CN209841613U - 在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置，由活塞筒1、出口泵2、填砂管3、传感器组4、计算机数据采集系统5、中间容器7、入口泵8组成，填砂管3底部与中间容器7、入口泵8相连，填砂管顶部与活塞筒1、出口泵2相连，填砂管还连接传感器组4、计算机数据采集系统5，填砂管放置于恒温箱中。填砂管的密封盖中心开有通孔a，导管通过通孔a旋进到填砂管中部A处，导管末端连有中空导体并与电极相连；填砂管的筒体内部，高位测压管和低位测压管成对放置，高位测压管在低位测压管以上的部分为导体且交替与正负电极相连。本实用新型能模拟堵水剂在多孔介质气水界面的铺展过程，为评价堵水剂的铺展性能提供依据。

Description

在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置

技术领域

本实用新型涉及石油行业油田化学调剖堵水领域中对堵水剂在填砂管气水界面处的铺展性能进行测定的装置。

背景技术

气藏水侵导致的气液两相渗流，会增加渗流阻力，降低气井产能，最终降低气藏采收率。如果能通过合理手段阻止边底水侵入气藏，那么气藏的开发效益会得到极大改善，其中利用堵水剂堵水就是治理气藏水侵的一种有效手段。

早在20世纪30年代，国外就开始对不同的堵水剂进行了广泛探索，而在国内堵水技术始于20世纪50年代。经过长期的研究和发展，初步形成了一系列堵水剂性能(如流变性、封堵强度、稠化性、耐温耐盐性、长期稳定性等)的测试方法。“一种堵水剂铺展性能可视化测试装置及方法”(CN2018103276401)通过评价堵水剂在气水界面的铺展性能，优选出在气水界面具有优异铺展性能的堵水剂，但该装置只能在容器气水界面测试堵水剂的铺展性能参数，不能模拟堵水剂在多孔介质气水界面的铺展性能。薛晨等人(薛晨,魏玉峰,符文熹,等.嵌入不透水球体复合多孔介质渗流场分析[J].工程科学与技术,2017(S2):36-42)发现填砂管中嵌入不同直径的球体会改变填砂管中压力分布，同理，当堵水剂在填砂管气水界面形成的封堵区域的大小会改变填砂管中压力分布，相反地，如果能通过测压管测得填砂管中压力分布，便可确定堵水剂在多孔介质气水界面的铺展厚度和面积。同时，堵水剂在气水界面铺展形成的绝缘封堵区域会使相邻高位测压管间的电阻值发生变化，通过电阻值变化的相邻高位测压管的位置和电阻值变化的时刻，从而测算堵水剂的铺展速度。堵水剂在多孔介质气水界面的铺展厚度、铺展面积、铺展速度的确定为定量评价堵水剂的铺展性能提供了合理的基础参数。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置，该装置原理可靠，结构巧妙，操作方便，通过在填砂管气水界面处对堵水剂的铺展厚度、铺展面积、铺展速度进行测试，测得的堵水剂铺展性能参数更接近在真实地层中铺展的情况。

为达到以上技术目的，本实用新型提供以下技术方案。

本实用新型的技术原理是：堵水剂在气水界面铺展形成的绝缘封堵区域会使相邻高位测压管间的电阻值发生变化，通过电阻值变化的相邻两组高位测压管的位置和电阻值变化的时刻，即可确定堵水剂的铺展速度；铺展完成后，在恒速驱替下，堵水剂在填砂管气水界面形成封堵区域的大小会改变填砂管中压力分布，使用多个高低位测压管组确定填砂管中压差分布，压差大的测压管所控制区域为封堵区域，对应的横截面积即为堵水剂的铺展面积；确定铺展面积后，通过对封堵前后两个状态分别使用达西定律，以封堵前后流量相同为桥梁，联立即可求得封堵厚度。

在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置，由活塞筒、出口泵、填砂管、传感器组、计算机数据采集系统、恒温箱、中间容器、入口泵、入口流量计、入口压力表、出口压力表、出口流量计组成，所述填砂管底部通过入口压力表、入口流量计与充满地层水的中间容器、入口泵相连，所述填砂管顶部通过出口压力表、出口流量计与活塞筒、出口泵相连，填砂管与传感器组、计算机数据采集系统相连，所述填砂管位于恒温箱中。

所述填砂管由密封盖、导管、高位测压管、低位测压管、筒体组成，所述密封盖中心开有通孔a，通孔a加工有内螺纹，导管加工有外螺纹，导管可通过通孔a旋进到填砂管中部A处，所述导管、筒体为绝缘体，导管末端连接有一中空导体并与电极相连。所述填砂管筒体的底端中心开有通孔b，筒体内部设置有高位测压管和低位测压管，高位测压管和低位测压管成对放置，构成高低位测压管组。在填砂管下部某处截得的水平剖面上作直角坐标系，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，在x和y轴上等距分布测压点，每一个测压点x_i或y_i对应一个高低位测压管组。

所述高位测压管在低位测压管以上的部分为导体且交替与正负电极相连，即相邻高位测压管所连电极的极性不同，而在低位测压管以下的部分与低位测压管均为绝缘体，每组高低位测压管均具有相同性质。

利用上述装置测定堵水剂在多孔介质气水界面铺展性能的方法，依次包括以下步骤：

(1)填砂管填砂：取不同粒度的砂样和胶黏剂填制填砂管，使填砂管具有与原始地层相同的孔隙度与渗透率；

(2)封堵前测定初始压差和压力梯度：先用石油醚清洗填砂管，再用氮气吹干，然后将填砂管抽真空，进而对岩心饱和地层水，同时测算填砂管孔隙体积V_P，最后用入口泵通过中间容器恒速水驱填砂管，由入口压力表10、出口压力表11测得入口压力P₆、出口压力P₁，通过ΔP₁＝P₆-P₁计算初始压差ΔP₁，并通过下式求得压力梯度ΔP_ot：

式中L——填砂管长度；

(3)建立气水界面：将填砂管烘干后，先用入口泵通过中间容器从填砂管底部注入的地层水，再用出口泵从填砂管顶部注入天然气达到测试所需压力，即在填砂管中部A点所在平面建立了气水界面；

(4)确定铺展速度：设定填砂管的温度和压力，将堵水剂通过导管注入到填砂管气水界面后封堵导管，同时开始计时，当高位测压管连接的电极监测到电阻值出现变化，说明堵水剂铺展到该高位测压管所在位置，设该高位测压管与气水界面的相交点离A点的距离为S，从计时开始到高位测压管连接的电极监测到电阻值发生变化的时间为t，由下式确定堵水剂的铺展速度v：

(5)确定铺展面积：当所有的高位测压管连接的电极监测的电阻值不再变化时，即表明堵水剂铺展完成，再次用入口泵通过中间容器以与步骤(2)中相同的驱替速度恒速水驱填砂管，由于堵水剂的分隔，高位测压管和低位测压管测得的铺展区域上下两端的压差比未铺展区域大，因此可通过压差的相对大小确定铺展面积，即压差相对较小的为渗流区域，对应横截面积为渗流面积A₂，压差相对较大的为铺展区域，对应的横截面积为铺展面积A₁-A₂，A₁为填砂管横截面积；

(6)确定铺展厚度：通过下式确定x轴和y轴上不同测压点对应的铺展厚度H_xi、H_yi:

式中P_5xi——测压点x_i通过低位测压管所测的压力；

P_2xi——测压点x_i通过高位测压管所测的压力；

P_5yi——测压点y_i通过低位测压管所测的压力；

P_2yi——测压点y_i通过高位测压管所测的压力；

ΔP_ot——压力梯度；

x——高位测压管与低位测压管的垂向距离。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型堵水剂铺展厚度与铺展面积测试装置结构巧妙，设计合理，可操作性强，所用装置能模拟堵水剂在多孔介质气水界面的铺展过程；所用方法新颖，可快速准确得到堵水剂的铺展厚度、铺展面积、铺展速度，为评价堵水剂的铺展性能提供了依据，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1是多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置结构示意图。

图中：

1-活塞筒；2-出口泵；3-填砂管；4-传感器组；5-计算机数据采集系统；6-恒温箱；7-中间容器；8-入口泵；9-入口流量计；10-入口压力表；11-出口压力表；12-出口流量计。

图2是填砂管的结构示意图。

图中：

3-1：密封盖；3-2：导管；3-3：高位测压管；3-4：低位测压管；3-5：筒体。

图3是图2中填砂管B处的水平剖面图。

图4(a)、图4(b)分别是封堵前、封堵后的水驱渗流示意图。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本实用新型，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型。但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，均在保护之列。

参见图1。

在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置，由活塞筒1、出口泵2、填砂管3、传感器组4、计算机数据采集系统5、恒温箱6、中间容器7、入口泵8、入口流量计9、入口压力表10、出口压力表11、出口流量计12组成，所述填砂管3底部通过入口压力表10、入口流量计9与充满地层水的中间容器7相连，中间容器连接入口泵8，所述填砂管3顶部通过出口压力表11、出口流量计12与活塞筒1相连，活塞筒连接出口泵2，填砂管与传感器组4相连，传感器组连接计算机数据采集系统5，所述填砂管放置于恒温箱6中。

参见图2。

所述填砂管3由密封盖3-1、导管3-2、高位测压管3-3、低位测压管3-4、筒体3-5组成，所述密封盖3-1中心开有通孔a，通孔a加工有内螺纹，导管3-2加工有外螺纹，导管可通过通孔a旋进到填砂管中部A处，所述导管3-2、筒体3-5为绝缘体，导管末端连接有一中空导体并与电极相连。所述筒体3-5的底端中心开有通孔b，筒体内部设置有高位测压管3-3和低位测压管3-4，高位测压管和低位测压管成对放置，构成高低位测压管组，在填砂管下部B处的横截剖面作直角坐标系，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，在x和y轴上等距分布测压点，每一个测压点x_i或y_i对应一个高低位测压管组。所述高位测压管3-3在低位测压管3-4以上的部分为导体且交替与正负电极相连。

参见图3。

图3是从图2的B处水平面所得的填砂管横截剖面，并在水平剖面上作直角坐标系对测压管组编号：以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，编号原则为：从坐标原点出发，正方向依次标号为1、2、3、……，负方向依次编号为-1、-2、-3、……，即一个测压点x_i或y_i对应一个高低位测压管组，且x和y轴上的每个测压点等距分布。

参见图4(a)、图4(b)。

图中：P₁、P₆分别为出口压力、入口压力；P₂、P₅分别为高位测压管、低位测压管所测的压力；P₃、P₄分别为封堵区域上端面压力、下端面压力；x₁、x₂分别为高位测压管到封堵区域上端面的距离、低位测压管到封堵区域下端面的距离；x为高位测压管与低位测压管之间的距离；L为测压管长度；H为封堵厚度；Q₁、Q₂分别为封堵前、封堵后的驱替流量；μ为地层水的粘度。

取填砂管封堵前后两个状态进行研究，填砂管内x轴和y轴上的不同测压点对应的铺展厚度H_xi、H_yi的计算公式推导过程如下：

如图4(a)，对填砂管封堵前的水驱过程，应用达西定律：

ΔP₁＝P₆-P₁ (2)

如图4(b)，对填砂管封堵后的水驱过程，应用达西定律：

ΔP₂＝P₄-P₃ (4)

假设水流为绕封堵区域的定常对称流动，封堵段上下渗流区域的压力梯度相同，且封堵前后流量相同，即Q₁＝Q₂，则封堵段上下渗流区域的压力梯度和封堵前压力梯度相同，均为ΔP_ot。

选取如图4(b)中虚线渗流方向，有：

即

P₄＝P₅-x₂·ΔP_ot (6)

P₃＝P₂+x₁·ΔP_ot (7)

将(6)、(7)两式带入(4)式得到：

ΔP₂＝P₄-P₃＝P₅-P₂-ΔP_ot(x₁+x₂) (8)

x₁+x₂＝x-H (9)

ΔP₂＝P₅-P₂-ΔP_ot(x-H) (10)

将(10)式带入(3)式得到：

由于Q₁＝Q₂，联立(1)、(11)式得到：

将(13)带入(12)化简得到：

则：

带入不同测压点的压力P_5xi、P_2xi和P_5yi、P_2yi，通过下列两式求得填砂管内x轴和y轴上的不同测压点对应的铺展厚度H_xi、H_yi：

式中P_5xi——测压点x_i通过低位测压管所测的压力；

P_2xi——测压点x_i通过高位测压管所测的压力；

P_5yi——测压点y_i通过低位测压管所测的压力；

P_2yi——测压点y_i通过高位测压管所测的压力；

ΔP_ot——压力梯度；

x——高位测压管与低位测压管之间的垂向距离。

Claims (2)

1.在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置，由活塞筒（1）、出口泵（2）、填砂管（3）、传感器组（4）、计算机数据采集系统（5）、恒温箱（6）、中间容器（7）、入口泵（8）、入口流量计（9）、入口压力表（10）、出口压力表（11）、出口流量计（12）组成，其特征在于，所述填砂管（3）底部通过入口压力表（10）、入口流量计（9）与充满地层水的中间容器（7）相连，中间容器连接入口泵（8），所述填砂管（3）顶部通过出口压力表（11）、出口流量计（12）与活塞筒（1）相连，活塞筒连接出口泵（2），填砂管与传感器组（4）相连，传感器组连接计算机数据采集系统（5），所述填砂管放置于恒温箱（6）中；所述填砂管（3）由密封盖（3-1）、导管（3-2）、高位测压管（3-3）、低位测压管（3-4）、筒体（3-5）组成，所述密封盖（3-1）中心开有通孔a，导管（3-2）通过通孔a旋进到填砂管中部A处，导管末端连接有一中空导体并与电极相连；所述筒体（3-5）的底端中心开有通孔b，筒体内部设置高位测压管（3-3）和低位测压管（3-4），高位测压管和低位测压管成对放置，构成高低位测压管组，高位测压管在低位测压管以上的部分为导体且交替与正负电极相连。

2.如权利要求1所述的在多孔介质气水界面测定堵水剂铺展性能的装置，其特征在于，在填砂管下部B处的横截剖面作直角坐标系，以水平方向为x轴，竖直方向为y轴，在x和y轴上等距分布测压点，每一个测压点x _i 或y _i 对应一个高低位测压管组。