CN109085324A - 一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，包括气瓶、旁通管线、压缩机、反应釜、加热圈、搅拌转子、磁钢、微型电动机、岩心夹持器、保温层，岩心夹持器有三种类型，可以夹持圆柱形岩心和平板形岩心；本发明可以更为真实地模拟在不同储层温度、压力条件下，酸液在储层中的流动以及酸液与储层岩石发生化学反应；本发明既可以做单平板形岩心模拟平板流酸‑岩反应，还可以做双平板岩心模拟裂缝。

Description

一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置

技术领域

本发明涉及石油开采工程中酸化压裂增产改造技术，特别是涉及酸-岩反应速度及动力学参数测定，属于石油开采技术领域。

背景技术

随着石油勘探开发技术的迅猛发展，越来越多的低渗透、物性差、非均质性强的砂岩或碳酸盐岩油气藏被发现。若直接开发这些油气藏，单井产量极低，达不到工业油气流的标准，即，不符合经济开发的要求。因此，必须进行油气藏增产改造。酸化压裂作为油气藏增产改造技术的重要组成部分，已逐渐被人们所重视，且广泛应用于国内外各大油田。

酸化压裂增产改造技术最为关键的一个方面就是如何准确测得酸-岩反应速度及动力学参数。准确测得酸-岩反应速度及动力学参数是进行正确的酸化压裂设计的基础。由于不同油田储层岩石类型和组成成分不同，参加化学反应的矿物也不同，且不同储层选用的酸液类型也有差异，因而酸-岩反应速度及动力学参数便具有较大差异性和无规律性。因此，要想准确得出酸-岩反应速度及动力学参数，就需要通过室内实验测得。酸-岩反应速度及动力学参数确定后才能确定酸液有效作用距离，从而预测酸化压裂增产改造效果。

目前，石油行业常用的酸岩反应模拟实验装置的特点及其缺点已在一种用于高粘酸酸岩反应模拟实验的搅拌装置(申请号CN201620278146.7)的背景技术中描述了，这里不再赘述。针对酸岩反应旋转岩盘仪的缺点，已有相关文献报道了对应的改进措施。一种自动控制的酸岩反应动力学参数实验装置(申请号CN201410198740.0)、酸岩反应实验装置(申请号CN201610885348.2)、高温高压动态酸岩反应快速实验装置及方法(申请号CN201410558721.4)、一种用于高粘酸酸岩反应模拟实验的搅拌装置(申请号CN201620278146.7)等，均采用圆柱形岩心，且对酸液流动或岩心旋转方式做出改进，以提高参数测试准确度。酸岩反应的平行板裂缝模拟装置(申请号CN200820108724.8)、酸岩反应平行岩板夹持器(申请号CN201120241685.0)、一种模拟平板酸岩反应的测试装置及方法(申请号CN201210239116.1)、一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置及其工作方法(申请号CN201610621495.9)、一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法(申请号CN201210359475.0)等，均采用平板形岩心，岩板固定，酸液流动，此模式相比岩心旋转模式更能真实地模拟地下酸液流动和酸液与岩石反应过程。

虽然目前已有相关改进措施报道，但普遍存在以下几点问题。第一点：各装置没有充分考虑岩心的胶结性，即岩心是否疏松，若岩心胶结较差，即岩心较为疏松，则岩心不适合做成平板形，只适合做成圆柱状；第二点：几乎很难找到有相关装置既可以做圆柱形岩心，又可以做平板形岩心实验，平板形岩心可以模拟平板裂缝；第三点：无法直接利用转子转速判断酸液流速或判断出的酸液流速误差较大；第四点：进行高粘酸液酸-岩反应实验时，反应釜中搅拌不充分，酸液传质速度较慢，酸液浓度分布不均匀，取样口处的酸液无法真实代表反应釜中酸液浓度的变化，且无法表征地下酸液真实流动情况，测得实验数据与地下真实值偏差较大。针对以上问题，本发明提出了一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，包括气瓶、旁通管线、压缩机、反应釜、加热圈、搅拌转子、磁钢、微型电动机、岩心夹持器、保温层；所述的气瓶包括氮气瓶和二氧化碳瓶，在使用时应根据实际需求情况选择使用何种气瓶；气瓶中的气体通过管线到达压缩机或旁通管线；若所述的反应釜需要增压，则使用压缩机将气体增压，增压后的气体进入反应釜，使得反应釜压力上升，若所述的反应釜不需要增压，则气体通过旁通管线直接进入反应釜；所述的压缩机具体为离心式压缩机或活塞式压缩机；所述的反应釜材料为哈氏合金，反应釜顶部有温度测量显示仪，实时测量显示反应釜内酸液温度；所述的反应釜一侧（右上侧）连接了泄压管线，在泄压管线上安装有一个压力表和阀门；若所述的阀门关闭，压力表显示的压力为反应釜内压力，若所述的阀门开启时，压力表显示的压力为泄压管线内压力；所述的加热圈具体为电阻加热圈或红外线加热圈，加热圈将反应釜包裹于中，通过加热圈加热实现对反应釜内温度的调节与控制；所述的反应釜另一侧（左下侧）连接了泄压管线；所述的反应釜底部安装有磁力搅拌器，磁力搅拌器主要由微型电动机、磁钢、磁力搅拌转子、螺母A组成，基本原理具体的为微型电动机接通电源后转动，从而带动磁钢旋转，旋转的磁钢产生旋转磁场，使得磁力搅拌转子旋转搅拌反应釜内的酸液，由于反应釜为哈氏合金材料，该材料为镍-铬-钼合金，含有少量甚至不含有铁，因此不会对磁场产生影响；所述的磁力搅拌转子旋转使得酸液流入管道A，然后从管道A流入管道B，再流入管道C，最后流回反应釜中，实现循环流动；所述的管道A内可放置岩心夹持器，管道A的内壁面与岩心夹持器的外壁面之间有氟橡胶套，管道A外壁面包裹着保温层，管道A右端通过螺栓和螺母B与快开盲板实现螺纹连接；所述的保温层材料具体为岩棉或聚氨酯泡沫塑料；所述的快开盲板与管道A之间夹有密封圈，以此实现密封连接；所述的快开盲板为将岩心夹持器送入或取出的入口开关，打开快开盲板便可将岩心夹持器送入管道内或从管道内取出，关闭快开盲板便可实现密封承压；所述的管道B上安装有超声波流量计，该流量计无需与酸液直接接触便可测得酸液流量；所述的管道C的基本结构与管道A一致，这里不再赘述；所述的岩心夹持器均为圆柱形，且对称为两半，通过装配销与装配槽配合装配成一个整体的圆柱形的岩心夹持器；所述的岩心夹持器有三种类型，第一种岩心夹持器可以同时夹持两块平板形岩心，第二种岩心夹持器与第一种岩心夹持器相比，虽然只能夹持一块平板形岩心，但该块平板形岩心的厚度更大，第三种岩心夹持器可以夹持圆柱形岩心；所述的第三种岩心夹持器考虑了由于只允许岩心夹持器夹持圆柱形岩心的一小部分，为保证稳固地夹持岩心，将对称两半的岩心夹持器装配成一个整体后，螺纹的存在可以使螺母C拧在岩心夹持器外壁面。

优选的，所述的磁力搅拌转子分为两个，下部的磁力搅拌转子叶片相比上部的磁力搅拌转子叶片更长。

优选的，所述的上部和下部磁力搅拌转子叶片数量可以不同，但都不应超过6个。

优选的，所述的岩心夹持器有三种类型，选择何种类型的岩心夹持器应依据岩心胶结性的好坏和实验实际需求而定。

优选的，所述的管道A和管道C内均可放置岩心夹持器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）该种酸岩反应速度及动力学参数测定装置可以更为真实地模拟在不同储层温度、压力条件下，酸液在储层中的流动以及酸液与储层岩石发生化学反应；（2）该装置能够克服高粘酸液在反应釜中搅拌不充分问题而导致的酸-岩反应测试参数不准确；（3）该装置考虑了岩心胶结问题，岩心既可做成平板形，也可以做成圆柱形，适用范围更广；（4）该装置既可以做单平板形岩心模拟平板流酸-岩反应，还可以做双平板岩心模拟裂缝；（5）该装置采用超声波流量计直接测得管道内酸液流量，经换算便可得到准确的酸液流速。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明第一种岩心夹持器示意图；

图3为本发明第二种岩心夹持器示意图；

图4为本发明第三种岩心夹持器示意图。

图中：1、氮气瓶，2、二氧化碳瓶，3、阀门，4、旁通管线，5、压缩机，6、反应釜，7、温度测量显示仪，8、压力表，9、泄压管线，10、加热圈，11、取样管线，12、磁力搅拌转子，131、螺母A，132、螺母B，133、螺栓，134、螺母C，135、螺纹，14、磁钢，15、微型电动机，16、保温层，17、氟橡胶套，18、岩心夹持器，19、密封圈，20、快开盲板，21、管道A，22、岩心，23、装配销，24、装配槽，25、超声波流量计，26、管道B，27、管道C。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，包括氮气瓶1、二氧化碳瓶2、阀门3、旁通管线4、压缩机5、反应釜6、温度测量显示仪7、压力表8、泄压管线9、加热圈10、取样管线11、磁力搅拌转子12、螺母A131、螺母B132、螺栓133、螺母C134、螺纹135、磁钢14、微型电动机15、保温层16、氟橡胶套17、岩心夹持器18、密封圈19、快开盲板20、管道A21、岩心22、装配销23、装配槽24、超声波流量计25、管道B26、管道C27；所述的气瓶包括氮气瓶1和二氧化碳瓶2，在使用时应根据实际需求情况选择使用何种气瓶；气瓶中的气体通过管线到达压缩机5或旁通管线4；若所述的反应釜6需要增压，则使用压缩机5将气体增压，增压后的气体进入反应釜6，使得反应釜6压力上升，若所述的反应釜6不需要增压，则气体通过旁通管线4直接进入反应釜6；所述的压缩机5具体为离心式压缩机或活塞式压缩机；所述的反应釜6材料为哈氏合金，反应釜6顶部有温度测量显示仪7，实时测量显示反应釜6内酸液温度；所述的反应釜6一侧（右上侧）连接了泄压管线9，在泄压管线9上安装有一个压力表8和阀门3（本发明中阀门符号一致，因此只标注了一处）；若所述的阀门3关闭，压力表8显示的压力为反应釜6内压力，若所述的阀门3开启时，压力表8显示的压力为泄压管线9内压力；所述的加热圈10具体为电阻加热圈或红外线加热圈，加热圈10将反应釜6包裹于中，通过加热圈10加热实现对反应釜6内温度的调节与控制；所述的反应釜6另一侧（左下侧）连接了泄压管线11；所述的反应釜6底部安装有磁力搅拌器，磁力搅拌器主要由微型电动机15、磁钢14、磁力搅拌转子12、螺母A131组成，基本原理具体的为微型电动机15接通电源后转动，从而带动磁钢14旋转，旋转的磁钢14产生旋转磁场，使得磁力搅拌转子12旋转搅拌反应釜6内的酸液；所述的磁力搅拌转子12旋转使得酸液流入管道A21，然后从管道A21流入管道B26，再流入管道C27，最后流回反应釜6中，实现循环流动；所述的管道A21内可放置岩心夹持器18，管道A21的内壁面与岩心夹持器18的外壁面之间有氟橡胶套17，管道A21外壁面包裹着保温层16，管道A21右端通过螺栓133和螺母B132与快开盲板20实现螺纹连接；所述的保温层16材料具体为岩棉或聚氨酯泡沫塑料；所述的快开盲板20与管道A21之间夹有密封圈19，以此实现密封连接；所述的管道B26上安装有超声波流量计25，该流量计无需与酸液直接接触便可测得酸液流量；所述的管道C27的基本结构与管道A21一致，这里不再赘述；所述的岩心夹持器18均为圆柱形，且对称为两半，通过装配销23与装配槽24配合装配成一个整体的圆柱形的岩心夹持器18；所述的岩心夹持器18有三种类型，第一种岩心夹持器18（如图2）可以同时夹持两块平板形岩心22，第二种岩心夹持器18（如图3）与第一种岩心夹持器18相比，虽然只能夹持一块平板形岩心22，但该块平板形岩心22的厚度更大，第三种岩心夹持器18（如图4）可以夹持圆柱形岩心22；所述的第三种岩心夹持器18考虑了由于只允许岩心夹持器18夹持圆柱形岩心22的一小部分，为保证稳固地夹持岩心22，将对称两半的岩心夹持器18装配成一个整体后，螺纹135的存在可以使螺母C134拧在岩心夹持器18外壁面。

本发明在使用时，首先应依据岩心22胶结性的好坏和实验实际需求确定岩心夹持器18的类型以及数量，具体的为胶结性较差的岩心22做成圆柱形，即可使用第三种岩心夹持器18，胶结性中等的岩心22做成厚度较大的平板形，即可使用第二种岩心夹持器18，胶结性较好的岩心22做成厚度较小的平板形，即可使用第一种岩心夹持器18，若岩心22样本充足且想短时间内酸液浓度有较大变化，则可选择采用两个岩心夹持器18，同时放入管道A21和管道C27内；在确定岩心夹持器18的类型及数量后，打开快开盲板20将夹持有岩心22的岩心夹持器18送入管道A21和管道C27内，关闭快开盲板20；在实验过程中从取样管线11取样得到不同时刻酸液的浓度，记录超声波流量计25的读数，再除以管道截面积便可得到酸液流速；实验结束后，先通过泄压管线9泄压，待压力降低至0.1MPa后，通过取样管线11将酸液排出，然后打开快开盲板20，将岩心夹持器18从管道内取出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，包括氮气瓶(1)、二氧化碳瓶(2)、阀门(3)、旁通管线(4)、压缩机(5)、反应釜(6)、温度测量显示仪(7)、压力表(8)、泄压管线(9)、加热圈(10)、取样管线(11)、磁力搅拌转子(12)、螺母A(131)、螺母B(132)、螺栓(133)、螺母C(134)、螺纹(135)、磁钢(14)、微型电动机(15)、保温层(16)、氟橡胶套(17)、岩心夹持器(18)、密封圈(19)、快开盲板(20)、管道A(21)、岩心(22)、装配销(23)、装配槽(24)、超声波流量计(25)、管道B(26)、管道C(27)；所述的氮气瓶(1)或二氧化碳瓶(2)中的气体通过管线到达压缩机(5)或旁通管线(4)；所述的反应釜(6)需要增压时使用压缩机(5)进行增压，反应釜(6)不需要增压时气体通过旁通管线(4)到达反应釜(6)；所述的压缩机(5)具体为离心式压缩机或活塞式压缩机；所述的反应釜(6)材料为哈氏合金，反应釜(6)顶部有温度测量显示仪(7)；所述的反应釜(6)一侧连接了泄压管线(9)，在泄压管线(9)上安装有一个压力表(8)和阀门(3)；所述的加热圈(10)具体为电阻加热圈或红外线加热圈，加热圈(10)将反应釜(6)包裹于中，通过加热圈(10)加热实现对反应釜(6)内温度的调节与控制；所述的反应釜(6)另一侧连接了泄压管线(11)；所述的反应釜(6)底部安装有磁力搅拌器，磁力搅拌器主要由微型电动机(15)、磁钢(14)、磁力搅拌转子(12)、螺母(A131)组成；所述的磁力搅拌转子(12)旋转使得酸液流入管道A(21)，然后从管道A(21)流入管道B(26)，再流入管道C(27)，最后流回反应釜(6)中，实现循环流动；所述的管道A(21)内可放置岩心夹持器(18)，管道A(21)的内壁面与岩心夹持器(18)的外壁面之间有氟橡胶套(17)，管道A(21)外壁面包裹着保温层(16)，管道A(21)右端通过螺栓(133)和螺母B(132)与快开盲板(20)实现螺纹连接；所述的保温层(16)材料具体为岩棉或聚氨酯泡沫塑料；所述的快开盲板(20)与管道A(21)之间夹有密封圈(19)；所述的管道B(26)上安装有超声波流量计(25)；所述的管道C(27)的基本结构与管道A(21)一致；所述的岩心夹持器(18)均为圆柱形，且对称为两半，通过装配销(23)与装配槽(24)配合装配成一个整体的圆柱形岩心夹持器(18)；所述的岩心夹持器(18)有三种类型，第一种岩心夹持器(18)可以同时夹持两块平板形岩心(22)，第二种岩心夹持器(18)与第一种岩心夹持器(18)相比，虽然只能夹持一块平板形岩心(22)，但该块平板形岩心(22)的厚度更大，第三种岩心夹持器(18)可以夹持圆柱形岩心(22)；所述的第三种岩心夹持器(18)由对称两半的岩心夹持器装配成一个整体，螺纹(135)的存在使螺母C(134)拧在岩心夹持器(18)外壁面。

2.根据权利要求1所述的一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，其特征在于：所述的磁力搅拌转子(12)分为两个，下部的磁力搅拌转子(12)叶片相比上部的磁力搅拌转子(12)叶片更长。

3.根据权利要求1所述的一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，其特征在于：所述的上部和下部磁力搅拌转子(12)叶片数量可以不同，但都不应超过6个。

4.根据权利要求1所述的一种酸岩反应速度及动力学参数测定装置，其特征在于：所述的管道A(21)和管道C(27)内均可放置岩心夹持器(18)。