CN110018101B - 一种用于冲击波解堵评价的机械实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于冲击波解堵评价的机械实验系统。所述机械实验系统包括：夹持装置，其具有至少一个岩心夹持器；耦合装置；冲击波发生装置，其与夹持装置通过耦合装置相连接；供液压力罐，其具有围压输出端、注入压输出端、注液输出端；供液压力罐分别通过围压输出端、注入压输出端和注液输出端与岩心夹持器相连通；储液装置，其分别与所述供液压力罐和所述冲击波发生装置相连通。本发明机械实验系统具有用于固定岩样的夹持装置，研究冲击波对井眼周围地带的冲击解堵效果，在近似井下应力状态下对岩样加持，通过室内试验，当冲击波对试验岩样进行冲击解堵后，从测试岩样中取样进行渗透率测试，评价其解堵效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冲击波解堵评价的机械实验系统，属于油水解堵领域。
背景技术
随着油田生产时间增加，在近井筒附近造成渗流通道堵塞，对注水井而言，注水压力逐年升高，常规酸化解堵作业虽能解除近井地带堵塞，但随着酸化频次增多，酸化效果越来越差，有效期越来越短，作业成本逐年增加，对油田长期稳定生产带来很大影响。对油井而言，近井地带由于杂质聚集和修井作业入井液污染等原因，造成渗油通路堵塞，井底压力升高，导致油井产量降低，甚至部分停产。现有的解堵方法有物理解堵、化学解堵和生物解堵等。但多数物理解堵方法施工步骤较为繁琐；化学解堵方法成本高，解堵有效期短，对油井造成二次伤害，容易造成环境污染等突出问题；生物解堵方法对环境要求很高，技术不够成熟。
目前，对油气储层的改造增透通常采用水力压裂，即以静力学或动力学方式在井中给储层施加压力，导致储层破裂以汇聚更多的油气。以水力压裂为代表的静力学方式用高压水流给储层施加巨大的压力，导致储层以井筒为轴沿最小地应力方向张开对称的一条裂缝汇集百米范围内的油气。但是，水力压裂并不能增大储集层岩石的渗透率，仍需要基于储层本身的渗透率渗流，而且借助于水力改造储层的方法需要向地层注入大量的压裂液，会对地层造成污染。多年来，已经有高能气体压裂、深孔预裂爆破等措施以动力学冲击波方式提高储层渗透率，但是这些措施的特点是整体性、单次作用于储层。如果要提高单次和整体作用的效果，需要增大冲击波的力度，这将对井 (孔)的结构强度有着非常不利的影响。为了探索新的储层增透方法，提出利用新的冲击波解堵技术。
冲击波作用储层的研究文献中报道不多，苏联开展了高强声波作用储层岩石的研究，指出在储层中能够发生热与质传递的阈值为1kW/m2。重庆大学研究了声波对煤层渗透率和瓦斯吸附性能的影响表明：给煤层加载声场后，解吸规律不变，解吸量增大，在2MPa压力下，解吸量提高24％；在相同平均有效应力下，等温吸附曲线的规律不变，吸附能力降低；加声场后渗透率增高。
由于我国油气资源的基本特点是低渗透、超低渗透油层，致密砂岩气、页岩气、低渗透煤层等，传统的力学措施在储层改造中存在很大局限性。冲击波解堵技术是通过在井下液体中处理油层的一种技术，利用产生的强大冲击波，在地层中造成定向传播的压力脉冲，对地层及孔隙内各种介质产生较强的冲击振动力，储层在冲击波作用下产生微裂缝，达到解堵、増注目的。该技术相对于其它物理化学解堵技术具有施工工艺简单、作业成本低、能量可控的特点。针对海上油田日益增多的油水井堵塞问题，在常规酸化效果越来越差的情况下，有必要开展冲击波解堵技术在海上油田应用适用性研究，从而达到降低海上油水井解堵作业成本，实现海上稠油油田高效开发的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械实验系统，解决现有技术中缺少能够模拟在多种地层环境中的岩样受到冲击波载荷后的状态的问题。
本发明所提供的用于冲击波解堵评价的机械实验系统，包括：
夹持装置，其具有至少一个岩心夹持器；
耦合装置；
冲击波发生装置，其与所述夹持装置通过所述耦合装置相连接；
供液压力罐，其具有围压输出端、注入压输出端、注液输出端；所述供液压力罐分别通过所述围压输出端、所述注入压输出端和所述注液输出端与所述岩心夹持器相连通；
储液装置，其分别与所述供液压力罐和所述冲击波发生装置相连通。
上述的机械实验系统中，所述夹持装置包括第一岩心夹持器、第二岩心夹持器、第三岩心夹持器和第四岩心夹持器；
所述耦合装置包括第一耦合柱、第二耦合柱、第三耦合柱、第四耦合柱和第五耦合柱；
所述第一岩心夹持器、第二岩心夹持器、第三岩心夹持器和第四岩心夹持器相互通过所述第二耦合柱、所述第三耦合柱和所述第四耦合柱相连接，所述注入压输出端和所述注液输出端均通过所述第一耦合柱与所述第一岩心夹持器相连接，所述冲击波发生装置通过所述第五耦合柱与所述第四岩心夹持器相连接。
上述的机械实验系统中，所述机械实验系统还包括相互串联的注入总压传感器、第一压力梯度传感器、第二压力梯度传感器、第三压力梯度传感器和第四压力梯度传感器；
所述注入总压传感器与所述第一耦合柱相连接，所述第一压力梯度传感器与所述第二耦合柱相连接，所述第二压力梯度传感器与所述第三耦合柱相连接，所述第三压力梯度传感器与所述第四耦合柱相连接，所述第四压力梯度传感器与所述冲击波发生装置相连接；
其中，压力梯度传感器即用于显示冲击波施加于多个岩样时载荷分布情况。
上述的机械实验系统中，所述机械实验系统还包括相互连接的围压总压传感器和围压调压阀，所述围压输出端通过所述围压总压传感器和所述围压调压阀与所述岩心夹持器相连接。
上述的机械实验系统中，所述夹持装置还包括夹持顶杆，所述夹持顶杆一侧与所述耦合装置相连接，另一侧通过所述注入压输出端和所述注液输出端与所述供液压力罐相连接；
所述夹持装置位于冲击波传播方向的末端，用于吸收冲击波载荷，防止其损坏实验系统其他部件。
上述的机械实验系统中，所述冲击波发生装置上设有注液回流端，所述储液装置上设有第一回流输入端，所述注液回流端与所述第一回流输入端相连通，用于测试岩样渗透率的液体经该管线流回所述储液装置；
所述供液压力罐上设有加压输出端，所述冲击波发生装置上设有加压输入端，所述加压输出端与所述加压输入端相连通。
上述的机械实验系统中，所述机械实验系统还包括相互并联的注入压力调压阀和注液流量阀；
所述注入压力调压阀设于所述注入压输出端与所述岩心夹持器相连通的管线上；
所述注液流量阀设于所述注液输出端与所述岩心夹持器相连通的管线上。
上述的机械实验系统中，所述储液装置与所述冲击波发生装置相连通的管线上设有流量计量装置和冲击波调压阀。
上述的机械实验系统中，所述储液装置通过其上设置的过滤器和注流泵与所述供液压力罐相连通，具体地，所述过滤器可与所述注流泵直接相连，利用所述注流泵提供液体循环的动力，所述过滤器具有过滤输出端，所述供液压力罐上设有压力罐输入端，所述过滤输出端与所述压力罐输入端相连通。
上述的机械实验系统中，所述供液压力罐和所述冲击波发生装置还分别通过其上设置的排液输出端与所述储液装置相连通，即在所述供液压力罐与所述冲击波发生装置之间独立设置了一条输液线路，其用于所述供液压力罐直接向所述冲击波发生装置加压。
上述的机械实验系统中，所述冲击波发生装置为爆破罐。
本发明提供的用于冲击波解堵评价的机械实验系统，是一种液压试验系统，具有用于固定岩样的夹持装置，还具有分别向岩样施加冲击波载荷与注入压、注液的冲击波发生装置和供液压力罐，共同模拟近似井下环境，测试不同冲击波对井壁的冲击力强度与冲击波持续时间，研究冲击波对井眼周围地带的冲击解堵效果，在近似井下应力状态下对岩样加持，主要由测试装置本体、井下应力模拟系统、岩心夹持器等组成。通过室内试验，当冲击波对试验岩样进行冲击解堵后，从测试岩样中取样进行渗透率测试，评价其解堵效果。
本发明提供的实验装置和模拟理论研究结果，可以评价冲击波解堵技术的适应性，进一步优化设计参数，建立适应海上油田储层特点电爆冲击波解堵设计及评价方法，揭示冲击波对油气储层的影响机理，完成用于油气储层增渗解堵的冲击波可行性设计方案及关键参数，建立一套适应冲击波解堵设计及评价方法，为将来现场应用奠定理论基础及技术储备。
附图说明
图1为本发明提供的用于冲击波解堵评价的机械实验系统部件及管路连接关系示意图；
图2为图1中供液压力罐一侧局部放大图；
图3为图1中岩心夹持器一侧局部放大图；
图4为图1中冲击波发生装置一侧局部放大图。
图中各标记如下：
1.冲击波发生装置 101.注液回流端 102.第二排液输出端 103.第三排液输出端104.加压输入端
2.供液压力罐 201.围压输出端 202.注入压输出端 203.注液输出端 204.压力罐输入端 205.第一排液输出端 206.加压输出端
3.储液装置 301.第一回流输入端 302.第二回流输入端 303.过滤器 3031.过滤输出端 304.注流泵
401.第一岩心夹持器 402.第二岩心夹持器 403.第三岩心夹持器 404.第四岩心夹持器 405.夹持顶杆
501.第一耦合柱 502.第二耦合柱 503.第三耦合柱 504.第四耦合柱 505.第五耦合柱
601.注入总压传感器 602.第一压力梯度传感器 603.第二压力梯度传感器 604.第三压力梯度传感器 605.第四压力梯度传感器 606.围压总压传感器 607.围压调压阀608.注入力调压阀 609.注液流量阀 610.流量计量装置 611.冲击波调压阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供的用于冲击波解堵的机械实验系统，为一种液压实验系统，其包括：
夹持装置，其具有至少一个岩心夹持器；该岩心夹持器内夹持有岩样，岩样可以是不同地层不同形态的样品，岩心夹持器用于固定岩样并提供地质条件模拟环境的空间；
冲击波发生装置1，其用于向岩心夹持器中的岩样施加冲击波作用；在本发明提供的实施例中，该冲击波发生装置1优选为爆破罐；
如图2所示，供液压力罐2，其用于向岩样施加用于模拟相应地质条件的压力，该供液压力罐2具有分别与夹持装置相流体连接的围压输出端201、注入压输出端202、注液输出端203；其中，围压输出端201通过其与岩心夹持器相连的线(管)路向岩样施加围压；注入压输出端202用于向岩样施加轴向注入压力；注液输出端203通过相应的线(管)路向岩样注入液体，用于测试岩样在不同压力环境下的渗透率；
耦合装置，其用于传递载荷及部件连接例如在本实施例中冲击波发生装置1与夹持装置即通过耦合装置相连接；
如图3所示，储液装置3，其分别与供液压力罐2、冲击波发生装置1相流体连接；其中，储液装置3具有第一回流输入端301，冲击波发生装置1具有注液回流端101，第一回流输入端301与注液回流端101相流体连接，用于测试岩样渗透率的液体经该管线流回储液装置3；在该线路中还可以加装相应的测量和/或其他装置，如在一些实施例中，该线路中具有相互串联的流量计量装置610和冲击波调压阀611；其中，冲击波调压阀611即用于调节冲击波发生装置1产生冲击波的强弱。
在本发明提供的实施例中，岩心夹持器可以设置为一个，也可以是多个，更为全面的模拟出不同地层环境下的地质情况；当岩心夹持器为多个时，其相互之间通过耦合装置相互连接，在此类实施例中，耦合装置优选耦合柱；在本发明提供的一种作为示例性的优选实施例中：
如图1和图3所示，夹持装置包括第一岩心夹持器401、第二岩心夹持器402、第三岩心夹持器403和第四岩心夹持器404，所述耦合装置包括第一耦合柱501、第二耦合柱502、第三耦合柱503、第四耦合柱504和第五耦合柱505，所述第一岩心夹持器 401、第二岩心夹持器402、第三岩心夹持器403和第四岩心夹持器404相互通过第二耦合柱502、第三耦合柱503、第四耦合柱504相连接，供液压力罐2通过第一耦合柱 501与第一岩心夹持器401相连接，冲击波发生装置1通过第五耦合柱505与第四岩心夹持器404相连接；通过耦合装置用于模拟出对相互连接的岩样施加冲击波时载荷逐级递减的效果，由此可直观地获知针对不同的地层所需施加的冲击波载荷数。
在该实施例中，还包括，相互串联的注入总压传感器601、第一压力梯度传感器602、第二压力梯度传感器603、第三压力梯度传感器604和第四压力梯度传感器605；其中，压力梯度传感器即用于显示冲击波施加于多个岩样时载荷分布情况；注入总压传感器601与第一耦合柱501相连接，第一压力梯度传感器602与第二耦合柱502相连接，第二压力梯度传感器603与第三耦合柱503相连接，第三压力梯度传感器604 与第四耦合柱504相连接，第四压力梯度传感器605与冲击波发生装置1相连接。
如图2所示，在该实施例中，还可以包括，相互流体连接的围压总压传感器606 和围压调压阀607，围压输出端201通过该围压总压传感器606和围压调压阀607分别与第一岩心夹持器401、第二岩心夹持器402、第三岩心夹持器403和第四岩心夹持器404相流体连接。
在该实施例中，夹持装置还可以包括夹持顶杆405，其位于冲击波传播方向的末端，用于吸收冲击波载荷，防止其损坏实验系统其他部件；在本实施例中，夹持顶杆 405一侧与所述第一耦合柱501相机械连接，另一侧与所述注入压输出端202、注液输出端203相流体连接。
在本发明提供的实施例中，该机械实验系统还可以具有如下特征：
如图2所示，相互并联的注入压力调压阀608和注液流量阀609，注入压输出端202、注液输出端203分别通过该注入压力调压阀608和注液流量阀609与夹持装置相流体连接；应当理解的是，其与夹持装置的连接是与围压输出的线路相区分开，如在上述的实施例中，注入压力调压阀608和注液流量阀609所在的线路一端分别连接注入压输出端202、注液输出端203，另一端连接夹持顶杆405；
如图1所示，在一些优选的实施例中，储液装置3具有相互连接的过滤器303和注流泵304，储液装置3通过该过滤器303和注流泵304向供液压力罐2供液；具体如图1中所显示的，过滤器303与注流泵304直接相连，用注流泵304提供液体循环的动力，过滤器303具有过滤输出端3031，供液压力罐2具有压力罐输入端204，该两端相流体连接。
如图4所示，供液压力罐2和冲击波发生装置1还分别具有排液输出端，并通过该排液输出端分别与所述储液装置3相流体连接；具体实施可以如图1中所显示的，供液压力罐2具有第一排液输出端205，冲击波发生装置1具有第二排液输出端102 和第三排液输出端103，该第一排液输出端205、第二排液输出端102和第三排液输出端103与储液装置3所具有两个第二回流输入端302相流体连接，第二排液输出端102 和第三排液输出端103输出的线路相互并联后输入一个第二回流输入端302；
在另一些优选的实施例中，如图1中所显示的，供液压力罐2与冲击波发生装置 1单独设置了一条输液线路，其用于供液压力罐2直接向冲击波发生装置1加压，具体为，供液压力罐2具有加压输出端206，冲击波发生装置1具有加压输入端104，该两端相流体连接。
另外，在另一优选的是实施例中，该实验装置还能够实现，将供液压力罐2和冲击波发生装置1的所有排液输出端关闭，对冲击波发生装置1进行加压，用以模拟在不同的压力下，冲击波对岩样的作用。
本发明提供的机械实验系统其工作原理如下：
供液压力罐2经过围压调压，对岩心夹持器岩样加载井下同等围压，以及，对岩样加载轴向压力和注入流量，水经过冲击波发生装置1排出，利用流量计量装置610 测量岩样受到冲击波之前的渗透率；
冲击波发生装置1中产生冲击波对岩样进行冲击，冲击完成后，对岩样加载同样的轴向压力和注入流量，水经过爆破罐排出，利用流量计量装置610测量岩样受到冲击波之后的渗透率，并进行对比。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于冲击波解堵评价的机械实验系统，其特征在于：所述机械实验系统包括：
夹持装置，其具有至少一个岩心夹持器；
耦合装置；
冲击波发生装置，其与所述夹持装置通过所述耦合装置相连接；
供液压力罐，其具有围压输出端、注入压输出端、注液输出端；所述供液压力罐分别通过所述围压输出端、所述注入压输出端和所述注液输出端与所述岩心夹持器相连通；
储液装置，其分别与所述供液压力罐和所述冲击波发生装置相连通；
所述夹持装置包括第一岩心夹持器、第二岩心夹持器、第三岩心夹持器和第四岩心夹持器；
所述耦合装置包括第一耦合柱、第二耦合柱、第三耦合柱、第四耦合柱和第五耦合柱；
所述第一岩心夹持器、第二岩心夹持器、第三岩心夹持器和第四岩心夹持器相互通过所述第二耦合柱、所述第三耦合柱和所述第四耦合柱相连接，所述注入压输出端和所述注液输出端均通过所述第一耦合柱与所述第一岩心夹持器相连接，所述冲击波发生装置通过所述第五耦合柱与所述第四岩心夹持器相连接；
所述机械实验系统还包括相互串联的注入总压传感器、第一压力梯度传感器、第二压力梯度传感器、第三压力梯度传感器和第四压力梯度传感器；
所述注入总压传感器与所述第一耦合柱相连接，所述第一压力梯度传感器与所述第二耦合柱相连接，所述第二压力梯度传感器与所述第三耦合柱相连接，所述第三压力梯度传感器与所述第四耦合柱相连接，所述第四压力梯度传感器与所述冲击波发生装置相连接；
所述机械实验系统还包括相互连接的围压总压传感器和围压调压阀，所述围压输出端通过所述围压总压传感器和所述围压调压阀与所述岩心夹持器相连接；
所述夹持装置还包括夹持顶杆，所述夹持顶杆一侧与所述耦合装置相连接，另一侧通过所述注入压输出端和所述注液输出端与所述供液压力罐相连接；
所述冲击波发生装置上设有注液回流端，所述储液装置上设有第一回流输入端，所述注液回流端与所述第一回流输入端相连通；
所述供液压力罐上设有加压输出端，所述冲击波发生装置上设有加压输入端，所述加压输出端与所述加压输入端相连通。
2.根据权利要求1所述的机械实验系统，其特征在于：所述机械实验系统还包括相互并联的注入压力调压阀和注液流量阀；
所述注入压力调压阀设于所述注入压输出端与所述岩心夹持器相连通的管线上；
所述注液流量阀设于所述注液输出端与所述岩心夹持器相连通的管线上。
3.根据权利要求1或2所述的机械实验系统，其特征在于：所述储液装置与所述冲击波发生装置相连通的管线上设有流量计量装置和冲击波调压阀。
4.根据权利要求1或2所述的机械实验系统，其特征在于：所述储液装置通过其上设置的过滤器和注流泵与所述供液压力罐相连通。
5.根据权利要求1或2所述的机械实验系统，其特征在于：所述供液压力罐和所述冲击波发生装置还分别通过其上设置的排液输出端与所述储液装置相连通；
所述冲击波发生装置为爆破罐。
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