CN106437671B - 一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法，实验装置包括可视化实验单元、供酸单元、供压单元和废液收集单元，可视化实验单元包括保护框、可视化岩板罩、可视化橡皮套、密封盖、进液端口和出液端口，保护框包括顶板、底板和设置在顶板和底板两端的两块侧板，两块侧板上均设置有第一安装口并且顶板上设置有第一进水口；可视化岩板罩插装在保护框内并且可视化岩板罩顶部设置有第二进水口，可视化橡皮套插装在可视化岩板罩中并且可视化橡皮套与可视化岩板罩之间留有环形空间；密封盖设置在保护框两端的第一安装口上并密封环形空间；供酸单元与进液端口的进液口连接，供压单元与第二进水口连接，废液收集单元与出液端口的出液口连接。

Description

一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及油气田开发实验设备技术领域，更具体地讲，涉及一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法。

背景技术

对油气井进行水力压裂和酸化是目前广泛使用的油气藏储层改造措施，尤其是先通过压裂进行人工造缝，然后进行酸化改善地层的渗流能力。

酸液能够进入裂缝或孔隙与岩石发生反应，溶蚀缝壁或孔壁，扩大裂缝宽度，增大孔隙体积并改善流体的渗流条件。并且，酸液可以溶蚀裂缝或孔道中的堵塞物或者破坏堵塞物的结构使之解体，然后随残酸一起排出地层，起到疏通流道的作用，恢复地层原始渗流能力或改善地层的渗流能力。

目前，对裂缝型储层或通过压裂进行人工造缝储层的酸化研究大多停留在理论水平上，物理模拟实验较少。部分物理模拟实验是用岩心研究酸化刻蚀的效果并且不能可视化，而岩板更能反应地层酸化的刻蚀现象。

因此，有必要提供一种能够实现可视化的裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够实现在不同地层压力、酸液浓度、注酸速度乃至温度条件下研究酸液对裂缝型岩板刻蚀情况的实验装置及实验方法。

本发明的一方面提供了一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，所述实验装置包括可视化实验单元、供酸单元、供压单元和废液收集单元，

所述可视化实验单元包括保护框、可视化岩板罩、可视化橡皮套、密封盖、进液端口和出液端口，保护框包括顶板、底板和设置在所述顶板和底板两端的两块侧板，所述两块侧板上均设置有第一安装口并且顶板上设置有第一进水口；所述可视化岩板罩插装在保护框内并且可视化岩板罩顶部设置有与所述第一进水口相对应的第二进水口，所述可视化橡皮套插装在可视化岩板罩中并且所述可视化橡皮套与可视化岩板罩之间留有环形空间；所述密封盖设置在所述保护框两端的第一安装口上并密封所述环形空间，所述密封盖上还设置有第二安装口；所述进液端口和出液端口分别设置在所述密封盖的第二安装口上，并且进液端口和出液端口均与可视化橡皮套的内腔连通；

所述供酸单元与进液端口的进液口连接，所述供压单元与第二进水口连接，所述废液收集单元与出液端口的出液口连接。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，将裂缝型岩板置于所述可视化橡皮套的内腔进行酸液刻蚀实验。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，所述可视化橡皮套由两端的金属材料和中间的透明橡胶材料拼接而成，所述可视化岩板罩由高强度的透明玻璃或透明塑料制成。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，所述可视化橡皮套的两端与密封盖之间设置有第一密封圈，所述第一密封圈套装在所述可视化橡皮套的两端上；所述进液端口、出液端口与密封盖之间均设置有第二密封圈。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，所述供酸单元包括储酸罐、注酸管和平流泵，所述储酸罐通过注酸管和设置在注酸管上的平流泵与进液端口的进液口连接。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，所述供压单元包括储水罐、增压泵和注水管，所述储水罐通过增压泵和注水管与第二进水口连接，所述增压泵上还设置有旋转手柄和压力表。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，所述废液收集单元包括出酸管和废液储罐。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的一个实施例，所述实验装置还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括加热板和温度控制器，所述加热板插装在保护框内并且位于所述可视化橡皮套和可视化岩板罩的一侧，所述温度控制器与加热板电连接。

本发明的另一方面提供了一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验方法，采用上述可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置进行裂缝型岩板的酸液刻蚀实验。

根据本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验方法的一个实施例，包括以下步骤：

A、确保密封盖密封完好后将裂缝型岩板放入所述可视化实验单元的可视化橡皮套中，安装好进液端口和出液端口并连接好供酸单元、供压单元和废液收集单元，确保所述可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置整体密封；

B、控制供压单元向所述可视化实验单元的环形空间中注入水以形成高压直至达到实验要求；

C、控制供酸单元按照实验的预定注酸速度将配好的预定酸液注入所述可视化实验单元的裂缝型岩板中，其中可选地包括先利用温度控制单元调节实验温度达到实验要求；

D、透过可视化岩板罩观察预定酸液的流动特征和对岩板的刻蚀情况并记录酸液刻蚀实验现象；

E、实验结束后卸去围压并回收酸液，取出裂缝型岩板进行分析，清洗装置待下次使用。

与现有技术相比，本发明的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法具有以下优点：(1)操作简单；(2)可实现在不同地层压力、酸液浓度、注酸速度下研究酸液对裂缝型储层的刻蚀规律；(3)通过增压泵提供围压，可以模拟地层压力；(4)可以实现可视化观察酸液的流动情况和对岩板的刻蚀规律。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的立体结构示意图。

图2示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的俯视结构示意图。

图3示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的前视结构示意图。

图4示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中保护框的结构示意图。

图5示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中可视化岩板罩的结构示意图。

图6示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中可视化橡皮套的结构示意图。

图7示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中第一密封圈的结构示意图。

图8示出了图4至图7中各组件组合后的结构示意图。

图9示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中密封盖的结构示意图。

图10示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中进液端口的结构示意图。

图11示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中出液端口的结构示意图。

图12示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中第二密封圈的结构示意图。

图13示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中供酸单元的结构示意图。

图14示出了根据本发明另一个示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的立体结构示意图。

附图标记说明：

1-储酸罐、2-平流泵、3-进液端口、4-第二密封圈、5-密封盖、6-保护框、7-可视化岩板罩、8-加热板、9-第一进水口、10-可视化橡皮套、11-第一密封圈、12-出液端口、13-废液储罐、14-增压泵、15-旋转手柄、16-压力表、17-储水罐、18-温度控制器、19-注酸管、20-注水管、21-出酸管、22-第二进水口、23-第一安装口、24-第二安装口、25-进液端口的进液口、26-进液端口的出液口、27-出液端口的进液口。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将先对本发明可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的结构和原理进行详细说明。

图1示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的立体结构示意图，图2示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的俯视结构示意图，图3示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的前视结构示意图。

如图1至图3所示，根据本发明的示例性实施例，所述可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置包括可视化实验单元、供酸单元、供压单元和废液收集单元，其中，可视化试验单元是进行岩板可视化酸液刻蚀实验的关键结构组件，供酸单元用于向可视化试验单元提供酸液，供压单元用于向可视化实验单元提供围压并模拟地层压力，废液收集单元用于收集反应后的废酸液。

下面对各结构组件进行分别的介绍和说明。

根据本发明，可视化实验单元包括保护框6、可视化岩板罩7、可视化橡皮套10、密封盖5、进液端口3和出液端口12。

图4示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中保护框的结构示意图。如图4所示，保护框6包括顶板、底板和设置在顶板和底板两端的两块侧板，两块侧板上均设置有第一安装口23并且顶板上设置有第一进水口9。其中，保护框6的作用是用于保护其内部的可视化岩板罩7和可视化橡皮套10，以免在高压时裂开。

图5示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中可视化岩板罩的结构示意图，图6示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中可视化橡皮套的结构示意图。如图5和图6所示，可视化岩板罩7能够插装在保护框6内并且可视化岩板罩7顶部设置有与第一进水口9相对应的第二进水口22；可视化橡皮套10插装在可视化岩板罩7中并且可视化橡皮套10与可视化岩板罩7之间留有环形空间。该环形空间内充满水时可以为岩板提供模拟地层压力的围压，实现不同地层环境的模拟。在实验时，将裂缝型岩板置于可视化橡皮套10的内腔进行酸液刻蚀实验。

优选地，可视化橡皮套10由两端的金属材料和中间的透明橡胶材料拼接而成，两端的金属材料可以防止安装时密封不牢靠并确保安装的可靠性，透明橡胶材料一方面保证实验的可视化，另一方面可以保证模拟的真实性；可视化岩板罩7由高强度的透明玻璃或透明塑料制成，在保证强度的同时保证实验的可视化效果。

为了防止水泄露，优选地在可视化橡皮套10的两端与密封盖5之间设置有第一密封圈11，第一密封圈11套装在可视化橡皮套10的两端上进行密封，其结构可以如图7所示。另外，图8示出了图4至图7中各组件组合后的结构示意图。

图9示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中密封盖的结构示意图。如图9所示，密封盖5设置在保护框6两端的第一安装口23上并密封上述环形空间，密封盖5上还设置有第二安装口24。密封盖5在可视化实验单元的两侧对其进行密封，保证实验的可行性。

图10示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中进液端口的结构示意图，图11示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中出液端口的结构示意图。如图10和图11所示，进液端口3和出液端口12分别设置在密封盖5的第二安装口24上，并且进液端口3和出液端口12均与可视化橡皮套10的内腔连通。优选地，进液端口3、出液端口12与密封盖5之间均设置有第二密封圈4，第二密封圈4的结构如图12所示，并且其用于防止水泄漏。

具体地，进液端口的进液口25设置在外部以与供酸单元连接，进液端口的出液口26设置在内部以与可视化橡皮套10的内腔连通；类似地，出液端口的进液口27设置在内部以与可视化橡皮套10的内腔连通，出液端口的出液口设置在外部以与废液收集单元连通。

根据本发明，供酸单元与进液端口的进液口25连接，如图1至图3所示，本发明中的供酸单元包括储酸罐1、注酸管19和平流泵2，储酸罐1通过注酸管19和设置在注酸管19上的平流泵2与进液端口的进液口25连接。其中，储酸罐1用于盛装事先配制好的预定酸液，预定酸液的类型和浓度均可以根据实验需求调整，此外还可以通过平流泵2调整注酸速度。

供压单元与第二进水口22连接。图13示出了根据本发明示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置中供酸单元的结构示意图，如图13所示，供压单元包括储水罐17、增压泵14和注水管20，储水罐17通过增压泵14和注水管20与第二进水口22连接，增压泵14上还设置有旋转手柄15和压力表16。其中，储水罐17用于盛装增压泵用水，增压泵14用于向环形空间内提供高压水，旋转增压泵14的旋转手柄15即可挤压增压泵内的水并在环形空间中形成高压，压力可由增压泵14的压力表16读出并且该压力可调。

废液收集单元与出液端口的出液口连接以收集反应后的废酸，其中，废液收集单元包括出酸管21和废液储罐13。

根据本发明的优选实施例，本发明的实验装置还可以包括温度控制单元以控制反应时的反应温度。具体地，该温度控制单元包括加热板8和温度控制器18，加热板8插装在保护框6内并且位于可视化橡皮套10和可视化岩板罩7的一侧，温度控制器18与加热板8电连接实现对加热温度的控制并实现不同的实验温度条件。但是，该温度控制单元仅为优化设计，本发明的实验装置也可以不包括该单元，例如图14则示出了根据本发明另一个示例性实施例的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置的立体结构示意图，其中未设置温度控制单元。

由此，上述结构的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置能够实现在不同地层压力、酸液浓度、注酸速度乃至温度条件下研究酸液对裂缝型岩板的刻蚀情况。

同时，本发明还提供了采用上述可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置进行裂缝型岩板的酸液刻蚀实验的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验方法。

根据本发明的示例性实施例，该实验方法可以包括以下步骤：

A、确保密封盖密封完好后将裂缝型岩板放入所述可视化实验单元的可视化橡皮套中，安装好进液端口和出液端口并连接好供酸单元、供压单元和废液收集单元，确保所述可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置整体密封；

B、控制供压单元向所述可视化实验单元的环形空间中注入水以形成高压直至达到实验要求；

C、控制供酸单元按照实验的预定注酸速度将配好的预定酸液注入所述可视化实验单元的裂缝型岩板中，其中可选地包括先利用温度控制单元调节实验温度达到实验要求；

D、透过可视化岩板罩观察预定酸液的流动特征和对岩板的刻蚀情况并记录酸液刻蚀实验现象；

E、实验结束后卸去围压并回收酸液，取出裂缝型岩板进行分析，清洗装置待下次使用。

根据本发明的一个实施例，也可以按照如下步骤进行：在开始实验前，检查密封盖是否密封完好；把已经准备好的有裂缝的岩板放入可视化橡皮套内；安装并固定进液端口和出液端口并且紧挨岩板；检查整个装置是否密封；旋转手柄挤压增压泵内水的进入环形空间形成高压，直至达到实验要求；把已经配好的酸液倒入储酸罐中；打开温度控制器，调节温度至实验要求的温度，当实验装置的温度达到实验要求的温度后，打开平流泵，将注酸速度调节为实验要求的速度；透过可视化岩板罩观察酸液的流动特征和对岩板的刻蚀情况，记录实验现象；试验结束后，关闭温度控制器等组件，卸去围压并回收酸液；取出岩板，根据实验要求对岩板进行拍照、扫描电镜分析等处理；清洗设备，整理实验器材。

综上所述，本发明的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置及实验方法具有以下优点：(1)操作简单；(2)可实现在不同地层压力、酸液浓度、注酸速度下研究酸液对裂缝型储层的刻蚀规律；(3)通过增压泵提供围压，可以模拟地层压力；(4)可以实现可视化观察酸液的流动情况和对岩板的刻蚀规律。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，所述实验装置包括可视化实验单元、供酸单元、供压单元和废液收集单元，

所述可视化实验单元包括保护框、可视化岩板罩、可视化橡皮套、密封盖、进液端口和出液端口，保护框包括顶板、底板和设置在所述顶板和底板两端的两块侧板，所述两块侧板上均设置有第一安装口并且顶板上设置有第一进水口；所述可视化岩板罩插装在保护框内并且可视化岩板罩顶部设置有与所述第一进水口相对应的第二进水口，所述可视化橡皮套插装在可视化岩板罩中并且所述可视化橡皮套与可视化岩板罩之间留有环形空间，所述可视化橡皮套由两端的金属材料和中间的透明橡胶材料拼接而成；所述密封盖设置在所述保护框两端的第一安装口上并密封所述环形空间，所述密封盖上还设置有第二安装口；所述进液端口和出液端口分别设置在所述密封盖的第二安装口上，并且进液端口和出液端口均与可视化橡皮套的内腔连通；

所述供酸单元与进液端口的进液口连接，所述供压单元与第二进水口连接，所述废液收集单元与出液端口的出液口连接。

2.根据权利要求1所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，将裂缝型岩板置于所述可视化橡皮套的内腔进行酸液刻蚀实验。

3.根据权利要求1所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，所述可视化橡皮套的两端与密封盖之间设置有第一密封圈，所述第一密封圈套装在所述可视化橡皮套的两端上；所述进液端口、出液端口与密封盖之间均设置有第二密封圈。

4.根据权利要求1所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，所述供酸单元包括储酸罐、注酸管和平流泵，所述储酸罐通过注酸管和设置在注酸管上的平流泵与进液端口的进液口连接。

5.根据权利要求1所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，所述供压单元包括储水罐、增压泵和注水管，所述储水罐通过增压泵和注水管与第二进水口连接，所述增压泵上还设置有旋转手柄和压力表。

6.根据权利要求1所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，所述可视化岩板罩由高强度的透明玻璃或透明塑料制成，所述废液收集单元包括出酸管和废液储罐。

7.根据权利要求1所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括温度控制单元，所述温度控制单元包括加热板和温度控制器，所述加热板插装在保护框内并且位于所述可视化橡皮套和可视化岩板罩的一侧，所述温度控制器与加热板相连接。

8.一种可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置进行裂缝型岩板的酸液刻蚀实验。

9.根据权利要求8所述的可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、确保密封盖密封完好后将裂缝型岩板放入所述可视化实验单元的可视化橡皮套中，安装好进液端口和出液端口并连接好供酸单元、供压单元和废液收集单元，确保所述可视化裂缝型岩板酸液刻蚀实验装置整体密封；

B、控制供压单元向所述可视化实验单元的环形空间中注入水以形成高压直至达到实验要求；

C、控制供酸单元按照实验的预定注酸速度将配好的预定酸液注入所述可视化实验单元的裂缝型岩板中，其中包括先利用温度控制单元调节实验温度达到实验要求；

D、透过可视化岩板罩观察预定酸液的流动特征和对岩板的刻蚀情况并记录酸液刻蚀实验现象；

E、实验结束后卸去围压并回收酸液，取出裂缝型岩板进行分析，清洗装置待下次使用。