CN102564900A - 聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，这种聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，首先根据油藏矿物组成制备符合油藏实际的填砂管模型，测试填砂管孔隙度和渗透率参数，严格符合模拟油藏对应参数；根据研究的地层位置选择聚合物体系的注入流量；然后进行模拟地层原始压力、温度条件的密闭循环实验测试，模拟聚合物溶液在地层中渗流过程；密闭隔氧接取样品，测试样品流变性，对比计算流变性变化规律。本发明能够较真实反映聚合物体系在地层不同位置的渗流过程，为聚合物溶液在地层不同位置处和不同渗流距离下的渗流过程中流变性变化研究提供了测试和评价方法。
Description
一、 技术领域：
本发明涉及的是三次采油过程中聚合物溶液在油层中流变性变化规律的室内测试和评价方法，具体涉及的是聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法。
二、背景技术：
聚合物溶液驱油技术是目前国内外油田开采中较成熟的提高采收率的方法，但是聚合物溶液在地层中渗流至不同位置处的流变性变化研究还没有一个有效的方法，导致对聚合物开发效果评价的可信性缺乏有力的依据。聚合物溶液在多孔介质中的流变特性是聚合物流变学中的重要领域，它关系到聚合物溶液在多孔介质中流动所发生的物理过程，这一领域的研究工作对聚合物驱油进行精确科学的分析，对工程设计，以及工艺优化等有迫切的实用意义。一直未见到国内外相关文献的发表，该项研究内容的空白成为制约聚合物溶液流变性在地层渗流中规律变化研究的技术瓶颈，进一步限制了油田开发中对聚合物体系去有效果的评价，因此建立模拟聚合物溶液在地层中渗流到不同位置处流变性变化研究的方法有重要意义。
三、发明内容：
本发明的目的是提供聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，它用于解决目前油田开发过程中缺乏对聚合物在油层中渗流过程流变性变化规律的室内测试和评价的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，首先根据油藏矿物组成制备符合油藏实际的填砂管模型，填砂管尺寸设计两种：Φ25.4×400mm或Φ60×200mm，填砂管内充填矿物组成与模拟地层相同，使室内模拟与地层实际渗流中矿物对聚合物溶液性能影响相同，测试填砂管孔隙度和渗透率参数，严格符合模拟油藏对应参数；根据研究的地层位置选择聚合物体系的注入流量；然后进行模拟地层原始压力、温度条件的密闭循环实验测试，模拟聚合物溶液在地层中渗流过程，把制备好的填砂管模型放入实验模拟环境，连接密闭隔氧循环注入***，连接注入***和采出装置，启动注入***，打开压力表，打开高温恒温控制箱，模拟地层条件，设置注入参数，通过密闭隔氧循环注入***进行循环渗流实验，模拟聚合物溶液在地层中的渗流过程；密闭隔氧接取样品，测试样品流变性，对比计算流变性变化规律。
上述方案中制备符合油藏实际的填砂管模型的方法：
(1)根据实验模拟解释目的选取和制备金属模型，如测试渗流距离同聚合物溶液流变性变化关系可选取Φ25.4×400mm模型，如模拟研究渗流速度对聚合物溶液流变性变化规律则选取Φ60×200mm金属模型；
(2)对模拟的地层取得的天然岩心进行分析，获取地层孔隙结构参数和矿物组成比例；
(3)按照实验模拟地层矿物组成比例选取矿物岩石基材，然后按照粒径分布进行粒径比例选择，按照矿物组成和粒径比例均匀混合填充矿物，如无粘土等粘合矿物可添加适量粘合剂粘合矿物；
(4)向模型充填矿物混合物，根据地层原始压力环境，确定压实压力，使用电动压实机分布压实模型；
(5)在油藏温度条件下恒温养护48小时；
(6)在油藏温度条件下通过气测模型渗透率确定模型是否与模拟地层具有相似的渗透率性质；通过饱和地层模拟盐水和水测模型渗透率，再次确定模型同模拟地层的相似性。
上述方案中模拟聚合物溶液在地层中渗流过程：
(1)在室内密闭隔氧循环注入***中，通过***压力和温度控制，实现实验环境同模拟油藏的相似性；
(2)打开注入***，按照计算流量注入聚合物溶液，开展渗流模拟循环，按照模拟地层距离确定循环次数；
(3)通过向采出装置的柱塞式保存容器中充填氮气，实现聚合物溶液同氧气的隔离；通过整个密闭隔氧循环注入***的严格密闭连接实现注入***的密闭隔氧，避免溶液接触空气，实现密闭循环试验过程；
(4)在密闭隔氧循环注入***的出口通过柱塞式保存容器隔氧保存出口样品；
(5)在测试***中快速测量聚合物溶液流变性，研究其流变性变化规律；
(6)通过公式 
计算不同渗流速度对应的剪切速率，通过室内流变性测试结果对比分析不同渗流距离对聚合物溶液流变性的影响。
上述方案中密闭隔氧循环注入***包括柱塞式中间容器、中间容器、填砂管模型、四通阀、压力表、泵，由第一柱塞式中间容器、第一柱塞式中间容器与第一中间容器之间注入线、填砂管模型、第二中间容器、第二中间容器与第二柱塞式中间容器之间的注入线、第二柱塞式中间容器构成聚合物注入回路；由第二柱塞式中间容器、第二柱塞式中间容器与第一中间容器之间采出线、填砂管模型、第二中间容器、第二中间容器与第一柱塞式中间容器之间的采出线、第一柱塞式中间容器构成聚合物采出回路；泵通过第一四通阀分别与第一柱塞式中间容器的下腔体及第二柱塞式中间容器下腔体连接；填砂管模型前后各安装一个压力表。
上述方案中的第一柱塞式中间容器与第二柱塞式中间容器大小相等；第一中间容器与第二中间容器大小相等。
上述方案中第一柱塞式中间容器的上部安装有第二四通阀；第一中间容器下部安装有第三四通阀；第二中间容器的上部安装第四四通阀、第二中间容器的下部安装第五四通阀；第二柱塞式中间容器的上部安装有第六四通阀；第一柱塞式中间容器的下腔体及第二柱塞式中间容器的下腔体各安装一个排放阀，第二中间容器的下部也安装有排放阀。
有益效果：
本发明提供的聚合物溶液在地层不同位置处和不同渗流距离条件下的渗流过程中流变性变化研究方法，原理可靠，填砂管模型制作和测试装置结构简单，能够较真实反映聚合物体系在地层不同位置的渗流过程，并还原地下压力条件和温度条件测试其导聚合物体系流变性变化，模拟方法切实可行，试验结果适应性好。本发明为聚合物溶液在地层不同位置处和不同渗流距离下的渗流过程中流变性变化研究提供了测试和评价方法。
2、本发明模拟了聚合物溶液在地层中渗流的密闭循环注入***。
3、本发明建立了制备模拟地层的矿物组成及孔隙结构特征的方法。
四、附图说明：
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中聚合物溶液渗流模拟循环***布置框图；
图3是本发明中密闭隔氧循环注入***的结构示意图；
图4是本发明中采出装置的结构示意图；
图5是流体在不同位置处渗流速度差异说明示意图；
图6-图8是填砂管模型中填砂接触方式区别示意图；
图9是聚合物溶液渗流过程中流变性变化研究方法中距离模拟说明图。
1泵 2第一柱塞式中间容器 2′第二柱塞式中间容器 3 第一中间容器 3′第二中间容器 4填砂管模型 5注入线 6采出线 7第一四通阀 8第二四通阀 9第三四通阀 10第四四通阀 11第五四通阀 12排放阀 13压力表 14第六四通阀 15柱塞式保存容器入口 16蒸馏水出口 17高温恒温控制箱 18风机 19注入*** 20密闭隔氧循环注入*** 21采出装置 22测试装置。
五、具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明要解决的技术问题主要集中两个方面：
（1） 制备模拟聚合物渗流的不同地层的原始条件，在地下赋存的压力环境
和温度环境，测试聚合物溶液流变性变化。
模拟聚合物渗流的地层原始条件：①是充填矿物组成与模拟地层相同，使室内模拟与地层实际渗流中矿物对聚合物溶液性能影响相同；②模型充填研究地层粒径分布和接触胶结方式，测试模型孔隙度、孔隙结构和渗流率参数与研究地层相近，保证聚合物渗流过程中受到的切应力具有与实际地层的可对比性，如图6、图7、图8所示。
（2）模拟聚合物溶液在地层中不同渗流位置的和模拟聚合物溶液在地层中不同渗流距离下的渗流过程。
结合图1、图2、图5所示，为了解决上述两个问题，本发明采用的技术方案具体为：
首先根据研究问题需要和地层实际条件确定填砂管制备方案，选择石英砂粒径分布及比例、矿质组成和填装方式，制备填砂管，测试填砂管孔隙度和渗透率参数，严格符合模拟油藏对应参数；
根据研究的地层位置（包括：注采井底、井网主流线中部和井间低速渗流区）选择聚合物体系的注入流量；
然后进行模拟地层原始压力、温度等条件的密闭循环实验测试，把制备好的填砂管模型4放入实验模拟环境，连接密闭隔氧循环注入***20，连接注入***19和采出装置，启动注入***19，打开压力表，打开温度控制仪器，模拟地层条件，设置注入参数，进行渗流实验，出口密闭隔氧接取样品，测试样品流变性，对比计算流变性变化规律。
具体为：
首先制备符合模拟地层油藏岩石孔隙结构和矿物组成的渗流模型，其制作方法如下：
如果仅研究剪切应力对聚合物溶液流变性在渗流中的影响，只需要确定填砂管中石英砂粒径分布；如果研究吸附对聚合物溶液流变性影响，则需要填装正常2米填砂管。
(1)根据实验模拟解释目的选取和制备金属模型，如测试渗流距离同聚合物溶液流变性变化关系可选取Φ25.4×400mm模型，如模拟研究渗流速度对聚合物溶液流变性变化规律则选取Φ60×200mm金属模型。
(2)对模拟的地层取得的天然岩心进行分析，获取地层孔隙结构参数和矿物组成比例。
(3)按照实验模拟地层矿物组成比例选取矿物岩石基材，然后按照粒径分布进行粒径比例选择，按照矿物组成和粒径比例均匀混合填充矿物，如无粘土等粘合矿物可添加适量粘合剂粘合矿物。
(4)向模型充填矿物混合物，根据地层原始压力环境，确定压实压力，使用电动压实机分布压实模型。
(5)在油藏温度条件下恒温养护48小时。
(6)在油藏温度条件下通过气测模型渗透率确定模型是否与模拟地层具有相似的渗透率性质；通过饱和地层模拟盐水和水测模型渗透率，再次确定模型同模拟地层的相似性。
然后根据油藏实际注入聚合物溶液速度和压力上限制计算确定室内模拟实验注入流量和压力范围：
(2)根据实际地层上覆岩层压力和地层原始压力确定注入聚合物溶液的压力上限。
最后开始室内模拟聚合物溶液渗流实验，研究聚合物溶液随渗流距离增加体系流变性的变化规律：
(1)在室内模拟***中，通过***压力和温度控制，实现实验环境同模拟油藏的相似性。
(2)打开注入***，按照计算流量注入聚合物溶液，开展渗流模拟循环，如图9所示，按照模拟地层距离确定循环次数，例如：模拟聚合物溶液渗流至距离井底100米处流变性变化，如模拟模型长2米，则循环次数为50次，则50×2米=100米。
(3) 通过向采出装置的柱塞式保存容器中充填氮气，，实现聚合物溶液同氧气的隔离；通过整个注入***的严格密闭连接实现注入***的密闭隔氧，避免溶液接触空气，实现密闭循环试验过程。
(4) 在密闭隔氧循环注入***的出口通过柱塞式保存容器隔氧保存出口样品。
(5)在测试***22中快速测量聚合物溶液流变性，研究其流变性变化规律。
(6)通过公式 
计算不同渗流速度对应的剪切速率，通过室内流变性测试结果对比分析不同渗流距离对聚合物溶液流变性的影响。
如图2所示，本发明中的聚合物溶液渗流模拟循环***，主要由：温度控制***、压力检测***、密闭隔氧循环注入***20、采出装置21、注入***19、聚合物溶液配制及流变性测试***组成。
填砂管模型4、密闭隔氧循环注入***20、压力检测***、取样***主要部件是耐温耐压耐腐蚀不锈钢刚体，装卸方便，密闭隔氧循环注入***打开和关闭流程简单。
密闭隔氧循环注入***主要包括：进口ISCO高精度微量泵，该泵可实现双柱塞循环连续注入，注入精度可达0.01ml/min，根据设计流量设定注入流量，通过压缩机提供4大气压空气压力，实时打开气动阀开关，进行连续注入，该泵自带高精压力监测装置，并能实时监测泵的注入压力和注入量。
温度控制***主要装置为高温恒温控制箱17，可控温度范围：0-250度，箱内自带双向风机18，保证箱内温度均匀分布。
压力监测***包括注入泵压力监测，注入端、采出端和按长度均布不同量程的精密压力表，
流变性测试***包括：电子天平、进口流变仪、数字控制搅拌器、恒温水浴、电子计算机、空气压缩机等。
通过上述各***协调工作，能够模拟赋存的轴向压力、围压和温度环境，测试其导流能力。
如图4所示，本发明中采出装置主要是柱塞式保存容器，柱塞式保存容器入口15在上端，蒸馏水出口16在下端。
如图3所示，本发明中进行循环渗流实验使用的密闭隔氧循环注入***包括柱塞式中间容器、中间容器、一个填砂管模型4、四通阀、压力表、一个ISOC泵1，由第一柱塞式中间容器2、第一柱塞式中间容器2与第一中间容器3之间注入线5、填砂管模型4、第二中间容器3′、第二中间容器3′与第二柱塞式中间容器2′之间的注入线5、第二柱塞式中间容器2′构成聚合物注入回路；由第二柱塞式中间容器2′、第二柱塞式中间容器2′与第一中间容器3之间采出线6、填砂管模型4、第二中间容器3′、第二中间容器3′与第一柱塞式中间容器2之间的采出线6、第一柱塞式中间容器2构成聚合物采出回路；泵1通过第一四通阀7分别与第一柱塞式中间容器2的下腔体及第二柱塞式中间容器2′下腔体连接；填砂管模型4前后各安装一个压力表13。第一柱塞式中间容器2与第二柱塞式中间容器2′大小相等；第一中间容器3与第二中间容器3′大小相等，且两者均为普通中间容器。
密闭隔氧循环注入***的第一柱塞式中间容器2的上部安装有第二四通阀8；第一中间容器3下部安装有第三四通阀9；第二中间容器3′的上部安装第四四通阀10、第二中间容器3′的下部安装第五四通阀11；第二柱塞式中间容器2′的上部安装有第六四通阀14；第一柱塞式中间容器2的下腔体及第二柱塞式中间容器2′的下腔体各安装一个排放阀12，第二中间容器3′的下部也安装有排放阀。
本发明中密闭隔氧循环注入***进行循环实验过程实现步骤如下：
步骤1：实验过程中首先清洗和烘干各柱塞式中间容器腔室、各中间容器腔室，注氮气顶替上述各中间容器中的空气，然后将聚合物溶液装填到第一中间容器3腔室和第一柱塞式中间容器2上部腔室；根据模拟地层位置计算注入速度；
步骤2：打开ISCO泵1，开始实验；打开第一四通阀7，使ISCO泵1中蒸馏水进入第一柱塞式中间容器2底部腔室，在注入压力作用下第一柱塞式中间容器2中柱塞自容器底部驱替上部聚合物溶液，第一柱塞式中间容器2底部排放阀此时关闭，使聚合物溶液通过第一柱塞式中间容器2上部的第二四通阀8，经第一柱塞式中间容器与第一中间容器之间注入线5，再通过第一中间容器3下部的第三四通阀9进入第一中间容器3中，此时聚合物注入回路运行，聚合物溶液注入填砂管模型，而聚合物采出回路关闭。
步骤3：经过填砂管模型4渗流后，聚合物溶液经过第二中间容器3′下部的第五四通阀11出口流入第二中间容器3′中；此时第二中间容器3′下部的排放阀关闭，（需要采集样品测量时该排放阀打开）；聚合物溶液从第二中间容器3′顶部的第四四通阀10流出，经过第二中间容器3与第二柱塞式中间容器之间的注入线5，通过第六四通阀14流入第二柱塞式中间容器2′上部腔室，在聚合物溶液作用下，第二柱塞式中间容器2′底部腔室中蒸馏水经过排放阀12排出；而聚合物采出回路仍关闭。
经过步骤2和步骤3实现了聚合物溶液的注入和密闭收集，为循环注入做好了准备；下面进入循环步骤如下：
步骤4：当ISCO泵1连接的注入端第一柱塞式中间容器2顶部腔室中聚合物注入结束后，关闭泵1与第一柱塞式中间容器2的下腔体之间管线上的第一四通阀7阀门，同时打开泵1与第二柱塞式中间容器2′下腔体之间管线上的第一四通阀7阀门；ISCO泵1注入蒸馏水流入第二柱塞式中间容器2′底部腔室；第二柱塞式中间容器2′顶部腔室收集的出口聚合物溶液开始进行循环注入，此时聚合物采出回路运行，聚合物注入回路关闭，聚合物溶液经第二柱塞式中间容器与第一中间容器之间采出线6流入第一中间容器3，然后再注入填砂管模型4进行循环；注入填砂管模型4出口聚合物溶液经过第二中间容器3′下部的第五四通阀11出口流入第二中间容器3′中，又从第二中间容器3′顶部的第四四通阀10流出，经第二中间容器与第一柱塞式中间容器之间的采出线6，流入第一柱塞式中间容器2顶部腔室，开始收集出口聚合物溶液，为下次循环做准备。
步骤5：第二柱塞式中间容器2′顶部腔室中聚合物注入结束后，打开聚合物注入回路，同时关闭聚合物采出回路，开始再次循环注入。
经过上述步骤2、3、4和5实现了聚合物溶液的循环注入，根据实验模拟渗流距离和填砂管模型长度确定循环次数。
Claims (6)
1.一种聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，其特征在于：这种聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，首先根据油藏矿物组成制备符合油藏实际的填砂管模型（4），填砂管尺寸设计两种：Φ25.4×400mm或Φ60×200mm，填砂管内充填矿物组成与模拟地层相同，使室内模拟与地层实际渗流中矿物对聚合物溶液性能影响相同，测试填砂管孔隙度和渗透率参数，严格符合模拟油藏对应参数；根据研究的地层位置选择聚合物体系的注入流量；然后进行模拟地层原始压力、温度条件的密闭循环实验测试，模拟聚合物溶液在地层中渗流过程，把制备好的填砂管模型放入实验模拟环境，连接密闭隔氧循环注入***，连接注入***（19）和采出装置（21），启动注入***（19），打开压力表，打开高温恒温控制箱（17），模拟地层条件，设置注入参数，通过密闭隔氧循环注入***（20）进行循环渗流实验，模拟聚合物溶液在地层中的渗流过程；密闭隔氧接取样品，测试样品流变性，对比计算流变性变化规律。
2.根据权利要求1所述的聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，其特征在于：所述的制备符合油藏实际的填砂管模型的方法：
(1)根据实验模拟解释目的选取和制备金属模型，如测试渗流距离同聚合物溶液流变性变化关系可选取Φ25.4×400mm模型，如模拟研究渗流速度对聚合物溶液流变性变化规律则选取Φ60×200mm金属模型；
(2)对模拟的地层取得的天然岩心进行分析，获取地层孔隙结构参数和矿物组成比例；
(3)按照实验模拟地层矿物组成比例选取矿物岩石基材，然后按照粒径分布进行粒径比例选择，按照矿物组成和粒径比例均匀混合填充矿物，如无粘土等粘合矿物可添加适量粘合剂粘合矿物；
(4)向模型充填矿物混合物，根据地层原始压力环境，确定压实压力，使用电动压实机分布压实模型；
(5)在油藏温度条件下恒温养护48小时；
(6)在油藏温度条件下通过气测模型渗透率确定模型是否与模拟地层具有相似的渗透率性质；通过饱和地层模拟盐水和水测模型渗透率，再次确定模型同模拟地层的相似性。
3.根据权利要求2所述的聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，其特征在于：所述的模拟聚合物溶液在地层中渗流过程：
(1)在室内密闭隔氧循环注入***中，通过***压力和温度控制，实现实验环境同模拟油藏的相似性；
(2)打开注入***，按照计算流量注入聚合物溶液，开展渗流模拟循环，按照模拟地层距离确定循环次数；
(3) 通过向采出装置的柱塞式保存容器中充填氮气，实现聚合物溶液同氧气的隔离；通过整个密闭隔氧循环注入***的严格密闭连接实现注入***的密闭隔氧，避免溶液接触空气，实现密闭循环试验过程；
(4) 在密闭隔氧循环注入***的出口通过柱塞式保存容器隔氧保存出口样品；
(5)在测试***中快速测量聚合物溶液流变性，研究其流变性变化规律；
(6)通过公式 
计算不同渗流速度对应的剪切速率，通
过室内流变性测试结果对比分析不同渗流距离对聚合物溶液流变性的影响。
4.根据权利要求3所述的聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，其特征在于：所述的密闭隔氧循环注入***包括柱塞式中间容器、中间容器、填砂管模型（4）、四通阀、压力表、泵（1），由第一柱塞式中间容器（2）、第一柱塞式中间容器与第一中间容器之间注入线（5）、填砂管模型（4）、第二中间容器（3′）、第二中间容器与第二柱塞式中间容器之间的注入线（5）、第二柱塞式中间容器（2′）构成聚合物注入回路；由第二柱塞式中间容器（2′）、第二柱塞式中间容器与第一中间容器之间采出线（6）、填砂管模型（4）、第二中间容器（3′）、第二中间容器与第一柱塞式中间容器之间的采出线（6）、第一柱塞式中间容器（2）构成聚合物采出回路；泵（1）通过第一四通阀（7）分别与第一柱塞式中间容器（2）的下腔体及第二柱塞式中间容器（2′）下腔体连接；填砂管模型（4）前后各安装一个压力表（13）。
5.根据权利要求4所述的聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，其特征在于：所述的第一柱塞式中间容器（2）与第二柱塞式中间容器（2′）大小相等；第一中间容器（3）与第二中间容器（3′）大小相等。
6.根据权利要求5所述的聚合物溶液在地层不同位置处渗流过程模拟测试方法，其特征在于：所述的第一柱塞式中间容器（2）的上部安装有第二四通阀（8）；第一中间容器（3）下部安装有第三四通阀（9）；第二中间容器（3′）的上部安装第四四通阀（10）、第二中间容器（3′）的下部安装第五四通阀（11）；第二柱塞式中间容器（2′）的上部安装有第六四通阀（14）；第一柱塞式中间容器（2）的下腔体及第二柱塞式中间容器（2′）的下腔体各安装一个排放阀（12），第二中间容器的（3′）下部也安装有排放阀。
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