CN104763399A - 一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,包括酸罐和水罐,酸罐和水罐均分别与酸蚀裂缝导流槽的一端连通连接,酸蚀裂缝导流槽的另一端与废液罐连通连接。本发明还公开了酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,通过测量岩板酸蚀前后质量变化,计算酸液消耗速度,再通过酸液消耗速度及酸液浓度计算裂缝中酸液有效传质系数,通过裂缝中酸液量和酸液消耗速度计算裂缝中酸液有效消耗时间。
Description
技术领域
本发明属于石油化工技术领域,具体涉及一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,还涉及采用上述测试装置的测试方法。
背景技术
碳酸盐岩酸压中,酸液在水力裂缝中流动、反应,酸液逐渐消耗,当酸液流动一定距离,酸液消耗完毕、变成残酸,酸液从鲜酸变成残酸所经过的距离为活酸作用距离,活酸作用距离决定酸蚀缝长。酸压优化设计中用氢离子有效传质系数计算活酸作用距离,该参数准确性决定优化设计的可靠性。目前氢离子有效传质系数通过经验公式计算,而计算该参数时又需要氢离子扩散系数,氢离子扩散系数常用旋转圆盘仪测试,这方法存在不足,旋转圆盘仪用直径1英寸的小直径岩心测试,不能模拟酸液在裂缝中流动条件下的反应;另外,旋转圆盘仪出口酸液浓度不能代表整个容器中的平均酸浓度,测试精度有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,使用该装置计算出的氢离子有效传质系数误差小。
本发明的另一目的在于提供酸压中氢离子有效传质系数的测试方法。
本发明所采用的第一种技术方案是,一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,包括酸罐和水罐,酸罐和水罐均分别与酸蚀裂缝导流槽的一端连通连接,酸蚀裂缝导流槽的另一端与废液罐连通连接。
本发明第一种技术方案的特点还在于,
酸罐、水罐、酸蚀裂缝导流槽均置于同一恒温箱内。
酸罐、水罐与酸蚀裂缝导流槽连通的管路上设有恒速恒压泵。
酸蚀裂缝导流槽与废液罐连通的管路上设有回压阀。
本发明所采用的第二种技术方案是,酸压氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板,岩板的两端为半圆弧状;
步骤2、制备待测氢离子有效传质系数的酸液;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:3.5~8.75%,CaCl2:0.3~0.75%,MgCl2:0.2~0.5%,其余为清水,以上各组分的质量百分比之和为100%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板的总质量m1;
步骤5、将两块岩板置于酸蚀裂缝导流槽中,两块岩板之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度;
步骤6、将步骤2制得的待测氢离子有效传质系数的酸液注入酸罐、将步骤3制得的盐水注入水罐中,将恒温箱调节到制备岩板的碳酸盐岩所在地层的温度;
步骤7、先酸液驱替,20-100min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵,将岩板冷却至常温,拆除管线,称两个岩板的总质量m2,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板长度,H=3.81为岩板高度,t为步骤7中的通酸时间,MWcarboante为碳酸盐岩摩尔质量,当碳酸盐岩为石灰岩时MWcarboante=100g/mol,当碳酸盐岩为白云岩时MWcarboante=184g/mol,a为系数,当碳酸盐岩为石灰岩时a=2,当碳酸盐岩为白云岩时a=4;
酸液有效传质系数
其中,C为酸液中盐酸的质量百分比,MWHCl为盐酸摩尔质量,ρAcid为酸液密度;
酸液有效消耗时间
其中,w为两块岩板之间的宽度。
本发明第二种技术方案的特点还在于,
步骤2中制备待测氢离子有效传质系数的酸液的具体步骤为:按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.5~1%,助排剂:0.6~1%,盐酸10~20%,铁离子稳定剂:0.6~1%,酸化缓蚀剂:0.6~1%,其余为清水,以上各组分的质量百分比之和为100%,按以上比例将原料进行混合,得到稠化酸。
步骤2中制备待测氢离子有效传质系数的酸液的具体步骤为:按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.5~1%,交联剂:0.6~0.9%,助排剂:0.6~1%,盐酸10~20%,铁离子稳定剂:0.6~1%,酸化缓蚀剂:0.6~1%,其余为清水,以上各组分的质量百分比之和为100%,按以上比例将原料进行混合,得到交联酸。
本发明的有益效果是:
①本发明中的测试装置的各部件置于恒温箱中,便于控制温度;
②本发明通过测定岩板质量变化计算酸液消耗速度,精度较高;
③本发明使用岩板模拟裂缝宽度进行酸液驱替实验,测得的氢离子有效传质系数贴近实际地层条件下的参数。
附图说明
图1是本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试装置的结构示意图;
图2是本发明中岩板的结构示意图。
图中,1.酸罐,2.水罐,3.恒速恒压泵,4.酸蚀裂缝导流槽,5.回压阀,6.废液罐,7.恒温箱,8.岩板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,如图1所示,包括酸罐1和水罐2,酸罐1和水罐2均分别与酸蚀裂缝导流槽4的一端连通连接,酸罐1、水罐2与酸蚀裂缝导流槽4连通的管路上设有恒速恒压泵3(恒速恒压泵3用于将酸罐1中的酸液和水罐2中的盐水泵入酸蚀裂缝导流槽4中),酸蚀裂缝导流槽4的另一端与废液罐6(废液罐6用于收集排出的废液)连通连接,酸蚀裂缝导流槽4与废液罐6连通的管路上设有回压阀5(回压阀5用于调节测试时的回压),酸罐1、水罐2、恒速恒压泵3、酸蚀裂缝导流槽4、回压阀5均置于同一恒温箱7(恒温箱7用于调控温度,使得酸液和盐水及整个测试环境达到制备如图2所示的岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度)内。
实施例1
本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板8
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块长×宽×高的尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板8,岩板8的两端为半圆弧状;
步骤2、制备稠化酸
按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.7%,助排剂:1%,盐酸15%,铁离子稳定剂:1%,酸化缓蚀剂:1%,清水为86.9%,按以上比例将原料进行混合,得到稠化酸;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:3.5%,CaCl2:0.75%,MgCl2:0.3%,清水为95.45%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板8的总质量m1=651.39g;
步骤5、将两块岩板8置于酸蚀裂缝导流槽4中,两块岩板8之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度(本发明中裂缝宽度为8毫米);
步骤6、将步骤2制得的稠化酸注入酸罐1、将步骤3制得的盐水注入水罐2中,将恒温箱7调节到制备岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度80℃;
步骤7、先酸液驱替,20min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵3,将岩板8冷却至常温,拆除管线,称两个岩板8的总质量m2=636.25g,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板8长度,H=3.81为岩板8高度,t=20min,MWcarboante=100g/mol,a=2,
得Ra=1.95E-05kmole/(m2·s);
酸液有效传质系数
其中,C=15wt%,MWHCl=36.5g/mol,ρAcid=1.069g/cm3,
得kc=4.44E-05m/s;
酸液有效消耗时间
其中,w=8mm,
得te=19.39min。
上述稠化剂为由北京佛瑞克技术发展有限公司提供的FRK-V180高温胶凝剂;
助排剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的酸化压裂助排剂;
盐酸为质量浓度为31%的工业盐酸;
铁离子稳定剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的铁离子稳定剂;
酸化缓蚀剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的酸化缓蚀剂。
实施例2
本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板8
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块长×宽×高的尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板8,岩板8的两端为半圆弧状;
步骤2、制备稠化酸
按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:1%,助排剂:0.6%,盐酸20%,铁离子稳定剂:0.8%,酸化缓蚀剂:0.6%,清水为77%,按以上比例将原料进行混合,得到稠化酸;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:5%,CaCl2:0.5%,MgCl2:0.2%,清水为94.3%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板8的总质量m1=650.35g;
步骤5、将两块岩板8置于酸蚀裂缝导流槽4中,两块岩板8之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度(本发明中裂缝宽度为8毫米);
步骤6、将步骤2制得的稠化酸注入酸罐1、将步骤3制得的盐水注入水罐2中,将恒温箱7调节到制备岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度80℃;
步骤7、先酸液驱替,60min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵3,将岩板8冷却至常温,拆除管线,称两个岩板8的总质量m2=600.19g,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板8长度,H=3.81为岩板8高度,t=60min,MWcarboante=184g/mol,a=4,
得Ra=2.34E-05kmole/(m2·s);
酸液有效传质系数
其中,C=20wt%,MWHCl=36.5g/mol,ρAcid=1.094g/cm3,
得kc=3.91E-05m/s;
酸液有效消耗时间
其中,w=8mm,
得te=22.04min。
实施例3
本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板8
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块长×宽×高的尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板8,岩板8的两端为半圆弧状;
步骤2、制备稠化酸
按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.5%,助排剂:0.8%,盐酸10%,铁离子稳定剂:0.6%,酸化缓蚀剂:0.8%,清水为87.3%,按以上比例将原料进行混合,得到稠化酸;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:8.75%,CaCl2:0.3%,MgCl2:0.5%,清水为90.45%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板8的总质量m1=667.52g;
步骤5、将两块岩板8置于酸蚀裂缝导流槽4中,两块岩板8之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度(本发明中裂缝宽度为8毫米);
步骤6、将步骤2制得的稠化酸注入酸罐1、将步骤3制得的盐水注入水罐2中,将恒温箱7调节到制备岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度100℃;
步骤7、先酸液驱替,100min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵3,将岩板8冷却至常温,拆除管线,称两个岩板8的总质量m2=601.69g,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板8长度,H=3.81为岩板8高度,t=100min,MWcarboante=100g/mol,a=2,
得Ra=1.70E-05kmole/(m2·s);
酸液有效传质系数
其中,C=10wt%,MWHCl=36.5g/mol,ρAcid=1.045g/cm3,
得kc=5.92E-05m/s;
酸液有效消耗时间
其中,w=8mm,
得te=14.55min。
实施例4
本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板8
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块长×宽×高的尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板8,岩板8的两端为半圆弧状;
步骤2、制备交联酸
按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.7%,交联剂:0.8%,助排剂:1%,盐酸15%,铁离子稳定剂:1%,酸化缓蚀剂:1%,清水为80.5%,按以上比例将原料进行混合,得到交联酸;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:3.5%,CaCl2:0.75%,MgCl2:0.3%,清水为95.45%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板8的总质量m1=642.65g;
步骤5、将两块岩板8置于酸蚀裂缝导流槽4中,两块岩板8之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度(本发明中裂缝宽度为8毫米);
步骤6、将步骤2制得的交联酸注入酸罐1、将步骤3制得的盐水注入水罐2中,将恒温箱7调节到制备岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度80℃;
步骤7、先酸液驱替,40min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵3,将岩板8冷却至常温,拆除管线,称两个岩板8的总质量m2=624.99g,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板8长度,H=3.81为岩板8高度,t=40min,MWcarboante=184g/mol,a=4,
得Ra=1.24E-05kmole/(m2·s);
酸液有效传质系数
其中,C=15wt%,MWHCl=36.5g/mol,ρAcid=1.069g/cm3,
得kc=2.82E-05m/s;
酸液有效消耗时间
其中,w=8mm,
得te=30.59min。
上述稠化剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的交联酸稠化剂;
交联剂为由成都健翔蜀冠化工公司提供的交联酸交联剂;
助排剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的酸化压裂助排剂;
盐酸为质量浓度为31%的工业盐酸;
铁离子稳定剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的铁离子稳定剂;
酸化缓蚀剂为由成都健翔蜀冠科技有限公司提供的酸化缓蚀剂。
实施例5
本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板8
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块长×宽×高的尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板8,岩板8的两端为半圆弧状;
步骤2、制备交联酸
按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.5%,交联剂:0.9%,助排剂:0.8%,盐酸10%,铁离子稳定剂:0.8%,酸化缓蚀剂:0.6%,清水为86.4%,按以上比例将原料进行混合,得到交联酸;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:3.5%,CaCl2:0.75%,MgCl2:0.3%,清水为95.45%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板8的总质量m1=638.22g;
步骤5、将两块岩板8置于酸蚀裂缝导流槽4中,两块岩板8之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度(本发明中裂缝宽度为8毫米);
步骤6、将步骤2制得的交联酸注入酸罐1、将步骤3制得的盐水注入水罐2中,将恒温箱7调节到制备岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度100℃;
步骤7、先酸液驱替,100min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵3,将岩板8冷却至常温,拆除管线,称两个岩板8的总质量m2=598.60g,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板8长度,H=3.81为岩板8高度,t=100min,MWcarboante=100g/mol,a=2,
得Ra=1.02E-05kmole/(m2·s);
酸液有效传质系数
其中,C=10wt%,MWHCl=36.5g/mol,ρAcid=1.045g/cm3,
得kc=3.57E-05m/s;
酸液有效消耗时间
其中,w=8mm,
得te=24.14min。
实施例6
本发明酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板8
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块长×宽×高的尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板8,岩板8的两端为半圆弧状;
步骤2、制备交联酸
按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:1%,交联剂:0.6%,助排剂:0.6%,盐酸20%,铁离子稳定剂:0.6%,酸化缓蚀剂:0.8%,清水为76.4%,按以上比例将原料进行混合,得到交联酸;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:3.5%,CaCl2:0.75%,MgCl2:0.3%,清水为95.45%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板8的总质量m1=675.45g;
步骤5、将两块岩板8置于酸蚀裂缝导流槽4中,两块岩板8之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度(本发明中裂缝宽度为8毫米);
步骤6、将步骤2制得的交联酸注入酸罐1、将步骤3制得的盐水注入水罐2中,将恒温箱7调节到制备岩板8的碳酸盐岩所在地层的温度100℃;
步骤7、先酸液驱替,20min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵3,将岩板8冷却至常温,拆除管线,称两个岩板8的总质量m2=663.20g,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板8长度,H=3.81为岩板8高度,t=20min,MWcarboante=184g/mol,a=4,
得Ra=1.72E-05kmole/(m2·s);
酸液有效传质系数
其中,C=20wt%,MWHCl=36.5g/mol,ρAcid=1.094g/cm3,
得kc=2.86E-05m/s;
酸液有效消耗时间
其中,w=8mm,
得te=30.08min。
Claims (7)
1.一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,其特征在于,包括酸罐(1)和水罐(2),酸罐(1)和水罐(2)均分别与酸蚀裂缝导流槽(4)的一端连通连接,酸蚀裂缝导流槽(4)的另一端与废液罐(6)连通连接。
2.根据权利要求1所述的一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,其特征在于,所述酸罐(1)、所述水罐(2)、所述酸蚀裂缝导流槽(4)均置于同一恒温箱(7)内。
3.根据权利要求1或2所述的一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,其特征在于,所述酸罐(1)、所述水罐(2)与所述酸蚀裂缝导流槽(4)连通的管路上设有恒速恒压泵(3)。
4.根据权利要求1或2所述的一种酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,其特征在于,所述酸蚀裂缝导流槽(4)与所述废液罐(6)连通的管路上设有回压阀(5)。
5.一种酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,其特征在于,采用酸压中氢离子有效传质系数的测试装置,其结构为:
包括酸罐(1)和水罐(2),酸罐(1)和水罐(2)均分别与酸蚀裂缝导流槽(4)的一端连通连接,酸蚀裂缝导流槽(4)的另一端与废液罐(6)连通连接;
所述酸罐(1)、所述水罐(2)、所述酸蚀裂缝导流槽(4)均置于同一恒温箱(7)内;
所述酸罐(1)、所述水罐(2)与所述酸蚀裂缝导流槽(4)连通的管路上设有恒速恒压泵(3);
所述酸蚀裂缝导流槽(4)与所述废液罐(6)连通的管路上设有回压阀(5);
具体按照以下步骤实施:
步骤1、制备岩板(8)
用岩性为碳酸盐岩的油藏岩心制备两块尺寸为17.78×3.81×(2~3)厘米的岩板(8),岩板(8)的两端为半圆弧状;
步骤2、制备待测氢离子有效传质系数的酸液;
步骤3、制备盐水
按照质量百分比,称取以下原料:NaCl:3.5~8.75%,CaCl2:0.3~0.75%,MgCl2:0.2~0.5%,其余为清水,以上各组分的质量百分比之和为100%,按以上比例将原料进行混合,得到盐水;
步骤4、称取两块岩板(8)的总质量m1;
步骤5、将两块岩板(8)置于酸蚀裂缝导流槽(4)中,两块岩板(8)之间间隙的宽度为需要的裂缝宽度;
步骤6、将步骤2制得的待测氢离子有效传质系数的酸液注入酸罐(1)、将步骤3制得的盐水注入水罐(2)中,将恒温箱(7)调节到制备岩板(8)的碳酸盐岩所在地层的温度;
步骤7、先酸液驱替,20-100min后停止通酸,然后转为盐水驱替,将所有酸液驱出后,停止恒速恒压泵(3),将岩板(8)冷却至常温,拆除管线,称两个岩板(8)的总质量m2,
酸液消耗速度
其中,A=π(H/2)2+H*(L-H),L=17.78为岩板(8)长度,H=3.81为岩板(8)高度,t为步骤7中的通酸时间,MWcarboante为碳酸盐岩摩尔质量,当碳酸盐岩为石灰岩时MWcarboante=100g/mol,当碳酸盐岩为白云岩时MWcarboante=184g/mol,a为系数,当碳酸盐岩为石灰岩时a=2,当碳酸盐岩为白云岩时a=4;
酸液有效传质系数
其中,C为酸液中盐酸的质量百分比,MWHCl=36.5g/mol为盐酸摩尔质量,ρAcid为酸液密度;
酸液有效消耗时间
其中,w为两块岩板(8)之间的宽度。
6.根据权利要求5所述的一种酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,其特征在于,所述步骤2中制备待测氢离子有效传质系数的酸液的具体步骤为:按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.5~1%,助排剂:0.6~1%,盐酸10~20%,铁离子稳定剂:0.6~1%,酸化缓蚀剂:0.6~1%,其余为清水,以上各组分的质量百分比之和为100%,按以上比例将原料进行混合,得到稠化酸。
7.根据权利要求5所述的一种酸压中氢离子有效传质系数的测试方法,其特征在于,所述步骤2中制备待测氢离子有效传质系数的酸液的具体步骤为:按照质量百分比,称取以下原料:稠化剂:0.5~1%,交联剂:0.6~0.9%,助排剂:0.6~1%,盐酸10~20%,铁离子稳定剂:0.6~1%,酸化缓蚀剂:0.6~1%,其余为清水,以上各组分的质量百分比之和为100%,按以上比例将原料进行混合,得到交联酸。
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