CN104314538B - 大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油开发增产领域，具体而言，涉及一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置及方法。其包括大尺寸储层模拟装置、酸液注入系统和注入成型系统；大尺寸储层模拟装置为正方体容器；酸液注入系统连接大尺寸储层模拟装置；注入成型系统连接大尺寸储层模拟装置；大尺寸储层模拟装置包括通酸导管、导管固定装置和导管连接件；通酸导管的一端设置在露头岩芯内，另一端通过导管连接件分别与酸液注入系统和注入成型系统连接；导管固定装置设置在通酸导管中部。本发明涉及的模拟方法以物理模型的形式通过真实的酸蚀反应后，直接显示出酸蚀蚓孔，综合考虑了温度、二氧化碳相态和酸液滤失等影响因素，更能显示出酸蚀蚓孔的真实状态。
Description
技术领域
本发明涉及石油开发增产领域，具体而言，涉及一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置及方法。
背景技术
我国油气资源储量中，低渗透储层占据了相当大的比例。在开采低渗透储层油气资源的过程中，近井筒地带易形成局部伤害污染带，降低油气井产能。为了提高单井产能，常采用基质酸化措施处理近井筒污染带，酸液在近井筒地带溶蚀岩石矿物和污染物形成具有高速渗流能力的酸蚀蚓孔，降低近井筒地带的渗流阻力。
酸蚀蚓孔的形成过程一直是储层基质酸化或酸压的研究热点和难点。酸蚀蚓孔形成形态受多重因素共同影响，包括酸液类型、岩石矿物、温度、酸液注入速度、储层非均质性、酸化工艺等。
目前普遍研究方法是采用数学模型进行模拟求解，以双尺度连续模型模拟蚓孔形成过程为代表。其原理是：以达西尺度模型和孔隙尺度模型为基础，通过建立孔隙结构与达西尺度参数的关系式耦合达西尺度变量和孔隙尺度变量，以孔隙度分布形式表示蚓孔形态。该模型可诠释蚓孔从无到有的生长过程，且考虑了储层内流体压缩性、不同注入条件、不同酸液体系、储层非均质性等多重影响因素，因而得以推广应用。
但是，由于酸液在储层孔隙中流动存在滤失现象，酸岩反应会引起局部温度的升高进而影响酸岩反应速度，酸岩反应生成二氧化 碳相态对反应速度有一定程度的影响，而以双尺度连续模型为代表的数学模型没有考虑这些因素对蚓孔生长的影响，最终导致模拟的蚓孔形态同真实的酸蚀蚓孔形态有较大出入。可见，研究一种物理模型的大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置及方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置及方法，以解决上述的问题。
在本发明的实施例中提供了一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，包括大尺寸储层模拟装置、酸液注入系统和注入成型系统；
大尺寸储层模拟装置为真三轴应力加热的正方体容器；
酸液注入系统连接大尺寸储层模拟装置，用于为大尺寸储层模拟装置注入酸液；
注入成型系统连接大尺寸储层模拟装置，用于将成型材料注入大尺寸储层模拟装置内反应后的蚓孔内；
大尺寸储层模拟装置包括露头岩芯、通酸导管、导管固定装置和导管连接件；
通酸导管的一端设置在露头岩芯内，另一端通过导管连接件分别与酸液注入系统和注入成型系统连接；
导管固定装置设置在通酸导管中部，将通酸导管固定设置在露头岩芯上。
进一步的，酸液注入系统包括高压恒速注入泵、高压反应釜和阀门；
阀门设置在高压反应釜和大尺寸储层模拟装置之间，用于控制高压反应釜与大尺寸储层模拟装置之间的连通；
高压恒速注入泵连接在高压反应釜远离阀门的一端，用于将高 压反应釜内的液体注入大尺寸储层模拟装置内。
进一步的，注入成型系统包括高压恒速注入泵、高压反应釜、加热系统和阀门；
阀门设置在高压反应釜和大尺寸储层模拟装置之间，用于控制高压反应釜与大尺寸储层模拟装置之间的连通；
加热系统设置在高压反应釜上，用于加热高压反应釜内的成型材料；
高压恒速注入泵连接在高压反应釜远离阀门的一端，用于将高压反应釜内的液体注入大尺寸储层模拟装置内。
进一步的，成型材料为耐酸性可溶性合金。
进一步的，大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置还包括压力采集系统；
压力采集系统连接大尺寸储层模拟装置，用于采集大尺寸储层模拟装置内的压力数据；
压力采集系统包括压力表和数据处理装置；
压力表和数据处理装置均与大尺寸储层模拟装置连接。
进一步的，通酸导管设置在露头岩芯内的部分外侧设置有井筒。
本发明还提供了一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟方法，酸液注入系统通过通酸导管将酸液注入进露头岩芯内，在露头岩芯内形成蚓孔后，通过注入成型系统将成型材料通过通酸导管注入进蚓孔，待成型材料成型后，去除未反应露头岩芯，取出成型材料；
进一步的，在酸液注入系统向露头岩芯内注入酸液之前，在大尺寸储层模拟装置上端设置螺栓孔和凹槽，用于模拟井眼。
进一步的，在酸液注入系统向露头岩芯内注入酸液时，通过压力表和压力采集系统记录模拟井眼出压力大小及变化规律。
进一步的，在酸液注入系统向露头岩芯内注入酸液时，在可溶 性合金到达露头岩芯外部后，关闭高压恒速注入泵和加温系统。
本发明大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置及方法，将酸通过通酸导管注入露头岩芯内，使酸直接在露头岩芯内进行真实反应，在反应结束后会形成蚓孔，再使用注入成型系统通过通酸导管向蚓孔内注入成型材料，待成型材料成型后，取出即可得出酸蚀蚓孔的状态。本发明涉及的模拟方法以物理模型的形式通过真实的酸蚀反应后，直接显示出酸蚀蚓孔，综合考虑了温度、二氧化碳相态和酸液滤失等影响因素，更能显示出酸蚀蚓孔的真实状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置结构示意图；
图2为本发明实施例大尺寸储层模拟装置结构示意图。
图中，1:大尺寸储层模拟装置；2:数据处理装置；3:压力表；4:四通阀；5:阀门；6:注入成型系统；7:高压反应釜；8:侧挡板；9:高压恒速注入泵；10:加热系统；11:酸液注入系统；1-1:固定螺栓；1-2:加固螺栓；1-3:通酸导管；1-4:导管连接件；1-5:盖板；1-6:露头岩芯；1-7:井筒；1-8:台阶；1-9:裸眼孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明提供了大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，包括大尺寸储层模拟装置1、酸液注入系统11和注入成型系统6；
大尺寸储层模拟装置1为真三轴应力加热的正方体容器；
酸液注入系统11连接大尺寸储层模拟装置1，用于为大尺寸储层模拟装置1注入酸液；
注入成型系统6连接大尺寸储层模拟装置1，用于将成型材料注入大尺寸储层模拟装置1内反应后的蚓孔内；
大尺寸储层模拟装置1包括露头岩芯1-6、通酸导管1-3、导管固定装置和导管连接件1-4；
通酸导管1-3的一端设置在露头岩芯1-6内，另一端通过导管连接件1-4分别与酸液注入系统11和注入成型系统6连接；
导管固定装置设置在通酸导管1-3中部，将通酸导管1-3固定设置在露头岩芯1-6上。
大尺寸储层模拟装置1为真三轴应力加热的四方体形容器，其容积为40cm×40cm×40cm试样室，主要由一套真三轴应力加热恒温系统、一块带凹槽及螺栓孔眼的上顶盖组成；真三轴应力系统可模 拟真实储层的应力状态；上顶盖中螺栓孔眼用于固定耐腐蚀的钢制盖板1-5，钢制盖板1-5用于模拟井口装置，凹槽用于模拟井眼，具有良好的密封性；可加热的侧挡板8用于加热露头岩芯1-6，由恒温控制系统控制，用来模拟指定储层温度。
导管固定装置包括盖在露头岩芯1-6上的盖板1-5、固定盖板1-5用的固定螺栓1-1和将通酸导管1-3固定在露头岩芯1-6上的加固螺栓1-2。
通过酸液注入系统11将酸液注入进通酸导管1-3，继而进入露头岩芯1-6内的裸眼孔1-9内。酸液在裸眼孔1-9内开始对露头岩芯1-6进行酸蚀，形成酸蚀蚓孔。之后，再将注入成型系统6启动，向蚓孔内注入成型材料，使材料在蚓孔内成型，取出成型后的材料即可得到蚓孔的完整形状。
此时形成的蚓孔是综合考虑了温度、二氧化碳的相态以及滤失等因素的影响，成型后得到的物理模型较为真实。
进一步的，酸液注入系统11包括高压恒速注入泵9、高压反应釜7和阀门5；
阀门5设置在高压反应釜7和大尺寸储层模拟装置1之间，用于控制高压反应釜7与大尺寸储层模拟装置1之间的连通；
高压恒速注入泵9连接在高压反应釜7远离阀门5的一端，用于将高压反应釜7内的液体注入大尺寸储层模拟装置1内。
酸液注入系统11包括高压恒速注入泵9、阀门5和高压反应釜7。其中，高压反应釜7用于盛放酸液；高压恒速注入泵9通过高压反应釜7与模拟井眼相连，用于往露头岩芯1-6内泵入酸液；通过阀门5对酸液的注入进行控制。
进一步的，注入成型系统6包括高压恒速注入泵9、高压反应 釜7、加热系统10和阀门5；
阀门5设置在高压反应釜7和大尺寸储层模拟装置1之间，用于控制高压反应釜7与大尺寸储层模拟装置1之间的连通；
加热系统10设置在高压反应釜7上，用于加热高压反应釜7内的成型材料；
高压恒速注入泵9连接在高压反应釜7远离阀门5的一端，用于将高压反应釜7内的液体注入大尺寸储层模拟装置1内。
注入成型系统6内的高压反应釜7内盛放有成型材料，加热系统10用于保持成型材料至可流动的温度；在露头岩芯1-6被酸化后，使用高压恒速注入泵9将成型材料泵入酸蚀蚓孔通道内，形成酸蚀蚓孔通道的形状。
进一步的，成型材料为耐酸性可溶性合金。
由于蚓孔经过酸蚀，向蚓孔内注入的成型材料需要有耐酸性，如果不能耐酸可能会受到酸的侵蚀而无法成型，或成型形态受到影响。
可溶性合金采用低熔点易溶耐酸合金。
进一步的，大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置还包括压力采集系统；
压力采集系统连接大尺寸储层模拟装置1，用于采集大尺寸储层模拟装置1内的压力数据。
实时采集大尺寸储层模拟装置1内的压力数据，可以有效的对酸蚀蚓孔的进展进行监控。
进一步的，压力采集系统包括压力表3和数据处理装置2；
压力表3和数据处理装置2均与大尺寸储层模拟装置1连接。
注酸压力采集系统包括数据处理装置2和压力表3，其中，压力表3用于采集注酸过程中模拟井口压力变化规律，数据处理装置 2用于采集压力表3的数据，记录模拟井眼压力大小及变化规律，从而对数据进行及时的判断。
进一步的，大尺寸储层模拟装置1上设置有四通阀4；
四通阀4分别连接酸液注入系统11和注入成型系统6。
四通阀4分别连接大尺寸储层模拟装置1、酸液注入系统11和注入成型系统6，使各个支路由四通阀4有机的整合在一起，减小了整个装置的体积。
进一步的，通酸导管1-3设置在露头岩芯1-6内的部分外侧设置有井筒1-7。
通过在通酸导管1-3设置在露头岩芯1-6内的部分外侧设置井筒1-7，模拟的固井完井过程，使整个实验更加的真实和有效。
本发明还提供了一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟方法，酸液注入系统11通过通酸导管1-3将酸液注入进露头岩芯1-6内，在露头岩芯1-6内形成蚓孔后，通过注入成型系统6将成型材料通过通酸导管1-3注入进蚓孔，待成型材料成型后，去除未反应露头岩芯1-6，取出成型材料。
进一步的，在酸液注入系统向露头岩芯1-6内注入酸液之前，在大尺寸储层模拟装置1上端设置螺栓孔和凹槽，用于模拟井眼。
设置好模拟井眼后，可以更有效的提高试验的仿真度，使试验的效果更佳。
进一步的，在酸液注入系统向露头岩芯1-6内注入酸液时，通过压力表3和压力采集系统记录模拟井眼出压力大小及变化规律。
实时采集大尺寸储层模拟装置1内的压力数据，可以有效的对酸蚀蚓孔的进展进行监控。
进一步的，在酸液注入系统向露头岩芯1-6内注入酸液时，在 可溶性合金到达露头岩芯1-6外部后，关闭高压恒速注入泵9和加热系统10。
预防酸液出现在露头岩芯1-6试样的外面，使试样出现多个孔，既浪费酸液，又可能会对试验的结果造成不好的影响。
具体的详细步骤可以如下操作：
实验准备：制备40cm×40cm×40cm体积的四方体大尺寸露头岩芯1-6；
实验试样放置：将制备好的露头岩芯1-6置于试样室内，按照实验要求，在大尺寸岩芯上端制备螺栓孔和凹槽，盖好上顶盖，用螺栓固定好模拟装置，所述装置为可加热的四方体形试样室(40cm×40cm×40cm)，主要由一块带凹槽及螺栓孔眼的上顶盖、一套真三轴应力模拟系统、一套加热恒温系统组成；
连接蚓孔模拟装置：利用高压管线连接凹槽(模拟井眼)与高压反应釜7并在模拟井眼处安装压力表3、压力采集系统、阀门5；利用高压管线连接高压恒速泵与高压反应釜7；
压力采集系统：启动压力数据记录仪；
模拟注酸酸化、刻蚀成蚓孔：启动高压恒速泵，以一定的排量往模拟井眼中泵入模拟酸液，致使刻蚀大尺寸露头岩芯1-6形成蚓孔，同时利用压力数据记录仪记录模拟井眼处压力大小及变化规律；
在酸液到达试样外部后，关闭高压恒速注入泵9；关闭压力数据记录仪；
注可溶性合金、冷却成形：启动高压恒速泵，以较低排量往模拟井眼中注入可溶性合金，并保持可溶性合金外界温度在流动温度以上；在可溶性合金到达试样外部后，关闭高压恒速注入泵9、加温系统；
拆卸盖板1-5，取出实验试样，冷却试样；
去除未反应的大尺寸露头岩芯1-6矿物，即可得到真实酸化蚓孔形态。
本发明大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，将酸通过通酸导管1-3注入露头岩芯1-6内，使酸直接在露头岩芯1-6内进行真实反应，在反应结束后会形成蚓孔，再使用注入成型系统6通过通酸导管1-3向蚓孔内注入成型材料，待成型材料成型后，取出即可得出酸蚀蚓孔的状态。本发明涉及的模拟方法以物理模型的形式通过真实的酸蚀反应后，直接显示出酸蚀蚓孔，综合考虑了温度、二氧化碳相态和酸液滤失等影响因素，更能显示出酸蚀蚓孔的真实状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，其特征在于，包括大尺寸储层模拟装置、酸液注入系统和注入成型系统；
所述大尺寸储层模拟装置为真三轴应力加热的正方体容器；
所述酸液注入系统连接所述大尺寸储层模拟装置，用于为所述大尺寸储层模拟装置注入酸液；
注入成型系统连接所述大尺寸储层模拟装置，用于将成型材料注入所述大尺寸储层模拟装置内反应后的蚓孔内；
所述大尺寸储层模拟装置包括露头岩芯、通酸导管、导管固定装置和导管连接件；
所述通酸导管的一端设置在露头岩芯内，另一端通过所述导管连接件分别与所述酸液注入系统和注入成型系统连接；
所述导管固定装置设置在所述通酸导管中部，将所述通酸导管固定设置在露头岩芯上。
2.根据权利要求1所述的大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，其特征在于，所述酸液注入系统包括高压恒速注入泵、高压反应釜和阀门；
所述阀门设置在所述高压反应釜和所述大尺寸储层模拟装置之间，用于控制所述高压反应釜与所述大尺寸储层模拟装置之间的连通；
所述高压恒速注入泵连接在所述高压反应釜远离所述阀门的一端，用于将所述高压反应釜内的液体注入所述大尺寸储层模拟装置内。
3.根据权利要求1所述的大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，其特征在于，所述注入成型系统包括高压恒速注入泵、高压反应釜、加热系统和阀门；
所述阀门设置在所述高压反应釜和所述大尺寸储层模拟装置之间，用于控制所述高压反应釜与所述大尺寸储层模拟装置之间的连通；
所述加热系统设置在所述高压反应釜上，用于加热所述高压反应釜内的成型材料；
所述高压恒速注入泵连接在所述高压反应釜远离所述阀门的一端，用于将所述高压反应釜内的液体注入所述大尺寸储层模拟装置内。
4.根据权利要求3所述的大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，其特征在于，所述成型材料为耐酸性可溶性合金。
5.根据权利要求4所述的大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，其特征在于，还包括压力采集系统；
所述压力采集系统连接所述大尺寸储层模拟装置，用于采集所述大尺寸储层模拟装置内的压力数据；
所述压力采集系统包括压力表和数据处理装置；
所述压力表和所述数据处理装置均与所述大尺寸储层模拟装置连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的大尺寸酸蚀蚓孔模拟装置，其特征在于，所述通酸导管设置在露头岩芯内的部分外侧设置有井筒。
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