CN203643302U

CN203643302U - 一种适应多渗透率级差分流酸化实验装置

Info

Publication number: CN203643302U
Application number: CN201320749264.8U
Authority: CN
Inventors: 李晖; 王明贵; 龙学; 李钦; 王均; 张保英; 陈玉华; 刘丹婷
Original assignee: China Petrochemical Corp; Sinopec Southwest Petroleum Engineering Co Ltd
Current assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Southwest Petroleum Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2023-11-25

Abstract

本实用新型提供了一种多渗透率级差分流酸化实验装置，包括：注入系统包括若干个并联设置的工作液储存装置和注入管线，注入管线上设置有注入泵及阀门；岩心夹持装置是设置在恒温箱中、若干个并联设置的岩心夹持器；模拟系统包括工作液流量控制装置、温度控制装置和环压控制装置；计量系统包括压力传感器、温度传感器和电子天平；数据采集与处理系统包括人机交互装置、数据处理器和执行单元。本实用新型可满足多个岩心同时实验需要，尤其适用于非均质性强、具有较大渗透率级差的长井段分流酸化或暂堵转向酸化实验，在压裂液优选、储层敏感性评价上显示出实验条件和结果对比性强、实验效率高等优点，应用前景广泛。

Description

一种适应多渗透率级差分流酸化实验装置

技术领域

本实用新型涉及用于油气田开发优化设计及酸液优选等领域，具体是一种评价油气田酸化过程中分流效果的专用设备。

背景技术

水平井技术由于可大幅度提高增产效果和油气藏采收率而在全世界各油气田获得越来越广泛地应用（包括在碳酸盐岩中钻水平井进行开发）。但水平井由于井段长、酸岩反应和滤失速度快而难以获得针对性改造。常规酸化可能的结果是相对更需要改造的低孔低渗带没有获得足够的酸而增产效果差，而仅需要少量酸液的中高孔及微裂缝发育带可能改造过度，影响井壁稳定性。这种情况通常需要采用分流酸化工艺技术，而如何通过室内实验评价优选合适的酸液或酸化原材料对酸化效果及后续安全生产十分重要。

常规酸化实验装置通常仅设计一个岩心夹持器，只能进行单岩心流动实验，而进行对比实验时难以保证与前面实验的泵注压力、流量等条件一致，结果对比性不强，不能满足分流转向酸化实验评价需要。

发明内容

本实用新型目的在于：提供一种多渗透率级差分流酸化实验装置，一次可进行多个具有不同渗透率的岩心的酸化流动实验，解决上述背景技术中对长井段分流酸化优化与效果评价的难题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种适应多渗透率级差分流酸化实验装置，包括注入系统、岩心夹持装置、模拟系统、计量系统和数据采集与处理系统组成，具体的：

注入系统，包括若干个并联设置的工作液储存装置和注入管线，注入管线上设置有注入泵及阀门；

岩心夹持装置，是设置在恒温箱中、若干个并联设置的岩心夹持器，岩心夹持器内部夹持岩心、两端分别设置工作液的入口和出口，所有岩心夹持器的入口连接至注入管线的末端、出口设置有工作液回收装置，环压通过管线连接环压液体储存装置及环压泵；

模拟系统，包括工作液流量控制装置、温度控制装置和环压控制装置，其中：工作液流量控制装置是注入泵的流量控制单元，温度控制装置是恒温箱的温度控制单元，环压控制装置是环压泵的流量控制单元；

计量系统，包括压力传感器、温度传感器和电子天平，其中：压力传感器设置在岩心夹持器的入口处，温度传感器设置在恒温箱内，所述工作液回收装置放置在电子天平上；

数据采集与处理系统，包括人机交互装置、数据处理器和执行单元，数据处理器内部设置有存储单元和计算器，数据处理器的信号输入端与计量系统的信号输出端连接、信号输出端与模拟系统的信号输入端连接。

所述注入管线上的阀门是设置在工作液储存装置两侧的放空阀。

所述岩心夹持器的入口通过六通连接注入管线的末端，且六通的所有接口上均设置有开关阀门。

所述岩心夹持器的环压入口处设置有开关阀门。

所述岩心夹持器包括夹持器筒体和岩心塞，夹持器筒体两端开口设置有螺母端盖，螺母端盖上设置有供岩心塞插入的通孔，岩心夹持器入口端的螺母端盖上设置有入口端岩心塞的轴向调节装置和限位装置，岩心夹持器出口端的螺母端盖上设置有出口端岩心塞的限位装置。

所述入口端岩心塞的轴向调节装置和限位装置包括限位圆台、门形框件和螺杆，所述限位圆台设置在入口端螺母端盖的外端面，限位圆台上沿轴向设置有供入口端岩心塞插入的通孔，螺杆与入口端岩心塞同轴设置并相互连接，门形框件的横杆上设置有对应螺杆的螺纹孔、两侧杆的末端向内侧凸出形成定位键，限位圆台周面向内设置一圈凹槽、配合连接门形框件的定位键。

所述出口端岩心塞的限位装置包括：出口端岩心塞周面上设置的径向限位块和出口端螺母端盖内侧与之配合的定位槽，所述径向限位块呈长条形、出口端螺母端盖上供出口端岩心塞插入的通孔有且仅有一个方向可供径向限位块插入。

本实用新型所产生的有益效果是：

本实用新型带有多个岩心夹持器，可满足多个岩心同时实验需要，并且可以根据需要增加岩心夹持器，能足多个具有不同渗透率的岩心同时实验需要，尤其是对于非均质性强、具有较大渗透率级差的长井段分流酸化或暂堵转向酸化实验评价时十分适用，为水平井长井段分流酸化设计优化和酸化原材料优选提供了强有力的支撑；并在压裂液优选、储层敏感性评价上也显示出实验条件和结果对比性强、实验效率高等优点，应用前景广泛。

本实用新型在并行放置的夹持器注入端于储液罐出口端之间装有六通阀，实验前可选择性打开不同的开关阀门连通储液罐及岩心夹持器，不但能实现各个储液罐内液体的选择性注入，还能选择不同的岩心夹持器实现单个或多个岩心同时实验。工作时，通过岩心夹持器中装入不同渗透率的岩心，从夹持器入口端以同一压力注入实验流体，在注入端安装压力传感器对入口压力进行监测，并在出口处安放电子天平，通过计量测得流体的流量计算流体经过岩心的渗透率，并比较流体对岩心的酸化效果或伤害程度，当分流酸化实验过程中出现同时暂堵时，可关闭其他开关阀门选择单个岩心针对性进行压力突破实验。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）带有多个岩心夹持器，并且可以根据需要增加岩心夹持器，保证岩心夹持器进口压力一致，能同时进行多个平行岩心的渗透率测试实验，提高实验效率，节约人力和时间；尤其可以很好地满足非均质性强、具有较大渗透率级差的长井段分流酸化或暂堵转向酸化实验评价需要。

（2）模块化结构，管线结构简单、流程倒换快速方便。正、反向驱转换只需要旋转夹持器或对耐高压模块化夹持器进行快速卸装，取出岩心换方向装入即可，整个过程几分钟内即可完成。

（3）不仅可评价酸液分流酸化或暂堵转向酸化效果，还可开展其它流动实验（如压裂液伤害实验、油气田开发“五敏”实验等），一次性完成多个实验，实验对比性强、工作效率高。

（4）过程控制、数据采集全自动化。通过控制程序编制、高精度采集处理系统配置和优化，实验过程实现了全自动化。实验结果既可自动在同一张图上显示各岩心渗透率随着时间、注入液体的变化曲线，也可分别在一张图上显示各岩心渗透率随着时间、注入液体的变化曲线，直观反映出多渗透率级差岩心在相同条件下酸化效果。

（5）新设计的岩心夹持器与现有技术相比：①占用空间减小，为之前的一半；整体成本降低，为之前的60%；②能通过可旋转式固定螺母旋转夹持器；③夹持器内环压注入空间减小，能更好更快地堆岩心加持环压；④降低了岩心胶套长度，岩心胶套不易变形损坏，夹持器内环压不易漏液；⑤选用旋转固定销与旋转调节螺母对岩心塞进行固定，密封性好、不易漏液，拆卸更方便。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的数据采集、控制流程示意图；

图3是现有技术岩心夹持器的结构示意图；

图4 是本实用新型岩心夹持器的结构示意图。

图中标号表示：1-注入泵、2-放空阀、3-工作液储存装置、4-六通、5-岩心夹持器、6-环压泵、7-工作液回收装置、8-压力变送器、9-环压泵、10-数据采集与处理系统、A-恒温箱、11-接杆、12-移动螺母、13-固定压环、14-接套、15-O型圈、16-夹持器筒体、17-胶套、18-岩心塞、19-锁紧螺钉、20-活动堵头、21-止头钉、22-活动压环、23-固定环、24-固定板、25-支撑杆、26-底座、27-限位圆台、28-螺母端盖、29-压圈、30-固定螺母、31-门形框件、32-螺杆、33-夹持器出口、34-夹持器入口。

具体实施方式

如图1、2、4所示，本实用新型是一种适应多渗透率级差分流酸化实验装置，包括注入系统、岩心夹持装置、模拟系统、计量系统和数据采集与处理系统组成，具体的：

注入系统，包括若干个并联设置的工作液储存装置3和注入管线，注入管线上设置有注入泵1及阀门；本具体实施方式中，注入泵1是高压平流泵（驱替泵），工作液储存装置3是耐酸储液罐，注入管线上的阀门是耐酸管阀件、具体是设置在工作液储存装置3两侧注入管线上的放空阀2，每一个工作液储存装置3的两端分别设置有透液储存装置3的进出液阀门，通过储液罐进液口的阀门控制压力传递，储液罐中间有密封活塞可保证平流泵出来的液体与实验液体隔离。工作液储存装置3下部各自带有开关控制阀门，可以控制各液罐中实验液体的流动。

岩心夹持装置，是设置在恒温箱A中、若干个并联设置的岩心夹持器5，岩心夹持器5的个数可根据实际需要并联增加或减少。岩心夹持器5内部夹持岩心、两端分别设置工作液的入口和出口，所有岩心夹持器5的入口连接至注入管线的末端、出口分别设置有工作液回收装置7、环压通过管线连接环压液体储存装置及环压泵9。本具体实施方式中，岩心夹持器5是耐高压模块化夹持器，岩心夹持器5的入口通过六通4连接注入管线的末端，且六通4的所有接口上均设置有开关阀门。需要注意的是，岩心夹持器5的环压入口处设置有开关阀门。

模拟系统，包括工作液流量控制装置、温度控制装置和环压控制装置，其中：工作液流量控制装置是注入泵1的流量控制单元，温度控制装置是恒温箱A的温度控制单元、一般为设置在恒温箱A内的电加热棒，环压控制装置是环压泵9的流量控制单元。本具体实施方式中，环压控制装置是与环压泵9相互练级的压力变送器8，即液压机。

计量系统，包括压力传感器、温度传感器和电子天平，其中：压力传感器设置在岩心夹持器5的入口处，温度传感器设置在恒温箱A内，工作液回收装置7放置在电子天平上。通过电子天平测得工作液回收装置7内收集到的工作液质量，再通过单位换算、得到工作液回收流量。

数据采集与处理系统10，为微机控制部分、一般为计算机，包括人机交互装置、数据处理器和执行单元，数据处理器内部设置有存储单元和计算器，数据处理器的信号输入端与计量系统的信号输出端连接、信号输出端与模拟系统的信号输入端连接。

本法明的岩心夹持器包括夹持器筒体16和岩心塞18，夹持器筒体16两端开口设置有螺母端盖28，螺母端盖28上设置有供岩心塞16插入的通孔，岩心夹持器16入口端的螺母端盖28-2上设置有入口端岩心塞18-2的轴向调节装置和限位装置，岩心夹持器16出口端的螺母端盖28-1上设置有出口端岩心塞18-1的限位装置。

具体的：

入口端岩心塞18-2的轴向调节装置和限位装置包括：限位圆台27、门形框件31和螺杆32。限位圆台27设置在入口端螺母端盖28-2的外端面，限位圆台27上沿轴向设置有供入口端岩心塞18-2插入的通孔，螺杆32与入口端岩心塞18-2同轴设置并相互连接，门形框件31的横杆上设置有对应螺杆32的螺纹孔、两侧杆的末端向内侧凸出形成定位键，限位圆台27周面向内设置一圈凹槽、配合连接门形框件31的定位键。

出口端岩心塞18-1的限位装置包括：出口端岩心塞18-1周面上设置的径向限位块35和出口端螺母端盖28-1内侧与之配合的定位槽，所述径向限位块35呈长条形、出口端螺母端盖28-1上供出口端岩心塞18-1插入的通孔有且仅有一个方向可供径向限位块35插入。

本实用新型的适应多渗透率级差分流酸化实验评价方法，包括以下具体步骤：

（1）将若干块具有不同渗透性的岩心分别装入不同的岩心夹持器5（耐高压模块化夹持器）中、并将上述岩心夹持器5前端六通4对应的开关阀门和环压入口处的开关阀门打开；

（2）将酸液和地层水（或模拟地层水）依次装入不同的工作液储存装置3中；

（3）选用注入岩心夹持器5的工作液、启动数据采集与处理系统，通过人机交互装置输入岩心参数及实验模拟参数，岩心参数包括岩心的编号、长度、直径、孔隙度和气测渗透率，实验模拟参数包括环压的阀值、工作液流量和恒温箱的温度，数据采集与处理系统内部的存储器存储上述参数，计算单元对其作出反应、向模拟系统发出相应的工作指令；

（4）根据模拟系统的设定值，注入泵1的流量控制单元调节注入泵1的流量大小，向若干个的岩心夹持器5同时注入酸液或地层水、模拟地层流体状态；环压泵9的流量控制单元调节环压泵9的流量大小，向若干个的岩心夹持器5同时注入环压液体，对岩心夹持器5施加环向压力、使其夹持岩心；恒温箱A的温度控制单元控制恒温箱A加温或降温；

（5）同时，温度传感器实时监控采集恒温箱A内的温度值、并传输至数据采集与处理系统，压力传感器监测岩心夹持器5入口处的压力，电子天平测得岩心夹持器5出口端的液体质量后，并将上述实时参数传输至数据采集与处理系统，数据采集与处理系统根据达西公式、定时计算流体通过岩心的渗透率，并对多个岩心实验作出渗透率对比曲线；

（6）使用工作液储存装置中的酸液或地层水依次替换注入岩心夹持器5的工作液，重复步骤（3）-（5），数据采集与处理系统对所有的计量数据进行处理和计算，得到各岩心渗透率随着时间、注入液体的变化曲线，直观反映出多渗透率级差岩心在相同条件下酸化效果。

需要注意的是：

实验前，为保证驱替压力稳定，先将工作液储存装置3（储液罐）的进出液阀门及2个放空阀2关闭，环压关闭，其它阀门全部开启，开启注入泵1（即平流泵，也可称之为驱替泵）用地层水排尽管线、管阀件中的空气。

实验时，先开启装有地层水（或模拟地层水）的工作液储存装置3进出液阀门，开启环压自动跟踪功能，开启六通4上对应本实验所用岩心夹持器的开关阀门。启动计算机，输入实验参数和实验停止条件，测试酸化前各岩心渗透率K_i ¹；关闭装有地层水（或模拟地层水）的工作液储存装置3进出液阀门，开启装有酸液的工作液储存装置3进出液阀门，测试酸化时各岩心渗透率K_i ²；关闭装有酸液的工作液储存装置3进出液阀门，开启装有地层水（或模拟地层水）的工作液储存装置3进出液阀门，测试酸化后各岩心渗透率K_i ³，根据渗透率最终变化或渗透率随时间、注入液体的变化确定多渗透率级差岩心分流酸化效果。

也可以继续使用酸液和地层水（或模拟地层水）依次替换重复以上步骤，计算机对数据进行处理和计算，得到各岩心渗透率随着时间、注入液体的变化曲线，直观反映出多渗透率级差岩心在相同条件下酸化效果。

本实用新型以一个具体实施例来说明本实用新型的使用方法：

在进行多渗透率级差分流酸化实验前，将具有不同渗透率的岩心制作成直径为25.4mm，长度为38mm±2mm的柱状体，一次实验的岩心样长度尽量一致。对岩心进行饱和处理后，将若干块具有不同渗透性的岩心依次装入岩心夹持器5中。将配制准备好的酸液和地层水（或模拟地层水）分别装入工作液储存装置3（耐酸液罐）中。

启动计算机，输入实验参数，

先关闭装有酸液的液罐进出液阀门，开启装有地层水（或模拟地层水）的液罐进出液阀门，注入泵1（平流泵）以低于临界流速同时向各岩心夹持器5泵注地层水。地层水进入岩心夹持器5内、模拟地层流体状态，电加热棒和液压机模拟地层温度和压力，计算机显示计量系统的流量、压力、温度变化，所有数据通过数据采集板传输至计算机。直至渗透率结果稳定（相对误差小于5-10%），确定出各岩心酸化前的渗透率K_i ¹(i=1-n，n为实验岩心总数)。

关闭装有地层水（或模拟地层水）的液罐进出液阀门，开启装有酸液的液罐进出液阀门，平流泵以低于临界流速同时向各岩心夹持器5泵注酸液，根据酸化模拟要求设计驱酸时间，完成酸化时各岩心渗透率K_i ²测定。

再次闭装有酸液的液罐进出液阀门，开启装有地层水（或模拟地层水）的液罐进出液阀门，平流泵以低于临界流速同时向各岩心夹持器5泵注地层水，直至渗透率结果稳定（相对误差小于5-10%），确定出各岩心酸化前的渗透率K_i ³。

根据K_i ¹与K_i ³的变化可直观反映出不同渗透率岩心与酸液反应过程各自酸处理程度，为酸液配方或酸化工艺提供实验支撑。

Claims

1. 一种适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：包括注入系统、岩心夹持装置、模拟系统、计量系统和数据采集与处理系统组成，具体的：

2.根据权利要求1所述的适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：所述注入管线上的阀门是设置在工作液储存装置两侧的放空阀。

3.根据权利要求1所述的适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器的入口通过六通连接注入管线的末端，且六通的所有接口上均设置有开关阀门。

4.根据权利要求1所述的适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器的环压入口处设置有开关阀门。

5.根据权利要求1所述的适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器包括夹持器筒体和岩心塞，夹持器筒体两端开口设置有螺母端盖，螺母端盖上设置有供岩心塞插入的通孔，岩心夹持器入口端的螺母端盖上设置有入口端岩心塞的轴向调节装置和限位装置，岩心夹持器出口端的螺母端盖上设置有出口端岩心塞的限位装置。

6.根据权利要求5所述的适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：所述入口端岩心塞的轴向调节装置和限位装置包括限位圆台、门形框件和螺杆，所述限位圆台设置在入口端螺母端盖的外端面，限位圆台上沿轴向设置有供入口端岩心塞插入的通孔，螺杆与入口端岩心塞同轴设置并相互连接，门形框件的横杆上设置有对应螺杆的螺纹孔、两侧杆的末端向内侧凸出形成定位键，限位圆台周面向内设置一圈凹槽、配合连接门形框件的定位键。

7.根据权利要求5所述的适应多渗透率级差分流酸化实验装置，其特征在于：所述出口端岩心塞的限位装置包括：出口端岩心塞周面上设置的径向限位块和出口端螺母端盖内侧与之配合的定位槽，所述径向限位块呈长条形、出口端螺母端盖上供出口端岩心塞插入的通孔有且仅有一个方向可供径向限位块插入。