CN207439876U - 一种页岩水化作用强度定量评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种页岩水化作用强度定量评价装置，涉及油气储层钻完井、储层增产改造以及岩土工程技术领域，包括岩心夹持系统、温度控制系统、环压控制系统、回压控制系统和液舱压力控制系统，岩心夹持系统包括岩心夹持器、岩心舱、液舱、摄像头、注液通道和排空通道，岩心舱位于岩心夹持器中，岩心舱内设置所述液舱，液舱内放置有与数据采集分析器连接的摄像头；液舱下端连接注液通道，上端连接所述排空通道。本实用新型能够模拟页岩储层主压裂完成后压裂液返排前期时高温、高压环境下页岩强制水化过程以及返排后期高温、高压环境下页岩自发水化过程，同时可以进行常温、常压下页岩等非常规储层岩心的自发、强制、单面、多面水化过程。

Description

一种页岩水化作用强度定量评价装置

技术领域

本实用新型涉及油气储层钻完井、储层增产改造以及岩土工程技术领域，确切地说涉及一种页岩水化作用强度定量评价装置。

背景技术

近年来页岩等非常规油气储层的大规模开发极大缓解了我国能源压力，水力压裂是成功开采此类储层的关键技术，而压裂液返排阶段是连接储层主压裂和油气井生产的关键阶段。由于页岩等非常规储层物性与砂岩等常规储层物性相比其矿物组分不同、孔隙结构更加复杂，渗透率通常介于纳达西与微达西之间，且发育有大量复杂的微裂纹系统，导致此类储层比常规储层的水化作用更加明显。随着国内四川、重庆等地页岩气的大规模开发，对评价储层可压性、制定增产改造技术方案、制定压裂液返排工作制度、评价储层压后效果、数值模拟分析等都需要科学评价岩石水化作用强度，为定量评价岩石水化作用强度提出了新的技术要求。实验室内模拟地层应力条件及温度以及返排过程的强制、自发水化过程得到的岩石水化作用强度参数是目前最有效的方法。

目前，国内外尚未出现模拟页岩储层压后返排过程的相关装置或方法，且对岩石水化作用强度的研究多采用单一设备分开测试，无法在同一个设备中进行常温、常压及地层应力、温度条件下岩石单面自发水化实验、岩石多面自发水化实验、岩石强制水化实验，且现有设备均无法消除重力对水化作用的影响并且无法实现对岩石水化作用的定量评价以及实验过程中对岩心端部的可视化，也无法模拟压裂液返排过程，同时也无法验证页岩等非常规储层微裂纹系统中是否存在液相支撑现象。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术中岩石渗吸实验装置功能单一、实验结果不稳定、不能反应工程实际，不能定量评价岩石水化作用强度，不能实现实验过程岩心端部的可视化，也不能模拟压裂液返排过程等的不足，提供了一种页岩水化作用强度定量评价装置。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种页岩水化作用强度定量评价装置，包括岩心夹持系统、温度控制系统、环压控制系统、回压控制系统、液舱压力控制系统、自动计量系统、渗透率测试系统、常温常压岩心水化实验系统、返排过程高温高压岩心水化模拟系统和实验数据自动采集系统，其特征在于：所述的岩心夹持系统包括岩心夹持器、岩心舱、液舱、摄像头、注液通道和排空通道，岩心舱位于岩心夹持器中，岩心舱内设置所述液舱，液舱内放置有与数据采集分析器连接的摄像头；所述的液舱下端连接注液通道，上端连接所述排空通道。所述的液舱内放置有观察岩心舱中岩心端面变化的蓝宝石。

液舱内安装压力变送器，压力变送器通过数据线与数据采集分析器相连。

所述的温度控制系统包括加热器、植入岩心舱的温度传感器、加热丝以及保温层，岩心夹持器置于加热器内。

所述的环压控制系统包括环压跟踪泵以及与之相连的排空阀，环压跟踪泵通过装有控制阀的管线与岩心夹持器相连。

所述的回压控制系统包括回压泵、控制阀以及与控制阀相连的回压缓冲器，回压阀通过管线与岩心夹持器相连。

所述的液舱压力控制系统包括恒速恒压泵、中间容器、压力变送器、以及控制阀，注液通道与恒速恒压泵之间安装有实验液体的所述中间容器。

所述的计量系统它包括电子天平、下挂式电子天平、不锈钢细棒、防水无弹性细线、盛液容器以及控制阀门。

所述的渗透率测试系统包括压力变送器和压力变送器、高量程气体流量计、中量程气体流量计、低量程气体流量计、低压减压阀、高压减压阀、气体供给源、压力传感器、回压缓冲器、回压阀及回压泵。

所述的气体供给源与高量程气体流量计、中量程气体流量计、低量程气体流量计顺次连接并位于岩心夹持器同一侧。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果如下：

采用本实用新型，能够模拟页岩储层主压裂完成后压裂液返排前期时高温、高压环境下页岩强制水化过程以及返排后期高温、高压环境下页岩自发水化过程，同时可以进行常温、常压下页岩等非常规储层岩心的自发、强制、单面、多面水化过程，能够实时测量得到岩心渗透率与进液量、水化时间的关系曲线以及返排过程中岩心水化作用下产生的径向力大小，通过该装置可以在实验过程中实时测量岩心渗透率，实现定量评价页岩返排过程中受到的水化作用强度，评价页岩储层压后返排难度，同时该装置能够验证页岩等微裂纹发育的岩心是否存在液相支撑现象，并实时观测实验过程中岩心底部变化情况，为相关科学研究、方案设计提供可靠的实验依据。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型图1所示的岩心夹持器内部结构及加热部件示意图；

图中标注说明：1-岩心夹持器，2-环压跟踪泵，3-压力变送器，4-中间容器，5-恒速恒压泵，6-盛液容器，7-盛液容器，8-数据采集分析器，9-下挂式电子天平，10-低量程气体流量计，11-中量程气体流量计，12-高量程气体流量计，13-低压减压阀，14-压力传感器，15-高压减压阀，16-气体供给源，17-回压缓冲器，18-回压泵，19-温度传感器，20-加热器，21-回液接收器，22-天子天平，23-压力变送器，24-下挂式电子天平，25-压力传感器，26-控制阀门一，27-控制阀二，28-控制阀三，29-控制阀四，30-控制阀门五，31-放空阀一，32-控制阀门六，33-放空阀二，34-控制阀门七，35-放空阀三，36-岩心舱，37-液舱，38-筒体，39-摄像头，40-蓝宝石，41-注液通道，42-排空通道，43-加热圈，44-保温套，45-环压口，46-排空口，47-不锈钢细棒，48-防水无弹性细线，49-防水无弹性细线，50-排空阀，51-控制阀门八，52-液面控制管，53-单向阀，54-回压阀。

具体实施方式

实施例1

一种页岩水化作用强度定量评价装置，包括岩心夹持系统、温度控制系统、环压控制系统、回压控制系统、液舱压力控制系统、自动计量系统、渗透率测试系统、常温常压岩心水化实验系统、返排过程高温高压岩心水化模拟系统、实验数据自动采集系统。

所述的岩心夹持系统它包括岩心舱36、液舱37、摄像头39、注液通道41和排空通道42。

所述的整个岩心夹持器1处于横卧状态，可消除重力影响。

所述的液舱37端面加装蓝宝石，透过蓝宝石，通过摄像头39可观察岩心舱36中岩心端面变化。

所述的温度控制系统它包括加热器20、植入岩心舱36的温度传感器19、加热丝43以及保温层44，岩心夹持器1置于加热器20内，最高工作温度可达120摄氏度。

所述的环压控制系统它包括环压跟踪泵2以及与之相连的放空阀一31，环压跟踪泵2通过装有控制阀30的管线与岩心夹持器1相连。

所述的回压控制系统包括回压泵18、控制阀门七34以及与之相连的回压缓冲器17、回压阀54通过管线与岩心夹持器1相连。回压控制系统主要是防止高温条件下液体气化影响实验结果。

所述的液舱压力控制系统它包括恒速恒压泵5、中间容器4、压力变送器3、以及控制阀门三28和控制阀门51。

所述的计量系统它包括电子天平22、下挂式电子天平9和24、不锈钢细棒47、防水无弹性细线48和49、盛液容器6和7以及控制阀门一26和二27。

所述的渗透率测试系统它包括压力变送器3和压力变送器23、高量程气体流量计12、中量程气体流量计11、低量程气体流量计10、低压减压阀13、高压减压阀15、气体供给源16、压力传感器14、回压缓冲器17回压阀54及回压泵18。

所述的气体供给源16与高量程气体流量计12、中量程气体流量计11、低量程气体流量计10顺次连接并位于岩心夹持器1同一侧，减少了常规渗透率测试装置的气液分离部件。

所述的常温常压岩心水化实验系统它包括所述的计量系统以及下挂式电子天平9、防水无弹性细线49、盛液容器6、液面控制管52以及控制阀门一26和二27及管线。

所述的返排过程高温高压岩心水化模拟系统它包括上述岩心夹持器、上述温度控制系统、上述环压控制系统、上述液舱压力控制系统、注液通道41、排空通道42、压力变送器3。

所述的返排后期高温、高压环境下岩心自发水化模拟系统包括上述的岩心夹持器、上述的温度控制系统、上述的环压控制系统、注液通道41、排空通道42、压力变送器3、下挂式电子天平24、防水无弹性细线48、不锈钢细棒47、盛液容器7、以及控制阀门二27和控制阀门三28。

所述的实验数据自动采集系统它包括数据线、计算机、数据采集及分析软件。

实施例2

本实用新型在横卧式岩心夹持器1中岩心舱36右端设置了一个液舱37，液舱37右端放置蓝宝石40紧接着放置摄像头39，摄像头39可与数据采集分析器8实现实验过程图像的实时无线传输，以实现模拟地层应力、温度条件下压裂液返排前期及返排后期岩石的强制水化以及自发水化过程，同时可实现岩心端部在实验过程中的可视化。

本实用新型岩心夹持器1中的液舱37下端连接注液通道41，上端连接排空通道42，结合摄像头39可判断液舱37内液面位置以及对液舱37及管线进行注液排空。注液通道41与恒速恒压泵5之间安装装有实验液体的中间容器4，以保证实验过程有充足的液体补给以及在排液阶段收集液体。

模拟压裂液返排前期岩石强制水化过程实验时，首先开启控制阀门三28和排空阀50和控制阀门八51，然后开启恒速恒压泵5通过注液通道41向液舱37进行注液并对管线进行排空。通过摄像头可实时观察液舱37内液面位置，当液体充满液舱37时立刻关闭阀门50，完成管线排空以及液舱注液，开始实验。恒速恒压泵5可持续向液舱37注液，当液舱37内压力达到设定值后，注液停止，恒速恒压泵5保证整个实验过程液舱37内压力保持恒定，同时恒速恒压泵5与数据采集分析器8相连，可实时自动记录进入岩心的液量，连接液舱37的压力变送器3与数据采集分析器8相连，可连续记录实验过程液舱37压力的变化。

本实用新型岩心夹持器1中的液舱37内安装压力变送器3，压力变送器3通过数据线与数据采集分析器8相连，可实时监测并记录实验过程中液舱中压力的变化情况，作为实验完成后定量评价岩石水化作用强度的基础数据之一。

本实用新型将不锈钢细棒47系在防水无弹性细线48下端，模拟压裂液返排后期地层应力、温度条件下岩石自发水化实验时，通过不锈钢细棒47在盛液容器7中受到的浮力变化转换为下挂式电子天平24读数的变化，经过软件自动计算模拟地层应力、温度条件下整个实验过程进入岩心的液体质量。实验开始前，开启控制阀门二27、控制阀门三28以及阀门50，关闭其他阀门，盛液容器7中的液体会自动流向液舱37以实现对管线的排空以及液舱37注液，通过摄像头可实时观察液舱37内液面位置，当液体充满液舱37时立刻关闭阀门50，完成管线排空以及液舱注液，开始实验。盛液容器7作为液舱37的供液源，随着实验的进行，盛液容器7中的液面将逐渐下降，导致不锈钢细棒47浸没在盛液容器7中的体积将逐渐减少，导致悬挂不锈钢细棒47的下挂式电子天平24读书逐渐增加，通过数据采集分析器8可实时转化为进入岩心的液量，实现模拟压裂液返排后期地层应力、温度条件下岩石自发水化过程参数的实时自动记录。

本实用新型在盛液容器6和盛液容器7之间设置有液体通道52，实现对盛液容器6自动补液，以保证常温、常压条件下岩石单面水化以及多面水化过程中盛液容器6中液面不变，避免液面降低对实验结果的影响。进行岩心单面水化实验时，将实验岩心系在防水无弹性细线49下端，岩心底部位置与液体通道52平行，然后打开控制阀门一26和控制阀门二27，关闭其他阀门，向盛液容器7注液，液体会自动流向盛液容器6直到液面与岩石底部接触，系有防水无弹性细线49的下挂式电子天平9开始记录岩石重量变化，即进入岩石的液体质量。进行岩石多面水化实验时，将实验岩石系在防水无弹性细线49下端，岩心顶部位置低于液体通道52，然后打开控制阀门一26和控制阀门二27，关闭其他阀门，向盛液容器7注液，液体会自动流向盛液容器6直到液面没过岩石顶部接触，系有防水无弹性细线49的下挂式电子天平9开始记录岩石重量变化，即进入岩石的液体质量。盛液容器6与盛液容器7下端通过管线相连，两个盛液容器之间通过液体通道52相连，可保证整个实验过程中盛液容器6中液面保持不变。

本实用新型岩心夹持器1中液舱37内连接压力变送器3，同时液舱37内排空通道42通过管线顺次连接控制阀门四四29、单向阀53、低量程气体流量计10、中量程气体流量计11、高量程气体流量计12，低压减压阀13和控制阀门六32并联接着串联压力传感器14、高压减压阀15和气体供给源16，岩心夹持器1左端顺次连接压力变送器23、回液接收器21、电子天平22、回压缓冲器17、压力传感器25以及回压泵18。借此可实时测试、记录实验过程中岩心渗透率变化，达到定量评价页岩等非常规储层压后返排能力及岩石水化作用强度的目的，可根据具体实验需求进行液测渗透率或气测渗透率实验。

本实用新型还提供一种页岩储层压后返排过程页岩水化作用强度定量评价方法，分为压后返排前期和压后返排后期，具体步骤如下：

评价页岩储层压后前期岩心水化作用强度，即强制水化实验过程，具体步骤如下：

步骤一：开启数据采集分析器8电源，进入数据采集分析界面；

步骤二：将实验岩心装入岩心夹持器1中的岩心舱36，连接所有管线并检测其密封性；

步骤三：关闭装置中所有阀门，开启控制阀门三28、控制阀门五30和控制阀门50；

步骤四：开启环压跟踪泵2开始对岩心施加围压，到达设定值时，环压跟踪泵自动停止，此时关闭阀门五30；

步骤五：开启加热器44开始对岩心加温，到达设定值时，加热器自动停止加热；

步骤六：通过恒速恒压泵5设定液舱内实验压力，开启控制阀51及恒速恒压泵5开始向液舱37注液排空，通过摄像头观测液舱液面位置，当液舱内充满液体时，立即关闭阀门50，保持控制阀门三28始终处于开启状态；

步骤七：当液舱37压力达到设定值时，恒速恒压泵5自动停止向液舱37供液，数据采集分析器8开始记录实验数据；

步骤八：实验开始后10min，关闭恒速恒压泵5并将液舱37中的液体全部排出，然后关闭控制阀门三28；

步骤九：开启控制阀门四29、控制阀门六32、回压阀54及控制阀门七34，开启回压泵18将回压控制在一定数值；

步骤十：开启气体流量计（10、11、12）及供气源16向岩心供气，然后开启压力变送器23和压力变送器4并根据实验需求将压力设置到一定数值，然后观察气体流量计，当气体流量计数值稳定后，电脑自动采集流经岩心的流量值和岩心两端压力值，关闭供气源16及压力变送器23和压力变送器4，停止实验，数据采集分析器8将记录所有实验数据并通过数据分析软件进行分析计算出岩石水化作用过程的渗透率；

步骤十一：关闭装置中所有阀门，开启控制阀51、开启控制阀门三28、阀门50，重复上述步骤六和步骤七；

步骤十二：分别在实验开始后20min、30min、45min、60min、90min、120min、180min、240min、300min、420min、600min、900min、1080min、1440min重复上述步骤八、步骤九、步骤十，直到实验结束；

步骤十三：根据实验数据，绘制实验时间与岩石进液量曲线、不同围压下实验时间与岩石渗透率曲线、不同温度条件下实验时间与岩石渗透率曲线即可定量评价实验岩样水化作用强度。

评价页岩储层压后后期岩心水化作用强度，具体步骤如下：

步骤一：开启数据采集分析器8电源，进入数据采集分析界面；

步骤二：将实验岩心装入岩心夹持器1中的岩心舱36，连接所有管线并检测其密封性；

步骤三：关闭装置中所有阀门，开启控制阀门二27、控制阀门三28和阀门50；

步骤四：开启环压跟踪泵2开始对岩心施加围压，到达设定值时，环压跟踪泵自动停止，此时关闭阀门五30；

步骤五：开启加热器44开始对岩心加温，到达设定值时，加热器自动停止加热；

步骤六：向盛液容器7向液舱37注入实验液体并进行排空，通过摄像头观测液舱液面位置，当液舱内充满液体时，立即关闭阀门50，开启下挂式电子天平24，保持控制阀门二27和控制阀门三28始终处于开启状态，数据采集分析器8开始记录实验数据；

步骤七：实验开始后10min，关闭控制阀门二27，将液舱37内液体全部排出后关闭控制阀门三28；

步骤八：开启控制阀门四29、控制阀门六32及控制阀门七34，开启回压泵18将回压控制在一定数值；

步骤九：开启供气源16向岩心供气，然后开启压力变送器23和压力变送器4并根据实验需求将压力设置到一定数值，然后观察气体流量计，当气体流量计数值稳定后，关闭供气源16及压力变送器23和压力变送器4，停止实验，数据采集分析器8将记录所有实验数据；

步骤十：关闭所有阀门，开启控制阀门二27、控制阀门三28和阀门50；重复上述步骤六；

步骤十一：分别在实验开始后20min、30min、45min、60min、90min、120min、180min、240min、300min、420min、600min、900min、1080min、1440min重复上述步骤七、步骤八、步骤九，直到实验结束。

步骤十二：根据实验数据，绘制实验时间与岩石进液量曲线、不同围压下实验时间与岩石渗透率曲线、不同温度条件下实验时间与岩石渗透率曲线即可定量评价实验岩样自发水化作用强度。

通过测试水化过程岩心产生的径向力评价水化作用强度，具体步骤如下：

步骤一：开启数据采集分析器8电源，进入数据采集分析界面；

步骤二：将实验岩心装入岩心夹持器1中的岩心舱36，连接所有管线并检测其密封性；

步骤三：关闭装置中所有阀门，开启控制阀门三28、控制阀门五30和控制阀门50；

步骤四：开启环压跟踪泵2开始对岩心施加围压，到达设定值时，环压跟踪泵自动停止，此时关闭阀门五30，且关闭环压跟踪泵的补液功能仅开启压力监测传输功能；

步骤五：开启加热器44开始对岩心加温，到达设定值时，加热器自动停止加热；

步骤六：通过恒速恒压泵5设定液舱内实验压力，开启控制阀51及恒速恒压泵5开始向液舱37注液排空，通过摄像头观测液舱液面位置，当液舱内充满液体时，立即关闭阀门50，保持控制阀门三28始终处于开启状态；

步骤七：当液舱37压力达到设定值时，恒速恒压泵5自动停止向液舱37供液，数据采集分析器8开始记录实验数据；

步骤八：环压跟踪泵将实时监测环压并将数据自动传给数据采集分析器8，根据实验数据，绘制实验时间与岩石进液量曲线、岩心产生径向力之间的关系曲线，即可定量评价实验岩样水化作用强度。

Claims (7)

1.一种页岩水化作用强度定量评价装置，包括岩心夹持系统、温度控制系统、环压控制系统、回压控制系统和液舱压力控制系统，其特征在于：所述的岩心夹持系统包括岩心夹持器、岩心舱、液舱、摄像头、注液通道和排空通道，岩心舱位于岩心夹持器中，岩心舱内设置所述液舱，液舱内放置有与数据采集分析器连接的摄像头；所述的液舱下端连接注液通道，上端连接所述排空通道。

2.根据权利要求1所述的一种页岩水化作用强度定量评价装置，其特征在于：所述的液舱内放置有观察岩心舱中岩心端面变化的蓝宝石。

3.根据权利要求1所述的一种页岩水化作用强度定量评价装置，其特征在于：液舱内安装压力变送器，压力变送器通过数据线与数据采集分析器相连。

4.根据权利要求1所述的一种页岩水化作用强度定量评价装置，其特征在于：所述的温度控制系统包括加热器、植入岩心舱的温度传感器、加热丝以及保温层，岩心夹持器置于加热器内。

5.根据权利要求1所述的一种页岩水化作用强度定量评价装置，其特征在于：所述的环压控制系统包括环压跟踪泵以及与环压跟踪泵相连的排空阀，环压跟踪泵通过装有控制阀的管线与岩心夹持器相连。

6.根据权利要求1所述的一种页岩水化作用强度定量评价装置，其特征在于：所述的回压控制系统包括回压泵、控制阀以及与控制阀相连的回压缓冲器，回压阀通过管线与岩心夹持器相连。

7.根据权利要求1所述的一种页岩水化作用强度定量评价装置，其特征在于：所述的液舱压力控制系统包括恒速恒压泵、中间容器、压力变送器、以及控制阀，注液通道与恒速恒压泵之间安装有实验液体的所述中间容器。