CN113775321B - 聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置及应用。装置包括：中空的注入套管(11)，注入套管(11)顶部开口处设置上密封盖(12)，底部开口处设置下密封盖(13)，注入套管(11)外周套设包覆注入套管(11)外周侧壁的水泥环(14)，水泥环(14)外部包裹有铁皮层(17)，注入套管(11)外部设置密封金属套(15)，密封金属套(15)将注入套管(11)、上密封盖(12)、下密封盖(13)和水泥环(14)封闭在密封金属套(15)内，注入套管(11)表面设置射孔孔眼(18)，射孔孔眼贯穿注入套管、水泥环(14)和铁皮层(17)，密封金属套(15)底部设置与外界连通的第一接液口(16)，第一接液口(16)设置第一阀门(31)。
Description
技术领域
本发明涉及油藏开发技术领域，具体的说，本发明涉及一种聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置及应用。
背景技术
化学驱是高含水油藏进一步提高采收率的主要接替技术，近些年来，化学驱技术在大庆、辽河、胜利、新疆等油田成功应用，化学驱理论与技术越来越深入和完善，其中，利用化学驱体系的粘弹性扩大波及系数，是化学驱提高采收率的重要机理之一。但是，粘弹性的化学驱体系在注入地层过程中，要经过各种泵、管线、孔眼、多孔介质，不可避免地产生剪切粘损，进而对化学驱体系性能产生影响。要准确确定聚合物溶液在注入过程的粘度损失，以便指导化学驱配方体系设计。目前，针对化学驱体系注入过程的粘度损失，国内外有一些研究，专利《调驱剂径向流动过程中抗剪切性能的评价装置》(专利号：ZL 2017 20400484.8)公布了一种调剖剂在径向流动中岩心孔隙对调剖剂的剪切，但不能评价化学驱体系经过注入井筒炮眼剪切造成的粘损；专利《调剖剂在调剖过程中的试验装置》(专利号：ZL 2017 2 0004943.0)公布了一种装置，能够模拟调堵剂在整个注入过程各个阶段的剪切粘度损失情况，但该套装置与方法并未设计对注入井筒及射孔炮眼的模拟，且评价的均是调剖剂的粘度损失，而调剖剂为一种交联体系，如果在注入过程中发生初凝，其流变性能、流动状态与驱油用聚合物在不同形式的剪切条件下变化均不同，因此这两种装置与方法不能用来评价聚合物溶液经过井筒炮眼所造成的剪切粘损。通过文献调研，《注聚过程中HPAM水溶液剪切稳定性研究》采用仅有一个炮眼的简易装置模拟炮眼剪切，由于实际射孔井段为多孔，因此不具有代表性，其他一些文献也报道了一些炮眼剪切的经验公式(如文献《配注工艺对聚合物溶液的降解研究》)，但经验公式在实际应用中误差较大；或采用数学模型(如文献《炮眼剪切对注入聚合物溶液粘度影响的数学模型》)计算，但理论公式较为理想化，无法全面考虑不同的射孔参数、聚合物参数下的粘度损失。因此针对注入井筒及炮眼剪切对聚合物溶液粘度的影响，目前尚无较为精确的评价方法。由于注入管柱在地下，无法直接检测聚合物溶液经过孔眼前后的粘度变化，很多现场应用中，直接给出一个估算的经验值，误差较大，不能经济有效设计化学驱油体系浓度，既影响了技术性能的发挥，又影响了效益。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置；本发明的装置可以准确确定聚合物溶液经过注入井筒炮眼过程中，由于管柱及孔眼剪切作用导致的粘度损失，克服以往方法中的不足，更加科学客观的指导化学驱配方设计，最大限度地提高采收率。
本发明的另一目的在于提供一种测定聚合物溶液或其化学驱体系经过井筒孔眼剪切粘损的方法。
为达上述目的，一方面，本发明提供了一种聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置，其中，所述装置包括：中空的注入套管11，注入套管11顶部开口处设置上密封盖12，底部开口处设置下密封盖13，上密封盖和下密封盖将套管内部空间封闭，注入套管11外周套设包覆注入套管11外周侧壁的水泥环14，所述水泥环14外部包裹有铁皮层17，所述注入套管11外部设置密封金属套15，所述密封金属套15将注入套管11、上密封盖12、下密封盖13和水泥环14封闭在密封金属套15内，所述注入套管11表面设置射孔孔眼18，所述射孔孔眼18贯穿注入套管11、水泥环14和铁皮层17，以使得注入套管11的中空空腔与密封金属套15和铁皮层17之间的间隙连通，所述密封金属套15底部设置与外界连通的第一接液口16，第一接液口16设置第一阀门31。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入套管11为长度为0.5～2m。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入套管11为长度为1m。
本发明注入套管11表面设置的射孔孔眼数量和尺寸与现场目的区块实际的射孔数量和尺寸相同。
根据本发明一些具体实施方案，其中，注入套管11顶部开口处和底部开口处分别设置内螺纹，并分别与上密封盖12和下密封盖13四周设置的外螺纹相匹配，以使得上密封盖12和下密封盖13能够分别通过螺纹与注入套管11顶部开口处和底部开口固定连接。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述水泥环14的长度与注入套管11长度相同，厚度与目标油藏注入管柱射孔的深度相同。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述密封金属套15的顶部内壁与上密封盖12的上表面紧密贴合，密封金属套15的底部内壁与下密封盖13的下表面紧密贴合，密封金属套15的内侧壁与铁皮层17的外侧壁之间的间隙为1.5-2.5cm。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述测定装置还包括与密封金属套15固定连接的支架44。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入套管11、水泥环14和铁皮层17分别为同圆心设置的圆筒形。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入套管11为竖直放置的圆筒(即上下两个圆形端面平行水平面)。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述装置还包括通过管路与注入套管11内部连通的注入系统2。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入系统2包括至少一套注入装置21，所述注入装置21包括封闭的筒形中间容器211，所述中间容器211内部设置活塞212，活塞212将中间容器211分隔成相对封闭驱替液腔213和注入液腔214，且能够沿中间容器211内壁自由往复移动，所述驱替液腔213通过管路与驱替泵215连通，所述注入液腔214通过管路与注入套管11内部空间连通。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述驱替泵215为平流泵。
根据本发明一些具体实施方案，其中，驱替液腔213与驱替泵215相连通的管路上设置第二阀门32，注入液腔214与注入套管11相连通的管路上设置第三阀门33。
根据本发明一些具体实施方案，其中，在第三阀门33和注入套管11之间的管路上设置第二接液口41，并在第二接液口41处设置第四阀门34。
本发明的两个接液口尽量靠近套管模型，排除聚合物溶液在套管模型以外的管线流动造成的粘度损失对测试结果的影响
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述注入系统2包括两套并联的注入装置21，两套注入装置各自的中间容器211通过管路汇聚后再与注入套管11内部空间连通。
根据本发明一些具体实施方案，其中，在两套注入装置21各自的注入液腔214与管路汇聚点之间的管路上分别设置第三阀门33，并在管路汇聚点和注入套管11之间的管路上设置第二接液口41，在第二接液口41处设置第四阀门34。
根据本发明一些具体实施方案，其中，在第一接液口16下方设置第一接液容器42，并在第二接液口41下方设置第二接液容器43。
另一方面，本发明还提供了利用本发明所述的测定装置测定聚合物溶液或其化学驱体系经过井筒孔眼剪切粘损的方法，其中，所述方法包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入所述注入套管11中，取流经射孔孔眼18的聚合物溶液再次测定粘度，然后计算粘损率。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述粘损率是利用如下公式计算：
其中：L——粘度损失率，％；
μ前——未经过射孔孔眼剪切前的粘度，mPa.s；
μ后——经过射孔孔眼剪切后的粘度，mPa.s。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入中间容器211的注入液腔214中，利用驱替泵215带动活塞212将聚合物溶液注入所述注入套管11中，取流经射孔孔眼18的聚合物溶液再次测定粘度，然后计算粘损率。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入两个中间容器211的注入液腔214中，利用两个驱替泵215带动活塞212交替将聚合物溶液注入所述注入套管11中，取流经射孔孔眼18的聚合物溶液再次测定粘度，然后计算粘损率。
两套并联的注入装置交替注入，一套注入装置内聚合物溶液注入完成后，关闭阀门，同时另一套注入装置马上开始注入，保证注入过程连续不间断。注空的中间容器中重新装入聚合物溶液，再与注入系统连接，以备下一轮注入。
根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入两个中间容器211的注入液腔214中，利用两个驱替泵215带动活塞212交替将聚合物溶液注入所述注入套管11中，在密封金属套15的内侧壁与铁皮层17的外侧壁之间的间隙充满聚合物溶液之前，打开第一接液口16开始放液，持续注入至流量稳定或注入压力稳定时，在第二接液口41及第一接液口16分别接取聚合物溶液测试粘度，然后计算粘损率。
根据本发明一些具体实施方案，其中，驱替液腔213中的驱替流体为超纯水。
根据本发明一些具体实施方案，其中，本发明是以油田现场实际的注入压力或设计注入速度将聚合物溶液注入所述注入套管11中。
综上所述，本发明提供了一种聚合物溶液剪切粘损的测定装置及其应用。本发明的具有如下优点：
该种方法可以根据区块实际情况设计一套聚合物溶液及其化学驱复合体系经过井筒孔眼剪切粘损的测定装置，考虑不同的孔眼孔径、孔密、聚合物分子量、浓度、注入速度或注入压力，所得粘损率结果准确，更接近现场实际。根据所测得的粘损率，计算化学驱配方中所需的体系粘度，指导化学驱方案的编制，达到最大限度提高采收率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1的设备示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置，如图1所示，所述装置包括：长度1m的竖直放置的中空圆筒形的注入套管11(真实注入套管)，注入套管11顶部开口处设置上密封盖12，底部开口处设置下密封盖13，上密封盖和下密封盖将套管内部空间封闭，注入套管11外周套设包覆注入套管11外周侧壁的水泥环14，所述水泥环14外部包裹有铁皮层17，注入套管11、水泥环14和铁皮层17分别为同圆心设置的圆筒形。水泥环14厚度为18cm，在套管11、水泥环14和铁皮层17上采用射孔枪进行均匀射孔形成射孔孔眼18，孔密16孔/米，所述射孔孔眼18贯穿注入套管11、水泥环14和铁皮层17，以使得注入套管11的中空空腔与密封金属套15和铁皮层17之间的间隙连通。所述注入套管11外部设置密封金属套15，所述密封金属套15将注入套管11、上密封盖12、下密封盖13和水泥环14封闭在密封金属套15内，所述密封金属套15底部设置与外界连通的第一接液口16，第一接液口16设置第一阀门31。密封金属套15固定设置支架44。注入系统2通过管路与注入套管11内部连通。
注入套管11顶部开口处和底部开口处分别设置内螺纹，并分别与上密封盖12和下密封盖13四周设置的外螺纹相匹配，以使得上密封盖12和下密封盖13能够分别通过螺纹与注入套管11顶部开口处和底部开口固定连接。
所述水泥环14的长度与注入套管11长度相同，厚度与目标油藏注入管柱射孔的深度相同。
所述密封金属套15的顶部内壁与上密封盖12的上表面紧密贴合，密封金属套15的底部内壁与下密封盖13的下表面紧密贴合，密封金属套15的内侧壁与铁皮层17的外侧壁之间的间隙为2cm。
所述注入系统2包括两套并联的注入装置21，两套注入装置21结构、尺寸相同，分别包括封闭的筒形中间容器211，所述中间容器211内部设置活塞212，活塞212将中间容器211分隔成相对封闭驱替液腔213和注入液腔214，且能够沿中间容器211内壁自由往复移动，所述驱替液腔213通过管路与驱替泵(平流泵)215连通，所述注入液腔214通过管路与注入套管11内部空间连通。两套注入装置各自的中间容器211通过管路汇聚后再与注入套管11内部空间连通。
驱替液腔213与驱替泵215相连通的管路上设置第二阀门32，在两套注入装置21各自的注入液腔214与管路汇聚点之间的管路上分别设置第三阀门33。在第三阀门33和注入套管11之间的管路上设置第二接液口41，并在第二接液口41处设置第四阀门34。
在管路汇聚点和注入套管11之间的管路上设置第二接液口41，在第二接液口41处设置第四阀门34。在第一接液口16下方设置第一接液容器42，并在第二接液口41下方设置第二接液容器43。
实施例2
首先配制待测聚合物溶液，例如采用普通型部分水解聚丙烯酰胺(聚合物)，分子量1600万，质量浓度0.3％，将聚丙烯酰胺均匀分散在超纯水中，搅拌2个小时，然后恒温静置熟化24小时，装入2个中间容器中待用；
利用实施例1的测定装置进行测定：启动一套注入装置，打开第二阀门32，设置驱替泵215固定注入速度为35mL/min，将聚合物溶液经过连接管线注入到注入套管11中，注入套管11的第一接液口16处及注入套管11下部第一接液口16均关闭，聚合物溶液逐渐充满注入套管11并经由射孔孔眼流到外部密封金属套15中，待密封金属套15充满后，驱替泵215显示的注入压力会急剧上升，此时，迅速打开注入套管11下部第一接液口16开始排液，定时接聚合物溶液，计算排出液的流量，待流量与驱替泵设定的流量35mL/min相同时，观察驱替泵的注入压力，待压力不再变化时，打开注入套管11上部的第四阀门34，从上部第二接液口41接取50mL聚合物溶液，同时从下部第一接液口16接取50mL聚合物溶液，分别用布氏粘度计测试溶液粘度，经测试，注入套管11上部接出的未经剪切的聚合物溶液粘度为65.2mPa.s，注入套管11下部经过剪切的聚合物溶液粘度为48.7mPa.s，经过计算，该聚合物溶液经过注入管柱孔眼剪切粘度损失为25.3％。
Claims (18)
1.一种聚合物溶液或其化学驱体系剪切粘损的测定装置，其中，所述装置包括：中空的注入套管(11)，注入套管(11)顶部开口处设置上密封盖(12)，底部开口处设置下密封盖(13)，上密封盖和下密封盖将套管内部空间封闭，注入套管(11)外周套设包覆注入套管(11)外周侧壁的水泥环(14)，所述水泥环(14)外部包裹有铁皮层(17)，所述注入套管(11)外部设置密封金属套(15)，所述密封金属套(15)将注入套管(11)、上密封盖(12)、下密封盖(13)和水泥环(14)封闭在密封金属套(15)内，所述注入套管(11)表面设置射孔孔眼(18)，所述射孔孔眼(18)贯穿注入套管(11)、水泥环(14)和铁皮层(17)，以使得注入套管(11)的中空空腔与密封金属套(15)和铁皮层(17)之间的间隙连通，所述密封金属套(15)底部设置与外界连通的第一接液口(16)，第一接液口(16)设置第一阀门(31)。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其中，所述注入套管(11)为长度为0.5～2m。
3.根据权利要求1所述的测定装置，其中，注入套管(11)顶部开口处和底部开口处分别设置内螺纹，并分别与上密封盖(12)和下密封盖(13)四周设置的外螺纹相匹配，以使得上密封盖(12)和下密封盖(13)能够分别通过螺纹与注入套管(11)顶部开口处和底部开口处固定连接。
4.根据权利要求1所述的测定装置，其中，所述水泥环(14)的长度与注入套管(11)长度相同，厚度与目标油藏注入管柱射孔的深度相同。
5.根据权利要求1所述的测定装置，其中，所述密封金属套(15)的顶部内壁与上密封盖(12)的上表面紧密贴合，密封金属套(15)的底部内壁与下密封盖(13)的下表面紧密贴合，密封金属套(15)的内侧壁与铁皮层(17)的外侧壁之间的间隙为1.5-2.5cm。
6.根据权利要求1所述的测定装置，其中，所述测定装置还包括与密封金属套(15)固定连接的支架(44)。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的测定装置，其中，所述装置还包括通过管路与注入套管(11)内部连通的注入系统(2)。
8.根据权利要求7所述的测定装置，其中，所述注入系统(2)包括至少一套注入装置(21)，所述注入装置(21)包括封闭的筒形中间容器(211)，所述中间容器(211)内部设置活塞(212)，活塞(212)将中间容器(211)分隔成相对封闭的驱替液腔(213)和注入液腔(214)，且能够沿中间容器(211)内壁自由往复移动，所述驱替液腔(213)通过管路与驱替泵(215)连通，所述注入液腔(214)通过管路与注入套管(11)内部空间连通。
9.根据权利要求8所述的测定装置，其中，驱替液腔(213)与驱替泵(215)相连通的管路上设置第二阀门(32)，注入液腔(214)与注入套管(11)相连通的管路上设置第三阀门(33)。
10.根据权利要求9所述的测定装置，其中，在第三阀门(33)和注入套管(11)之间的管路上设置第二接液口(41)，并在第二接液口(41)处设置第四阀门(34)。
11.根据权利要求8所述的测定装置，其中，所述注入系统(2)包括两套并联的注入装置(21)，两套注入装置各自的中间容器(211)通过管路汇聚后再与注入套管(11)内部空间连通。
12.根据权利要求11所述的测定装置，其中，在两套注入装置(21)各自的注入液腔(214)与管路汇聚点之间的管路上分别设置第三阀门(33)，并在管路汇聚点和注入套管(11)之间的管路上设置第二接液口(41)，在第二接液口(41)处设置第四阀门(34)。
13.根据权利要求10或12所述的测定装置，其中，在第一接液口(16)下方设置第一接液容器(42)，并在第二接液口(41)下方设置第二接液容器(43)。
14.利用权利要求1～13任意一项所述的测定装置测定聚合物溶液或其化学驱体系经过井筒孔眼剪切粘损的方法，其中，所述方法包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入所述注入套管(11)中，取流经射孔孔眼(18)的聚合物溶液再次测定粘度，然后计算粘损率。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述粘损率是利用如下公式计算：
其中：L——粘度损失率，％；
μ前——未经过射孔孔眼剪切前的粘度，mPa.s；
μ后——经过射孔孔眼剪切后的粘度，mPa.s。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，所述方法是利用权利要求8～13任意一项所述的测定装置进行测定，包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入中间容器(211)的注入液腔(214)中，利用驱替泵(215)带动活塞(212)将聚合物溶液注入所述注入套管(11)中，取流经射孔孔眼(18)的聚合物溶液再次测定粘度，然后计算粘损率。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法是利用权利要求11～13任意一项所述的测定装置进行测定，包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入两个中间容器(211)的注入液腔(214)中，利用两个驱替泵(215)带动活塞(212)交替将聚合物溶液注入所述注入套管(11)中，取流经射孔孔眼(18)的聚合物溶液再次测定粘度，然后计算粘损率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法是利用权利要求10、12或13所述的测定装置进行测定，包括将配置的聚合物溶液测定初始粘度，然后将聚合物溶液注入两个中间容器(211)的注入液腔(214)中，利用两个驱替泵(215)带动活塞(212)交替将聚合物溶液注入所述注入套管(11)中，在密封金属套(15)的内侧壁与铁皮层(17)的外侧壁之间的间隙充满聚合物溶液之前，打开第一接液口(16)开始放液，持续注入至流量稳定或注入压力稳定时，在第二接液口(41)及第一接液口(16)分别接取聚合物溶液测试粘度，然后计算粘损率。
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