CN110080751A - 一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置及其使用方法，包括驱替装置、可视化支撑剂薄片和观测装置，驱替装置与可视化支撑剂薄片连接，驱替装置用于向可视化支撑剂薄片内驱替聚合物微球溶液；可视化支撑剂薄片设置于观测装置处，观测装置用于观测可视化支撑剂薄片的驱替过程；所述可视化支撑剂薄片包括透明外壳，透明外壳上相对的两端分别设置进口和出口，透明外壳上在设置进口的一端还设有填砂口，透明外壳内填充有支撑剂；进口与驱替装置的出口连接。该装置不仅能够真实有效的观察了聚合物微球在高渗介质中运移和封堵的过程，也能够观察压裂液在支撑剂中的返排情况，具有一定的可视性，且操作简单，贴近油田现场实际情况。

Description

一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油工程领域，特别涉及支撑剂孔喉渗流和封堵的实验研究装置，具体为一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置及其使用方法。

背景技术

在油气田的开发后期，由于注入水不断优先进入高渗层，对高渗地带的冲刷作用使得油层非均质性越来越强，即高渗区域渗透率越来越高，低渗区域一直无法被波及，油田产出含水率增高，因此需要改善油层吸水剖面，对高渗区进行封堵迫使注入溶液转向进入低渗区驱出低渗区中的油。聚合物微球逐级调驱技术是一种通过注入聚合物微球溶液实现改善油层吸水剖面问题的技术。该技术中，注入的微球溶液通常为纳米级远远小于地层孔隙，很容易进入地层，注入后优先进入高渗区，随着注入时间的延长聚合物微球发生水化膨胀，单个的微球体积不断增加逐渐与周围微球聚集成堆，膨胀到最大体积后在地层孔隙中滞留，对高渗区形成封堵，迫使后续注入微球挤入低渗区孔隙，将低渗区中的油驱出，改善了油层吸水剖面。国内外学者对聚合物微球在低渗介质中的驱替作用已有很多研究，然而对聚合物微球在高渗介质中的封堵作用还研究不足。因此，要想稳定产量控制油田后期产出含水率，就必须要对聚合物微球调驱技术研究彻底，也就是必须对聚合物微球在高渗介质中的运移和封堵进行研究。

此外，水力压裂通过泵入压裂液制造裂缝，再注入携带支撑剂的携砂液充填在裂缝内部，最后将高粘度的压裂液破胶后进行压裂液返排，将支撑剂留在裂缝中支撑裂缝使裂缝具有较的高导流能力。然而在实际返排中，经常会遇到破胶不全面导致的压裂液返排不彻底，甚至在返排时携带出支撑剂的状况。因此为了得到高导流能力的支撑剂通道，防止大量支撑剂回流到井筒，就需要对实际地层中的无法彻底破胶的原因进行研究并对返排方案做出相应调整。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置及其使用方法，本发明不仅能可视化的对聚合物微球的驱替运移进行分析研究，也能可视化的研究在压裂液返排中的支撑剂的破胶情况。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，包括驱替装置、可视化支撑剂薄片和观测装置，驱替装置与可视化支撑剂薄片连接，驱替装置用于向可视化支撑剂薄片内驱替聚合物微球溶液；可视化支撑剂薄片设置于观测装置处，观测装置用于观测可视化支撑剂薄片的驱替过程；

所述可视化支撑剂薄片包括透明外壳，透明外壳上相对的两端分别设置进口和出口，透明外壳上在设置进口的一端还设有填砂口，透明外壳内填充有支撑剂；进口与驱替装置的出口连接。

透明外壳的材质为全透明硅胶。

支撑剂的目数能够根据需要进行调整，以满足使用要求。

透明外壳的形状为长方体，透明外壳内腔的厚度为2～3mm。

进口和出口相错开。

驱替装置包括平流泵和中间容器，中间容器的内腔设置有活塞；中间容器内位于活塞一侧的腔室为第一腔室，位于活塞另一侧的腔室为第二腔室，平流泵的出口通过管路与第一腔室连通，可视化支撑剂薄片的出口通过管路与第二腔室连通，第二腔室中填充有聚合物微球溶液。

中间容器的底部设有出液阀。

观测装置采用光学显微镜，可视化支撑剂薄片的透明外壳设置于光学显微镜的载物台上。

光学显微镜的放大倍数为500～1000。

本发明可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置的使用方法：

用于观察聚合物微球在高渗介质中的封堵作用时，利用驱替装置从可视化支撑剂薄片的进口向透明外壳内驱替聚合物微球溶液，然后通过观测装置观测透明外壳中聚合物微球的运移、膨胀和封堵情况，完成高渗介质封堵实验测试；

用于观察压裂液返排情况时，利用驱替装置从可视化支撑剂薄片的进口向透明外壳内泵入压裂液，再打入破胶剂后，对应实际地层，调整打入的破胶剂的速度和剂量，然后通过观测装置观察透明外壳内的破胶情况。

本发明具有如下有益效果：

本发明的可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置的可视化支撑剂薄片由于采用透明外壳，因此能够通过观测装置在直接可视观察聚合物微球在可视化支撑剂薄片中的运移和形态，对聚合物微球的驱替运移进行分析研究；由于透明外壳还设有填砂口，因此支撑剂能够进行更换，整个装置能够重复使用，节约成本，同时提高效率。本发明的可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置在使用时，当用于观察聚合物微球在高渗介质中的封堵作用时，利用驱替装置从可视化支撑剂薄片的进口向可视化支撑剂薄片内驱替聚合物微球溶液，然后通过观测装置观察可视化支撑剂薄片中聚合物微球的运移、膨胀和封堵情况，并进行拍照，对实验结果进行分析研究，为聚合物微球调驱技术提供依据；当用于观察压裂液返排情况时，利用驱替装置从可视化支撑剂薄片的进口向透明外壳内泵入压裂液，再打入破胶剂后，对应实际地层，调整打入的破胶剂的速度和剂量，然后通过观测装置观察透明外壳内的破胶情况。本发明的可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置完善了聚合物微球在支撑剂中封堵性能的研究，为聚合物微球调驱技术研究提供了真实可靠的实验模拟装置；能够真实有效观察聚合物微球运移、膨胀和封堵的过程，整个过程可视化；设计原理简单、成本低廉、便于得出真实可靠的结果，供研究人员参考。另外该测试装置也能模拟裂缝中的压裂液返排情况，通过利用驱替装置泵入压裂液，再向薄片内加入破胶剂，可直接观察到模拟裂缝中的破胶情况，将支撑剂中的压裂液抽出，即可在模型中对应实际地层调整压裂液返排方案。

由上述本发明可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置的有益效果可知，本发明可视化支撑剂孔喉渗流和封堵的两种实验方法过程简单，操作方便，观测结果能够为聚合物微球调驱技术和压裂液返排提供依据，能够得出真实可靠的结果，供研究人员参考。

附图说明

图1为本发明实施例的可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置连接示意图；

图2是本发明可视化支撑剂薄片的示意图。

图中，1-平流泵，2-中间容器，3-可视化支撑剂薄片，3-1-透明外壳，3-2-进口，3-3-出口，3-4-填砂口，3-5-支撑剂，4-光学显微镜，5-烧杯，6-管路，7-注射针头。

具体实施方式

下面结合本发明的实验模拟装置示意图详细说明。

参照图1，本发明的可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，包括驱替装置、可视化支撑剂薄片3和观测装置，驱替装置与可视化支撑剂薄片3连接，驱替装置用于向可视化支撑剂薄片3内驱替聚合物微球溶液；可视化支撑剂薄片3设置于观测装置处，观测装置用于观测可视化支撑剂薄片3的驱替过程；参照图2，所述可视化支撑剂薄片3包括透明外壳3-1，透明外壳3-1上相对的两端分别设置进口3-2和出口3-3，透明外壳3-1上在设置进口3-2的一端还设有填砂口3-4，透明外壳3-1内填充有支撑剂3-5；进口3-2与驱替装置的出口连接。要求所配置的聚合物微球溶液必须用姜黄素进行染色，得到黄色的聚合物微球以便观察。

作为本发明优选地实施方案，透明外壳3-1的材质为全透明硅胶，透明外壳3-1由全透明的液态硅胶制成，具有回弹性和抗撕裂强度；使用全透明硅胶的透明外壳3-1是为了支撑剂3-5能够与透明外壳3-1各壁面最大程度的接触，减小孔隙，不断的填充支撑剂会使透明外壳3-1里面的支撑剂互相挤压乃至一定程度的嵌入液态硅胶壁面，防止在驱替过程中由于支撑剂与壁面间孔隙过大出现溶液从四壁流走的现象。可视化支撑剂薄片3在制作时，在从填砂口3-4向透明外壳3-1内填充支撑剂前，用静脉注射针头插入进口3-2和出口3-3，并用光敏胶对连接处进行密封，用紫外线灯照射1～2分钟进行密封，为进出液留好通道，出口3-3通过针头连接的管路出口连接至一烧杯5中，该烧杯5能够收集从出口3-3流出的流体。再从填砂口3-4填砂(即填充支撑剂)，填砂过程要求不断振动透明外壳3-1保证支撑剂填充满整个透明外壳3-1，最后用光敏胶对填砂口3-4进行密封，用紫外线灯照射1～2分钟进行密封。要保证透明外壳3-1上设置的各端口(进口、出口和填砂口)密封牢固，检查管路连接不会泄露液体，才可以起泵开始实验。

作为本发明优选地实施方案，透明外壳3-1呈扁平的长方体状，内腔的厚度为2～3mm。透明外壳3-1的长为11cm，宽为3cm；进口3-2和出口3-3均为柱状口，进口3-2和出口3-3的长均为2.5cm，内直径均为0.3mm；进口3-2和出口3-3相错开，以保证聚合物微球溶液完全充满透明外壳3-1。填砂口3-4为柱状填砂口，填砂口3-4的长为1cm，内直径为2mm。

作为本发明优选地实施方案，支撑剂的目数可根据具体实验要求进行调整，静脉注射针头的规格为0.55mm。

参照图1，作为本发明优选地实施方案，驱替装置包括平流泵1和中间容器2，中间容器2的内腔设置有活塞；中间容器2内位于活塞一侧的腔室为第一腔室，位于活塞另一侧的腔室为第二腔室，平流泵1的出口通过管路与第一腔室连通，可视化支撑剂薄片3的出口3-3通过管路与第二腔室连通，第二腔室中填充有聚合物微球溶液，中间容器2利用活塞将第二腔室中填充的聚合物微球溶液从可视化支撑剂薄片3的进口3-2驱替入透明外壳的内腔。

作为本发明优选地实施方案，中间容器2的底部设有出液阀，液阀可用于连接管路和排出液体。

作为本发明优选地实施方案，平流泵1输出流量为0～20ml/min，最高压力为20MPa。中间容器2容量为250～500ml。

作为本发明优选地实施方案，观测装置采用光学显微镜4，可视化支撑剂薄片3的透明外壳3-1设置于光学显微镜4的载物台上。光学显微镜4的放大倍数为500～1000，在该放大倍数下，光学显微镜4能够看清聚合物微球的运移方式和膨胀后的形态。

本发明设计的原理是：

通过设置平流泵1的流量，平流泵1吸液并将所吸蒸馏水泵入中间容器2的第一腔室。中间容器2活塞将第二腔室中的聚合物微球溶液推入可视化支撑剂薄片中，聚合物微球溶液通过透明外壳3-1内所有填充的支撑剂后由出口3-3流出。在光学显微镜4中能够观察到聚合物微球在支撑剂(即高渗介质)中的流动状况，将可视化支撑剂薄片3放置3～5天即可观察到聚合物微球膨胀形态和对支撑剂缝隙的封堵状况，再用平流泵1驱替时，即可观察到膨胀后的聚合物微球在支撑剂3-5中的运移情况。

通过设置平流泵1的流量，将所吸蒸馏水泵入中间容器2的第一腔室。中间容器2活塞将第二腔室中的压裂液推入可视化支撑剂薄片中，压裂液浸透所有支撑剂时停止泵入。取下支撑剂薄片，从入口3-2端打入破胶剂，将出口3-3堵住，观察支撑剂中的破胶情况，再从入口端将压裂液吸出。

本发明可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置在观察聚合物微球在高渗介质中的封堵作用时，其使用过程包括以下步骤：

1.将准备好的要求规格的注射针头7插入可视化支撑剂薄片的进口和出口，在进口和出口处涂光敏胶，接着用紫外线对涂胶处照射1～2分钟，使光敏胶凝结密封，将20～40目的支撑剂颗粒从填砂口3-4缓慢填入透明外壳3-1的内腔，边填边振动透明外壳3-1以保证填满，填充完毕用光敏胶对填砂口进行密封，参考图2。

2.配置所需浓度的聚合物微球溶液并用姜黄素染色，将染色的聚合物微球溶液装入中间容器的第二腔室中。

3.将500ml的烧杯填满蒸馏水，插入管路将该管路与平流泵1连接，用管路将中间容器和可视化支撑剂薄片3连接，将可视化支撑剂薄片3的透明外壳3-1放置在光学显微镜的操作台上，可视化支撑剂薄片3的出口放一个烧杯接液，打开中间容器底部的出液阀，参考图1。

4.实验开始前检查可视化支撑剂薄片3中的支撑剂是否填实，三个端口(即进口3-2、出口3-3和填砂口3-4)是否密封牢固，以及各管路连接是否有漏液。

5.检查过程没有问题时，将平流泵1中的流量设置为5ml/min，让平流泵1吸液，通过活塞将聚合物微球溶液推出，聚合物溶液从中间容器中出来时，将平流泵的流量设置为0.5ml/min，让溶液缓缓推入可视化支撑剂薄片3中。

6.通过光学显微镜4观察可视化支撑剂薄片3中聚合物微球的运移、膨胀和封堵情况，并进行拍照。实验表明，初始平均粒径为100nm的聚合物微球，在支撑剂中放置1d后，在显微镜下观察其水化层开始水化；放置3d后，微球的形状为类球形，随着水化时间延长，水化层膨胀变薄逐渐将交联聚合物层暴露出来，是初始体积的2倍；放置5d后，随着水化时间延长，微球膨胀至最大体积，即原始体积的4.5倍左右，微球之间互相挤压填充在支撑剂孔喉间。微球膨胀至最大体积后，将中间容器的第一腔室装满蒸馏水，装置连接完毕后打开平流泵，将流量至1ml/min，将蒸馏水泵入支撑剂薄片。可在显微镜中观察到，蒸馏水在入口端明显进入困难，水分子推动聚合物微球时，微球在支撑剂间呈现出封堵、挤压、变形、运移、再封堵、再挤压变形的过程，不断改变形态和运移方向，最后推出。

7.打开填砂口将支撑剂倒出，将透明外壳清洗烘干。换填40～70目的支撑剂，可观察聚合物微球在不同粒径支撑剂中的封堵状况，重复以上步骤。

8.若出现聚合物微球溶液迟迟不从中间容器流出的情况时，需检查中间容器底部的出液阀是否开启，或平流泵的吸液管是否完全插入蒸馏水中。

9.对实验结果进行分析研究，为聚合物微球调驱技术提供依据。

本发明可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置在研究压裂液返排时，其使用过程包括以下步骤：

1.将准备好的要求规格的注射针头7插入可视化支撑剂薄片的进口和出口，在进口和出口处涂光敏胶，接着用紫外线对涂胶处照射1～2分钟，使光敏胶凝结密封，将20～40目的支撑剂颗粒从填砂口3-4缓慢填入透明外壳3-1的内腔，边填边振动透明外壳3-1以保证填满，填充完毕用光敏胶对填砂口进行密封，参考图2。

2.配置所需的高粘度胍胶压裂液，装入中间容器的第二腔室中。

3.将500ml的烧杯填满蒸馏水，插入管路将该管路与平流泵1连接，用管路将中间容器和可视化支撑剂薄片3连接，

4.实验开始前检查可视化支撑剂薄片3中的支撑剂是否填实，三个端口(即进口3-2、出口3-3和填砂口3-4)是否密封牢固，以及各管路连接是否有漏液。

5.检查过程没有问题时，将平流泵1中的流量设置为8ml/min，让平流泵1吸液，通过活塞将胍胶压裂液推出，进入可视化支撑剂薄片3中。胍胶压裂液将支撑剂完全浸没时关泵。

6.将破胶剂泵入支撑剂薄片后，堵住出口3-3，五分钟后可直接观察到支撑剂中的破胶情况。可发现支撑剂薄片远端和入口侧的边角处破胶情况不乐观，对应实际地层裂缝为裂缝尖端通常由于距离较远导致破胶不彻底。

7.抽出压裂液，同时观察返排时的支撑剂运移情况。

8.对实验结果进行分析研究，为现场压裂液返排方案提供依据。

Claims (9)

1.一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，包括驱替装置、可视化支撑剂薄片(3)和观测装置，驱替装置与可视化支撑剂薄片(3)连接，驱替装置用于向可视化支撑剂薄片(3)内驱替聚合物微球溶液；可视化支撑剂薄片(3)设置于观测装置处，观测装置用于观测可视化支撑剂薄片(3)的驱替过程；

所述可视化支撑剂薄片(3)包括透明外壳(3-1)，透明外壳(3-1)上相对的两端分别设置进口(3-2)和出口(3-3)，透明外壳(3-1)上在设置进口(3-2)的一端还设有填砂口(3-4)，透明外壳(3-1)内填充有支撑剂(3-5)；进口(3-2)与驱替装置的出口连接。

2.根据权利要求1所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，透明外壳(3-1)的材质为硅胶。

3.根据权利要求1所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，透明外壳(3-1)的形状为长方体，透明外壳(3-1)内腔的厚度为2～3mm。

4.根据权利要求1所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，进口(3-2)和出口(3-3)相错开。

5.根据权利要求1所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，驱替装置包括平流泵(1)和中间容器(2)，中间容器(2)的内腔设置有活塞；中间容器(2)内位于活塞一侧的腔室为第一腔室，位于活塞另一侧的腔室为第二腔室，平流泵(1)的出口通过管路与第一腔室连通，可视化支撑剂薄片(3)的出口(3-3)通过管路与第二腔室连通，第二腔室中填充有聚合物微球溶液。

6.根据权利要求5所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，中间容器(2)的底部设有出液阀。

7.根据权利要求1所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，观测装置采用光学显微镜(4)，可视化支撑剂薄片(3)的透明外壳(3-1)设置于光学显微镜(4)的载物台上。

8.根据权利要求7所述的一种可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置，其特征在于，光学显微镜(4)的放大倍数为500～1000。

9.权利要求1-9任意一项所述的可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置的使用方法，其特征在于：

所述可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置用于观察聚合物微球在高渗介质中的封堵作用时，利用驱替装置从可视化支撑剂薄片的进口(3-2)向透明外壳(3-1)内驱替聚合物微球溶液，然后通过观测装置观测透明外壳(3-1)中聚合物微球的运移、膨胀和封堵情况；

所述可视化支撑剂孔喉渗流和封堵测试装置用于观察压裂液返排情况时，利用驱替装置从可视化支撑剂薄片的进口(3-2)向透明外壳(3-1)内泵入压裂液，再打入破胶剂后，然后通过观测装置观察透明外壳(3-1)内的破胶情况。