CN105043943A - 一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置，包括地层水源、预交联凝胶体系源、岩心管、恒温箱、回压阀、产出液收集器、手摇泵、预交联凝胶颗粒体系收集系统及数据采集系统。本发明所述实验装置中的预交联凝胶颗粒体系收集系统能够独立地、实时地获得在多孔介质中运移至不同位置处的预交联凝胶颗粒，结合数据采集系统可以得到不同位置处的预交联凝胶颗粒粒径，更好地认识了预交联凝胶颗粒的调剖机理，为分析其在多孔介质运移过程中的粒径变化规律及渗流特征提供了模拟工具和技术支持。本发明所述实验装置操作简单，实用性强，为更好地认识预交联凝胶颗粒的调剖机理提供支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置及其测量方法，属于石油化工技术领域。
背景技术
在低浓度的聚合物溶液中加入交联剂和稳定剂生成凝胶颗粒，预交联凝胶颗粒驱油是一种将凝胶颗粒作为驱油介质的驱油方法。该技术相较于传统的聚合物驱，能够有效地解决油藏的强非均质性问题，进一步提高采收率。然而，预交联凝胶体系在多孔介质中的运移是一个十分复杂的过程，这是因为预交联凝胶颗粒具有吸水膨胀性，进入孔喉时在挤压作用下会发生部分脱水现象，从而变形通过孔喉，重新进入大孔隙后又可吸水恢复原状，表现出“变形虫”特性。这种运移方式导致预交联凝胶颗粒的粒径在运移过程中会不断发生变化，深入研究预交联凝胶颗粒在多孔介质中的粒径变化规律对于更好地认识预交联凝胶颗粒的调剖机理具有重要意义。
目前，测量预交联凝胶颗粒粒径的方法多为静态法，即直接测量预交联凝胶颗粒静置吸水后的粒径，并不能反映出其在多孔介质中运移过程中的粒径变化特征，也不能满足实时测量的要求，具有很大的局限性。
因此，为了更好地认识预交联凝胶颗粒的调剖机理，有必要设计一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置和方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置。
本发明还提供了上述实验装置的测量方法。
本发明的技术方案如下：
一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置，包括地层水源、预交联凝胶体系源、岩心管、恒温箱、回压阀、产出液收集器、手摇泵、预交联凝胶颗粒体系收集系统及数据采集系统，所述地层水源、所述预交联凝胶体系源分别连接岩心管的入口端，所述岩心管安装在所述恒温箱中，所述岩心管的出口端通过所述回压阀连接所述产出液收集器及所述手摇泵，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统连接所述岩心管上部，所述数据采集系统连接岩心管的入口端；
所述回压阀通过手摇泵控制回压；
所述预交联凝胶颗粒体系收集系统用于收集测量过程中所述岩心管流出的流体；
所述数据采集系统包括依次连接的压力传感器、计算机及激光粒径仪，所述压力传感器连接岩心管的入口端；
所述压力传感器用于监测岩心管入口端的压差；所述激光粒度仪用于测量收集到的流体中预交联凝胶颗粒粒径。
根据本发明优选的，所述地层水源包括盛装地层水的中间容器及平流泵，所述盛装地层水的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛装地层水的中间容器上部通过三通阀连接所述岩心管的入口端。
根据本发明优选的，所述预交联凝胶体系源包括盛装预交联凝胶体系的中间容器及所述平流泵，所述盛装预交联凝胶体系的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛装预交联凝胶体系的中间容器上部通过三通阀连接所述岩心管的入口端。
根据本发明优选的，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统包括四通阀和收集器皿，所述四通阀连接所述收集器皿，所述岩心管上部的入口端出液口、中间位置出液口和出口端出液口通过管线连接所述四通阀。
上述实验装置的测量方法，具体步骤包括：
(1)将60-120目石英砂填充所述岩心管；
(2)对步骤(1)填砂后的所述岩心管抽真空；
(3)通过地层水源对步骤(2)抽真空后的所述岩心管饱和地层水，饱和地层水的体积即所述岩心管的孔隙体积，即1pv；
(4)通过所述恒温箱对步骤(3)得到的所述岩心管进行加热，恒温至地层温度；
(5)控制手摇泵，调节回压阀的压力至模拟地层压力；
(6)通过预交联凝胶体系源向所述岩心管注入预交联凝胶体系，连通所述岩心管与所述预交联凝胶颗粒体系收集系统，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统开始收集所述岩心管流出的流体；实时记录所述压力传感器采集到的压力数据，即所述岩心管入口端的压力；
(7)通过地层水源向步骤(6)处理后的所述岩心管注入地层水；
(8)开启所述激光粒度仪，将收集到的流体装入所述激光粒度仪中，测量流体中预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
根据本发明优选的，对步骤(1)填砂后的所述岩心管通过真空机抽真空(3～4)小时，所述真空机负压为0.1MPa。
根据本发明优选的，步骤(3)中，调节所述三通阀，开启所述平流泵，将所述盛放地层水的中间容器中的地层水泵入所述岩心管。
根据本发明优选的，步骤(6)中，调节所述三通阀，开启所述平流泵，将所述盛装预交联凝胶体系的中间容器中的(0.2～2)pv的预交联凝胶体系以(0.2～0.6)ml/min的速度泵入所述岩心管，注入完成后，关闭平流泵。
根据本发明优选的，步骤(6)中，调节所述四通阀，使所述岩心管上部入口端出液口、中间位置出液口和出口端出液口中的任意一个出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通，注入预交联凝胶体系完成并且所述预交联凝胶颗粒体系收集系统收集所述岩心管流出的流体完成后，关闭四通阀。
根据本发明优选的，步骤(7)中，调节所述三通阀，开启所述平流泵，将(1～3)PV所述盛放地层水的中间容器中的地层水以(0.5～1)ml/min的速度泵入所述岩心管，对注入预交联凝胶体系的所述岩心管进行后续水驱；步骤(8)中，取出(2-5)ml所述收集器皿收集的流体，装入所述激光粒度仪的样品池中，静置(1-5)min，再通过在所述计算机上操作，打开所述激光粒度仪自带软件Mastersizer2000测量预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述实验装置中的预交联凝胶颗粒体系收集系统能够独立地、实时地获得在多孔介质中运移至不同位置处的预交联凝胶颗粒，结合数据采集系统可以得到不同位置处的预交联凝胶颗粒粒径，更好地认识了预交联凝胶颗粒的调剖机理，为分析其在多孔介质运移过程中的粒径变化规律及渗流特征提供了模拟工具和技术支持。
2、本发明所述实验装置操作简单，实用性强，为更好地认识预交联凝胶颗粒的调剖机理提供支持。
附图说明
图1为本发明所述实验装置的结构示意图；
图1中，1、盛装地层水的中间容器，2、盛装预交联凝胶体系的中间容器，3、三通阀，4、岩心管，5、恒温箱，6、四通阀，7、收集器皿，8、激光粒度仪，9、平流泵，10、压力传感器，11、产出液收集器，12、回压阀，13、手摇泵，14、计算机。
图2为实施例2中测得的岩心管入口端预交联凝胶颗粒粒径分布图；
图2中，横坐标为预交联凝胶颗粒直径大小，单位为μm；纵坐标为相应直径大小的预交联凝胶颗粒的分布频率；
图3为实施例2中测得的岩心管入口端、中间位置及出口端位置处预交联凝胶颗粒粒径分布图；
图3中，横坐标为预交联凝胶颗粒直径大小，单位为μm；纵坐标为相应直径大小的预交联凝胶颗粒的分布频率。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细说明，但不限于此。
实施例1
一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置，包括地层水源、预交联凝胶体系源、岩心管4、恒温箱5、回压阀12、产出液收集器11、手摇泵13、预交联凝胶颗粒体系收集系统及数据采集系统，所述地层水源、所述预交联凝胶体系源分别连接岩心管4的入口端，所述岩心管4安装在所述恒温箱5中，所述岩心管4的出口端通过所述回压阀12连接所述产出液收集器11及所述手摇泵13，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统连接所述岩心管4上部，所述数据采集系统连接岩心管4的入口端；
所述回压阀12通过手摇泵13控制回压；
所述预交联凝胶颗粒体系收集系统用于收集测量过程中所述岩心管4流出的流体；
所述数据采集系统包括依次连接的压力传感器10、计算机14及激光粒径仪8，所述压力传感器10连接岩心管4的入口端；
所述压力传感器10用于监测岩心管4入口端的压差；所述激光粒度仪8用于测量收集到的流体中预交联凝胶颗粒粒径。
所述地层水源包括盛装地层水的中间容器1及平流泵9，所述盛装地层水的中间容器4底部连接所述平流泵9，所述盛装地层水的中间容器1上部通过三通阀3连接所述岩心管4的入口端。
所述预交联凝胶体系源包括盛装预交联凝胶体系的中间容器2及平流泵9，所述盛装预交联凝胶体系的中间容器2底部连接所述平流泵9，所述盛装预交联凝胶体系的中间容器2上部通过三通阀3连接所述岩心管4的入口端。
所述预交联凝胶颗粒体系收集系统包括四通阀6和收集器皿7，所述四通阀6连接所述收集器皿7，所述岩心管4上部的入口端出液口、中间位置出液口和出口端出液口通过管线连接所述四通阀6。
实施例2
上述实施例1所述实验装置的测量方法，具体步骤包括：
(1)将60-120目石英砂填充所述岩心管4；
(2)对步骤(1)填砂后的所述岩心管4通过真空机抽真空4小时，所述真空机负压为0.1MPa；
(3)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将所述盛放地层水的中间容器1中的地层水泵入步骤(2)抽真空后的所述岩心管4至饱和，饱和地层水的体积即所述岩心管4的孔隙体积，即1pv；
(4)通过所述恒温箱5对步骤(3)得到的所述岩心管4进行加热，恒温至地层温度75℃；
(5)控制手摇泵13，调节回压阀12的压力至模拟地层压力10MPa；
(6)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将所述盛装预交联凝胶体系的中间容器2中的0.4pv的预交联凝胶体系以0.4ml/min的速度泵入所述岩心管4中，调节所述四通阀6，使所述岩心管4上部入口端出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通，注入预交联凝胶体系完成并且所述预交联凝胶颗粒体系收集系统收集所述岩心管4流出的流体完成后，关闭平流泵9，关闭四通阀6，实时记录所述压力传感器10采集到的压力数据，即所述岩心管4入口端的压力；
(7)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将1.4PV所述盛放地层水的中间容器1中的地层水以0.6ml/min的速度泵入所述岩心管4，对注入预交联凝胶体系的所述岩心管4进行后续水驱；
(8)开启所述激光粒度仪8，取出2ml所述收集器皿7收集的流体，装入所述激光粒度仪8的样品池中，静置1min，再通过在所述计算机14上操作，打开所述激光粒度仪8自带软件Mastersizer2000测量预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
本实施例中，岩心管4入口端预交联凝胶颗粒粒径分布图如图2所示。由图2可得，入口端处的粒径范围是145μm～345μm，范围较大，并且频率峰值并不大，说明入口端处的预交联凝胶颗粒粒径分布并不集中。
实施例3
根据实施例2所述实验装置的测量方法，其区别在于，所述中间位置出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通。
实施例4
根据实施例2所述实验装置的测量方法，其区别在于，所述出口端出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通。
实施例5
上述实施例1所述实验装置的测量方法，具体步骤包括：
(1)将60-120目石英砂填充所述岩心管4；
(2)对步骤(1)填砂后的所述岩心管4通过真空机抽真空3个小时，所述真空机负压为0.1MPa；
(3)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将所述盛放地层水的中间容器1中的地层水泵入步骤(2)抽真空后的所述岩心管4至饱和，饱和地层水的体积即所述岩心管4的孔隙体积，即1pv；
(4)通过所述恒温箱5对步骤(3)得到的所述岩心管4进行加热，恒温至地层温度75℃；
(5)控制手摇泵13，调节回压阀12的压力至模拟地层压力10MPa；
(6)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将所述盛装预交联凝胶体系的中间容器2中的0.2pv的预交联凝胶体系以0.2ml/min的速度泵入所述岩心管4，调节所述四通阀6，使所述岩心管4上部入口端出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通，注入预交联凝胶体系完成并且所述预交联凝胶颗粒体系收集系统收集所述岩心管4流出的流体完成后，关闭平流泵9，关闭四通阀6，实时记录所述压力传感器10采集到的压力数据，即所述岩心管4入口端的压力；
(7)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将1pv所述盛放地层水的中间容器1中的地层水以0.5ml/min的速度泵入所述岩心管4，对注入预交联凝胶体系的所述岩心管4进行后续水驱；
(8)开启所述激光粒度仪8，取出2ml所述收集器皿7收集的流体，装入所述激光粒度仪8的样品池中，静置1min，再通过在所述计算机14上操作，打开所述激光粒度仪8自带软件Mastersizer2000测量预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
实施例6
上述实施例1所述实验装置的测量方法，具体步骤包括：
(1)将60-120目石英砂填充所述岩心管4；
(2)对步骤(1)填砂后的所述岩心管4通过真空机抽真空4个小时，所述真空机负压为0.1MPa；
(3)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将所述盛放地层水的中间容器1中的地层水泵入步骤(2)抽真空后的所述岩心管4至饱和，饱和地层水的体积即所述岩心管4的孔隙体积，即1pv；
(4)通过所述恒温箱5对步骤(3)得到的所述岩心管4进行加热，恒温至地层温度75℃；
(5)控制手摇泵13，调节回压阀12的压力至模拟地层压力10MPa；
(6)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将所述盛装预交联凝胶体系的中间容器2中的2PV的预交联凝胶体系以0.6ml/min的速度泵入所述岩心管4，调节所述四通阀6，使所述岩心管4上部入口端出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通，注入预交联凝胶体系完成并且所述预交联凝胶颗粒体系收集系统收集所述岩心管4流出的流体完成后，关闭平流泵9，关闭四通阀6，实时记录所述压力传感器10采集到的压力数据，即所述岩心管入口端的压力；
(7)调节所述三通阀3，开启所述平流泵9，将3pv所述盛放地层水的中间容器1中的地层水以1ml/min的速度泵入所述岩心管4，对注入预交联凝胶体系的所述岩心管4进行后续水驱；
(8)开启所述激光粒度仪8，取出5ml所述收集器皿7收集的流体，装入所述激光粒度仪8的样品池中，静置5min，再通过在所述计算机14上操作，打开所述激光粒度仪8自带软件Mastersizer2000测量预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
实施例2-4中，岩心管入口端、中间位置及出口端位置处预交联凝胶颗粒粒径分布图如图3所示。由图3可得，中间位置处的预交联凝胶颗粒粒径为60μm～190μm，出口端处的预交联凝胶颗粒粒径为5μm～130μm。对比发现，随着预交联凝胶颗粒在多孔介质中的不断运移，预交联凝胶颗粒粒径不断变小且越来越集中。
Claims (10)
1.一种动态测量预交联凝胶颗粒在多孔介质中粒径分布的实验装置，其特征在于，包括地层水源、预交联凝胶体系源、岩心管、恒温箱、回压阀、产出液收集器、手摇泵、预交联凝胶颗粒体系收集系统及数据采集系统，所述地层水源、所述预交联凝胶体系源分别连接岩心管的入口端，所述岩心管安装在所述恒温箱中，所述岩心管的出口端通过所述回压阀连接所述产出液收集器及所述手摇泵，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统连接所述岩心管上部，所述数据采集系统连接岩心管的入口端；
所述回压阀通过手摇泵控制回压；
所述预交联凝胶颗粒体系收集系统用于收集测量过程中所述岩心管流出的流体；
所述数据采集系统包括依次连接的压力传感器、计算机及激光粒径仪，所述压力传感器连接岩心管的入口端；
所述压力传感器用于监测岩心管入口端的压差；所述激光粒度仪用于测量收集到的流体中预交联凝胶颗粒粒径。
2.根据权利要求1所述实验装置，其特征在于，所述地层水源包括盛装地层水的中间容器及平流泵，所述盛装地层水的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛装地层水的中间容器上部通过三通阀连接所述岩心管的入口端。
3.根据权利要求2所述实验装置，其特征在于，所述预交联凝胶体系源包括盛装预交联凝胶体系的中间容器及所述平流泵，所述盛装预交联凝胶体系的中间容器底部连接所述平流泵，所述盛装预交联凝胶体系的中间容器上部通过三通阀连接所述岩心管的入口端。
4.根据权利要求3所述实验装置，其特征在于，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统包括四通阀和收集器皿，所述四通阀连接所述收集器皿，所述岩心管上部的入口端出液口、中间位置出液口和出口端出液口通过管线连接所述四通阀。
5.如权利要求4所述实验装置的测量方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)将60-120目石英砂填充所述岩心管；
(2)对步骤(1)填砂后的所述岩心管抽真空；
(3)通过地层水源对步骤(2)抽真空后的所述岩心管饱和地层水，饱和地层水的体积即所述岩心管的孔隙体积，即1pv；
(4)通过所述恒温箱步骤(3)得到的所述岩心管进行加热，恒温至地层温度；
(5)控制手摇泵，调节回压阀的压力至模拟地层压力；
(6)通过预交联凝胶体系源向所述岩心管注入预交联凝胶体系，连通所述岩心管与所述预交联凝胶颗粒体系收集系统，所述预交联凝胶颗粒体系收集系统开始收集所述岩心管流出的流体；实时记录所述压力传感器采集到的压力数据，即所述岩心管入口端的压力；
(7)通过地层水源向步骤(6)处理后的所述岩心管注入地层水；
(8)开启所述激光粒度仪，将收集到的流体装入所述激光粒度仪中，测量流体中预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
6.根据权利要求5所述测量方法，其特征在于，对步骤(1)填砂后的所述岩心管通过真空机抽真空(3～4)小时，所述真空机负压为0.1MPa。
7.根据权利要求5所述测量方法，其特征在于，步骤(3)中，调节所述三通阀，开启所述平流泵，将所述盛放地层水的中间容器中的地层水泵入所述岩心管。
8.根据权利要求5所述测量方法，其特征在于，步骤(6)中，调节所述三通阀，开启所述平流泵，将所述盛装预交联凝胶体系的中间容器中的(0.2～2)pv的预交联凝胶体系以(0.2～0.6)ml/min的速度泵入所述岩心管，注入完成后，关闭平流泵。
9.根据权利要求5所述测量方法，其特征在于，步骤(6)中，调节所述四通阀，使所述岩心管上部入口端出液口、中间位置出液口和出口端出液口中的任意一个出液口与所述预交联凝胶体系收集装置连通，注入预交联凝胶体系完成并且所述预交联凝胶颗粒体系收集系统收集所述岩心管流出的流体完成后，关闭四通阀。
10.根据权利要求5所述测量方法，其特征在于，步骤(7)中，调节所述三通阀，开启所述平流泵，将(1～3)pv所述盛放地层水的中间容器中的地层水以(0.5～1)ml/min的速度泵入所述岩心管，对注入预交联凝胶体系的所述岩心管进行后续水驱；步骤(8)中，取出(2-5)ml所述收集器皿收集的流体，装入所述激光粒度仪的样品池中，静置(1-5)min，再通过在所述计算机上操作，打开所述激光粒度仪自带软件Mastersizer2000测量预交联凝胶颗粒粒径，测量完成后，保存数据。
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