CN101864949A - 一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置及方法，该装置由储液罐、隔膜泵、管线电加热套、流量计、平板夹持器、回压阀、冷凝管、废液罐、数据采集与控制板等组成，所述夹持器内侧有温度和压力传感器，两端有进、出液小孔，其内部有进、出液活塞，进、出液活塞之间是岩心室，夹持器连有压力机；所述隔膜泵、管线电加热套、流量计、温度传感器、压力传感器均和数据采集与控制板、计算机相连。该测试方法包括：将岩石切割成符合标准导流室的岩心样品并密封固化；将岩样置于岩心室中，采用垫片模拟裂缝宽度；先后打开清水和酸液储液罐；启动计算机，输入实验参数；计算岩样的酸刻蚀裂缝导流能力。本发明能够模拟地下酸刻蚀裂缝形态的真实条件，满足在不同环境条件下酸蚀裂缝导流能力的测试。

Description

一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于油气田开发过程中模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置及方法。

背景技术

压裂酸化(酸压)是提高油气井产量和最终采收率的有效措施。它通过酸液对人工或天然裂缝面的非均匀刻蚀，当裂缝闭合后，由于裂缝壁面的沟槽状或凹凸不平而仍然具有一定的酸蚀裂缝导流能力，从而改善油气井的渗流状况，使油气井获得增产。裂缝导流能力是影响酸压效果的关键因素之一。裂缝面岩石的溶蚀量与溶蚀模式是影响酸蚀导流能力的两个主要因素，它们主要与地层岩石物性、岩石强度、酸液类型及用酸排量、强度、反应温度、反应时间以及流态等参数密切相关。因此，根据储层特性资料，分析评价影响酸刻蚀裂缝导流能力主要因素和计算导流能力的大小，对于提高酸压井的改造效果具有重要意义。

实验室通常采用(1)式(付永强，郭建春，赵金洲等.复杂岩性储层导流能力的实验研究-酸蚀导流能力[J].2003，22(4)：22-25)计算酸刻蚀裂缝导流能力：

$K_{f}W=1.67\×\frac{\mathrm{Q\μL}}{\mathrm{h\ΔP}}---\left(1\right)$

式中：

K_fW-酸蚀裂缝导流能力，10^-3μm²·cm；h-酸蚀裂缝高度，cm；Q-流量，mL/min；μ-液体的粘度，mPa·s；L-平行板的长度，cm；ΔP-通过平行板前后的压差，MPa。

目前模拟酸刻蚀裂缝导流能力的装置和方法，明显存在以下缺点：

(1)没有按照相似性准原则确定室内模拟参数。

(2)通过改变岩样的厚度来模拟裂缝宽度的变化，不能自动调节缝宽。

(3)不能模拟酸液滤失对酸蚀裂缝导流能力的影响。

(4)平板夹持器采用自密封或夹持器与岩样交互密封的方式对对岩样进行密封，容易造成酸液从岩样侧面漏失。

(5)岩样尺寸过长(一般18～40cm)，多数情况下实际取心不能满足该尺寸要求，只能取露头进行模拟，试验结果不能完全代表实际储层情况。

因此开发研制一种评价油气田酸蚀裂缝导流能力的专用设备和评价方法，使其能够模拟地下酸刻蚀裂缝形态的真实条件，满足在不同环境条件下酸蚀裂缝导流能力的测试，以指导压裂酸化的优化设计，成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置。

本发明的另一目的在于提供利用该装置测试裂缝导流能力的方法。

一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置，主要由储液罐、隔膜泵、管线电加热套、流量计、平板夹持器、回压阀、冷凝管、废液罐、数据采集与控制板、计算机组成。所述平板夹持器内侧有深孔用于插入电加热棒、温度传感器和压力传感器；平板夹持器两端分别有进液小孔和出液小孔，所述进液小孔顺序连有流量计、电加热套、隔膜泵和储液罐，所述出液小孔顺序连有回压阀、冷凝管和废液罐；所述平板夹持器两侧有酸液滤失小孔，所述酸液滤失小孔顺序连有流量计、回压阀和废液罐；所述隔膜泵、管线电加热套、流量计、温度传感器、压力传感器均和数据采集与控制板相连，数据采集与控制板又和计算机相连。

所述平板夹持器内部两端有进液活塞、出液活塞，进液活塞、出液活塞之间是岩心室，所述进液活塞、出液活塞分别有进液喇叭口导流槽、出液喇叭口导流槽，所述进液喇叭口导流槽、出液喇叭口导流槽分别与进液小孔和出液小孔相连，所述进液活塞、出液活塞通过紧固螺杆固定在夹持器内两端，通过密封圈密封于夹持器内。

所述平板夹持器连有压力机。

本发明中，管线电加热套将工作液加热至地层温度；平板夹持器内的岩心室放置岩板，在岩板中间放置垫片模拟裂缝宽度，并实时监测裂缝内流体压力和温度，内有电加热棒将夹持器、岩板加热至地层温度，喇叭口导流槽模拟酸液在裂缝中的线性流动。装置中设置回压阀，可控制系统回压，防止CO₂气体逸出，冷凝管冷却酸液，避免高温酸液在压力骤降时形成酸雾。数据采集与控制板可智能化实现实验数据采集与控制，然后通过计算机实时记录数据采集结果。

一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的方法，依次包括以下步骤：

(1)将地层岩石切割成形状符合标准导流室，长度18.0cm、高度3.4cm、厚度不等(2.5cm～7.5cm)的岩心样品；

(2)将岩样置于与标准导流室尺寸相同的模具中，四周留下少许空隙，采用硅橡胶密封、固化，将密封后的岩样边缘修整整齐，确保酸刻蚀面裸露；

(3)将密封后的两块岩样置于平板夹持器岩心室中，岩样中间采用垫片模拟裂缝宽度，压力机给平板夹持器加压，当岩样与垫片完全接触后，取出垫片；

(4)打开装有清水的储液罐、回压阀阀门，启动隔膜泵，使整个系统充满水；

(5)打开装有酸液的储液罐；

(6)启动计算机，输入实验参数，启动管线电加热套加热工作液、电加热棒加热夹持器至地层温度，调节回压阀压力，调节隔膜泵按设计排量注入酸液对岩样进行刻蚀，所有数据通过数据采集与控制板传输至计算机；

(7)将酸刻蚀后的岩样置于标准导流室中，用水作为介质测量不同闭合压力下导流室进口、出口端的压力和排量，采用K_fW＝1.67QμL/(hΔP)计算岩样在不同闭合压力下的酸刻蚀裂缝导流能力。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)真实反映了地层、施工参数对酸刻蚀裂缝导流能力的影响；(2)模拟了酸液滤失对裂缝导流能力的影响；(3)模拟了酸液在裂缝中的线性流动；(4)模拟了酸液在地层的加热过程；(5)本发明提供的测量装置原理可靠，结构简单，测量方法切实可行，能有效测试压裂酸化(酸压)过程中酸刻蚀裂缝导流能力的真实情况，实验结果适应性好。本发明为评价油气田压裂酸化过程中酸刻蚀裂缝导流能力提供了专用设备和评价方法。

附图说明

图1是本发明模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置的结构示意图。

图2是本发明的平板夹持器的结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明。

参看图1、图2。

一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置，主要由储液罐1、隔膜泵2、管线电加热套3、流量计4及18、平板夹持器5、回压阀16及19、冷凝管17、废液罐20、数据采集与控制板21、计算机22、压力机6组成。所述平板夹持器内侧有深孔用于插入电加热棒13、温度传感器14和压力传感器15；平板夹持器两端分别有进液小孔9和出液小孔10，所述进液小孔顺序连有流量计4、电加热套3、隔膜泵2和储液罐1，所述出液小孔顺序连有回压阀16、冷凝管17和废液罐20；所述平板夹持器两侧有酸液滤失小孔12，所述酸液滤失小孔顺序连有流量计18、回压阀19和废液罐20；所述隔膜泵2、管线电加热套3、流量计4及18、温度传感器14、压力传感器15均和数据采集与控制板21相连，数据采集与控制板又和计算机22相连。

所述平板夹持器5内部两端有进液活塞7、出液活塞8，进液活塞、出液活塞之间是岩心室11，所述进液活塞7、出液活塞8分别有进液喇叭口导流槽23、出液喇叭口导流槽24，所述进液喇叭口导流槽、出液喇叭口导流槽分别与进液小孔9和出液小孔10相连，所述进液活塞、出液活塞通过紧固螺杆25固定在夹持器内两端，通过密封圈26密封于夹持器内。

所述平板夹持器5连有压力机6。

假设一口碳酸盐岩井采用20％的HCl进行酸压施工，典型参数为：裂缝宽度5mm、裂缝高度30m、地层温度90℃、酸液粘度1mPa.s、酸液密度1100kg/m³、排量3m³/min、施工时间40min。现场施工时的雷诺数：

NRE＝16.6×Q×ρ/(2×H×μ)＝16.6×3.0×1100/(2×30×1.0)＝897；考虑流态相似准则，室内模拟缝宽5mm，根据室内实验的模拟雷诺数与现场施工时雷诺数相等，确定模拟排量q：

q＝NRE×2×h×μ/(16.6×ρ)＝897×2×3.4×10-2×1/(16.6×1100)＝3.4L/min

利用上述装置模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试方法，依次包括以下步骤：

(1)取酸压地层真实岩心，将岩心切割成长度18.0cm、高度3.4cm、厚度7.5cm的岩板；

(2)将切割好的岩样置于与标准导流室尺寸相同的模具中，四周留下少许空隙，采用硅橡胶密封、固化；将密封后的岩样边缘修整整齐，确保酸刻蚀面裸露；

(3)将密封后的两块岩样分别从平板夹持器5的两侧置入岩心室11中，将总厚度为5mm的垫片放入两块岩样中间，通过压力机6给平板夹持器5加压，当岩样与垫片完全接触后，取出垫片；

(4)打开装有清水的储液罐1、回压阀16的阀门，启动隔膜泵2，以100ml/min排量注液，使整个系统充满水；

(5)打开装有酸液的储液罐1；

(6)启动计算机22，输入实验参数；启动管线电加热套3加热工作液、电加热棒13加热夹持器5至90℃；调节回压阀16、19压力的压力至6.9MPa；调节隔膜泵2以3.4L/min的排量注入酸液对岩样进行刻蚀；隔膜泵2、管线电加热套3、流量计4及18、温度传感器14、压力传感器15的数据通过数据采集与控制板21传输至计算机22；

(7)将酸刻蚀后的岩样置于标准导流室中，用水作为介质测量不同闭合压力下导流室进口、出口端的压力和排量，采用K_fW＝1.67QμL/(hΔP)计算岩样在不同闭合压力下的酸刻蚀裂缝导流能力。

Claims (3)

1.一种模拟酸刻蚀裂缝导流能力的测试装置，主要由储液罐(1)、隔膜泵(2)、管线电加热套(3)、流量计(4)及(18)、平板夹持器(5)、回压阀(16)及(19)、冷凝管(17)、废液罐(20)、数据采集与控制板(21)、计算机(22)、压力机(6)组成，其特征在于，所述平板夹持器内侧有深孔用于插入电加热棒(13)、温度传感器(14)和压力传感器(15)；平板夹持器两端分别有进液小孔(9)和出液小孔(10)，所述进液小孔顺序连有流量计(4)、电加热套(3)、隔膜泵(2)和储液罐(1)，所述出液小孔顺序连有回压阀(16)、冷凝管(17)和废液罐(20)；所述平板夹持器内部两端有进液活塞(7)、出液活塞(8)，进液活塞、出液活塞之间是岩心室(11)，所述进液活塞(7)、出液活塞(8)分别有进液喇叭口导流槽(23)、出液喇叭口导流槽(24)，所述进液喇叭口导流槽、出液喇叭口导流槽分别与进液小孔(9)和出液小孔(10)相连，所述进液活塞、出液活塞通过紧固螺杆(25)固定在夹持器内两端，通过密封圈(26)密封于夹持器内；所述隔膜泵(2)、管线电加热套(3)、流量计(4)及(18)、温度传感器(14)、压力传感器(15)均和数据采集与控制板(21)相连，数据采集与控制板又和计算机(22)相连；所述平板夹持器连有压力机(6)。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述平板夹持器(5)两侧有酸液滤失小孔(12)，所述酸液滤失小孔顺序连有流量计(18)、回压阀(19)和废液罐(20)。

3.利用如权利要求1所述的测试装置测试裂缝导流能力的方法，依次包括以下步骤：

(1)将地层岩石切割成形状符合标准导流室的岩心样品；

(2)将岩样置于与标准导流室尺寸相同的模具中，四周留下少许空隙，采用硅橡胶密封、固化；

(3)将密封后的两块岩样置于平板夹持器岩心室中，岩样中间采用垫片模拟裂缝宽度，压力机给平板夹持器加压，当岩样与垫片完全接触后，取出垫片；

(4)打开装有清水的储液罐、回压阀阀门，启动隔膜泵，使整个系统充满水；

(5)打开装有酸液的储液罐；

(6)启动计算机，输入实验参数，启动管线电加热套加热工作液、电加热棒加热夹持器至地层温度，调节回压阀压力，调节隔膜泵按设计排量注入酸液对岩样进行刻蚀，所有数据通过数据采集与控制板传输至计算机；

(7)将酸刻蚀后的岩样置于标准导流室中，用水作为介质测量不同闭合压力下导流室进口、出口端的压力和排量，采用K_fW＝1.67QμL/(hΔP)计算岩样在不同闭合压力下的酸刻蚀裂缝导流能力。

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