CN107091918B

CN107091918B - 多层分注实验装置及其进行室内实验的方法

Info

Publication number: CN107091918B
Application number: CN201710464835.6A
Authority: CN
Inventors: 黄斌; 史振中; 傅程; 蔡萌; 宋考平; 许瑞
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2037-06-19
Also published as: CN107091918A

Abstract

本发明涉及的是多层分注实验装置及其进行室内实验的方法，其中多层分注实验装置包括平流泵、活塞容器，其中第一平流泵连接第一活塞容器，第一活塞容器盛装聚合物溶液，第一活塞容器通过管线连接至第一化学驱配注器的上接头，第一化学驱配注器通过连接筒连接第二化学驱配注器；第一化学驱配注器的出液孔连接至第一填砂管入口端，第二平流泵连接第二活塞容器，第二活塞容器连接至第一填砂管入口端；第二化学驱配注器的出液孔连接至第二填砂管入口端，第三平流泵连接第三活塞容器，第三活塞容器连接至第二填砂管入口端，第二活塞容器和第三活塞容器盛装蒸馏水。本发明能较好地模拟化学驱多层分注过程，实现驱替液的变粘度和变浓度的连续注入。

Description

多层分注实验装置及其进行室内实验的方法

技术领域

本发明涉及油田化学驱配注研究领域中使用的实验装置，具体涉及多层分注实验装置及其进行室内实验的方法。

背景技术

现在许多油田已经进入高含水开发的后期，已经广泛采用化学驱注聚合物的方式进行开采。在注聚合物的过程中经常会遇到地层的性质千差万别，同时对多个地层进行化学驱配注产生影响，对于高渗层注入聚合物就需要分子量和粘度都比较大，而低渗透油层与中高渗透油层相比，不适宜向地层中注入分子量大的聚合物，对于低渗透油层，当孔隙喉道直径与聚合物分子回旋直径之比比较大时，注入低分子量的聚合物不会发生堵塞，比较小时就会发生堵塞现象，同时聚驱与水驱相比可以提高采收率，综上所述可以利用分子量小的聚合物对低渗透和非均质油层进行聚合物驱，因此需要一套同时实现多层一起配注并且连续调节聚合物分子量和聚合物浓度的装置。

现有室内化学驱配注器不能实现多层分注需求，并且当需要调节聚合物分子量和更换损坏的喷嘴形调节器时需要把整个装置停下来进行更换，现有室内化学驱试验装置使用和操作比较麻烦；同时现有室内化学驱配注器装置对大分子量的聚合物切割效果不明显，变粘效果不明显，对低渗透油层注入聚合物时易发生堵塞；当每一层需要不同的流量控制，就需要多次停机并安装喷嘴；现有室内化学驱配注装置不能适应多种化学驱配注体系并且还受到配注层数限制，不适合非均质严重的地层。

发明内容

本发明的一个目的是提供多层分注实验装置，这种多层分注实验装置用于解决现有室内化学驱试验装置不能实现多层分注需求，使用和操作比较麻烦的问题，本发明的另一个目的是提供这种多层分注实验装置进行室内实验的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种多层分注实验装置包括多个平流泵、多个活塞容器，其中第一平流泵连接第一活塞容器，第一活塞容器盛装聚合物溶液，第一活塞容器通过管线连接至第一化学驱配注器的上接头，第一化学驱配注器通过连接筒连接第二化学驱配注器；第一化学驱配注器的出液孔连接至第一填砂管入口端，第二平流泵连接第二活塞容器，第二活塞容器通过管线连接至第一填砂管入口端，第二活塞容器盛装蒸馏水；第二化学驱配注器的出液孔连接至第二填砂管入口端，第三平流泵连接第三活塞容器，第三活塞容器通过管线连接至第二填砂管入口端，第三活塞容器盛装蒸馏水；

任意一个化学驱配注器均包括上接头、工作筒、配注主体、下接头依次连接构成的光滑圆柱体，工作筒与配注主体均具有的垂向通道连接后构成液体通道，液体通道上端与上接头相通，液体通道下端设置有锥形扩散器，锥形扩散器下端与下接头相通；配注主体设置有偏心通道，电机室设置于偏心通道之上，电机及电机调控器安装在电机室内，偏心通道上部设置有剪切器，偏心通道的出液孔位于剪切器之上，剪切器由两个圆盘形筛网组成，下圆盘形筛网与电机轴连接，上圆盘形筛网固定在配注器主体上，锥形扩散器与偏心通道相通。

上述方案中下圆盘形筛网直径和偏心通道直径相等，上圆盘形筛网直径略大于偏心通道直径，使上圆盘形筛网卡在偏心通道的圆形凹槽中。

上述方案中锥形扩散器的外形是锥形的，其上端口直径大于液体通道的直径，起到缓冲和改变液体流动方向的作用，使液体可以流向偏心通道内。

上述方案中上圆盘形筛网、下圆盘形筛网上的通孔是一一对应排布的。

上述方案多层分注实验装置进行室内实验的方法：

配制高分子量的聚合物溶液，将聚合物溶液装在第一活塞容器中，通过第一平流泵为第一活塞容器提供液体渗流动力，通过管线将第一活塞容器与第一化学驱配注器连接，并使聚合物溶液流入到第一化学驱配注器工作筒内；两个化学驱配注器的电机都打开，根据实验要求来调节每一个化学驱配注器上的电机的转速，通过电机带着上圆盘形筛网转动，来剪切和搅拌流过的聚合物，从而改变注入聚合物分子量和溶液的粘度，通过调节两个电机的转速，两个电机转速不同就实现了对不同填砂管（地层）的驱替作用，达到多层分注的所需聚合物的要求；同时通过第二平流泵、第三平流泵分别将蒸馏水输送到相应的填砂管入口端，随时调整聚合物溶液浓度，最终实现驱替液的变粘度和变浓度的连续注入。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能较好地模拟化学驱多层分注过程；实现了井筒的多层分注和地层的驱替过程同时进行模拟；地层（填砂管）的层内非均质严重时，可实现驱替液的变粘度和变浓度的连续注入；井筒中不同层注入压力相互作用，符合实际情况；分子量和粘度可以调节和控制，改变现有室内实验装置需要调节聚合物分子量和更换损坏的喷嘴形调节器时需要把整个装置停下来进行更换的现状；可以随时调整浓度，还可用于水驱阶段；适用一元/二元/三元配注体系，满足各种复杂地层配注需要；不受层数限制，可模拟非均质严重的地层；并且结构较传统配注器简单，操作方便；当不同地层需要注入的聚合物的分子量和粘度不同时，通过调节电机转速就可以控制进入地层的聚合物分子量大小和粘度，因此这个多层分注装置就可以很好的实现这个功能。

2、本发明可以减少工作量并且操作方法简单，并且可以精准的满足实验要求。

附图说明

图1 是本发明中多层分注实验装置的示意图。

图2 是本发明中化学驱配注器的结构示意图。

图3 是圆盘形筛网的结构示意图。

图4 是电机转速与剪切出来的聚合物溶液分子量和溶液的粘度的关系图。

图中：1上接头；2液体通道；3工作筒；4紧固螺钉；5配注主体；6剪切器；7锥形扩散器；8螺栓；9电机；10下接头；11电机室；12电机调控器；13出液孔；14电机轴；15橡胶圈；17第一平流泵；18第一活塞容器；19第一化学驱配注器；20第二化学驱配注器；23第二活塞容器；24第三活塞容器；25第二填砂管；26第一填砂管；27第二平流泵；28第三平流泵；29偏心通道；30第一电机；31第二电机；32连接筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

结合图1、图2、图3所示，这种多层分注实验装置包括多个平流泵、多个活塞容器，其中第一平流泵17连接第一活塞容器18，第一活塞容器18盛装聚合物溶液，第一活塞容器18通过管线连接至第一化学驱配注器19的上接头1，第一化学驱配注器19通过连接筒32连接第二化学驱配注器20；第一化学驱配注器19的出液孔13连接至第一填砂管26入口端，第二平流泵27连接第二活塞容器23，第二活塞容器23通过管线连接至第一填砂管26入口端，第二活塞容器23盛装蒸馏水；第二化学驱配注器20的出液孔13连接至第二填砂管25入口端，第三平流泵28连接第三活塞容器24，第三活塞容器24通过管线连接至第二填砂管25入口端，第三活塞容器24盛装蒸馏水。

任意一个化学驱配注器均包括上接头1、工作筒3、配注主体5、下接头10依次连接构成的光滑圆柱体，工作筒3上方用螺纹与上接头1连接，下方用紧固螺钉4与配注主体5连接。工作筒3与配注主体5均具有的垂向通道连接后构成液体通道2，液体通道2上端与上接头1相通，液体通道2下端设置有锥形扩散器7，锥形扩散器7下端与下接头10相通；配注主体5设置有偏心通道29，电机室11设置于偏心通道29之上，电机轴14与电机9连接，电机9在偏心通道的上方，电机9上面安装有电机调控器12，电机9用螺栓8安装在电机室11内，偏心通道29上部设置有剪切器6，偏心通道29的出液孔13位于剪切器6之上，出液孔13与外界连通，用于输出分子量和粘度得到调节后的聚合物溶液；剪切器6由两个圆盘形筛网组成，下圆盘形筛网与电机轴14连接，上圆盘形筛网固定在配注主体5上，上圆盘形筛网、下圆盘形筛网上的通孔是一一对应排布的；下圆盘形筛网直径和偏心通道29直径相等，上圆盘形筛网直径略大于偏心通道29直径，使上圆盘形筛网卡在偏心通道29的圆形凹槽中；锥形扩散器7与偏心通道29相通，使液体可以流向偏心通道29内；锥形扩散器7左侧有橡胶圈15，锥形扩散器7的外形是锥形的，其上端口直径大于液体通道2的直径，起到缓冲和改变液体流动方向的作用，使液体可以流向偏心通道29内。

上述方案多层分注实验装置进行室内实验的方法：

配制高分子量的聚合物溶液，将聚合物溶液装在第一活塞容器18中，通过第一平流泵17为第一活塞容器18提供液体渗流动力，通过管线将第一活塞容器18与第一化学驱配注器19连接，并使聚合物溶液流入到第一化学驱配注器19工作筒3内；所有化学驱配注器的电机都打开，根据实验要求来调节每一个化学驱配注器上的电机的转速，通过电机带着上圆盘形筛网转动，来剪切和搅拌流过的聚合物，从而改变注入聚合物分子量和溶液的粘度，通过调节两个电机的转速，两个电机转速不同就实现了对不同填砂管（地层）的驱替作用，达到多层分注的所需聚合物的要求；同时通过第二平流泵27、第三平流泵28分别将蒸馏水输送到相应的填砂管入口端，随时调整聚合物溶液浓度，最终实现驱替液的变粘度和变浓度的连续注入。

利用本发明进行保密性实验：

实验条件：选用油为大庆采油二厂原油与煤油配制成粘度为10mPa·s的模拟，用水为矿化度为6800mg/L的地层水；聚合物为大庆炼化公司生产普通聚丙烯酞胺干粉，分子量为2500万，注入速度3mL/min。

实验方案：

步骤一：水驱至含水率98%然后通入0.2PV分子量为2500×10⁴浓度为2000mg/L的聚合物溶液，只打开第二电机31，第二化学驱配注器20配注结果为2000×10⁴溶液浓度2000mg/L。

步骤二：在步骤一的基础上，打开第一电机30，打开第二平流泵27，第一化学驱配注器19配注结果为2000×10⁴浓度为2000mg/L，第二化学驱配注器20配注结果为分子量1500×10⁴浓度1500 mg/L。

步骤三：在步骤二的基础上，打开第三平流泵28，调节第一电机30和第二电机31的转速，第一化学驱配注器19配注结果为分子量1500×10⁴浓度1500mg/L，第二化学驱配注器20配注结果为1000×10⁴浓度1000mg/L，后续水驱至含水98%。

具体实验步骤如下：

1、多层分注实验装置总长196mm，直径108mm，液体通道2直径46mm，圆盘形筛网直径18mm，圆盘形筛网上分布有直径1微米、2微米、2.5微米的圆孔，两个圆盘形厚度都为1mm，准备两个化学驱配注器，然后用连接筒32连接。两个圆盘形筛网上的通孔是一一对应排布的，电机转速分成几个不同的档位，当电机启动时带动上方的圆盘形筛网转动，两个圆盘形筛网就发生了相对运动，对应的微孔就会错位，经过一周两个筛网又会重新对上，周而复始，通过调节电机的转速可以改变运动一周的时间，改变电机的转速，在流量一定的情况下电机转速越大微团切割越小，由此改变聚合物分子量和溶液的粘度。两个配注器用圆筒连接，通过调节两个电机的转速，两个电机转速不同就可以实现对不同填砂管（地层）的驱替作用。

调节电机转速，切割出来聚合物的分子量和溶液的粘度不同，具体如下表1。

表1聚合物注入装置中并改变电机转速

档位	转速r/min	分子量×10⁴	粘度mPa·s
				0	0	2500	152
1	600	1900	73.2
				2	700	1600	72
3	800	1200	68
				4	900	1000	50
5	1000	800	42
				6	1200	600	38
7	1500	500	20

2.配制聚合物溶液：取2500万分子量的聚合物干粉10g和2L清水用数显电动搅拌器搅拌3个小时，然后放到恒温箱熟化6个小时，得到该种分子量聚合物溶液2L。

3.连接实验装置：实验所用装置如图1所示，所做实验在恒温箱进行，把聚合物溶液盛装在第一活塞容器18中，利用第一平流泵17、第二平流泵27、第三平流泵28分别为第一活塞容器18、第二活塞容器23、第三活塞容器24提供液体动力，第二活塞容器23、第三活塞容器24中装有蒸馏水，可以改变通过聚合物溶液的浓度，通过第一活塞容器18上部阀门连接的管线使液体流入到第一化学驱配注器19和第二化学驱配注器20内，按照实验方案中的实验步骤开启第一电机30、第二电机31、第二平流泵27、第三平流泵28，并调节电机到不同的档位，将每一次通过调节不同的档位剪切的溶液流入到试管中，测得对应溶液的中聚合物分子量和溶液粘度。

4.根据实验方案中的实验步骤确定实验过程中先水驱至含水率达到98%，然后关闭水驱阀门通道，打开聚驱阀门通道，通入分子量为2500×10⁴浓度为2000mg/L的聚合物溶液，只打开第一电机30，得到第一化学驱配注器19剪切配注的结果为分子量2000×10⁴溶液浓度2000mg/L的溶液。然后打开第二电机31，并且打开第三平流泵28调节驱入第二填砂管25聚合物溶液的浓度，得到第一化学驱配注器19剪切配注的结果为分子量2000×10⁴浓度为2000mg/L的溶液，第二化学驱配注器20配注结果为分子量1500×10⁴浓度1500mg/L的溶液。然后打开第二平流泵27，调节第一电机30和第二电机31的转速，使得第一化学驱配注器19剪切配注得到分子量1500×10⁴浓度1500 mg/L的溶液，第二化学驱配注器20配注剪切得到分子量1000×10⁴浓度1000mg/L的溶液，后续水驱至含水98%。

5.评价改变聚合物分子量和溶液粘度的实验效果

表2 各阶段采收程度

填砂管	渗透率（mD）	水驱采收程度（%）	聚驱采收程度（%）	后续采收程度（%）	整体采收率（%）
						填砂管25	1200	41.25	21.56	2.83	65.64
填砂管26	1600	43.82	23.87	3.56	76.25

通过实验结果得出：在进行多层分注实验时，聚驱阶段第二填砂管25采收率达到21.56%，第一填砂管26采收程度达到23.87%，按照所需多层配注的需要调节各个配注器上的电机达了实验要求，并且经配注装置剪切后测定的粘度均达到了实验对聚合物溶液粘度和分子量的要求，说明本实验装置能够满足实验室多层分注的要求。

Claims

1.一种多层分注实验装置，其特征在于：这种多层分注实验装置包括多个平流泵、多个活塞容器，其中第一平流泵（17）连接第一活塞容器（18），第一活塞容器（18）盛装聚合物溶液，第一活塞容器（18）通过管线连接至第一化学驱配注器（19）的上接头（1），第一化学驱配注器（19）通过连接筒（32）连接第二化学驱配注器（20）；第一化学驱配注器（19）的出液孔（13）连接至第一填砂管（26）入口端，第二平流泵（27）连接第二活塞容器（23），第二活塞容器（23）通过管线连接至第一填砂管（26）入口端，第二活塞容器（23）盛装蒸馏水；第二化学驱配注器（20）的出液孔（13）连接至第二填砂管（25）入口端，第三平流泵（28）连接第三活塞容器（24），第三活塞容器（24）通过管线连接至第二填砂管（25）入口端，第三活塞容器（24）盛装蒸馏水；

任意一个化学驱配注器均包括上接头（1）、工作筒（3）、配注主体（5）、下接头（10）依次连接构成的光滑圆柱体，工作筒（3）与配注主体（5）均具有的垂向通道连接后构成液体通道（2），液体通道（2）上端与上接头（1）相通，液体通道（2）下端设置有锥形扩散器（7），锥形扩散器（7）下端与下接头（10）相通；配注主体（5）设置有偏心通道（29），电机室（11）设置于偏心通道（29）之上，电机（9）及电机调控器（12）安装在电机室（11）内，偏心通道（29）上部设置有剪切器（6），偏心通道（29）的出液孔（13）位于剪切器（6）之上，剪切器（6）由两个圆盘形筛网组成，下圆盘形筛网与电机轴（14）连接，上圆盘形筛网固定在配注主体（5）上，锥形扩散器（7）与偏心通道（29）相通。

2.根据权利要求1所述的多层分注实验装置，其特征在于：所述的下圆盘形筛网直径和偏心通道（29）直径相等，上圆盘形筛网直径略大于偏心通道（29）直径，使上圆盘形筛网卡在偏心通道（29）的圆形凹槽中。

3.根据权利要求2所述的多层分注实验装置，其特征在于：所述的锥形扩散器（7）的外形是锥形的，其上端口直径大于液体通道（2）的直径，起到缓冲和改变液体流动方向的作用，使液体流向偏心通道（29）内。

4.根据权利要求3所述的多层分注实验装置，其特征在于：所述的上圆盘形筛网、下圆盘形筛网上的通孔是一一对应排布的。

5.一种权利要求4所述的多层分注实验装置进行室内实验的方法，其特征在于：

配制高分子量的聚合物溶液，将聚合物溶液装在第一活塞容器（18）中，通过第一平流泵（17）为第一活塞容器（18）提供液体渗流动力，通过管线将第一活塞容器（18）与第一化学驱配注器（19）连接，并使聚合物溶液流入到第一化学驱配注器（19）工作筒（3）内；两个化学驱配注器的电机都打开，根据实验要求来调节每一个化学驱配注器上的电机的转速，通过电机带着上圆盘形筛网转动，来剪切和搅拌流过的聚合物，从而改变注入聚合物分子量和溶液的粘度，通过调节两个电机的转速，两个电机转速不同实现对不同地层的配注要求，达到多层分注的所需聚合物的要求；同时通过第二平流泵（27）、第三平流泵（28）分别将蒸馏水输送到相应的填砂管入口端，随时调整聚合物溶液浓度，最终实现驱替液的变粘度和变浓度的连续注入。