CN112268981A - 一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置及方法，属于采油模拟实验技术领域，装置包括岩心夹持器、驱替泵、真空泵、输水中间容器、输凝胶中间容器、液体容器、手摇泵和多通道压力采集系统等，其实验方法包括：凝胶注入性能评价实验、多轮次凝胶封堵模拟人工裂缝主控因素影响规律实验研究、数据处理。本发明设计合理，耐高温高压，可模拟地层条件下的凝胶封堵人工裂缝过程，可测试凝胶封堵人工裂缝过程中的压力沿裂缝长度分布，研究凝胶封堵人工裂缝主控因素的影响规律，为包含人工裂缝与天然裂缝致密砂岩油藏的凝胶调驱施工设计提供基础理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置及方法，属于采油模拟实验技术领域。
背景技术
体积压裂已经成为致密油藏提高产能的基本措施。由于裂缝性油藏本身包含复杂的天然裂缝，天然裂缝与人工压裂裂缝的沟通形成复杂的裂缝缝网，裂缝甚至能够直接沟通注水井与采油井，导致注入水迅速窜流至采油井，导致注入水无效循环问题严重。
凝胶调驱目前被广泛应用于封堵裂缝性致密砂岩油藏水窜优势通道，但是对于人工大裂缝存在的油藏，现场施工经常出现一次性注入大量凝胶直接将裂缝堵死，或者小排量注入又会出现堵不住的情况，成功的调驱基本依靠矿场经验摸索，尤其缺少一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置及方法来开展室内人工大裂缝调驱封堵规律研究。
发明内容
针对致密砂岩油藏人工大裂缝封堵规律的室内研究模型空白，本发明提供一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置及方法，可模拟地层条件下的凝胶封堵人工裂缝过程，测试凝胶封堵人工裂缝过程中的压力沿裂缝长度分布，研究凝胶封堵人工裂缝主控因素的影响规律，为包含人工裂缝与天然裂缝致密砂岩油藏的凝胶调驱施工设计提供基础理论依据。
本发明采用以下技术方案：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，包括岩心夹持器、驱替泵、真空泵、输水中间容器、输凝胶中间容器、液体容器和手摇泵；
所述岩心夹持器用于夹持岩心，岩心为模拟人工裂缝方形岩心；所述驱替泵分别连接输水中间容器和输凝胶中间容器的一端，输水中间容器和输凝胶中间容器的另一端均通过一六通阀与岩心夹持器的入口连接，所述岩心夹持器的出口连接所述液体容器，用于盛接出口端流出实验用液体，所述岩心夹持器出口与液体容器之间设置有回压泵，用于控制模拟人工裂缝岩心夹持器出口端允许通过的最小压力；所述真空泵与所述六通阀连接，用于对模拟人工裂缝抽真空；所述手摇泵连接岩心夹持器的围压口，用于对岩心夹持器加围压；
所述岩心夹持器上沿岩心长度方向设置有多个测压点，多个测压电均连接至多通道压力采集系统，多通道压力采集系统用于采集和记录所有测压电的压力；
所述实验装置还包括外部加热装置，为实验装置提供模拟地层的温度并保温。
优选的，所述驱替泵与输水中间容器连接的管路上，驱替泵与输凝胶中间容器连接的管路上分别设置有水路控制阀和凝胶路控制阀。
优选的，所述输水中间容器中装有配置的模拟地层水，输凝胶中间容器中装有配置的新凝胶、配制完仍处于成胶诱导期的凝胶或可混合形成凝胶的药剂。
优选的，所述六通阀与岩心夹持器连接的管路上安装有第一压力监测接口和进液口控制阀，第一压力监测接口用于监测岩心夹持器入口端压力，第一压力监测接口与多通道压力采集系统连接。
优选的，所述真空泵与六通阀之间设置有一缓冲容器，防止流体在抽真空时倒灌进入真空泵。
所述液体容器上标有对其内部所存储溶液体积进行测量的刻度。
优选的，所述外部加热装置为恒温箱，除多通道压力采集系统的数据处理及显示部分，本发明的其余结构均位于恒温箱内。
优选的，所述模拟人工裂缝方形岩心由两块尺寸为21mm*600mm*45mm、渗透率小于1mD的致密人工岩心构成，两块致密人工岩心之间夹持两根金属条，并以透明胶纸缠绕固定；
金属条厚度即为相应的模拟人工裂缝开度，裂缝开度范围为0.5-2mm，裂缝内固定填充有沙粒以模拟支撑剂。本发明的模拟人工裂缝方形岩心可以模拟油藏中各种倾角的裂缝，可根据需要灵活设置。
优选的，所述岩心夹持器包括筒体、胶皮套、岩心室、堵头、底座、压环、调整垫块和调整螺母，所述筒体置于支撑架上，支撑架通过内六角螺钉与底座固定，所述胶皮套置于筒体内部，两端通过挤头螺钉和压环与筒体固定连接，胶皮套与筒体内部之间形成用于加围压的流体空间；岩心装入岩心室后，两端装入堵头，通过上紧调整螺母使堵头与岩心两端贴近，并与筒体固定，必要时在堵头与调整螺母之间加入调整垫块，以达到更好的控制岩心的目的。
堵头上与垫块接触位置，以及堵头与岩心室内壁接触位置均设置有密封圈。
优选的，所述模拟人工裂缝岩心夹持器可耐压50MPa。
优选的，所述筒体与胶皮套上等间距均留有测压点，测压点用于测量岩心裂缝内的压力，等间距测压用于实验过程中压力分布测定，测压点是通过在岩心夹持器筒体及胶皮套钻孔，连接岩心裂缝与筒体外部，在筒体外部留有的测压点上连接多通道压力采集系统的压力传感器，进行压力测量与采集。
本发明中，等间距测压是为了测量和记录实验过程中某一时刻裂缝沿程的压力分布，以及裂缝沿程某一位置在整个实验过程中的压力变化特征，等间距有利于后期的实验数据分析和规律总结。
一种上述研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置的实验方法，包括：
步骤一：用于模拟人工裂缝封堵规律研究的实验装置凝胶注入性能评价实验，其过程如下：
101、制作模拟人工裂缝岩心：选择厚度合适的金属条，夹持在两块致密人工岩心之间，岩心整体以透明胶纸缠绕固定，裂缝内固定填充一定规格的沙粒以模拟支撑剂；
102、安装模拟人工裂缝岩心：将制作完成的模拟人工裂缝岩心装入岩心夹持器的岩心室内，两端以堵头上紧，通过手摇泵对岩心施加实验要求的围压；
103、实验装置检测：连接好实验装置，检查各管线和阀门的气密性，各个装置是否运行正常，模拟人工裂缝封堵规律研究的实验装置是否漏水；
104、模拟人工裂缝封岩心预处理：将裂缝岩心抽真空，饱和模拟地层水；外部加热装置提供模拟地层的环境温度条件；
105、裂缝岩心水驱实验：通过关闭凝胶路控制阀、开启水路控制阀，启动驱替泵，实现模拟地层水自输水中间容器至岩心夹持器内的饱和模拟地层水的岩心，进行模拟人工裂缝的水驱渗透率测试实验；模拟地层水注入过程中，设置回压阀压力为模拟地层压力，对不同的模拟地层水注入速度条件下的模拟人工裂缝的水驱渗透率测试实验过程中相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为水驱注入速度，所述相关数据为各压力测点压力监测的稳定值，处理实验数据可得到实验条件下模拟人工裂缝的渗透率以及裂缝宽度；
106、模拟裂缝岩心内的凝胶注入性能评价实验：通过关闭水路控制阀、开启凝胶路控制阀，启动驱替泵，实现凝胶自输凝胶中间容器至所述岩心夹持器内的饱和模拟地层水的岩心进行凝胶注入实验；凝胶注入过程中，设置回压阀压力为模拟地层压力，对不同的凝胶注入速度条件下的凝胶注入实验过程中相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为凝胶注入速度，所述相关数据为各压力测点压力监测的稳定值；结束一组凝胶注入实验后，关闭凝胶路控制阀，取出裂缝岩心，用模拟地层水将裂缝岩心内的凝胶冲洗干净备用并用清水冲洗管线；
改变凝胶性质重复上述实验过程，所述凝胶性质包括凝胶初始粘度、凝胶注入速度、凝胶注入体积及候凝成胶时间等；
步骤二：进行多轮次凝胶对模拟人工裂缝封堵主控因素影响规律研究实验，其过程如下：
201、检测试验装置：按照步骤101-103安装模拟人工裂缝岩心、加围压并检测设备的密封性；
202、凝胶与注入水预处理：对输水中间容器内的地层水和每一段塞输凝胶中间容器内的凝胶溶液进行不同颜色的染色处理，要求染色剂不影响两种液体性质，特别是不能影响凝胶性质；将整个实验装置放置于恒温箱内，模拟地层温度保温，对裂缝进行饱和地层水；
203、多轮次弱凝胶对模拟人工裂缝封堵规律实验：通过关闭水路控制阀、开启凝胶路控制阀，设置回压阀压力为模拟地层压力，启动驱替泵，实现凝胶自输凝胶中间容器至所述岩心夹持器内的饱和模拟地层水的岩心进行凝胶注入实验，凝胶注入过程中，分多个时间点对凝胶注入封堵实验过程中的相关参数及相关数据进行记录，此处的相关参数为凝胶注入速度和凝胶注入量，相关数据包括与各时间点相对应的记录时间、驱出水量和各测点压力值，所述凝胶注入量为输凝胶中间容器内所消耗的凝胶体积量；凝胶注入完毕后，回压阀持续维持出口端压力，关闭驱替泵、关闭凝胶路控制阀，进行裂缝模型中的凝胶候凝，候凝时间为凝胶的成胶时间，所述凝胶成胶时间为凝胶强度最大时对应的时间；
204、凝胶封堵裂缝后水驱动态模拟实验：通过关闭凝胶路控制阀、开启水路控制阀，保持回压阀出口与步骤203相同的模拟地层压力，启动驱替泵，实现通过自输水中间容器输至所述岩心夹持器内的模拟地层水对凝胶封堵后的模拟人工裂缝进行水驱动态模拟实验，凝胶封堵后水驱动态模拟实验过程中，水驱速度的设置为由小到大，再由大到小的过程，进行不同水驱速度下的凝胶封堵模拟人工裂缝后水驱动态模拟实验；每一水驱速度下，分多个时间点对凝胶封堵后水驱动态模拟实验过程中的相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为水驱速度，所述相关数据包括记录时间、驱出水量和各测压点的压力值；待最终水驱速度下压力稳定后结束水驱实验；
205、重复步骤202至步骤204，对模拟人工裂缝岩心进行多轮次凝胶封堵性能评价实验及凝胶封堵后水驱动态模拟实验；各段塞的凝胶与地层水可使用不同染色剂或荧光物质进行区分；记录相关参数，直到达到设计轮次数，结束实验，拆解并观察记录岩心裂缝内的染色剂或荧光物质分布情况后清洗模拟人工裂缝岩心；
206、改变凝胶封堵主控因素，重复步骤201至步骤205，进行主控因素对凝胶封堵人工大裂缝影响规律研究；所述主控因素包括：凝胶初始注入强度、凝胶段塞体积、凝胶注入速度、出口端回压等；
步骤三：试验数据及结果处理：按照裂缝渗透率的常规计算方法，根据步骤105中所记录的实验数据，即可计算得出裂缝渗透率及裂缝缝宽，基质致密的裂缝岩心裂缝渗透率以及裂缝宽度计算方法已经在相关文献中有详细介绍，基本计算方法为立方定律公式及其修正公式，可参考现有技术，此处不再赘述。
根据步骤203、步骤204、步骤205中所记录的实验数据，即可计算得到凝胶封堵前后裂缝渗透性变化和每轮次凝胶封堵率、水驱突破压力、残余阻力系数，从而得到不同凝胶性质、封堵方式等主控因素对凝胶封堵模拟人工裂缝能力的影响规律；通过观察实验后打开的模拟人工裂缝岩心颜色分布情况，进行各主控因素对凝胶在裂缝中的分布形态及其对凝胶封堵裂缝规律的研究。
优选的，凝胶封堵前后裂缝渗透性变化由每轮次凝胶封堵率、水驱突破压力、残余阻力系数来体现；
每轮次凝胶封堵率是指每轮次凝胶封堵后裂缝岩心的渗透率的减小程度，由凝胶封堵前后的水测渗透率差值除以封堵前的水测渗透率得到的百分数来表示；
水驱突破压力是凝胶封堵后的水驱实验中，设置的第一组水驱流速下，入口端压力稳定前的最高压力，该数据是由第一组水驱流速下记录的入口端的压力曲线峰值得到的。
残余阻力系数是指凝胶封堵后降低裂缝岩心渗透率的能力，其数值等于裂缝岩心在弱凝胶封堵前、后裂缝岩心的水测渗透率的比值。
本发明未详尽之处，均可参见现有技术。
本发明的有益效果为：
1)本发明实验装置结构简单、设计合理且安装操作方便，投入成本低，工作性能可靠且模拟效果好，适用面广。
2)本发明实验装置及方法，具体是模拟地层温度及压力条件下的多轮次凝胶封堵模拟人工裂缝规律的研究，为现场凝胶调驱工艺参数优化设计提供理论依据，实用价值高，具有较为广泛的推广应用前景。
3)本发明实验装置及方法，是针对裂缝性致密砂岩油藏进行人工大裂缝逐级封堵规律的研究，特别是针对老油田体积压裂裂缝凝胶调堵技术的合理应用提供可靠的室内模拟手段和基础的理论依据。
4)利用本发明实验装置及方法，试验测试结果获取简单，试验测量数据准确，能反映实验过程中的客观事实，能对裂缝性油藏地层条件下人工大裂缝多轮次凝胶调驱进行有效的模拟，对调驱过程中各凝胶性质、注入方式、候凝时间等主控因素对凝胶在裂缝内的运移封堵规律进行研究。
附图说明
图1为本发明的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置的结构示意图；
图2为本发明的一种岩心夹持器的结构示意图；
图3a为本发明的某一岩心正面结构示意图；
图3b为本发明的某一岩心侧面结构示意图；
图4为某一实施例中某一凝胶段塞封堵模拟人工裂缝岩心后水驱速度由小到大再由大到小进退变化时对应的注水压差变化特征图；
图5为多轮次凝胶封堵实验对应的水驱压差变化特征图；
图中，1-岩心夹持器，101-堵头，102-调整螺母，103-压环，104-调整垫块，105-胶皮套，106-筒体，107-岩心室，108-密封圈B，109-内六角螺钉，110-挤头螺钉，111-底座，112-密封圈A，113-支撑架，2-驱替泵，3-水路控制阀，4-凝胶路控制阀，5-输水中间容器，6-输凝胶中间容器，7-六通阀，8-真空泵，9-缓冲容器，10-回压阀，11-手摇泵，12-第一压力表，13-多通道压力采集系统，14-液体容器，15-岩心，151-致密人工岩心，152-金属条。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，如图1-3所示，包括岩心夹持器1、驱替泵2、真空泵8、输水中间容器5、输凝胶中间容器6、液体容器14和手摇泵11；
岩心夹持器1用于夹持岩心15，岩心15为模拟人工裂缝方形岩心；驱替泵2分别连接输水中间容器5和输凝胶中间容器6的一端，输水中间容器5和输凝胶中间容器6的另一端均通过一六通阀7与岩心夹持器1的入口连接，岩心夹持器1的出口连接液体容器14，用于盛接出口端流出实验用液体，岩心夹持器1出口与液体容器14之间设置有回压泵10，用于控制模拟人工裂缝岩心夹持器出口端允许通过的最小压力；真空泵8与六通阀7连接，用于对模拟人工裂缝抽真空；手摇泵11连接岩心夹持器1的围压口，用于对岩心夹持器加围压，手摇泵11连接岩心夹持器1的管路上设置有第一压力表12；
岩心夹持器1上沿岩心长度方向设置有多个测压点，多个测压电均连接至多通道压力采集系统13，多通道压力采集系统用于采集和记录所有测压电的压力；
实验装置还包括外部加热装置，为实验装置提供模拟地层的温度并保温。
实施例2：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，如实施例1所示，所不同的是，驱替泵2与输水中间容器5连接的管路上，驱替泵2与输凝胶中间容器6连接的管路上分别设置有水路控制阀3和凝胶路控制阀4。
实施例3：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，输水中间容器5中装有配置的模拟地层水，输凝胶中间容器6中装有配置的新凝胶、配制完仍处于成胶诱导期的凝胶或可混合形成凝胶的药剂。
实施例4：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，六通阀7与岩心夹持器1连接的管路上安装有第一压力监测接口和进液口控制阀，第一压力监测接口用于监测岩心夹持器入口端压力，第一压力监测接口与多通道压力采集系统连接。
实施例5：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，真空泵8与六通阀7之间设置有一缓冲容器9，防止流体在抽真空时倒灌进入真空泵。
液体容器14上标有对其内部所存储溶液体积进行测量的刻度。
实施例6：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，外部加热装置为恒温箱，除多通道压力采集系统的数据处理及显示部分，本发明的其余结构均位于恒温箱内。
实施例7：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，如图3a、3b所示，模拟人工裂缝方形岩心由两块尺寸为21mm*600mm*45mm、渗透率小于1mD的致密人工岩心151构成，两块致密人工岩心之间夹持两根金属条152，并以透明胶纸缠绕固定；
金属条152厚度即为相应的模拟人工裂缝开度，裂缝开度范围为0.5-2mm，裂缝内固定填充有沙粒以模拟支撑剂。本发明的模拟人工裂缝方形岩心可以模拟油藏中各种倾角的裂缝，可根据需要灵活设置。
实施例8：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，如图2所示，岩心夹持器1包括筒体106、胶皮套105、岩心室107、堵头101、底座111、压环103、调整垫块104和调整螺母102，筒体106置于支撑架113上，支撑架113通过内六角螺钉109与底座111固定，胶皮套105置于筒106体内部，两端通过挤头螺钉110和压环103与筒体106固定连接，胶皮套105与筒体106内部之间形成用于加围压的流体空间；岩心15装入岩心室107后，两端装入堵头101，通过上紧调整螺母102使堵头101与岩心15两端贴近，并与筒体106固定，必要时在堵头与调整螺母之间加入调整垫块104，以达到更好的控制岩心的目的。
堵头101上与垫块104接触位置设置有密封圈A 112，堵头101与岩心室107内壁接触位置设置有密封圈B 108。
实施例9：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，结构如实施例1所示，所不同的是，模拟人工裂缝岩心夹持器可耐压50MPa。
筒体106与胶皮套105上等间距均留有测压点，测压点用于测量岩心裂缝内的压力，等间距测压用于实验过程中压力分布测定，测压点是通过在岩心夹持器筒体及胶皮套钻孔，连接岩心裂缝与筒体外部，在筒体外部留有的测压点上连接多通道压力采集系统的压力传感器，进行压力测量与采集。
本发明中，等间距测压是为了测量和记录实验过程中某一时刻裂缝沿程的压力分布，以及裂缝沿程某一位置在整个实验过程中的压力变化特征，等间距有利于后期的实验数据分析和规律总结。
实施例10：
一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置的实验方法，包括：
步骤一：用于模拟人工裂缝封堵规律研究的实验装置凝胶注入性能评价实验，其过程如下：
101、制作模拟人工裂缝岩心：选择厚度合适的金属条152，夹持在两块致密人工岩心151之间，致密人工岩心151可选择致密砂岩岩块，岩心整体以透明胶纸缠绕固定，裂缝内固定填充一定规格的沙粒以模拟支撑剂；
102、安装模拟人工裂缝岩心：将制作完成的模拟人工裂缝岩心装入岩心夹持器1的岩心室107内，两端以堵头101上紧，通过手摇泵11对岩心施加实验要求的围压；
103、实验装置检测：连接好实验装置，检查各管线和阀门的气密性，各个装置是否运行正常，模拟人工裂缝封堵规律研究的实验装置是否漏水；
104、模拟人工裂缝封岩心预处理：将裂缝岩心抽真空，饱和模拟地层水；外部加热装置提供模拟地层的环境温度条件；
105、裂缝岩心水驱实验：通过关闭凝胶路控制阀4、开启水路控制阀3，启动驱替泵2，实现模拟地层水自输水中间容器5至岩心夹持器1内的饱和模拟地层水的岩心，进行模拟人工裂缝的水驱渗透率测试实验；模拟地层水注入过程中，设置回压阀10压力为模拟地层压力，对不同的模拟地层水注入速度条件下的模拟人工裂缝的水驱渗透率测试实验过程中相关参数及相关数据进行记录，相关参数为水驱注入速度，所述相关数据为各压力测点压力监测的稳定值，处理实验数据可得到实验条件下模拟人工裂缝的渗透率以及裂缝宽度；
106、模拟裂缝岩心内的凝胶注入性能评价实验：通过关闭水路控制阀3、开启凝胶路控制阀4，启动驱替泵2，实现凝胶自输凝胶中间容器6至岩心夹持器1内的饱和模拟地层水的岩心进行凝胶注入实验；凝胶注入过程中，设置回压阀10压力为模拟地层压力，对不同的凝胶注入速度条件下的凝胶注入实验过程中相关参数及相关数据进行记录，相关参数为凝胶注入速度，所述相关数据为各压力测点压力监测的稳定值；结束一组凝胶注入实验后，关闭凝胶路控制阀，取出裂缝岩心，用模拟地层水将裂缝岩心内的凝胶冲洗干净备用并用清水冲洗管线；
改变凝胶性质重复上述实验过程，凝胶性质包括凝胶初始粘度、凝胶注入速度、凝胶注入体积及候凝成胶时间等；
步骤二：进行多轮次凝胶对模拟人工裂缝封堵主控因素影响规律研究实验，其过程如下：
201、检测试验装置：按照步骤101-103安装模拟人工裂缝岩心、加围压并检测设备的密封性；
202、凝胶与注入水预处理：对输水中间容器5内的地层水和每一段塞输凝胶中间容器内的凝胶溶液进行不同颜色的染色处理，要求染色剂不影响两种液体性质，特别是不能影响凝胶性质；将整个实验装置放置于恒温箱内，模拟地层温度保温，对裂缝进行饱和地层水；
203、多轮次弱凝胶对模拟人工裂缝封堵规律实验：通过关闭水路控制阀3、开启凝胶路控制阀4，设置回压阀10压力为模拟地层压力，启动驱替泵2，实现凝胶自输凝胶中间容器6至岩心夹持器1内的饱和模拟地层水的岩心进行凝胶注入实验，凝胶注入过程中，分多个时间点对凝胶注入封堵实验过程中的相关参数及相关数据进行记录，此处的相关参数为凝胶注入速度和凝胶注入量，相关数据包括与各时间点相对应的记录时间、驱出水量和各测点压力值，凝胶注入量为输凝胶中间容器内所消耗的凝胶体积量；凝胶注入完毕后，回压阀10持续维持出口端压力，关闭驱替泵、关闭凝胶路控制阀，进行裂缝模型中的凝胶候凝，候凝时间为凝胶的成胶时间，所述凝胶成胶时间为凝胶强度最大时对应的时间；
204、凝胶封堵裂缝后水驱动态模拟实验：通过关闭凝胶路控制阀4、开启水路控制阀3，保持回压阀10出口与步骤203相同的模拟地层压力，启动驱替泵2，实现通过自输水中间容器5输至岩心夹持器内的模拟地层水对凝胶封堵后的模拟人工裂缝进行水驱动态模拟实验，凝胶封堵后水驱动态模拟实验过程中，水驱速度的设置为由小到大，再由大到小的过程，进行不同水驱速度下的凝胶封堵模拟人工裂缝后水驱动态模拟实验；每一水驱速度下，分多个时间点对凝胶封堵后水驱动态模拟实验过程中的相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为水驱速度，所述相关数据包括记录时间、驱出水量和各测压点的压力值；待最终水驱速度下压力稳定后结束水驱实验；
205、重复步骤202至步骤204，对模拟人工裂缝岩心进行多轮次凝胶封堵性能评价实验及凝胶封堵后水驱动态模拟实验；各段塞的凝胶与地层水可使用不同染色剂或荧光物质进行区分；记录相关参数，直到达到设计轮次数，结束实验，拆解并观察记录岩心裂缝内的染色剂或荧光物质分布情况后清洗模拟人工裂缝岩心；
206、改变凝胶封堵主控因素，重复步骤201至步骤205，进行主控因素对凝胶封堵人工大裂缝影响规律研究；所述主控因素包括：凝胶初始注入强度、凝胶段塞体积、凝胶注入速度、出口端回压等；
步骤三：试验数据及结果处理：按照裂缝渗透率的常规计算方法，根据步骤105中所记录的实验数据，即可计算得出裂缝渗透率及裂缝缝宽，基质致密的裂缝岩心裂缝渗透率以及裂缝宽度计算方法已经在相关文献中有详细介绍，基本计算方法为立方定律公式及其修正公式，可参考现有技术，此处不再赘述。
根据步骤203、步骤204、步骤205中所记录的实验数据，即可计算得到凝胶封堵前后裂缝渗透性变化和每轮次凝胶封堵率、水驱突破压力、残余阻力系数，从而得到不同凝胶性质、封堵方式等主控因素对凝胶封堵模拟人工裂缝能力的影响规律；通过观察实验后打开的模拟人工裂缝岩心颜色分布情况，进行各主控因素对凝胶在裂缝中的分布形态及其对凝胶封堵裂缝规律的研究。
本发明中凝胶封堵前后裂缝渗透性变化由每轮次凝胶封堵率、水驱突破压力、残余阻力系数来体现；
每轮次凝胶封堵率是指每轮次凝胶封堵后裂缝岩心的渗透率的减小程度，由凝胶封堵前后的水测渗透率差值除以封堵前的水测渗透率得到的百分数来表示；
水驱突破压力是凝胶封堵后的水驱实验中，设置的第一组水驱流速下，入口端压力稳定前的最高压力，该数据是由第一组水驱流速下记录的入口端的压力曲线峰值得到的。
残余阻力系数是指凝胶封堵后降低裂缝岩心渗透率的能力，其数值等于裂缝岩心在弱凝胶封堵前、后裂缝岩心的水测渗透率的比值。
采用上述模拟人工裂缝凝胶封堵实验装置及方法实验考察了地层条件下多轮次凝胶对人工裂缝封堵性能、多轮次凝胶封堵人工裂缝主控因素影响规律研究。多轮次凝胶封堵人工裂缝封堵规律为各轮次后水驱压力会逐轮次上升，且上升幅度逐轮次增大，规律见图5；由于凝胶的挤压和冲蚀，导致每一轮次内水驱速度由小到大过程对应的压力大于水驱速度由大到小的过程，规律见图4。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，包括岩心夹持器、驱替泵、真空泵、输水中间容器、输凝胶中间容器、液体容器和手摇泵；
所述岩心夹持器用于夹持岩心，岩心为模拟人工裂缝方形岩心；所述驱替泵分别连接输水中间容器和输凝胶中间容器的一端，输水中间容器和输凝胶中间容器的另一端均通过一六通阀与岩心夹持器的入口连接，所述岩心夹持器的出口连接所述液体容器，用于盛接出口端流出实验用液体，所述岩心夹持器出口与液体容器之间设置有回压泵，用于控制模拟人工裂缝岩心夹持器出口端允许通过的最小压力；所述真空泵与所述六通阀连接，用于对模拟人工裂缝抽真空；所述手摇泵连接岩心夹持器的围压口，用于对岩心夹持器加围压；
所述岩心夹持器上沿岩心长度方向设置有多个测压点，多个测压电均连接至多通道压力采集系统，多通道压力采集系统用于采集和记录所有测压电的压力；
所述实验装置还包括外部加热装置，为实验装置提供模拟地层的温度并保温。
2.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述驱替泵与输水中间容器连接的管路上，驱替泵与输凝胶中间容器连接的管路上分别设置有水路控制阀和凝胶路控制阀。
3.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述输水中间容器中装有配置的模拟地层水，输凝胶中间容器中装有配置的新凝胶、配制完仍处于成胶诱导期的凝胶或可混合形成凝胶的药剂。
4.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述六通阀与岩心夹持器连接的管路上安装有第一压力监测接口和进液口控制阀，第一压力监测接口用于监测岩心夹持器入口端压力，第一压力监测接口与多通道压力采集系统连接。
5.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述真空泵与六通阀之间设置有一缓冲容器，防止流体在抽真空时倒灌进入真空泵；
所述液体容器上标有对其内部所存储溶液体积进行测量的刻度。
6.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述外部加热装置为恒温箱。
7.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述模拟人工裂缝方形岩心由两块尺寸为21mm*600mm*45mm、渗透率小于1mD的致密人工岩心构成，两块致密人工岩心之间夹持两根金属条，并以透明胶纸缠绕固定；
金属条厚度即为相应的模拟人工裂缝开度，裂缝开度范围为0.5-2mm，裂缝内固定填充有沙粒以模拟支撑剂。
8.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器包括筒体、胶皮套、岩心室、堵头、底座、压环、调整垫块和调整螺母，所述筒体置于支撑架上，支撑架通过内六角螺钉与底座固定，所述胶皮套置于筒体内部，两端通过挤头螺钉和压环与筒体固定连接，胶皮套与筒体内部之间形成用于加围压的流体空间；岩心装入岩心室后，两端装入堵头，通过上紧调整螺母使堵头与岩心两端贴近，并与筒体固定，必要时在堵头与调整螺母之间加入调整垫块，以达到更好的控制岩心的目的。
9.根据权利要求1所述的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置，其特征在于，所述模拟人工裂缝岩心夹持器可耐压50MPa；
优选的，所述筒体与胶皮套上等间距均留有测压点，测压点用于测量岩心裂缝内的压力，等间距测压用于实验过程中压力分布测定，测压点是通过在岩心夹持器筒体及胶皮套钻孔，连接岩心裂缝与筒体外部，在筒体外部留有的测压点上连接多通道压力采集系统的压力传感器，进行压力测量与采集。
10.一种权利要求1的研究人工裂缝凝胶封堵规律的实验装置的实验方法，包括：
步骤一：用于模拟人工裂缝封堵规律研究的实验装置凝胶注入性能评价实验，其过程如下：
101、制作模拟人工裂缝岩心：选择厚度合适的金属条，夹持在两块致密人工岩心之间，岩心整体以透明胶纸缠绕固定，裂缝内固定填充一定规格的沙粒以模拟支撑剂；
102、安装模拟人工裂缝岩心：将制作完成的模拟人工裂缝岩心装入岩心夹持器的岩心室内，两端以堵头上紧，通过手摇泵对岩心施加实验要求的围压；
103、实验装置检测：连接好实验装置，检查各管线和阀门的气密性，各个装置是否运行正常，模拟人工裂缝封堵规律研究的实验装置是否漏水；
104、模拟人工裂缝封岩心预处理：将裂缝岩心抽真空，饱和模拟地层水；外部加热装置提供模拟地层的环境温度条件；
105、裂缝岩心水驱实验：通过关闭凝胶路控制阀、开启水路控制阀，启动驱替泵，实现模拟地层水自输水中间容器至岩心夹持器内的饱和模拟地层水的岩心，进行模拟人工裂缝的水驱渗透率测试实验；模拟地层水注入过程中，设置回压阀压力为模拟地层压力，对不同的模拟地层水注入速度条件下的模拟人工裂缝的水驱渗透率测试实验过程中相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为水驱注入速度，所述相关数据为各压力测点压力监测的稳定值，处理实验数据可得到实验条件下模拟人工裂缝的渗透率以及裂缝宽度；
106、模拟裂缝岩心内的凝胶注入性能评价实验：通过关闭水路控制阀、开启凝胶路控制阀，启动驱替泵，实现凝胶自输凝胶中间容器至所述岩心夹持器内的饱和模拟地层水的岩心进行凝胶注入实验；凝胶注入过程中，设置回压阀压力为模拟地层压力，对不同的凝胶注入速度条件下的凝胶注入实验过程中相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为凝胶注入速度，所述相关数据为各压力测点压力监测的稳定值；结束一组凝胶注入实验后，关闭凝胶路控制阀，取出裂缝岩心，用模拟地层水将裂缝岩心内的凝胶冲洗干净备用并用清水冲洗管线；
改变凝胶性质重复上述实验过程，所述凝胶性质包括凝胶初始粘度、凝胶注入速度、凝胶注入体积及候凝成胶时间；
步骤二：进行多轮次凝胶对模拟人工裂缝封堵主控因素影响规律研究实验，其过程如下：
201、检测试验装置：按照步骤101-103安装模拟人工裂缝岩心、加围压并检测设备的密封性；
202、凝胶与注入水预处理：对输水中间容器内的地层水和每一段塞输凝胶中间容器内的凝胶溶液进行不同颜色的染色处理，要求染色剂不影响两种液体性质，特别是不能影响凝胶性质；将整个实验装置放置于恒温箱内，模拟地层温度保温，对裂缝进行饱和地层水；
203、多轮次弱凝胶对模拟人工裂缝封堵规律实验：通过关闭水路控制阀、开启凝胶路控制阀，设置回压阀压力为模拟地层压力，启动驱替泵，实现凝胶自输凝胶中间容器至所述岩心夹持器内的饱和模拟地层水的岩心进行凝胶注入实验，凝胶注入过程中，分多个时间点对凝胶注入封堵实验过程中的相关参数及相关数据进行记录，此处的相关参数为凝胶注入速度和凝胶注入量，相关数据包括与各时间点相对应的记录时间、驱出水量和各测点压力值，所述凝胶注入量为输凝胶中间容器内所消耗的凝胶体积量；凝胶注入完毕后，回压阀持续维持出口端压力，关闭驱替泵、关闭凝胶路控制阀，进行裂缝模型中的凝胶候凝，候凝时间为凝胶的成胶时间，所述凝胶成胶时间为凝胶强度最大时对应的时间；
204、凝胶封堵裂缝后水驱动态模拟实验：通过关闭凝胶路控制阀、开启水路控制阀，保持回压阀出口与步骤203相同的模拟地层压力，启动驱替泵，实现通过自输水中间容器输至所述岩心夹持器内的模拟地层水对凝胶封堵后的模拟人工裂缝进行水驱动态模拟实验，凝胶封堵后水驱动态模拟实验过程中，水驱速度的设置为由小到大，再由大到小的过程，进行不同水驱速度下的凝胶封堵模拟人工裂缝后水驱动态模拟实验；每一水驱速度下，分多个时间点对凝胶封堵后水驱动态模拟实验过程中的相关参数及相关数据进行记录，所述相关参数为水驱速度，所述相关数据包括记录时间、驱出水量和各测压点的压力值；待最终水驱速度下压力稳定后结束水驱实验；
205、重复步骤202至步骤204，对模拟人工裂缝岩心进行多轮次凝胶封堵性能评价实验及凝胶封堵后水驱动态模拟实验；各段塞的凝胶与地层水可使用不同染色剂或荧光物质进行区分；记录相关参数，直到达到设计轮次数，结束实验，拆解并观察记录岩心裂缝内的染色剂或荧光物质分布情况后清洗模拟人工裂缝岩心；
206、改变凝胶封堵主控因素，重复步骤201至步骤205，进行主控因素对凝胶封堵人工大裂缝影响规律研究；所述主控因素包括：凝胶初始注入强度、凝胶段塞体积、凝胶注入速度、出口端回压等；
步骤三：试验数据及结果处理：按照裂缝渗透率的常规计算方法，根据步骤105中所记录的实验数据，即可计算得出裂缝渗透率及裂缝缝宽；
根据步骤203、步骤204、步骤205中所记录的实验数据，即可计算得到凝胶封堵前后裂缝渗透性变化和每轮次凝胶封堵率、水驱突破压力、残余阻力系数，从而得到不同凝胶性质、封堵方式等主控因素对凝胶封堵模拟人工裂缝能力的影响规律；通过观察实验后打开的模拟人工裂缝岩心颜色分布情况，进行各主控因素对凝胶在裂缝中的分布形态及其对凝胶封堵裂缝规律的研究。
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