CN108956854A - 一种评价暂堵转向液封堵性能的装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置，属于油气田储层改造技术领域。该评价暂堵转向液的封堵性能的装置包括：注入单元(1)；与所述注入单元(1)连接的至少一个孔洞模拟单元(2)；所述孔洞模拟单元(2)包括，具有轴向通孔(2011)的金属圆柱体(201)；所述注入单元(1)与所述通孔(2011)连通；用于对所述注入单元(1)和所述孔洞模拟单元(2)加热的加热单元(3)；以及用于测定从所述通孔(2011)流出的液体的流速的流速测定单元(4)。本发明提供的评价暂堵转向液的封堵性能的装置可评价暂堵转向液对地层孔洞的封堵性能。

Description

一种评价暂堵转向液封堵性能的装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及油气田储层改造技术领域，特别涉及一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置及其测试方法。

背景技术

油气田开采前，大部分油气井需要进行储层改造才能获得工业油气流。

在对储层改造过程中，首先，向施工井中注入压裂酸化工作液，在流体特性的作用下，工作液会优先改造高渗透率储层，之后注入暂堵转向液，使其进入高渗透率储层对其进行封堵，使后续工作液无法进入被封堵层，再向油井中注入工作液，对低渗透率储层进行改造。

不同的转向液对储层的封堵效果不同。在对储层改造之前，为了实现暂堵转向液对储层良好的封堵作用，需要对暂堵转向液的性能进行评价。因此，需要一种能够准确评价压裂酸化用暂堵转向液的封堵性能的装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置及其测试方法。技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置，包括：

注入单元；

与所述注入单元连接的至少一个孔洞模拟单元；所述孔洞模拟单元包括，具有轴向通孔的金属圆柱体；所述注入单元与所述通孔连通；

用于对所述注入单元和所述孔洞模拟单元加热的加热单元；以及

用于测定从所述通孔流出的液体的流速的流速测定单元。

优选地，所述通孔为圆台形，并且其入口的直径大于出口的直径。

更优选地，所述金属圆柱体为哈氏合金圆柱体。

更优选地，所述金属圆柱体的轴向长度为7-20cm；所述通孔的入口的直径为2-6.35mm；所述通孔的出口的直径为0.1-1mm。

更优选地，所述金属圆柱体的轴向长度为13-20cm；所述通孔的入口的直径为2-5mm；所述通孔的出口的直径为0.1mm。

优选地，所述孔洞模拟单元还包括，用于检测所述通孔的入口端压力的第一压力传感器或用于检测所述金属圆柱体的两端压差的第一压差传感器。

更优选地，所述金属圆柱体由沿所述通孔的轴线剖开的两个半圆柱体组成；所述孔洞模拟单元还包括，用于包裹所述金属圆柱体的第一环压胶套、用于夹持所述第一环压胶套和所述金属圆柱体的第一夹持器。

更优选地，所述孔洞模拟单元还包括，用于检测所述第一夹持器内部压力的第二压力传感器。

具体地，所述孔洞模拟单元的数量为两个以上；每个所述孔洞模拟单元并联连接。

更优选地，所述装置还包括：至少一个裂缝起裂单元；所述裂缝起裂单元包括，具有孔的岩心，用于包裹所述岩心的第二环压胶套，用于夹持所述岩心和所述第二环压胶套的第二夹持器；

所述裂缝起裂单元与所述孔洞模拟单元并联连接；

所述注入单元还与所述裂缝起裂单元连通；

所述加热单元还用于对所述裂缝起裂单元进行加热；

所述流速测定单元还用于测定从所述裂缝起裂单元流出的液体的流速。

更优选地，所述孔内设置有用于固封所述孔的钢管；所述孔的轴向长度为所述岩心的轴向长度的1/3-1/2。

更优选地，所述岩心的轴向长度为7-20cm，直径为2.5-5cm；所述孔的直径为5-6.35mm。

更优选地，所述岩心的轴向长度为13-17cm，直径为3.8-5cm。

更优选地，所述裂缝起裂单元还包括，用于检测所述岩心的入口端的第三压力传感器和所述第二夹持器内部压力的第四压力传感器，或用于检测所述岩心的两端压差的第二压差传感器。

更具体地，所述裂缝起裂单元的个数为两个以上，每个所述裂缝起裂单元并联连接。

更具体地，所述注入单元包括：储水罐，与所述储水罐的出水端连接的注入泵，与所述注入泵的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元的通孔注入液体的两个并联的第一储液罐和第二储液罐；所述第一储液罐和所述第二储液罐均设置有通过活塞分隔的与所述通孔连通的第一腔室和与所述注入泵连通的第二腔室。

更具体地，所述注入单元包括：储水罐，与所述储水罐的出水端连接的注入泵，与所述注入泵的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元的通孔注入液体的两个并联的第一储液罐和第二储液罐；所述第一储液罐和所述第二储液罐均设置有通过活塞分隔的与所述通孔连通的第一腔室和与所述注入泵连通的第二腔室；与所述储水罐的出水端连接的第一环压注入泵，所述第一环压注入泵用于向所述第一夹持器内注水，对所述金属圆柱体形成环压密封；所述第二压力传感器设置在所述第一环压注入泵与所述金属圆柱体之间的连接管路上。

更具体地，所述注入单元包括：储水罐，与所述储水罐的出水端连接的注入泵，与所述注入泵的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元的通孔注入液体的两个并联的第一储液罐和第二储液罐；所述第一储液罐和所述第二储液罐均设置有通过活塞分隔的与所述通孔连通的第一腔室和与所述注入泵连通的第二腔室；与所述储水罐的出水端连接的第二环压注入泵，所述第二环压注入泵用于向所述第二夹持器内注水，对所述岩心形成环压密封。

更具体地，所述注入单元包括：储水罐，与所述储水罐的出水端连接的注入泵，与所述注入泵的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元的通孔注入液体的两个并联的第一储液罐和第二储液罐；所述第一储液罐和所述第二储液罐均设置有通过活塞分隔的与所述通孔连通的第一腔室和与所述注入泵连通的第二腔室；与所述储水罐的出水端连接的第一环压注入泵，所述第一环压注入泵用于向所述第一夹持器内注水，对所述金属圆柱体形成环压密封；所述第二压力传感器设置在所述第一环压注入泵与所述金属圆柱体之间的连接管路上；与所述储水罐的出水端连接的第二环压注入泵，所述第二环压注入泵用于向所述第二夹持器内注水，对所述岩心形成环压密封；所述第一环压注入泵与所述第二环压注入泵并联连接；所述第四压力传感器设置在所述第二环压注入泵与所述第二夹持器的连接管路上。

更具体地，所述流速测定单元包括：分别与所述孔洞模拟单元和所述裂缝起裂单元对应的分别用于收集从所述孔洞模拟单元和所述裂缝起裂单元流出的液体的收集装置；用于对所述收集装置称重的天平计量装置。

更具体地，所述流速测定单元包括：分别测定从所述孔洞模拟单元和所述裂缝起裂单元流出的液体的流速的流量计。

第二方面，本发明还提供了一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，包括以下步骤：

1)、所述加热单元将所述注入单元和上述孔洞模拟单元加热到预设温度；

2)、所述注入单元第一次向所述孔洞模拟单元注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元测定水或所述盐水的流速；

3)、所述注入单元向所述孔洞模拟单元注入暂堵转向液封堵所述通孔；

4)、所述注入单元第二次向所述孔洞模拟单元注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元测定水或所述盐水的流速；

5)、根据水或所述盐水在所述通孔封堵前后的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

具体地，所述注入单元的注入压力为0-20MPa，注入流量为0.1-107mL/min。

具体地，所述盐水为质量分数为3％的氯化钾溶液。

具体地，所述加热单元的加热温度为0-177℃，升温速率为4-8℃/min。

第三方面，本发明还提供了一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，包括以下步骤：

1)、所述加热单元将所述注入单元和上述孔洞模拟单元加热到预设温度；所述金属圆柱体由沿所述通孔的轴线剖开的两个半圆柱体组成；

2)、所述注入单元向所述第一夹持器内注入水，对所述金属圆柱体形成环压密封；

3)、所述注入单元第一次向所述孔洞模拟单元注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元测量水或所述盐水的流速；

4)、所述注入单元向所述孔洞模拟单元注入暂堵转向液封堵所述通孔；

5)、所述注入单元第二次向所述孔洞模拟单元注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元测量水或所述盐水的流速；

6)、根据水或所述盐水在所述通孔封堵前后的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的评价暂堵转向液的封堵性能的装置可评价暂堵转向液对地层孔洞的封堵性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明一示例性实施例示出的一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置的示意图；

图2为本发明一示例性实施例示出的另一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置的示意图；

图3为本发明一示例性实施例示出的再一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置的示意图；

图4为本发明一示例性实施例示出的再一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置的示意图；

图5为本发明一示例性实施例示出的再一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置的示意图；

图中的附图标记分别表示：

1、注入单元；101、储水罐；102、注入泵；103、第一储液罐；1031、第一储液罐的第一腔室；1032、第一储液罐的第二腔室；1033、第一储液罐的活塞；104、第二储液罐；1041、第二储液罐的第一腔室；1042、第二储液罐的第二腔室；1043、第二储液罐的活塞；105、第一环压注入泵；106、第二环压注入泵；2、孔洞模拟单元；201、金属圆柱体；2011、通孔；202、第一压力传感器；203、第一压差传感器；204、第一夹持器；205、第二压力传感器；3、加热单元；4、流速测定单元；401、收集装置；402、天平计量装置；5、裂缝起裂单元；501、岩心；5011、孔；502、第二夹持器；503、第二压差传感器；504、第三压力传感器；505、第四压力传感器；6、阀门；7、止回阀。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本发明的第一方面，如图1所示，本发明实施例提供了一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置。该装置包括：

注入单元1；

与注入单元1连接的至少一个孔洞模拟单元2；孔洞模拟单元2包括，具有轴向通孔2011的金属圆柱体201；注入单元1与通孔2011连通；

用于对注入单元1和孔洞模拟单元2加热的加热单元3；以及

用于测定从通孔2011流出的液体的流速的流速测定单元4。

在使用时，加热单元3首先对注入单元1和孔洞模拟单元2加热到预设温度，之后注入单元1第一次向孔洞模拟单元2注入选自盐水、水等的非暂堵转向液，使其通过金属圆柱体201的通孔2011，至选自盐水、水等的非暂堵转向液的流速稳定后，通过流速测定单元4测定从通孔2011流出的液体的流速，得到选自盐水、水等的非暂堵转向液的第一流速值，然后注入单元1向孔洞模拟单元2注入暂堵转向液预定时间，以实现对轴向通孔2011的封堵，然后注入单元1第二次向孔洞模拟单元2注入选自盐水、水等的非暂堵转向液，使其通过金属圆柱体201的通孔2011，至选自盐水、水等的非暂堵转向液的流速稳定后，通过流速测定单元4测定从通孔2011流出的液体的流速，得到选自盐水、水等的非暂堵转向液的第二流速值，以第一流速值和第二流速值的差值来表征暂堵转向液的封堵性能。

由上述叙述可知，本发明提供的评价暂堵转向液的封堵性能的装置可评价暂堵转向液对地层孔洞的封堵性能。

本领域技术人员可以通过更换具有不同尺寸通孔2011的金属圆柱体201，并保持注入单元1向通孔2011的注入压力不变，评价暂堵转向液对不同尺寸的孔洞封堵性能，以及更换不同类型的暂堵转向液，并保持注入单元1向通孔2011的注入压力不变，评价不同类型的暂堵转向液对相同尺寸的通孔的封堵性能。对于相同尺寸的通孔，相同流速下，注入单元1向通孔2011的注入压力越大，暂堵转向液的封堵性能越好；对于相同尺寸的通孔，在相同的注入压力下，液体(如水或盐水)在通孔2011的流速越慢，暂堵转向液的封堵性能越好。

下面将对孔洞模拟单元2的结构进行详细介绍。

如图1所示，金属圆柱体201的通孔2011一般为圆台体，并且其入口的直径大于出口的直径。也就是说，通孔2011的大直径端通过管路与注入单元1连通，小直径端通过管路与流速测定单元4连通。在实际应用中，通孔的轴线可以与金属圆柱体的轴线重合。

还有，金属圆柱体201可以为哈氏合金圆柱体。哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美国哈氏合金国际公司所生产的镍基耐蚀合金的商业牌号的统称，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性能。

在本发明的一种具体的实施方式中，金属圆柱体201的轴向长度为7-20cm，优选为13-20cm；通孔2011的入口的直径为2-6.35mm，优选为2-5mm；通孔2011的出口的直径为0.1-1mm，优选为0.1mm。

再有，在实际应用中，如图1所示，在孔洞模拟单元2的入口端设置有用于开启或关闭孔洞模拟单元的阀门6。

为了更准确地评价暂堵转向液的对孔洞的封堵性能，如图2所示，孔洞模拟单元2还包括，用于检测通孔2011的入口端压力的第一压力传感器202或用于检测金属圆柱体201的两端压差的第一压差传感器203，以确保两次向通孔2011注入水或盐水等非暂堵转向液时，通孔2011的入口端压力不变或金属圆柱体201的两端压差不变，减小系统误差，以更准确地评价暂堵转向液对孔洞的封堵性能。

在实际应用中，由于压差传感器的测量精度高于压力传感器的测量精度，而压差传感器的量程小于压力传感器的量程。因此，在孔洞模拟单元2中可同时设置压力传感器和压差传感器。

在本发明的一种优选的实施方式中，如图3所示，金属圆柱体201由沿通孔2011的轴线剖开的两个半圆柱体组成；孔洞模拟单元2还包括，用于包裹金属圆柱体201的第一环压胶套、用于夹持第一环压胶套和金属圆柱体201的第一夹持器204。将金属圆柱体201沿通孔的轴线方向分为两部分，可以清楚地观察到暂堵转向液封堵的孔洞的尺寸。在使用时，先将两个半圆柱体围合成金属圆柱体201，将金属圆柱体201放入第一环压胶套中，再放入第一夹持器204中。装置安装完成后，首先对第一夹持器204内部的金属圆柱体201施加环压密封，再由注入单元向通孔2011中注入液体，环压应大于通孔2011入口端压力，使得液体只能从通孔2011流过，不能从两个半圆柱体之间的接缝中流出，以保证对暂堵转向液的封堵性能的评价结果的真实可靠。

为了精确控制第一夹持器204内部的压力，孔洞模拟单元还包括，用于检测第一夹持器204内部压力的第二压力传感器205。

此外，孔洞模拟单元2的数量为两个以上；每个孔洞模拟单元2并联连接。可同时对不同类型的暂堵转向液进行评价，或同时对暂堵转向液封堵的不同通孔的尺寸进行测定。

如图4所示，本发明的暂堵转向液性能评价装置还包括：所述装置还包括：至少一个裂缝起裂单元5；所述裂缝起裂单元5包括，具有孔5011的岩心501，用于包裹所述岩心501的第二环压胶套，用于夹持所述岩心501和所述第二环压胶套的第二夹持器502；

所述裂缝起裂单元5与所述孔洞模拟单元2并联连接；

所述注入单元1还与所述裂缝起裂单元5连通；

所述加热单元3还用于对所述裂缝起裂单元5进行加热；

所述流速测定单元4还用于测定从所述裂缝起裂单元5流出的液体的流速。

在使用时，注入单元1首先向裂缝起裂单元5的第二夹持器502与第二环压胶套之间注入水，对岩心501形成环压密封，对岩心501施加的环压保持不变，然后注入单元1第一次向岩心501的孔5011内注入选自水或盐水等的非暂堵转向液，憋压至岩心501自然起裂，继续注入选自水或盐水等的非暂堵转向液至其流速稳定，流速测定单元4测定选自水或盐水等的非暂堵转向液在岩心501自然起裂后裂缝中的流速，之后注入单元1向自然起裂的岩心501的孔5011中注入暂堵转向液，封堵裂缝，再由注入单元第二次向岩心501的孔5011中注入选自水或盐水等的非暂堵转向液至其流速稳定，通过选自水或盐水等的非暂堵转向液在封堵前后岩心501的裂缝中的流速，评价暂堵转向液的对岩石裂缝的封堵性能。在测试全过程中，岩心自然起裂，更接近地层中天然岩石的真实起裂状态，从而对暂堵转向液的封堵性能的评价结果更真实可靠。

本发明的装置不但能评价暂堵转向液对孔洞的封堵性能，还能评价暂堵转向液对裂缝的封堵性能，实现对暂堵转向液的综合评价。

本领域技术人员可以理解的是，对岩心501施加的环压应大于岩心501的入口端的压力，使得选自水或盐水等的非暂堵转向液只能从岩心501的裂缝中流过，不能从岩心501的侧面流出，以确保对暂堵转向液的封堵性能的评价结果更真实可靠。

下面将对裂缝起裂单元5的构成进行详细介绍。

为了使岩心501在憋压起裂时不泄压，孔5011内设置有用于固封孔5011的钢管(图4中未示出)，钢管与孔壁之间采用环氧树脂密封。

本领域技术人员可以理解的是，岩心为根据地质工作或工程的需要，使用岩心环状钻头及其他取心工具，从孔内取出的圆柱状岩石样品。理论上，岩心越大，相应地，孔越大越接近地层岩石真实的起裂状态。

在实际操作中，孔5011的轴向长度为岩心501的轴向长度的1/3-1/2。

具体地，岩心501的轴向长度为7-20cm，直径为2.5-5cm；孔的直径为5-6.35mm；优选地，岩心501的轴向长度为13-17cm，直径为3.8-5cm。

为了更准确地评价暂堵转向液的对岩心501的裂缝的封堵性能，如图4所示，裂缝起裂单元5还包括，用于检测岩心501的入口端的第三压力传感器504和第二夹持器502内部压力的第四压力传感器505，或用于检测岩心501的两端压差的第二压差传感器503。以确保两次向岩心501的孔5011中选自注入水或盐水等的非暂堵转向液时，对岩心501施加的环压相同和岩心501的入口端的压力相同，或岩心501的两端压差相同，以减小系统误差，更准确地评价暂堵转向液的对岩石裂缝的封堵性能。

在实际操作中，由于压差传感器的测量精度高于压力传感器的测量精度，而压差传感器的量程小于压力传感器的量程，因此，如图4所示，可在裂缝起裂单元5的管路上同时安装用于岩心501的的入口端的第三压力传感器504和夹持器502内部压力(岩心的环压)的第四压力传感器505，和用于检测裂缝起裂单元5的入口端和出口端压差(两端压差)的第二压差传感器503。

如图4所示，在裂缝起裂单元5的入口端设置有用于开启或关闭裂缝起裂单元的阀门6。

在裂缝起裂单元5的一种具体实施方式中，裂缝起裂单元5的个数为两个以上，每个裂缝起裂单元5并联连接，实现对不同岩心憋压起裂，从而测试暂堵转向液对不同岩石憋压起裂产生的不同岩石裂缝的封堵性能。当然也可以根据实际情况，通过设置在裂缝起裂单元5的入口端的阀门6的开关实现单独使用或两个以上单元并联使用，达到模拟暂堵转向液对不同地层的岩石裂缝的封堵性能。

下面对注入单元1的构成进行详细介绍。

如图2所示，在该装置只有孔洞模拟单元2，并且金属圆柱体201为完整的圆柱体结构的情况下，注入单元1包括：储水罐101，与储水罐101的出水端连接的注入泵102，与注入泵102的出水端连接的，分别向孔洞模拟单元2的通孔2011注入液体的两个并联的第一储液罐103和第二储液罐104；第一储液罐103和第二储液罐104均设置有通过活塞1033和1043分隔的与通孔2011连通的第一腔室1031和1041和与注入泵102连通的第二腔室1032和1042。

本领域技术人员可以理解的是，注入泵102可以调控注入单元1对孔洞模拟单元2的注入压力。

在实际应用中，第一储液罐的第一腔室1031可以盛装水或盐水；第一储液罐的第二腔室1032盛装水；第二储液罐的第一腔室1041可以盛装暂堵转向液，第二储液罐的第二腔室1042盛装水。注入泵102将储水罐101中的水不断地注入到第二腔室1032和1042中，促使活塞1033和1043向第一腔室1031和1041推进，使得第一腔室1031和1041盛装的液体(水或盐水，暂堵转向液)注入到孔洞模拟单元2中。

如图3所示，在该装置只有孔洞模拟单元2，并且金属圆柱体201由沿通孔201的轴线剖开的两个半圆柱体组成的情况下，注入单元1包括：储水罐101，与储水罐101的出水端连接的注入泵102，与注入泵102的出水端连接的，分别向孔洞模拟单元2的通孔2011注入液体的两个并联的第一储液罐103和第二储液罐104；第一储液罐103和第二储液罐104均设置有通过活塞1033和1043分隔的与通孔2011连通的第一腔室1031和1041和与注入泵102连通的第二腔室1032和1042；与储水罐101的出水端连接的第一环压注入泵105，第一环压注入泵105用于向第一夹持器204内注水，对金属圆柱体201形成环压密封。本领域技术人员可以理解得是，第二压力传感器205设置在第一环压注入泵105与金属圆柱体201之间的连接管路上。

如图4所示，在该装置既有孔洞模拟单元2，又有裂缝起裂单元5，并且金属圆柱体201为完整的圆柱体结构的情况下，注入单元1的一种结构，包括：储水罐101，与储水罐101的出水端连接的注入泵102，与注入泵102的出水端连接的，分别向孔洞模拟单元2的通孔2011注入液体的两个并联的第一储液罐103和第二储液罐104；第一储液罐103和第二储液罐104均设置有通过活塞1033和1043分隔的与通孔2011连通的第一腔室1031和1041和与注入泵102连通的第二腔室1032和1042；与储水罐(101)的出水端连接的第二环压注入泵(106)，第二环压注入泵(106)用于向第二夹持器(502)内注水，对岩心(501)形成环压密封。

本领域技术人员可以理解的是，注入泵102可以调控注入单元1对孔洞模拟单元2和裂缝起裂单元5的注入压力。第二环压注入泵106调控对裂缝起裂单元5的岩心501的环压。

如图5所示，在该装置既有孔洞模拟单元2，又有裂缝起裂单元5，并且金属圆柱体201由沿通孔201的轴线剖开的两个半圆柱体组成的情况下，注入单元1的另一种结构，可以包括：注入单元1包括：储水罐101，与储水罐101的出水端连接的注入泵102，与注入泵102的出水端连接的，分别向孔洞模拟单元2的通孔2011注入液体的两个并联的第一储液罐103和第二储液罐104；第一储液罐103和第二储液罐104均设置有通过活塞1033和1043分隔的与通孔2011连通的第一腔室1031和1041和与注入泵102连通的第二腔室1032和1042；与储水罐101的出水端连接的第一环压注入泵105，第一环压注入泵105用于向第一夹持器204内注水，对金属圆柱体201形成环压密封；与储水罐101的出水端连接的第二环压注入泵106，第二环压注入泵106用于向第二夹持器502内注水，对岩心501形成环压密封；第一环压注入泵105与第二环压注入泵106并联连接；本领域技术人员可以理解的是，第四压力传感器505设置在第二环压注入泵106与第二夹持器502的连接管路上。

第一环压注入泵105调控对孔洞模拟单元2的金属圆柱体201的环压。第二环压注入泵106调控对裂缝起裂单元5的岩心501的环压。

在实际应用中，如图4和图5，注入泵102将储水罐101中的水不断地注入到第二腔室1032和1042中，促使活塞1033和1043向第一腔室1031和1041推进，使得第一腔室1031盛装的液体(如水或盐水)和1041盛装的暂堵转向液分别注入到孔洞模拟单元2和裂缝起裂单元5中。

还有，在实际应用中，如图2至图5，在第二腔室1032和1042的进口端分别设置有阀门6。在第一腔室1031和1041的出口端分别设置有阀门6。

再有，储水罐101分别与注入泵102、第一环压注入泵105和第二环压注入泵106的连接管路上分别设置控制注水的阀门。在本发明的实施例中注入泵102、第一环压注入泵105和第二环压注入泵106均与同一个储水罐101连接，有同一个储水罐提供水。本领域技术人员可以理解的是，注入泵102、第一环压注入泵105和第二环压注入泵106可以分别连接各自的储水罐，同样可以实现本发明的目的。

下面对加热单元3的构成进行详细介绍。

加热单元3的主要由烘箱构成，注入单元1的第一储液罐103、第二储液罐104、孔洞模拟单元2以及裂缝起裂单元5置于烘箱中进行加热。加热温度可以根据需要模拟的地层的温度确定。

下面对流速测定单元4的构成进行详细介绍。

在本发明中对液体流速的测定方式有两种：第一种是通过液体在单位时间内质量的改变来测定液体的流速；第二种是直接测定液体的流速。

对于第一种液体流速的测定方式，如图4至图5，该装置的流速测定单元4包括，分别与孔洞模拟单元2和裂缝起裂单元5对应的分别用于收集从孔洞模拟单元2和裂缝起裂单元5流出的液体的收集装置401；用于对收集装置401称重的天平计量装置402。

在收集装置401的入口端还可以设置有防止液体倒流的止回阀7。

如图4至图5所示，在本发明的实施例中，该装置可以设置两套收集装置401和天平计量装置402。其中，一套收集装置401和天平计量装置402对孔洞模拟单元2流出的流速稳定的液体(如水、盐水、或暂堵转向液)进行收集和称重，另一套收集装置401和天平计量装置402对裂缝起裂单元5流出的流速稳定的液体(如水、盐水或暂堵转向液)进行收集和称重，分别计算液体在金属圆柱体201的通孔2011中和在岩心501的裂缝中流速，通过液体在封堵前后的金属圆柱体201的通孔2011中和在岩心501的裂缝中流速，评价暂堵转向液对孔洞和对岩石裂缝的封堵性能。

当然，本领域技术人员可以想到，每个孔洞模拟单元2和每个裂缝起裂单元5均分别对应一套收集装置401和天平计量装置402。此种结构同样可以实现本发明的目的，但是增加了该装置的成本。

对于第二种液体流速的测定方式，该装置的流速测定单元4包括：分别测定从孔洞模拟单元2和裂缝起裂单元5流出的液体的流速的流量计。流量计分别设置在金属圆柱体201的通孔的出口端的管路上和岩心501的出口端的管路上。

本发明实施例提供的装置，还可以包括数据处理终端，数据处理终端获取上述压力或压差的数据，以及收集装置401质量变化和对应的时间，或液体(如水或盐水)的流速，从而对暂堵转向液的封堵性能进行自动评价。

在本发明的第二方面，本发明还提供了一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，包括以下步骤：

1)、加热单元3将注入单元1和上述孔洞模拟单元2加热到预设温度；金属圆柱体201是完整的圆柱体；

2)、注入单元1第一次向孔洞模拟单元2注入水或盐水至其流速稳定后，流速测定单元4测量水或盐水的流速；

3)、注入单元1向孔洞模拟单元2注入暂堵转向液封堵通孔2011；

4)、注入单元1第二次向孔洞模拟单元2注入水或盐水至其流速稳定后，流速测定单元4测量水或盐水的流速；

5)、根据水或盐水在通孔2011封堵前后的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

加热单元3将注入单元1和孔洞模拟单元2加热的预设温度可根据实际地层的温度确定，预设温度通常不超过177℃，升温速率为4-8℃/min。

在实际应用中，注入单元1的注入压力为0-20MPa，即注入泵102的注入压力为0-20MPa，优选地，10-20MPa；注入流量为0.1-107mL/min，优选地，1-10mL/min。

注入单元1向金属圆柱体201的通孔2011注入暂堵转向液，通孔2011的出口端不漏液，证明通孔2011已经被暂堵转向液封堵住，注入单元1停止向通孔2011中注入暂堵转向液。

在本发明第三方面，本发明还提供了一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，包括以下步骤：

1)、加热单元3将注入单元1和上述孔洞模拟单元2加热到预设温度；金属圆柱体201由沿通孔2011的轴线剖开的两个半圆柱体组成；

2)、注入单元1向第一夹持器204内注入水，对金属圆柱体201形成环压密封；

3)、注入单元1第一次向孔洞模拟单元2注入水或盐水至其流速稳定后，流速测定单元4测量水或盐水的流速；

4)、注入单元1向孔洞模拟单元2注入暂堵转向液封堵通孔2011；

5)、注入单元1第二次向孔洞模拟单元2注入水或盐水至其流速稳定后，流速测定单元4测量水或盐水的流速；

6)、根据水或盐水在通孔2011封堵前后的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

加热单元3将注入单元1和孔洞模拟单元2加热的预设温度可根据实际地层的温度确定，预设温度通常不超过177℃，升温速率为4-8℃/min。

在实际应用中，注入单元1的注入压力为0-20MPa，即注入泵102的注入压力为0-20MPa，优选地，10-20MPa；注入流量为0.1-107mL/min，优选地，1-10mL/min。对金属圆柱体201施加的环压应高于注入压力。

注入单元1向金属圆柱体201的通孔2011注入暂堵转向液，通孔2011的出口端不漏液，证明通孔2011已经被暂堵转向液封堵住，注入单元1停止向通孔2011中注入暂堵转向液。

本发明提供的测试方法可评价暂堵转向液封堵不同孔洞尺寸的先后顺序。

在本发明第四方面，本发明还提供了一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，包括以下步骤：

1)、加热单元3将注入单元1和裂缝起裂单元5加热到预设温度；

2)、向上述裂缝起裂单元5的夹持器502与环压胶套之间注入水，形成环压密封；

3)、注入单元1第一次向孔5011内注入水或盐水，憋压至岩心501起裂，继续注入至水或盐水在起裂后的岩心501的裂缝中的流速稳定，测定水或盐水的流速；

4)、注入单元1向孔5011内注入暂堵转向液将岩心501的裂缝进行封堵；

5)、注入单元1第二次向孔5011内注入水或盐水，至水或盐水在封堵后的岩心501的裂缝中流速稳定，测定水或盐水的流速；

6)、根据水或盐水在岩心501的封堵前后的裂缝中的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

注入单元1向岩心501的裂缝中注入暂堵转向液，至岩心501的出口端不漏液，证明岩心501的裂缝已经被暂堵转向液封堵住，注入单元1停止向中岩心501的孔5011中注入暂堵转向液。

加热单元3将注入单元1和裂缝起裂单元5加热的预设温度可根据实际地层的确定，预设温度通常不超过177℃，升温速率为4-8℃/min。

还有，在实际应用中，注入单元1的注入压力为0-70MPa，即注入泵102的压力为10-70MPa，优选地，30-60MPa；注入流量为0-107mL/min，优选地，0.5-20mL/min。对岩心501施加的环压应高于注入压力。

再有，在测试过程中，保持对岩心的环压不变，并且大于岩心入口端的压力(注入压力)，不但实验重复性好，而且裂缝中的水或盐水只能从岩心的出口端流出，不能从岩心与环压胶套之间流出，保证测试结果的准确性。

本发明所使用的盐水可以为氯化钾溶液，优选为质量分数为3％的氯化钾溶液。相对于水，氯化钾溶液可以防止岩石中的黏土等物质膨胀，从而缩小甚至堵塞裂缝影响对暂堵转向液的测试结果。

对于同一个岩心产生的裂缝而言，本发明的测试方法可评价不同憋压起裂压力下，暂堵转向液封堵岩心裂缝的先后顺序；对于不同岩心产生的裂缝而言，本发明的测试方法可评价相同憋压起裂压力下，暂堵转向液封堵岩心裂缝的先后顺序。

由上述实施例可知，本发明提供的评价暂堵转向液的封堵性能的装置及其测试方法，不但能模拟暂堵转向液对地层孔洞的封堵性能，还能模拟岩心起裂及暂堵转向液对岩石的裂缝的封堵性能，并且该装置更接近地层中岩石的真实起裂状态，从而对暂堵转向液的评价结果更真实可靠。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (27)

1.一种评价暂堵转向液的封堵性能的装置，其特征在于，包括：

注入单元(1)；

与所述注入单元(1)连接的至少一个孔洞模拟单元(2)；所述孔洞模拟单元(2)包括，具有轴向通孔(2011)的金属圆柱体(201)；所述注入单元(1)与所述通孔(2011)连通；

用于对所述注入单元(1)和所述孔洞模拟单元(2)加热的加热单元(3)；以及

用于测定从所述通孔(2011)流出的液体的流速的流速测定单元(4)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通孔(2011)为圆台形，并且其入口的直径大于出口的直径。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属圆柱体(201)为哈氏合金圆柱体。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述金属圆柱体(201)的轴向长度为7-20cm；所述通孔(2011)的入口的直径为2-6.35mm；所述通孔(2011)的出口的直径为0.1-1mm。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述金属圆柱体(201)的轴向长度为13-20cm；所述通孔(2011)的入口的直径为2-5mm；所述通孔(2011)的出口的直径为0.1mm。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述孔洞模拟单元(2)还包括，用于检测所述通孔(2011)的入口端压力的第一压力传感器(202)或用于检测所述金属圆柱体(201)的两端压差的第一压差传感器(203)。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属圆柱体(201)由沿所述通孔(2011)的轴线剖开的两个半圆柱体组成；所述孔洞模拟单元(2)还包括，用于包裹所述金属圆柱体(201)的第一环压胶套、用于夹持所述第一环压胶套和所述金属圆柱体(201)的第一夹持器(204)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述孔洞模拟单元(2)还包括，用于检测所述第一夹持器(204)内部压力的第二压力传感器(205)。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述孔洞模拟单元(2)的数量为两个以上；每个所述孔洞模拟单元(2)并联连接。

10.根据权利要求1至6和9任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：至少一个裂缝起裂单元(5)；所述裂缝起裂单元(5)包括，具有孔(5011)的岩心(501)，用于包裹所述岩心(501)的第二环压胶套，用于夹持所述岩心(501)和所述第二环压胶套的第二夹持器(502)；

所述裂缝起裂单元(5)与所述孔洞模拟单元(2)并联连接；

所述注入单元(1)还与所述裂缝起裂单元(5)连通；

所述加热单元(3)还用于对所述裂缝起裂单元(5)进行加热；

所述流速测定单元(4)还用于测定从所述裂缝起裂单元(5)流出的液体的流速。

11.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：至少一个裂缝起裂单元(5)；所述裂缝起裂单元(5)包括，具有孔(5011)的岩心(501)，用于包裹所述岩心(501)的第二环压胶套，用于夹持所述岩心(501)和所述第二环压胶套的第二夹持器(502)；

所述裂缝起裂单元(5)与所述孔洞模拟单元(2)并联连接；

所述注入单元(1)还与所述裂缝起裂单元(5)连通；

所述加热单元(3)还用于对所述裂缝起裂单元(5)进行加热；

所述流速测定单元(4)还用于测定从所述裂缝起裂单元(5)流出的液体的流速。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述孔(5011)内设置有用于固封所述孔(5011)的钢管；所述孔(5011)的轴向长度为所述岩心(501)的轴向长度的1/3-1/2。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述岩心(501)的轴向长度为7-20cm，直径为2.5-5cm；所述孔(5011)的直径为5-6.35mm。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述岩心(501)的轴向长度为13-17cm，直径为3.8-5cm。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述裂缝起裂单元(5)还包括，用于检测所述岩心(501)的入口端的第三压力传感器(504)和所述第二夹持器(502)内部压力的第四压力传感器(505)，或用于检测所述岩心(501)的两端压差的第二压差传感器(503)。

16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述裂缝起裂单元(5)的个数为两个以上，每个所述裂缝起裂单元(5)并联连接。

17.根据权利要求1-6和9任一项所述的装置，其特征在于，所述注入单元(1)包括：储水罐(101)，与所述储水罐(101)的出水端连接的注入泵(102)，与所述注入泵(102)的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元(2)的通孔(2011)注入液体的两个并联的第一储液罐(103)和第二储液罐(104)；所述第一储液罐(103)和所述第二储液罐(104)均设置有通过活塞(1033；1043)分隔的与所述通孔(2011)连通的第一腔室(1031；1041)和与所述注入泵(102)连通的第二腔室(1032；1042)。

18.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述注入单元(1)包括：储水罐(101)，与所述储水罐(101)的出水端连接的注入泵(102)，与所述注入泵(102)的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元(2)的通孔(2011)注入液体的两个并联的第一储液罐(103)和第二储液罐(104)；所述第一储液罐(103)和所述第二储液罐(104)均设置有通过活塞(1033；1043)分隔的与所述通孔(2011)连通的第一腔室(1031；1041)和与所述注入泵(102)连通的第二腔室(1032；1042)；与所述储水罐(101)的出水端连接的第一环压注入泵(105)，所述第一环压注入泵(105)用于向所述第一夹持器(204)内注水，对所述金属圆柱体(201)形成环压密封；所述第二压力传感器(205)设置在所述第一环压注入泵(105)与所述金属圆柱体(201)之间的连接管路上。

19.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述注入单元(1)包括：储水罐(101)，与所述储水罐(101)的出水端连接的注入泵(102)，与所述注入泵(102)的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元(2)的通孔(2011)注入液体的两个并联的第一储液罐(103)和第二储液罐(104)；所述第一储液罐(103)和所述第二储液罐(104)均设置有通过活塞(1033；1043)分隔的与所述通孔(2011)连通的第一腔室(1031；1041)和与所述注入泵(102)连通的第二腔室(1032；1042)；与所述储水罐(101)的出水端连接的第二环压注入泵(106)，所述第二环压注入泵(106)用于向所述第二夹持器(502)内注水，对所述岩心(501)形成环压密封。

20.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述注入单元(1)包括：储水罐(101)，与所述储水罐(101)的出水端连接的注入泵(102)，与所述注入泵(102)的出水端连接的，分别向所述孔洞模拟单元(2)的通孔(2011)注入液体的两个并联的第一储液罐(103)和第二储液罐(104)；所述第一储液罐(103)和所述第二储液罐(104)均设置有通过活塞(1033；1043)分隔的与所述通孔(2011)连通的第一腔室(1031；1041)和与所述注入泵(102)连通的第二腔室(1032；1042)；与所述储水罐(101)的出水端连接的第一环压注入泵(105)，所述第一环压注入泵(105)用于向所述第一夹持器(204)内注水，对所述金属圆柱体(201)形成环压密封；所述第二压力传感器(205)设置在所述第一环压注入泵(105)与所述金属圆柱体(201)之间的连接管路上；与所述储水罐(101)的出水端连接的第二环压注入泵(106)，所述第二环压注入泵(106)用于向所述第二夹持器(502)内注水，对所述岩心(501)形成环压密封；所述第一环压注入泵(105)与所述第二环压注入泵(106)并联连接；所述第四压力传感器(505)设置在所述第二环压注入泵(106)与所述第二夹持器(502)的连接管路上。

21.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述流速测定单元(4)包括：分别与所述孔洞模拟单元(2)和所述裂缝起裂单元(5)对应的分别用于收集从所述孔洞模拟单元(2)和所述裂缝起裂单元(5)流出的液体的收集装置(401)；用于对所述收集装置(401)称重的天平计量装置(402)。

22.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述流速测定单元(4)包括：分别测定从所述孔洞模拟单元(2)和所述裂缝起裂单元(5)流出的液体的流速的流量计。

23.一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、所述加热单元(3)将所述注入单元(1)和权利要求1至6和9任一项所述的孔洞模拟单元(2)加热到预设温度；

2)、所述注入单元(1)第一次向所述孔洞模拟单元(2)注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元(4)测量水或所述盐水的流速；

3)、所述注入单元(1)向所述孔洞模拟单元(2)注入暂堵转向液封堵所述通孔(2011)；

4)、所述注入单元(1)第二次向所述孔洞模拟单元(2)注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元(4)测量水或所述盐水的流速；

5)、根据水或所述盐水在所述通孔(2011)封堵前后的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述注入单元(1)的注入压力为0-105MPa，注入流量为0-107mL/min。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述盐水为质量分数为3％的氯化钾溶液。

26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述加热单元(3)的加热温度为0-177℃，升温速率为4-8℃/min。

27.一种暂堵转向液的封堵性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、所述加热单元(3)将所述注入单元(1)和权利要求7或8所述的孔洞模拟单元(2)加热到预设温度；

2)、所述注入单元(1)向所述第一夹持器(204)内注入水，对所述金属圆柱体(201)形成环压密封；

3)、所述注入单元(1)第一次向所述孔洞模拟单元(2)注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元(4)测量水或所述盐水的流速；

4)、所述注入单元(1)向所述孔洞模拟单元(2)注入暂堵转向液封堵所述通孔(2011)；

5)、所述注入单元(1)第二次向所述孔洞模拟单元(2)注入水或盐水至其流速稳定后，所述流速测定单元(4)测量水或所述盐水的流速；

6)、根据水或所述盐水在所述通孔(2011)封堵前后的流速的差值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。