CN108104789A - 一种裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置以及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置以及评价方法，属于石油化工技术领域。该裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置包括依次连接的储水罐、柱塞泵、酸液罐、可调式模拟裂缝装置、滤液计量电子天平和计算机控制系统。本发明模拟裂缝尺寸形态可调，可模拟0.5‑8mm的平行裂缝以及楔形裂缝，且模拟裂缝与暂堵酸液均被加热以模拟地层温度，可研究裂缝尺寸、形状、地层温度对暂堵效果的影响规律，暂堵效果主要通过观察上下游压差变化、滤失量以及桥堵的形成位置进行性评价。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置以及评价方法。
背景技术
天然裂缝发育的碳酸盐岩储层中，常规酸压会因大量滤失导致井底无法起压，从而无法均匀布酸或形成新的裂缝。为实现均匀布酸以及转向酸压，纤维颗粒类的暂堵转向剂被均匀分散在酸液或前置液中泵入地层，纤维颗粒暂堵剂在天然裂缝或已形成的人工孔道内形成桥堵，降低滤失，并在桥堵上游处起压实现转向酸压。然而，实际非均质性碳酸盐岩储层中，裂缝的尺寸与形态种类繁多，常规的岩心暂堵转向实验无法规律性的模拟裂缝的尺寸与形态，加之岩心实验模拟的裂缝尺寸较小，无法用于评论储层中存在的大尺寸裂缝暂堵效果。另外，暂堵酸压的转向时机包括缝口与缝内转向，分别对应层间的多级酸压和层内的体积酸压。目前存在的酸压暂堵评价方法中，未涉及到评价暂堵剂形成桥堵的位置(缝口或缝内形成桥堵)，从而不能规律的研究施工工艺、流体性质、地层温度、转向剂性能对桥堵位置的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置以及评价方法，以解决现有实验方法对裂缝尺寸的局限性以及无法评价暂堵剂形成桥堵位置的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，包括储水罐、柱塞泵、酸液罐、可调式模拟裂缝装置、滤液计量电子天平和计算机控制系统，储水罐、柱塞泵、酸液罐、可调式模拟裂缝装置和滤液计量电子天平依次连接，计算机控制系统分别与柱塞泵、酸液罐、可调式模拟裂缝装置和滤液计量电子天平通信连接；
酸液罐包括设置在其罐体外壁的第一加热套，在酸液罐的出液侧设有与酸液罐内部连接的第一温度传感器，第一温度传感器与计算机控制系统通信连接；
可调式模拟裂缝装置包括裂缝本体、垫片和第二加热套，裂缝本体内部设有贯穿裂缝本体两端的缝隙，垫片设置在缝隙内，以形成不同形状和/或尺寸的裂缝，第二加热套设置在裂缝本体的外侧壁，并且，在可调式模拟裂缝装置的入液侧和出液侧分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，可调式模拟裂缝装置的外侧还设有与裂缝内部连接的第二温度传感器，第一压力传感器、第二压力传感器和第二温度传感器分别与计算机控制系统通信连接。
优选地，本发明所述的“通信连接”可以是通过RS232数据线路、USB数据或RS232与USB的适配转换连接。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述垫片为平板或楔形板，并且垫片表面设有耐腐蚀涂层。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述耐腐蚀涂层的材质为聚四氟乙烯或聚苯硫醚。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述测试装置还包括设置于可调式模拟裂缝装置和滤液计量电子天平之间的回压阀，依次连接酸液罐、可调式模拟裂缝装置和回压阀的管路内设有耐腐蚀内衬。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述耐腐蚀内衬的材质为聚四氟乙烯或聚苯硫醚。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述裂缝的宽度为0.5～8mm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述柱塞泵、酸液罐、可调式模拟裂缝装置和滤液计量电子天平分别通过RS232数据线与计算机控制系统连接。
一种暂堵酸压转向性能评价方法，其采用上述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置实现的，评价方法包括：
(1)根据需模拟的裂缝尺寸与形状将垫片固定于可调式模拟裂缝装置的缝隙中，形成裂缝；
(2)将暂堵剂分散至稠化酸液中，混合均匀，制得暂堵酸液；
(3)分别向酸液罐和储水罐中加入暂堵酸液和清水，并且完成系统管路连接，通过第一加热套和第二加热套分别将酸液罐和可调式模拟裂缝装置加热至模拟的地层温度，待酸液罐和可调式模拟裂缝装置达到设定温度时，设定泵排量，开启柱塞泵；
(4)计算机控制系统实时记录各节点压力值、温度值以及总滤失量；调整酸液性质、裂缝尺寸和形状以及第一加热套和第二加热套的加热温度，重复试验，对数据进行统计分析；当桥堵被突破或者封堵压力过高自动停泵后，终止实验，停泵，卸压，待冷却至室温后，打开模拟裂缝，观察桥堵的形成位置。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述暂堵剂为纤维或颗粒。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上柱塞泵的排量为50-300ml/min。
本发明具有以下有益效果：
本发明的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置其裂缝宽度可调，其调节范围可达0.5-8mm，能够对不同形状和尺寸的裂缝进行模拟测试，与实际裂缝更加接近；同时本发明的酸液罐和可调式模拟裂缝装置分别包括第一加热套和第二加热套，可以对酸液罐罐体以及裂缝进行加热，以模拟地层温度，进而更加真实地模拟出实际作业环境，提高测试的准确性；此外，本发明在酸液罐和可调式模拟裂缝装置设有温度传感器和压力传感器能够实时监测酸液罐内酸液的温度、入缝前后的压力以及裂缝内的温度，并将数据传输给计算机控制系统，使得检测结果更加精确、可靠。
附图说明
图1为本发明的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置；
图2为实施例1中模拟裂缝上下游压差及总滤失量随时间的变化图；
图3为实施例2中模拟裂缝中桥堵的形成位置；
图4为实施例2中模拟裂缝上下游压差随时间的变化图；
图5为实施例3中排量及流体粘度对桥堵形成位置的影响关系图；
图6为实施例3中裂缝尺寸及流体粘度对临界排量的影响关系图。
图中：1-储水罐；2-酸液罐；3-柱塞泵；4-全自动安全阀；5-游动活塞；6-第一加热套；7-第一温度传感器；8-第一压力传感器；9-第二温度传感器；10-第二加热套；11-可调式模拟裂缝装置；12-第二压力传感器；13-回压阀；14-滤液计量电子天平；15-计算机控制系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
请参照图1，本发明的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置包括依次连接的储水罐1、柱塞泵3、酸液罐2、可调式模拟裂缝装置11、滤液计量电子天平14和计算机控制系统15。柱塞泵3的泵液入口和泵液出口分别与储水罐1的出水口和酸液罐2的入水口连接。储水罐1内清水泵入酸液罐2推动酸液罐2内游动活塞5上行。优选地，储水罐1为不锈钢材质，容积为4000ml。柱塞泵3的出液侧设有全自动安全阀4。酸液罐2包括设置在其罐体外壁的第一加热套6，在酸液罐2的出液侧设有与酸液罐2内部连接的第一温度传感器7。酸液罐2通过管路与可调式模拟裂缝装置11连接，管路具有四氟内衬，具有较强的耐酸能力。优选地，酸液罐2为哈氏合金材质，容积为4000ml。优选地，滤失量计量装置为精确电子天平，通过RS232数据线与计算机相连，总滤失量实时被记录并绘制曲线判断滤失量的趋势。
可调式模拟裂缝装置11包括裂缝本体、垫片和第二加热套10，裂缝本体内部设有贯穿裂缝本体两端的缝隙，垫片可选择地设置在缝隙内，以形成不同形状和/或尺寸的裂缝，第二加热套10设置在裂缝本体的外侧壁，并且，在可调式模拟裂缝装置11的入液侧和出液侧分别设有第一压力传感器8和第二压力传感器12。可调式模拟裂缝装置11通过增加或减少垫片改变裂缝形状及尺寸，垫片根据需要设计为不同厚度的平板和楔形板，用于垫出不同尺寸平行缝或楔形缝(裂缝尺寸范围：0.5mm—8mm)，垫片为平板或楔形板，并且垫片表面设有耐腐蚀涂层，优选地，耐腐蚀涂层的材质为聚四氟乙烯，具有良好的耐酸耐温效果。可调式模拟裂缝装置11的外侧还设有与裂缝内部连接的第二温度传感器9，可调式模拟裂缝装置11和滤液计量电子天平14之间设有回压阀13。
依次连接酸液罐2、可调式模拟裂缝装置11和回压阀13的管路内设有耐腐蚀内衬，优选地，耐腐蚀内衬的材质为聚四氟乙烯。
实施例1
本实施例的模拟裂缝为楔形缝，出口处尺寸为3mm，入口处裂缝尺寸为5.1mm，裂缝下壁面平行水平面，上壁面与水平面夹角为0.5度，裂缝形态为楔形裂缝；
稠化酸液配制：0.6％聚合物稠化剂+15％HCl+1％缓蚀剂，通过HAAKE流变仪测试得140℃，170S-1其表观粘度稳定在50mPa.s作用；
暂堵剂采用聚酯类纤维，纤维长度6mm，加入比例为1.5wt％，通过高速搅拌分散在稠化酸液中；
设定酸液罐温度与模拟裂缝温度为140℃，柱塞泵3排量为220ml/min；
启泵一段时间后起压，随后压力上升到一定值后发生突破。
如图2所示，在260s处，开始起压且滤失曲线的斜率开始降低，即此时桥堵已经开始形成，随后滤失速度逐渐下降，压力持续上涨，压力上升至13.8MPa时，纤维桥堵形成的纤维堵塞被突破，压力陡然下降。此实例用可以通过调节纤维浓度或改变裂缝尺寸、排量研究排量、尺寸、纤维浓度对封堵强度及滤失控制的影响。
实施例2
本实施例的实验条件与实施例1基本相同，区别在于，暂堵剂为：1.5wt％聚酯类纤维+0.5wt％的聚酯类暂堵颗粒(平均直径为2mm)。
针对较宽裂缝，单纯使用纤维堵剂暂堵强度不足，考虑复配刚性暂堵颗粒，增加暂堵强度。图4展示了1.5wt％聚酯类纤维+0.5wt％的聚酯类暂堵颗粒(平均直径为2mm)封堵实例1中的楔形裂缝，封堵压力达到22MPa后，安全阀自动打开卸压保护系统。实验结果表明，刚性颗粒的复配对提高封堵强度有明显的增强作用。
实施例3
本实施例的模拟裂缝尺寸形状的设置：其形状为楔形，设置如下表1的三类8种尺寸的裂缝，为便于标记，每种尺寸的裂缝以出口端尺寸作为记录标准，即0.5、1、2、3、4、6、7、8mm的八种尺寸。
表1
稠化酸配制：0.6％聚合物稠化剂+15％HCl+1％缓蚀剂，通过HAAKE流变仪测试得140℃，170S-1其表观粘度稳定在50mPa.s作用；
暂堵剂采用聚酯类纤维，纤维长度6mm，加入比例为1.5wt％，通过高速搅拌分散在稠化酸液中；
设定酸液罐温度与模拟裂缝温度为140℃；
排量的设定为50、100、150、200、250、300、350、400、500、600、700ml/min共11种排量；
共进行88组暂堵实验；
分析排量、尺寸对桥堵形成位置的影响，从而为现场实现缝内或缝端暂堵提供理论支撑；
暂堵位置：为研究纤维的缝内转向规律，本实验用桥堵形成位置与缝入口之间的距离来研究影响缝内转向的因素与规律；图5中展示了出口端为2mm的楔形裂缝，利用上述暂堵酸液封堵过程中，不同排量对应的桥堵形成位置，其中当排量为280ml/min时，桥堵位置为0mm，即表示桥堵在裂缝入口处形成。280ml/min被记作为该条件下的临界排量。
临界排量：随着排量的增加，纤维会趋向于在缝口形成桥堵，从而不能实现缝内转向，本实验将刚好使纤维在缝口实现桥堵的排量称为临界排量，用于缝内转向的评价与研究。图6表示不同裂缝通过多组暂堵位置测试总结出的临界排量，实验表明较大的裂缝尺寸对应较高的临界排量。
通过多组暂堵实验，研究不同纤维颗粒浓度、种类、酸液粘度、温度、裂缝尺寸等诸因素对封堵压力(封堵后裂缝上下游压差)和总滤失量的影响规律，从而针对不同的地层温度、不同裂缝的尺寸与形状选择对应的纤维或颗粒种类、浓度以及酸液的流变性质；另外，研究暂堵位置，即桥堵形成的位置(缝内或缝口)，对指导现场酸压的转向时机意义重大。针对一定的地层条件，排量大于某一临界值后，桥堵将只能在缝口形成，从何实现层内转向或层间的多级压裂效果；排量低于临界排量值，桥堵在裂缝内形成，从而形成缝内转向，实现体积酸压的效果。本发明提供的设备与方法既能为现场施工优选暂堵材料配方和酸液性质，也能针对具体的地层条件(裂缝与温度)提供对应的工艺参数指导和效果预测。
综上所述，本发明的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置及评价方法，柱塞泵向储水罐内泵入清水推动酸液罐内活塞上移，活塞推动罐内暂堵酸液进入管路并抵达模拟裂缝处形成封堵，管路的四氟内衬使其具备较好的耐酸能力；储液罐为哈氏合金材质，外层附有加热套，通过管路与模拟裂缝连接；模拟裂缝外部附有加热器，用于模拟地层温度；模拟裂缝内部，通过哈氏合金垫片调节裂缝尺寸以及裂缝形状(平行缝或楔形缝)；暂堵酸液流经模拟裂缝在缝口或缝内形成桥堵，滤液经回压阀体流入滤液计量电子天平。
裂缝上游压力、下游压力、裂缝处温度、储液罐内液体温度以及滤液量都经数据线由计算机控制系统记录；计算机控制系统可精确控制泵注排量、罐内温度以及裂缝温度。全自动安全阀在上游压力超过设定值后自动打开泄压，以保证实验安全，设定值通过计算机系统设定。
本发明模拟裂缝尺寸形态可调，可模拟0.5—9mm的平行裂缝以及楔形裂缝，且模拟裂缝与暂堵酸液均被加热以模拟地层温度，可研究裂缝尺寸、形状、地层温度对暂堵效果的影响规律，暂堵效果主要通过观察上下游压差变化、滤失量以及桥堵的形成位置进行性评价。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，包括储水罐、柱塞泵、酸液罐、可调式模拟裂缝装置、滤液计量电子天平和计算机控制系统，所述储水罐、所述柱塞泵、所述酸液罐、所述可调式模拟裂缝装置和所述滤液计量电子天平依次连接，所述计算机控制系统分别与所述柱塞泵、所述酸液罐、所述可调式模拟裂缝装置和所述滤液计量电子天平通信连接；
所述酸液罐包括设置在其罐体外壁的第一加热套，在所述酸液罐的出液侧设有与所述酸液罐内部连接的第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述计算机控制系统通信连接；
所述可调式模拟裂缝装置包括裂缝本体、垫片和第二加热套，所述裂缝本体内部设有贯穿所述裂缝本体两端的缝隙，所述垫片设置在所述缝隙内，以形成不同形状和/或尺寸的裂缝，所述第二加热套设置在所述裂缝本体的外侧壁，并且，在所述可调式模拟裂缝装置的入液侧和出液侧分别设有第一压力传感器和第二压力传感器，所述可调式模拟裂缝装置的外侧还设有与裂缝内部连接的第二温度传感器，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器和所述第二温度传感器分别与所述计算机控制系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，所述垫片为平板或楔形板，并且所述垫片表面设有耐腐蚀涂层。
3.根据权利要求2所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的材质为聚四氟乙烯或聚苯硫醚。
4.根据权利要求1所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括设置于所述可调式模拟裂缝装置和所述滤液计量电子天平之间的回压阀，依次连接所述酸液罐、所述可调式模拟裂缝装置和所述回压阀的管路内设有耐腐蚀内衬。
5.根据权利要求4所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，所述耐腐蚀内衬的材质为聚四氟乙烯或聚苯硫醚。
6.根据权利要求1所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，所述裂缝的宽度为0.5～8mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置，其特征在于，所述柱塞泵、所述酸液罐、所述可调式模拟裂缝装置和所述滤液计量电子天平分别通过RS232数据线与所述计算机控制系统连接。
8.一种暂堵酸压转向性能评价方法，其采用权利要求1-7任一项所述的裂缝可调式暂堵酸压转向性能测试装置实现的，所述评价方法包括：
(1)根据需模拟的裂缝尺寸与形状将垫片固定于可调式模拟裂缝装置的缝隙中，形成裂缝；
(2)将暂堵剂分散至稠化酸液中，混合均匀，制得暂堵酸液；
(3)分别向酸液罐和储水罐中加入暂堵酸液和清水，并且完成系统管路连接，通过第一加热套和第二加热套分别将酸液罐和可调式模拟裂缝装置加热至模拟的地层温度，待酸液罐和可调式模拟裂缝装置达到设定温度时，设定泵排量，开启柱塞泵；
(4)计算机控制系统实时记录各节点压力值、温度值以及总滤失量；调整酸液性质、裂缝尺寸和形状以及第一加热套和第二加热套的加热温度，重复试验，对数据进行统计分析；当桥堵被突破或者封堵压力过高自动停泵后，终止实验，停泵，卸压，待冷却至室温后，打开模拟裂缝，观察桥堵的形成位置。
9.根据权利要求8所述的暂堵酸压转向性能评价方法，其特征在于，所述暂堵剂为纤维或颗粒。
10.根据权利要求8所述的暂堵酸压转向性能评价方法，其特征在于，所述柱塞泵的排量为50-300ml/min。
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