CN110700822B - 一种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，它包括夹持器、单片机、计算机、光纤传感器，多个中间容器并联形成中间容器组，中间容器组出口端的六通阀A连接电磁阀，电磁阀连接电子流量计，电子流量计连接于夹持器入口端，夹持器出口端连接油水计量器；夹持器施加环压端连接六通阀C，电子压力表B安装于六通阀C；岩心置于夹持器内部，岩心表面径向具有环状凹槽，岩心表面轴向具有轴向凹槽，传感光纤贴紧岩心环状凹槽缠绕，交汇处形成节后，传感光纤两端分别通过轴向凹槽从夹持器两端伸出，传感光纤伸出的两端连接于光纤传感器并形成回路。本发明实现了逐渐增加或周期升降等智能驱替液脉动注入，提高了脉动驱替的模拟精度。
Description
技术领域：
本发明涉及的是提高油气采收率技术领域，具体涉及的是一种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置。
背景技术：
国内油田大多存在油层物性差、互层多、油层薄、油层压力低等问题，致使增产措施费用高，增产幅度低，效益差。开发对象的复杂性和困难程度要求必须采用高新采油技术来实现油田产量的持续增长，控制原油成本的上升，提高油田开发的整体效益。
目前提高采收率技术主要为化学驱法、压裂改造法。化学驱提高采收率虽然有效，但需向油层注入化学药剂，使得成本过高，限制了其大规模使用，此外化学驱还会造成油层结垢、油层堵塞、设备腐蚀和影响采出原油品质等负面影响。脉冲采油做为一种提高采收率的物理方法，以其技术含量高、投入少、产出高、工艺简单、对油层和环境无污染而受到广泛重视。脉冲提高采收率机理主要有：（1）脉冲快速流动过程，致使液、固相态界面产生相对运动，达到一定强度就会撕裂，使原油和岩石的亲和力减弱，降低毛细管张力，原油脱离岩石表面；（2）当超过岩石的疲劳程度极限时，就可以使岩层产生疲劳裂缝，从而改善油层泻油剖面；（3）脉冲波具有较强的穿透能力，地层流体随着振动波快速往复振动，从而使附着在岩石表面结垢介质脱落，疏通油流通道，提高地层渗透率。压裂改造法为低渗透油气藏改造的主要手段，压裂是通过高压设备将驱替液以一定的流量强制地泵入地层，当压力高于地层破裂压力时，地层岩石会产生裂缝，改善渗透率、增加渗流面积、提高导流率。脉冲压裂是一种新的储层改造的方法，但由于缺乏较为系统的科学研究，相关脉冲压裂机理匮乏，主要参数对压裂效果影响难以给予量化确定，从而限制了该项技术在储层改造领域的应用与发展。通过实验室研究，观察岩石裂缝扩展状态对于准确定量地评判压裂效果、有效地实施压裂技术、提高油气资源的采收率、降低开采成本具有重要的科学意义和工程应用价值。
基于以上所述，开发一种驱替液智能脉冲注入，实时监测岩心压裂裂缝扩展情况，以研究优化脉冲采油压力与频率，深入探索脉冲作用下岩石的断裂损伤及增渗机理，对该技术的研发与推广具有重要意义。
发明内容：
本发明的目的是提供一种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，这种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置用于解决现有技术中实验装置存在的不能实现逐渐增加或周期升降脉冲采油；不能实时监测岩心裂缝扩展情况等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置包括平流泵、夹持器、单片机、计算机、光纤传感器，平流泵入口端连接盛液筒，多个中间容器并联形成中间容器组，平流泵出口端连接中间容器组入口端的六通阀B，中间容器组出口端的六通阀A上安装电子压力表A，中间容器组出口端的六通阀A连接电磁阀，电磁阀连接电子流量计，电子流量计连接于夹持器入口端，夹持器出口端连接油水计量器；夹持器施加环压端连接六通阀C，电子压力表B安装于六通阀C，手摇泵连接于六通阀C；岩心置于夹持器内部，岩心表面径向具有环状凹槽，岩心表面轴向具有轴向凹槽，轴向凹槽垂直于环状凹槽且相交处形成节点槽，传感光纤贴紧岩心环状凹槽缠绕，交汇处形成节后，传感光纤两端分别通过轴向凹槽从夹持器两端伸出，传感光纤伸出的两端连接于光纤传感器并形成回路；单片机、电子压力表A、电子流量计、光纤传感器连接计算机；恒温箱为中间容器A、中间容器B、中间容器C、夹持器、岩心补偿温度。
上述方案中光纤传感器为相位调节型光纤传感器。
上述方案中光纤传感器通过缠绕于岩心的传感光纤内光波的相位角变化，并将其相位角变化信息传输至计算机，监测压裂时岩心内裂缝开启、闭合状态，相位角变化
：
n 1 ——传感光纤折射率，无量纲；
L——光纤长度，m；
上述方案中岩心设置于橡胶筒内部，橡胶筒设置于夹持器主体内部，夹持器主体两端分别设置压盖，且每个压盖内侧均伸入橡胶筒， 每个压盖处安装一个堵头，将岩心封堵在橡胶筒内。
上述方案中岩心有二块，一块为主岩心，一块为缓冲岩心，缓冲岩心设置于主岩心后端，用于缓冲流出主岩心内的流体，避免水力脉冲反弹。
上述方案中单片机分别设置电磁阀关闭时间为60s、120s、180s，打开时间为3s的启动摁键，设置电磁阀关闭时间为30s，打开时间为3s的还原摁键，设置电磁阀关闭、打开报警灯。
上述方案中中间容器有三个。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明能够通过人工、计算机分别调节压力波动频率和注入量，实现了逐渐增加或周期升降等智能驱替液脉动注入；通过传感光纤径向缠绕于岩心，监测驱替液脉动诱导裂缝的开启与关闭程度，研究岩心不同裂缝组合岩心最佳脉动压力与频率，以及脉动能量在岩心内部传播情况。
2、本发明设计了一种岩心夹持器，夹持器内部设置岩心，避免了驱替液脉动反弹现象，提高了脉动驱替的模拟精度。
3、本发明结构简单，成本低，具有较高的推广前景，为进一步研究提高油气采收率，提供了一种新的手段。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中夹持器结构示意图；
图3为本发明中堵头结构示意图；
图4为本发明中岩心、传感光纤俯视图；
图5为本发明中岩心、传感光纤主视图。
图中：1-盛液筒、2-平流泵、3-中间容器A、4-中间容器B、5-电子压力表A、6-六通阀A、7-恒温箱、8-中间容器C、9-单片机、10-夹持器、11-主岩心、12-油水计量器、13-计算机、14-六通阀B、15-电磁阀、16-电子流量计、17-六通阀C、18-电子压力表B、19-手摇泵、20-传感光纤、21-光纤传感器、101-压盖A、102-堵头A、103-橡胶筒、104-夹持器主体、105-缓冲岩心、106-压盖B、107-堵头B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
结合图1、图2、图3、图4、图5所示，这种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置包括平流泵2、夹持器10、单片机9、计算机13、光纤传感器21，中间容器A3、中间容器B4、中间容器C8并联形成中间容器组，平流泵2入口端连接盛液筒1，平流泵2出口端连接六通阀B14，中间容器A3、中间容器B4、中间容器C8的下端入口分别连接六通阀B14，上端出口分别连接六通阀A6，电子压力表A5安装于六通阀A6，电磁阀15入口端连接六通阀A6，电磁阀15出口端连接电子流量计16，夹持器10入口端连接电子流量计16，夹持器10出口端连接油水计量器12，夹持器10施加环压端连接六通阀C17，电子压力表B18安装于六通阀C17，手摇泵19连接于六通阀C17，主岩心11置于夹持器10内部，传感光纤20径向缠绕于主岩心11，一端伸出岩心夹持器10入口端，另一端经主岩心11和缓冲岩心105，从夹持器出口端伸出，传感光纤20伸出的两端连接于光纤传感器21，单片机9、电子压力表A5、电子流量计16、光纤传感器21连接于计算机13，恒温箱7为中间容器A3、中间容器B4、中间容器C8、夹持器10、岩心补偿温度。
电子压力表5监控流入电子流量计16液体压力，并将压力信息反馈于计算机13，计算机13将电子压力表5反馈的压力信息转换为电信号传输于单片机9，所述单片机9控制电磁阀15打开、关闭时间。单片机9分别设置电磁阀15关闭时间为60s、120s、180s，打开时间为3s的启动摁键，设置电磁阀15关闭时间为30s，打开时间为3s的还原摁键，设置电磁阀15关闭、打开报警灯。
岩心设置于橡胶筒103内部，橡胶筒103设置于夹持器主体104内部，夹持器主体104两端设置压盖A101、压盖B106，且压盖A101、压盖B106内测深入橡胶筒103，堵头A102安装于压盖A101，堵头B107安装于压盖B106。堵头A102、堵头B107分别与压盖A101、压盖B106过盈配合。中间容器A3、中间容器B4、中间容器C8内部设置活塞。
光纤传感器21为功能型光纤传感器，并连接传感光纤20两端形成回路。参阅图4、图5，主岩心11表面径向具有环状凹槽以及垂直于环状凹槽的纵向凹槽，传感光纤20贴紧岩心环状凹槽缠绕，且传感光纤20两端分别通过纵向凹槽伸出夹持器10入口及出口端。传感光纤20缠绕岩心外径凹槽一圈，且交汇处形成节。光纤传感器21为相位调节型光纤传感器。光纤传感器21通过缠绕于岩心的传感光纤20内光的相位角变化，并将其相位角变化信息传输至计算机13，监测压裂时岩心内裂缝开启、闭合状态。
具体实施例1：
开始工作时，将盛液筒1导入清水，中间容器A3、中间容器B4、中间容器C8活塞上端分别装入地层水、原油、压裂液。将手摇泵19内倒入清水，利用手摇泵19将清水注入夹持器主体104与橡胶筒103环形密闭空间，选用小圆柱状岩心，为主岩心11施加环压，电子压力表B18用于观察主岩心11环压压力数值，将主岩心11环压施加至10MPa。将夹持器10一端关闭，另一端抽真空，待负压表压力降低至-0.1MPa，持续抽真空4小时，断开夹持器10一端并接入地层水，地层水由于主岩心11负压作用被吸入主岩心11内，完成岩心饱和地层水过程。启动平流泵2、恒温箱7，待恒温箱7内温度上升至目标地层温度，设置平流泵2流量为2ml/min，关闭中间容器A3、中间容器C8，打开中间容器B4，中间容器B4内装有的原油被活塞顶出，地层水经开启的六通阀A6、电磁阀15、电子流量计16注入主岩心11内，注入的油将主岩心11饱和的地层水驱替出，进入油水计量器12，油水计量器12将流出的地层水量信息传输至计算机13记录，流出的地层水量即为主岩心11饱和原油量。打开中间容器C8，关闭中间容器A3、中间容器B4，中间容器C8内装有的压裂液被活塞顶出。调整计算机13输出的脉冲频率、压力数值信息传输至单片机9，形成脉冲前，单片机9控制电磁阀15关闭，压裂液流至入口端被关闭的电磁阀15封闭，由于平流泵2持续泵入清水至中间容器C8活塞下端，致使活塞上端的压裂液压力持续升高，待压裂液压力达到计算机13输出的压力数值，单片机9控制电磁阀15打开，此时压裂液形成压裂液脉冲经电子流量计16进入夹持器10内的主岩心11，对主岩心11进行压裂。
形成压裂脉冲压裂主岩心过程中，由于水力压裂或疲劳诱导主岩心11的裂缝开启，压裂液脉冲减弱后裂缝闭合过程中，引起主岩心11的轴向内径产生变化，进而缠绕在主岩心11的传感光纤20产生位移变化，引起光纤内光传播的相位角发生变化，其相位角变化
如公式（1-1）：
公式（1-1）中：
n 1 ——传感光纤折射率，无量纲；
L——光纤长度，m；
连接传感光纤20两端形成回路，功能型光纤传感器21获得传感光纤20内光的相位角变化
，将相位角变化
信息传输至计算机13计算主岩心11裂缝开启程度。
具体实施例2：
采用具体实施例1中同样方法将主岩心11饱和原油，饱和原油后，打开中间容器A3，关闭中间容器B4、中间容器C8，中间容器A3内装有的地层水被活塞顶出。调整计算机13输出的脉冲频率、压力数值信息传输至单片机9，形成脉冲前，单片机9控制电磁阀15关闭，地层水流至入口端被关闭的电磁阀15封闭，由于平流泵2持续泵入清水至中间容器A3活塞下端，致使活塞上端的地层水压力持续升高，待地层水压力达到计算机13输出的压力数值，单片机9控制电磁阀15打开，此时地层水形成水力脉冲经电子流量计16进入夹持器10内的主岩心11，驱替主岩心内饱和的原油，缓冲岩心105用于缓冲流出主岩心11内的流体，避免水力脉冲反弹，主岩心11内被驱替出的原油以及流出的地层水进入油水计量器12，油水计量器12计量驱替过程中不同时间的原油、地层水量，计量信息传输至计算机13记录，当主岩心11出液含水率达到98%时停止驱替，计算原油采收率，如以上步骤，设置计算机13输出脉冲频率为0.01Hz、脉冲压力分别为0.6、0.8、1.2信号，选用相同孔隙度小圆柱状岩心进行实验，采收率数据见表1。
表1 不同脉冲压力采收率数据表
| 岩心尺寸 | 饱和油体积（ml） | 脉冲压力（MPa） | 采出油量（ml） | 采收率（%） |
| Φ2.5cm×10.02 | 10.6 | 0.6 | 3.4 | 32% |
| Φ2.5cm×10.11 | 10.7 | 1.0 | 4.4 | 41% |
| Φ2.5cm×10.04 | 10.6 | 1.4 | 4.0 | 38% |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，在利用光纤位移变化，观测主岩心11裂缝扩展情况的方法，皆属于本发明的保护范围、任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，其特征在于：这种水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置包括平流泵（2）、夹持器（10）、单片机（9）、计算机（13）、光纤传感器（21），平流泵（2）入口端连接盛液筒（1），多个中间容器并联形成中间容器组，平流泵（2）出口端连接中间容器组入口端的六通阀B（14），中间容器组出口端的六通阀A（6）上安装电子压力表A（5），中间容器组出口端的六通阀A（6）连接电磁阀（15），电磁阀（15）连接电子流量计（16），电子流量计（16）连接于夹持器（10）入口端，夹持器（10）出口端连接油水计量器（12）；夹持器（10）施加环压端连接六通阀C（17），电子压力表B（18）安装于六通阀C（17），手摇泵（19）连接于六通阀C（17）；岩心置于夹持器（10）内部，岩心表面径向具有环状凹槽，岩心表面轴向具有轴向凹槽，轴向凹槽垂直于环状凹槽且相交处形成节点槽，传感光纤（20）贴紧岩心环状凹槽缠绕，交汇处形成节后，传感光纤（20）两端分别通过轴向凹槽从夹持器（10）两端伸出，传感光纤（20）伸出的两端连接于光纤传感器（21）并形成回路；单片机（9）、电子压力表A（5）、电子流量计（16）、光纤传感器（21）连接计算机（13）；恒温箱（7）为中间容器A（3）、中间容器B（4）、中间容器C（8）、夹持器（10）、岩心补偿温度；
所述的光纤传感器（21）通过缠绕于岩心的传感光纤（20）内光波的相位角变化，并将其相位角变化信息传输至计算机（13），监测压裂时岩心内裂缝开启、闭合状态，相位角变化
：
n 1 ——传感光纤折射率，无量纲；
L——光纤长度，m；
2.根据权利要求1所述的水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，其特征在于：所述的光纤传感器（21）为相位调节型光纤传感器。
3.根据权利要求2所述的水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，其特征在于：所述的岩心设置于橡胶筒（103）内部，橡胶筒（103）设置于夹持器主体（104）内部，夹持器主体（104）两端分别设置压盖，且每个压盖内侧均伸入橡胶筒（103）， 每个压盖处安装一个堵头，将岩心封堵在橡胶筒（103）内。
4.根据权利要求3所述的水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，其特征在于：所述的岩心有二块，一块为主岩心（11），一块为缓冲岩心（105），缓冲岩心（105）设置于主岩心（11）后端，用于缓冲流出主岩心内的流体，避免水力脉冲反弹。
5.根据权利要求4所述的水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，其特征在于：所述的单片机（9）分别设置电磁阀（15）关闭时间为60s、120s、180s，打开时间为3s的启动摁键，设置电磁阀（15）关闭时间为30s，打开时间为3s的还原摁键，设置电磁阀（15）关闭、打开报警灯。
6.根据权利要求5所述的水力脉冲采油与裂缝监测实验模拟装置，其特征在于：所述的中间容器有三个。
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