤其是對於非均質性強、具有較大滲透率級差的長井段分流酸化或暫堵轉向酸化實驗評價時十分適用，為水平井長井段分流酸化設計優化和酸化原材料優選提供了強有力的支撐；並在壓裂液優選、儲層敏感性評價上也顯示出實驗條件和結果對比性強、實驗效率高等優點，應用前景廣泛。
[0020]本實用新型在並行放置的夾持器注入端於儲液罐出口端之間裝有六通閥，實驗前可選擇性打開不同的開關閥門連通儲液罐及巖心夾持器，不但能實現各個儲液罐內液體的選擇性注入，還能選擇不同的巖心夾持器實現單個或多個巖心同時實驗。工作時，通過巖心夾持器中裝入不同滲透率的巖心，從夾持器入口端以同一壓力注入實驗流體，在注入端安裝壓力傳感器對入口壓力進行監測，並在出口處安放電子天平，通過計量測得流體的流量計算流體經過巖心的滲透率，並比較流體對巖心的酸化效果或傷害程度，當分流酸化實驗過程中出現同時暫堵時，可關閉其他開關閥門選擇單個巖心針對性進行壓力突破實驗。
[0021]與現有技術相比，本實用新型具有如下優點:
[0022](I)帶有多個巖心夾持器，並且可以根據需要增加巖心夾持器，保證巖心夾持器進口壓力一致，能同時進行多個平行巖心的滲透率測試實驗，提高實驗效率，節約人力和時間；尤其可以很好地滿足非均質性強、具有較大滲透率級差的長井段分流酸化或暫堵轉向酸化實驗評價需要。
[0023](2)模塊化結構，管線結構簡單、流程倒換快速方便。正、反向驅轉換隻需要旋轉夾持器或對耐高壓模塊化夾持器進行快速卸裝，取出巖心換方向裝入即可，整個過程幾分鐘內即可完成。
[0024]( 3 )不僅可評價酸液分流酸化或暫堵轉向酸化效果，還可開展其它流動實驗(如壓裂液傷害實驗、油氣田開發「五敏」實驗等)，一次性完成多個實驗，實驗對比性強、工作效率聞ο
[0025](4)過程控制、數據採集全自動化。通過控制程序編制、高精度採集處理系統配置和優化，實驗過程實現了全自動化。實驗結果既可自動在同一張圖上顯示各巖心滲透率隨著時間、注入液體的變化曲線，也可分別在一張圖上顯示各巖心滲透率隨著時間、注入液體的變化曲線，直觀反映出多滲透率級差巖心在相同條件下酸化效果。
[0026](5)新設計的巖心夾持器與現有技術相比:①佔用空間減小，為之前的一半；整體成本降低，為之前的60% ;②能通過可旋轉式固定螺母旋轉夾持器夾持器內環壓注入空間減小，能更好更快地堆巖心加持環壓；④降低了巖心膠套長度，巖心膠套不易變形損壞，夾持器內環壓不易漏液；⑤選用旋轉固定銷與旋轉調節螺母對巖心塞進行固定，密封性好、不易漏液，拆卸更方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明:
[0028]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0029]圖2是本實用新型的數據採集、控制流程示意圖；
[0030]圖3是現有技術巖心夾持器的結構示意圖；
[0031]圖4是本實用新型巖心夾持器的結構示意圖。
[0032]圖中標號表示:1-注入泵、2-放空閥、3-工作液儲存裝置、4-六通、5-巖心夾持器、6-環壓泵、7-工作液回收裝置、8-壓力變送器、9-環壓泵、10-數據採集與處理系統、A-恆溫箱、11-接杆、12-移動螺母、13-固定壓環、14-接套、15-0型圈、16-夾持器筒體、17-膠套、18-巖心塞、19-鎖緊螺釘、20-活動堵頭、21-止頭釘、22-活動壓環、23-固定環、24-固定板、25-支撐杆、26-底座、27-限位圓臺、28-螺母端蓋、29-壓圈、30-固定螺母、31-門形框件、32-螺杆、33-夾持器出口、34-夾持器入口。
【具體實施方式】
[0033]如圖1、2、4所示，本實用新型是一種適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，包括注入系統、巖心夾持裝置、模擬系統、計量系統和數據採集與處理系統組成，具體的:
[0034]注入系統，包括若干個並聯設置的工作液儲存裝置3和注入管線，注入管線上設置有注入泵I及閥門；本【具體實施方式】中，注入泵I是高壓平流泵(驅替泵)，工作液儲存裝置3是耐酸儲液罐，注入管線上的閥門是耐酸管閥件、具體是設置在工作液儲存裝置3兩側注入管線上的放空閥2，每一個工作液儲存裝置3的兩端分別設置有透液儲存裝置3的進出液閥門，通過儲液罐進液口的閥門控制壓力傳遞，儲液罐中間有密封活塞可保證平流泵出來的液體與實驗液體隔離。工作液儲存裝置3下部各自帶有開關控制閥門，可以控制各液罐中實驗液體的流動。
[0035]巖心夾持裝置，是設置在恆溫箱A中、若干個並聯設置的巖心夾持器5，巖心夾持器5的個數可根據實際需要並聯增加或減少。巖心夾持器5內部夾持巖心、兩端分別設置工作液的入口和出口，所有巖心夾持器5的入口連接至注入管線的末端、出口分別設置有工作液回收裝置7、環壓通過管線連接環壓液體儲存裝置及環壓泵9。本【具體實施方式】中，巖心夾持器5是耐高壓模塊化夾持器，巖心夾持器5的入口通過六通4連接注入管線的末端，且六通4的所有接口上均設置有開關閥門。需要注意的是，巖心夾持器5的環壓入口處設置有開關閥門。
[0036]模擬系統，包括工作液流量控制裝置、溫度控制裝置和環壓控制裝置，其中:工作液流量控制裝置是注入泵I的流量控制單元，溫度控制裝置是恆溫箱A的溫度控制單元、一般為設置在恆溫箱A內的電加熱棒，環壓控制裝置是環壓泵9的流量控制單元。本【具體實施方式】中，環壓控制裝置是與環壓泵9相互練級的壓力變送器8，即液壓機。
[0037]計量系統，包括壓力傳感器、溫度傳感器和電子天平，其中:壓力傳感器設置在巖心夾持器5的入口處，溫度傳感器設置在恆溫箱A內，工作液回收裝置7放置在電子天平上。通過電子天平測得工作液回收裝置7內收集到的工作液質量，再通過單位換算、得到工作液回收流量。
[0038]數據採集與處理系統10，為微機控制部分、一般為計算機，包括人機互動裝置、數據處理器和執行單元，數據處理器內部設置有存儲單元和計算器，數據處理器的信號輸入端與計量系統的信號輸出端連接、信號輸出端與模擬系統的信號輸入端連接。
[0039]本法明的巖心夾持器包括夾持器筒體16和巖心塞18,夾持器筒體16兩端開口設置有螺母端蓋28，螺母端蓋28上設置有供巖心塞16插入的通孔，巖心夾持器16入口端的螺母端蓋28-2上設置有入口端巖心塞18-2的軸向調節裝置和限位裝置，巖心夾持器16出口端的螺母端蓋28-1上設置有出口端巖心塞18-1的限位裝置。
[0040]具體的:
[0041]入口端巖心塞18-2的軸向調節裝置和限位裝置包括:限位圓臺27、門形框件31和螺杆32。限位圓臺27設置在入口端螺母端蓋28-2的外端面，限位圓臺27上沿軸向設置有供入口端巖心塞18-2插入的通孔，螺杆32與入口端巖心塞18-2同軸設置並相互連接，門形框件31的橫杆上設置有對應螺杆32的螺紋孔、兩側杆的末端向內側凸出形成定位鍵，限位圓臺27周面向內設置一圈凹槽、配合連接門形框件31的定位鍵。
[0042]出口端巖心塞18-1的限位裝置包括:出口端巖心塞18-1周面上設置的徑向限位塊35和出口端螺母端蓋28-1內側與之配合的定位槽，所述徑向限位塊35呈長條形、出口端螺母端蓋28-1上供出口端巖心塞18-1插入的通孔有且僅有一個方向可供徑向限位塊35插入。
[0043]本實用新型的適應多滲透率級差分流酸化實驗評價方法，包括以下具體步驟:
[0044](I)將若干塊具有不同滲透性的巖心分別裝入不同的巖心夾持器5 (耐高壓模塊化夾持器)中、並將上述巖心夾持器5前端六通4對應的開關閥門和環壓入口處的開關閥門打開；
[0045](2)將酸液和地層水(或模擬地層水)依次裝入不同的工作液儲存裝置3中；
[0046](3)選用注入巖心夾持器5的工作液、啟動數據採集與處理系統，通過人機互動裝置輸入巖心參數及實驗模擬參數，巖心參數包括巖心的編號、長度、直徑、孔隙度和氣測滲透率，實驗模擬參數包括環壓的閥值、工作液流量和恆溫箱的溫度，數據採集與處理系統內部的存儲器存儲上述參數，計算單元對其作出反應、向模擬系統發出相應的工作指令；
[0047](4)根據模擬系統的設定值，注入泵I的流量控制單元調節注入泵I的流量大小，向若干個的巖心夾持器5同時注入酸液或地層水、模擬地層流體狀態；環壓泵9的流量控制單元調節環壓泵9的流量大小，向若干個的巖心夾持器5同時注入環壓液體，對巖心夾持器5施加環向壓力、使其夾持巖心；恆溫箱A的溫度控制單元控制恆溫箱A加溫或降溫；
[0048](5)同時，溫度傳感器實時監控採集恆溫箱A內的溫度值、並傳輸至數據採集與處理系統，壓力傳感器監測巖心夾持器5入口處的壓力，電子天平測得巖心夾持器5出口端的液體質量後，並將上述實時參數傳輸至數據採集與處理系統，數據採集與處理系統根據達西公式、定時計算流體通過巖心的滲透率，並對多個巖心實驗作出滲透率對比曲線；
[0049](6)使用工作液儲存裝置中的酸液或地層水依次替換注入巖心夾持器5的工作液，重複步驟(3)- (5)，數據採集與處理系統對所有的計量數據進行處理和計算，得到各巖心滲透率隨著時間、注入液體的變化曲線，直觀反映出多滲透率級差巖心在相同條件下酸化效果。
[0050]需要注意的是:
[0051]實驗前，為保證驅替壓力穩定，先將工作液儲存裝置3 (儲液罐)的進出液閥門及2個放空閥2關閉，環壓關閉，其它閥門全部開啟，開啟注入泵I (即平流泵，也可稱之為驅替泵)用地層水排儘管線、管閥件中的空氣。
[0052]實驗時，先開啟裝有地層水(或模擬地層水)的工作液儲存裝置3進出液閥門，開啟環壓自動跟蹤功能，開啟六通4上對應本實驗所用巖心夾持器的開關閥門。啟動計算機，輸入實驗參數和實驗停止條件，測試酸化前各巖心滲透率Ki1 ;關閉裝有地層水(或模擬地層水)的工作液儲存裝置3進出液閥門，開啟裝有酸液的工作液儲存裝置3進出液閥門，測試酸化時各巖心滲透率Ki2 ;關閉裝有酸液的工作液儲存裝置3進出液閥門，開啟裝有地層水(或模擬地層水)的工作液儲存裝置3進出液閥門，測試酸化後各巖心滲透率Ki3,根據滲透率最終變化或滲透率隨時間、注入液體的變化確定多滲透率級差巖心分流酸化效果。
[0053]也可以繼續使用酸液和地層水(或模擬地層水)依次替換重複以上步驟，計算機對數據進行處理和計算，得到各巖心滲透率隨著時間、注入液體的變化曲線，直觀反映出多滲透率級差巖心在相同條件下酸化效果。
[0054]本實用新型以一個具體實施例來說明本實用新型的使用方法:
[0055]在進行多滲透率級差分流酸化實驗前，將具有不同滲透率的巖心製作成直徑為25.4mm,長度為38mm±2mm的柱狀體，一次實驗的巖心樣長度儘量一致。對巖心進行飽和處理後，將若干塊具有不同滲透性的巖心依次裝入巖心夾持器5中。將配製準備好的酸液和地層水(或模擬地層水)分別裝入工作液儲存裝置3 (耐酸液罐)中。
[0056]啟動計算機，輸入實驗參數，
[0057]先關閉裝有酸液的液罐進出液閥門，開啟裝有地層水(或模擬地層水)的液罐進出液閥門，注入泵I (平流泵)以低於臨界流速同時向各巖心夾持器5泵注地層水。地層水進入巖心夾持器5內、模擬地層流體狀態，電加熱棒和液壓機模擬地層溫度和壓力，計算機顯示計量系統的流量、壓力、溫度變化，所有數據通過數據採集板傳輸至計算機。直至滲透率結果穩定(相對誤差小於5-10%)，確定出各巖心酸化前的滲透率Ki1 (i=l-n，η為實驗巖心總數)。
[0058]關閉裝有地層水(或模擬地層水)的液罐進出液閥門，開啟裝有酸液的液罐進出液閥門，平流泵以低於臨界流速同時向各巖心夾持器5泵注酸液，根據酸化模擬要求設計驅酸時間，完成酸化時各巖心滲透率Ki2測定。
[0059]再次閉裝有酸液的液罐進出液閥門，開啟裝有地層水(或模擬地層水)的液罐進出液閥門，平流泵以低於臨界流速同時向各巖心夾持器5泵注地層水，直至滲透率結果穩定(相對誤差小於5-10%)，確定出各巖心酸化前的滲透率K/。
[0060]根據Ki1與Ki3的變化可直觀反映出不同滲透率巖心與酸液反應過程各自酸處理程度，為酸液配方或酸化工藝提供實驗支撐。
【權利要求】
1.一種適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:包括注入系統、巖心夾持裝置、模擬系統、計量系統和數據採集與處理系統組成，具體的: 注入系統，包括若干個並聯設置的工作液儲存裝置和注入管線，注入管線上設置有注入泵及閥門； 巖心夾持裝置，是設置在恆溫箱中、若干個並聯設置的巖心夾持器，巖心夾持器內部夾持巖心、兩端分別設置工作液的入口和出口，所有巖心夾持器的入口連接至注入管線的末端、出口設置有工作液回收裝置，環壓通過管線連接環壓液體儲存裝置及環壓泵； 模擬系統，包括工作液流量控制裝置、溫度控制裝置和環壓控制裝置，其中:工作液流量控制裝置是注入泵的流量控制單元，溫度控制裝置是恆溫箱的溫度控制單元，環壓控制裝置是環壓泵的流量控制單元； 計量系統，包括壓力傳感器、溫度傳感器和電子天平，其中:壓力傳感器設置在巖心夾持器的入口處，溫度傳感器設置在恆溫箱內，所述工作液回收裝置放置在電子天平上； 數據採集與處理系統，包括人機互動裝置、數據處理器和執行單元，數據處理器內部設置有存儲單元和計算器，數據處理器的信號輸入端與計量系統的信號輸出端連接、信號輸出端與模擬系統的信號輸入端連接。
2.根據權利要求1所述的適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:所述注入管線上的閥門是設置在工作液儲存裝置兩側的放空閥。
3.根據權利要求1所述的適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:所述巖心夾持器的入口通過六通連接注入管線的末端，且六通的所有接口上均設置有開關閥門。
4.根據權利要求1所述的適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:所述巖心夾持器的環壓入口處設置有開關閥門。
5.根據權利要求1所述的適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:所述巖心夾持器包括夾持器筒體和巖心塞，夾持器筒體兩端開口設置有螺母端蓋，螺母端蓋上設置有供巖心塞插入的通孔，巖心夾持器入口端的螺母端蓋上設置有入口端巖心塞的軸向調節裝置和限位裝置，巖心夾持器出口端的螺母端蓋上設置有出口端巖心塞的限位裝置。
6.根據權利要求5所述的適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:所述入口端巖心塞的軸向調節裝置和限位裝置包括限位圓臺、門形框件和螺杆，所述限位圓臺設置在入口端螺母端蓋的外端面，限位圓臺上沿軸向設置有供入口端巖心塞插入的通孔，螺杆與入口端巖心塞同軸設置並相互連接，門形框件的橫杆上設置有對應螺杆的螺紋孔、兩側杆的末端向內側凸出形成定位鍵，限位圓臺周面向內設置一圈凹槽、配合連接門形框件的定位鍵。
7.根據權利要求5所述的適應多滲透率級差分流酸化實驗裝置，其特徵在於:所述出口端巖心塞的限位裝置包括:出口端巖心塞周面上設置的徑向限位塊和出口端螺母端蓋內側與之配合的定位槽，所述徑向限位塊呈長條形、出口端螺母端蓋上供出口端巖心塞插入的通孔有且僅有一個方向可供徑向限位塊插入。
【文檔編號】G01N15/08GK203643302SQ201320749264
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】李暉, 王明貴, 龍學, 李欽, 王均, 張保英, 陳玉華, 劉丹婷 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化西南石油工程有限公司