CN113607778A - 一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置及方法，该装置包括安装在可加热载物台上的耐压可视化多孔介质模型，耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统。耐压可视化多孔介质模型包括蓝宝石玻璃芯片，蓝宝石玻璃芯片一面上刻蚀有岩心的孔喉结构槽，孔喉结构槽上涂抹有具有导电性能的液体胶，孔喉结构槽表面均匀粘附有真实岩心黏土矿物，蓝宝石玻璃芯片上还安装有电极；蓝宝石玻璃芯片刻蚀有孔喉结构槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片粘接，蓝宝石玻璃芯片和光滑蓝宝石玻璃片四周密封有树脂胶并加装耐压玻璃钢片加固。该装置简单易行，且可用于可视化研究高温高压环境下气藏多孔介质中水锁损害形成原因，获取更加接近实际气藏的实验结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置及方法，属于油气田开发技术领域。
技术背景
致密气藏开发目前已成为非常规油气开采重要资源之一，由于致密气藏渗透率低、物性差等原因，往往需要通过钻水平井、多分支井和水力压裂等措施达到商业化开采效果。致密气藏水力压裂过程中，液体通过压裂后的压裂进行基质中并滞留在孔隙中，无法在返排中被带走，对储层基质形成“液锁”损害。研究表明，“液锁”损害是致密气藏最主要、最严重的损害类型之一，而最有效的解除“液锁”损害的方法即为将气藏内部多孔介质由水相润湿改性为中性或气相润湿，增强液体返排过程中渗流能力和气驱阻力，达到降低液相滞留的效果。
现有用于研究多孔介质中形成水锁损害的可视化模型多为常规石英玻璃片模型，孔隙模型刻录在石英玻璃片上，放在显微镜下观察，用照相机观察实验过程。该模型制作简单且成本低，实验方法简单易行，但由于石英玻璃片不耐压，只能进行常压下的多孔介质水锁损害形成原因与解除方法的探索；同时由于芯片模型较小且不耐压，无法有效控制气驱液相流速，从而导致模型中气窜过快，无法观察气体驱替液体过程中气液流动及分布状态，仅能够观察到实验结束后的气液分布。
发明内容
本发明提供一种用于模拟气藏耐压可视化多孔介质模型及水锁形成原因测试方法一种用于模拟气藏耐压可视化的方法及装置，其目的在于，解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的第一目的是提供一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置，其特征在于，包括耐压可视化多孔介质模型，所述耐压可视化多孔介质模型安装在可加热载物台上，所述耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统，所述耐压可视化多孔介质模型上方设置有显微镜；
所述耐压可视化多孔介质模型包括蓝宝石玻璃芯片，所述蓝宝石玻璃芯片一面上刻蚀有岩心的孔喉结构槽，所述孔喉结构槽上涂抹有具有导电性能的液体胶，所述孔喉结构槽表面均匀粘附有真实岩心黏土矿物，所述蓝宝石玻璃芯片上还刻蚀有电极凹槽且所述电极凹槽里安装有正负电阻率测试电极；所述蓝宝石玻璃芯片刻蚀有孔喉结构槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片粘接，所述蓝宝石玻璃芯片和光滑蓝宝石玻璃片四周密封有一层树脂胶；所述蓝宝石玻璃芯片、光滑蓝宝石玻璃片和树脂胶外侧安装有耐压玻璃钢片；
所述蓝宝石玻璃芯片和光滑蓝宝石玻璃片粘接面的一侧设置有芯片与驱替泵接口，另一侧设置有出口。
进一步的，所述气体驱替装置包括驱替泵、中间容器、回压阀、开关阀门、废液筒，所述驱替泵与中间容器连接，所述中间容器装有实验流体，所述中间容器与蓝宝石玻璃芯片一侧的芯片与驱替泵接口连接，所述蓝宝石玻璃芯片另一侧的出口依次连接回压阀、开关阀门、废液筒。
进一步的，所述中间容器分别装有气体、染色后的蒸馏水和润湿改性剂溶液。
本发明的第二目的是提供一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取目标区块的岩心，将岩心薄片的孔喉结构刻蚀在蓝宝石玻璃芯片上并制成耐压可视化多孔介质模型；
S2、将步骤S1中制作成型后的耐压可视化多孔介质模型安装在可加热载物台上，所述耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统，并通过载物台加热装置将耐压可视化多孔介质模型加温至实验温度；
S3、使用驱替泵将中间容器中染色后的蒸馏水泵入耐压可视化多孔介质模型内，待耐压可视化多孔介质模型中完全充填液体后打开出口压力设置为2MPa的回压阀，以增加模型内部压力；
S4、将气体泵入耐压可视化多孔介质模型内，通过电阻率监测系统观察电阻率变化，判断实验过程中气体窜流的方式，以及通过显微镜观察实验结束后水相滞留部位；
S5、将润湿改性剂泵入耐压可视化多孔介质模型内，关闭芯片与驱替泵接口和出口，使耐压可视化多孔介质模型内部被润湿改性剂浸泡24 小时以上，耐压可视化多孔介质模型内部从初始水相润湿改性为中性或气相润湿，然后使用气体将润湿改性剂溶液驱替出模型，并重复步骤S3、 S4，观察润湿改性后的芯片中气体窜流方式和水相滞留部位。
进一步的，上述步骤S1中，所述耐压可视化多孔介质模型的制作方法，包括以下步骤：
S101、选取目标区块的岩心并使用岩心切割机和打磨机，将岩心切割成宽度和均为2.5cm的正方形薄片状；
S102、通过显微成像技术将岩心薄片的局部孔喉结构进行显微放大成像，并使用图像处理软件将获取的岩心孔喉结构的轮廓更加清晰化；
S103、将步骤S102中获取的岩心孔喉结构刻蚀在耐压蓝宝石玻璃芯片上形成孔喉结构槽，在孔喉结构槽表面涂抹具有导电性能的液体胶，将碾磨至400目以上真实岩心黏土矿物均匀粘附于孔喉结构槽表面，同时在蓝宝石玻璃芯片上刻蚀电极凹槽并安装正负电阻率测试电极，获取仿真耐压模拟多孔介质的微流控芯片；
S104、在蓝宝石玻璃芯片带有刻蚀凹槽的一面制作芯片与驱替泵接口和出口，使用特指胶将蓝宝石玻璃芯片带有刻蚀凹槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片粘接起来；
S105、在蓝宝石玻璃芯片和光滑蓝宝石玻璃片外围涂抹约2cm厚调制好的树脂胶，待树脂胶涂抹完毕后，放置于通风干燥处侯凝一周，确保树脂胶完全固化；
S106、将耐压厚度约2cm的耐压玻璃钢片模具固定在蓝宝石芯片外围，并用固定螺母固定好芯片。
进一步的，上述步骤S103中电极凹槽在入口端、出口端和沿程均匀刻蚀，每个点对称刻蚀正极和负极放置点，且电极凹槽内放入电极后，应使用特殊耐温耐压胶充填密封。
进一步的，上述步骤S103中，依据实验需求，所述孔喉结构槽尺寸范围为10μm至1000μm。
本发明的有益效果为：
1)采用耐温耐压可视化蓝宝石替代原有石英材质，耐压蓝宝石材质解决现有微流控芯片不耐压问题，能观察多孔介质中带压环境下气液流动规律；
2)在刻蚀槽表面涂抹带有导电性能的液体胶，布置电阻率测试电极，通过内部电阻率变化测试与分析，实现实时观察气体驱替液相流动和分布规律；
3)刻蚀表面涂抹研磨后的储层黏土矿物，模拟真实储层物性，使实验结果更接近真实值，有利于更精确用于现场作业指导。
附图说明
图1为本发明提供的带有电极刻槽单面刻蚀后耐压可视化模型示意图。
图2为本发明提供的蓝宝石玻璃芯片和光滑蓝宝石玻璃片粘连后的耐压可视化模型示意图。
图3为本发明提供的树脂胶胶装后的耐压可视化模型示意图。
图4为本发明提供的安装玻璃钢片模具后的耐压可视化多孔介质模型示意图。
图5为本发明提供的一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置示意图。
图6为本发明提供的一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置的驱替流程示意图。
图7为本发明提供的耐压可视化多孔介质模型的制作方法流程示意图。
图8为本发明实施例中提供的水锁形成原因为非连通孔隙死体积滞留水相的示意图。
图9为本发明实施例中提供的水锁形成原因为变径毛管力作用的示意图。
图10为本发明实施例中提供的水锁形成原因为表面润湿相吸附滞留的示意图。
图11为本发明实施例中提供的水锁形成原因为多孔介质非均质性引起气窜渗流通道的示意图。
其中：1-蓝宝石玻璃芯片；1.2-正负电阻率测试电极；1.31-芯片与驱替泵接口；1.32-出口；1.4-孔喉结构槽；1.5-光滑蓝宝石玻璃片；1.6-树脂胶；1.7-耐压玻璃钢片；1.8-固定螺母；2-回压阀；3-开关阀门；4-废液筒； 5-数据采集与观察系统；6-电阻率监测系统；7-驱替泵；8-中间容器；9- 显微镜。
具体实施方法
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐释。
如图1～图5所示，一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置，包括耐压可视化多孔介质模型，所述耐压可视化多孔介质模型安装在可加热载物台上，所述耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统6。
所述耐压可视化多孔介质模型包括蓝宝石玻璃芯片1，所述蓝宝石玻璃芯片1一面上刻蚀有岩心的孔喉结构槽1.4，所述孔喉结构槽1.4上涂抹有具有导电性能的液体胶，所述孔喉结构槽1.4表面均匀粘附有真实岩心黏土矿物，所述蓝宝石玻璃芯片1上还刻蚀有电极凹槽且所述电极凹槽里安装有正负电阻率测试电极1.2；所述蓝宝石玻璃芯片1刻蚀有孔喉结构槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片1.5粘接，所述蓝宝石玻璃芯片1和光滑蓝宝石玻璃片1.5四周密封有一层树脂胶1.6；所述蓝宝石玻璃芯片1、光滑蓝宝石玻璃片1.5和树脂胶1.6外侧安装有耐压玻璃钢片1.7，耐压玻璃钢片1.7通过固定螺母1.8固定。
所述蓝宝石玻璃芯片1和光滑蓝宝石玻璃片1.5粘接面的一侧设置有芯片与驱替泵接口1.31，另一侧设置有出口1.32。
所述气体驱替装置包括驱替泵7、中间容器8、回压阀2、开关阀门 3、废液筒4，所述驱替泵7与中间容器8连接，所述中间容器8装有实验流体，所述中间容器8与蓝宝石玻璃芯片1一侧的芯片与驱替泵接口 1.31连接，所述蓝宝石玻璃芯片1另一侧的出口1.32依次连接回压阀2、开关阀门3、废液筒4。
所述耐压可视化多孔介质模型上方设置有显微镜9。
所述中间容器8分别装有气体、染色后的蒸馏水和润湿改性剂溶液。
如图6所示，采用上述装置模拟气藏耐压可视化的方法，包括以下步骤：
S1、选取目标区块的岩心，将岩心薄片的孔喉结构刻蚀在蓝宝石玻璃芯片1上并制成耐压可视化多孔介质模型；
S2、将步骤S1中制作成型后的耐压可视化多孔介质模型安装在可加热载物台上，所述耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统6，并通过载物台加热装置将耐压可视化多孔介质模型加温至实验温度；
S3、使用驱替泵7将中间容器8中染色后的蒸馏水泵入耐压可视化多孔介质模型内，待耐压可视化多孔介质模型中完全充填液体后打开设置出口压力2MPa的回压阀2，以增加模型内部压力；
S4、将气体泵入耐压可视化多孔介质模型内，通过电阻率监测系统6 观察电阻率变化，判断实验过程中气体窜流的方式，以及通过显微镜观察实验结束后水相滞留部位；
S5、将润湿改性剂泵入耐压可视化多孔介质模型内，关闭芯片与驱替泵接口1.31和出口1.32，使耐压可视化多孔介质模型内部被润湿改性剂浸泡24小时以上，耐压可视化多孔介质模型内部从初始水相润湿改性为中性或气相润湿，然后使用气体将润湿改性剂溶液驱替出模型，并重复步骤S3、S4，观察润湿改性后的芯片中气体窜流方式和水相滞留部位。
其中，如图7所示，步骤S1中，所述耐压可视化多孔介质模型的制作方法，包括以下步骤：
S101、选取目标区块的岩心并使用岩心切割机和打磨机，将岩心切割成宽度和均为2.5cm的正方形薄片状；
S102、通过显微成像技术将岩心薄片的局部孔喉结构进行显微放大成像，并使用图像处理软件将获取的岩心孔喉结构的轮廓更加清晰化；
S103、将步骤S102中获取的岩心孔喉结构刻蚀在耐压蓝宝石玻璃芯片1上形成孔喉结构槽1.4，在孔喉结构槽1.4表面涂抹具有导电性能的液体胶，将碾磨至400目以上真实岩心黏土矿物均匀粘附于孔喉结构槽 1.4表面，同时在蓝宝石玻璃芯片1上刻蚀电极凹槽并安装正负电阻率测试电极1.2，获取仿真耐压模拟多孔介质的微流控芯片；
S104、在蓝宝石玻璃芯片1带有刻蚀凹槽的一面制作芯片与驱替泵接口1.31和出口1.32，使用特指胶将蓝宝石玻璃芯片1带有刻蚀凹槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片1.5粘接起来；
S105、在蓝宝石玻璃芯片1和光滑蓝宝石玻璃片1.5外围涂抹约2cm 厚调制好的树脂胶，待树脂胶涂抹完毕后，放置于通风干燥处侯凝一周，确保树脂胶完全固化；
S106、将耐压厚度约2cm的耐压玻璃钢片1.7模具固定在芯片外围，并用固定螺母1.8固定好芯片。
上述步骤S103中耐压可视化芯片模型一半为带有电极和岩石仿真孔喉的刻蚀面，另一面为光滑面，单面厚度2mm，粘连后的厚度4mm，长度4.5cmm，宽度4.5cm的正方形可视化蓝宝石模型。
上述步骤S105和S106中在外围胶状2cm厚树脂胶作用在于确保芯片完全密封和增加芯片强度，2cm厚耐压玻璃钢片作用在于增加芯片耐压强度。
上述步骤S3实验过程中芯片加压方式是在芯片中完全被水相饱和后，打开设置出口压力2MPa的回压阀，以增加模型内部液相压力，也可根据模型耐压程度继续增加回压阀突破压力。
上述步骤S4通过电阻率变化判断气体驱替液体过程中芯片内部气液，并用于分析多孔介质中，气体驱替液体时气体窜流的方式和部位。
实施例
选取天然气藏岩心样品长度为2.5cm、宽度2.5cm，厚度1.0cm，气测渗透率为0.001132mD，孔隙度为3.21％，属于典型致密气藏岩心特征。
将岩心样品放置在载物台上，通过显微成像技术将岩心薄片的局部孔喉结构进行显微放大成像，并使用图像处理软件将获取的岩心孔喉结构的轮廓更加清晰化。
将获取的仿真图版运用于刻蚀耐压蓝宝石玻璃片，同时在模型上刻蚀电极凹槽并安装电极，获取仿真耐压模拟多孔介质的微流控芯片，依据实验需求，芯片内部孔喉尺寸为10μm。
待芯片模型刻蚀完毕后，使用特指胶将一面带有刻蚀凹槽的蓝宝石玻璃片与光滑玻璃片粘接起来。
在芯片外围涂抹约2cm厚调制好的树脂胶，待树脂胶涂抹完毕后，放置于通风干燥处侯凝一周，确保树脂胶完全固化。
将耐压厚度约2cm的可视化玻璃钢片模具固定在芯片外围，并用钢钉固定好芯片。
将制作成型后的耐压可视化多孔介质模型安装在载物台上，连接气体驱替装置及电阻率监测设备并通过载物台加热装置加温至实验温度 60℃。
使用微流量注入泵将染色后的蒸馏水泵入微流控芯片内，待芯片中完全充填液体后打开设置出口压力2MPa的回压阀，以增加模型内部压力。
更换泵入流体为气体，通过电阻率变化判断实验过程中气体窜流的方式，以及通过显微镜观察实验结束后水相滞留部位，实验结果如图8～11，图8中为非连通孔隙死体积滞留水相、图9中为变径毛管力作用、图10中为表面润湿相吸附滞留、图11中为多孔介质非均质性引起气窜渗流通道。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置，其特征在于，包括耐压可视化多孔介质模型，所述耐压可视化多孔介质模型安装在可加热载物台上，所述耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统(6)，所述耐压可视化多孔介质模型上方设置有显微镜(9)；
所述耐压可视化多孔介质模型包括蓝宝石玻璃芯片(1)，所述蓝宝石玻璃芯片(1)一面上刻蚀有岩心的孔喉结构槽(1.4)，所述孔喉结构槽(1.4)上涂抹有具有导电性能的液体胶，所述孔喉结构槽(1.4)表面均匀粘附有真实岩心黏土矿物，所述蓝宝石玻璃芯片(1)上还刻蚀有电极凹槽且所述电极凹槽里安装有正负电阻率测试电极(1.2)；所述蓝宝石玻璃芯片(1)刻蚀有孔喉结构槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片(1.5)粘接，所述蓝宝石玻璃芯片(1)和光滑蓝宝石玻璃片(1.5)四周密封有一层树脂胶(1.6)；所述蓝宝石玻璃芯片(1)、光滑蓝宝石玻璃片(1.5)和树脂胶(1.6)外侧安装有耐压玻璃钢片(1.7)；
所述蓝宝石玻璃芯片(1)和光滑蓝宝石玻璃片(1.5)粘接面的一侧设置有芯片与驱替泵接口(1.31)，另一侧设置有出口(1.32)。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置，其特征在于，所述气体驱替装置包括驱替泵(7)、中间容器(8)、回压阀(2)、开关阀门(3)、废液筒(4)，所述驱替泵(7)与中间容器(8)连接，所述中间容器(8)装有实验流体，所述中间容器(8)与蓝宝石玻璃芯片(1)一侧的芯片与驱替泵接口(1.31)连接，所述蓝宝石玻璃芯片(1)另一侧的出口(1.32)依次连接回压阀(2)、开关阀门(3)、废液筒(4)。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置，其特征在于，所述中间容器(8)分别装有气体、染色后的蒸馏水和润湿改性剂溶液。
4.采用如权利要求1-3中所述的一种用于模拟气藏耐压可视化的实验装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取目标区块的岩心，将岩心薄片的孔喉结构刻蚀在蓝宝石玻璃芯片(1)上并制成耐压可视化多孔介质模型；
S2、将步骤S1中制作成型后的耐压可视化多孔介质模型安装在可加热载物台上，所述耐压可视化多孔介质模型连接气体驱替装置及电阻率监测系统(6)，并通过载物台加热装置将耐压可视化多孔介质模型加温至实验温度；
S3、使用驱替泵(7)将中间容器(8)中染色后的蒸馏水泵入耐压可视化多孔介质模型内，待耐压可视化多孔介质模型中完全充填液体后打开出口压力设置为2MPa的回压阀(2)，以增加模型内部压力；
S4、将气体泵入耐压可视化多孔介质模型内，通过电阻率监测系统(6)观察电阻率变化，判断实验过程中气体窜流的方式，以及通过显微镜观察实验结束后水相滞留部位；
S5、将润湿改性剂泵入耐压可视化多孔介质模型内，关闭芯片与驱替泵接口(1.31)和出口(1.32)，使耐压可视化多孔介质模型内部被润湿改性剂浸泡24小时以上，耐压可视化多孔介质模型内部从初始水相润湿改性为中性或气相润湿，然后使用气体将润湿改性剂溶液驱替出模型，并重复步骤S3、S4，观察润湿改性后的芯片中气体窜流方式和水相滞留部位。
5.根据权利要求4所述的一种用于模拟气藏耐压可视化的方法，其特征在于，上述步骤S1中，所述耐压可视化多孔介质模型的制作方法，包括以下步骤：
S101、选取目标区块的岩心并使用岩心切割机和打磨机，将岩心切割成宽度和均为2.5cm的正方形薄片状；
S102、通过显微成像技术将岩心薄片的局部孔喉结构进行显微放大成像，并使用图像处理软件将获取的岩心孔喉结构的轮廓更加清晰化；
S103、将步骤S102中获取的岩心孔喉结构刻蚀在耐压蓝宝石玻璃芯片(1)上形成孔喉结构槽(1.4)，在孔喉结构槽(1.4)表面涂抹具有导电性能的液体胶，将碾磨至400目以上真实岩心黏土矿物均匀粘附于孔喉结构槽(1.4)表面，同时在蓝宝石玻璃芯片(1)上刻蚀电极凹槽并安装正负电阻率测试电极(1.2)，获取仿真耐压模拟多孔介质的微流控芯片；
S104、在蓝宝石玻璃芯片(1)带有刻蚀凹槽的一面制作芯片与驱替泵接口(1.31)和出口(1.32)，使用特指胶将蓝宝石玻璃芯片(1)带有刻蚀凹槽的一面与光滑蓝宝石玻璃片(1.5)粘接起来；
S105、在蓝宝石玻璃芯片(1)和光滑蓝宝石玻璃片(1.5)外围涂抹约2cm厚调制好的树脂胶，待树脂胶涂抹完毕后，放置于通风干燥处侯凝一周，确保树脂胶完全固化；
S106、将耐压厚度约2cm的耐压玻璃钢片(1.7)模具固定在蓝宝石芯片外围，并用固定螺母(1.8)固定好芯片。
6.根据权利要求5所述的一种用于模拟气藏耐压可视化的方法，其特征在于，上述步骤S103中电极凹槽在入口端、出口端和沿程均匀刻蚀，每个点对称刻蚀正极和负极放置点，且电极凹槽内放入电极后，应使用特殊耐温耐压胶充填密封。
7.根据权利要求5所述的一种用于模拟气藏耐压可视化的方法，其特征在于，上述步骤S103中，依据实验需求，所述孔喉结构槽(1.4)尺寸范围为10μm至1000μm。
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