CN108196002A - 一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置及其测试方法。该装置包括：注入单元、至少一个裂缝起裂单元、加热单元以及数据处理和评价***；裂缝起裂单元包括，具有孔的岩心，用于包裹岩心的环压胶套，用于夹持岩心和环压胶套的夹持器，用于检测裂缝起裂单元的入口端的第一压力传感器和夹持器内部压力的第二压力传感器，或用于检测裂缝起裂单元的压差传感器；数据处理和评价***用于采集注入单元和裂缝起裂单元的数据并其进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。整过测试过程中，岩心自然起裂，并且对岩心的环压保持不变，更接近地层中天然岩石的真实起裂状态，从而对暂堵转向液的评价结果更真实可靠。

Description

一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及油气田储层改造领域，特别涉及一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置及其测试方法。

背景技术

油气田开采前，大部分油气井需要进行储层改造才能获得工业油气流。

在对储层改造过程中，首先，向施工井中注入压裂酸化工作液，在流体特性的作用下，工作液会优先改造高渗透率储层，之后注入暂堵转向液，使其进入高渗透率储层对其进行封堵，使后续工作液无法进入被封堵层，再向油井中注入工作液，对低渗透率储层进行改造。

不同的转向液对储层的封堵效果不同。在对储层改造之前，为了实现暂堵转向液对储层良好的封堵作用，需要对暂堵转向液的性能进行评价。

目前，对暂堵转向液性能的评价，多限于评价其对裂缝的封堵性能，并且均采取事先对岩心或岩板人工劈缝，再将劈开的岩心或岩板按照原型堆叠放入夹持器中开展评价试验，这种劈缝方式无法完全将劈开的缝重新合拢，导致实验误差大，更无法模拟岩石自然起裂后的裂缝真实形态，严重影响对暂堵转向液的评价结果的准确性。

发明内容

本发明提供一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置及其测试方法，用以解决现有技术中人工劈缝不能真实地反应岩石自然起裂后的裂缝真实形态，从而导致对暂堵转向液的评价结果不准确的问题。技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置，包括：

注入单元、至少一个裂缝起裂单元、加热单元以及数据处理和评价***；

所述注入单元用于向裂缝起裂单元注入液体；

所述裂缝起裂单元包括，具有孔的岩心，用于包裹所述岩心的环压胶套，用于夹持所述岩心和所述环压胶套的夹持器，用于检测所述裂缝起裂单元的入口端的第一压力传感器和所述夹持器内部压力的第二压力传感器，或用于检测所述裂缝起裂单元的压差传感器；

所述加热单元用于对所述注入单元和所述裂缝起裂单元进行加热；

所述数据处理和评价***用于采集所述注入单元和所述裂缝起裂单元的数据并对其进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。

优选地，所述孔内设置有用于固封所述孔的钢管；孔的轴向长度为所述岩心的轴向长度的1/3-1/2。

更优选地，所述岩心的轴向长度为7-20cm，直径为2.5-5cm；所述孔的直径为5-6.35mm。

更优选地，所述岩心的轴向长度为13-17cm，直径为3.8-5cm。

优选地，所述裂缝起裂单元的个数为两个以上，每个所述裂缝起裂单元并联连接。

具体地，所述注入单元包括：储水罐，与所述储水罐的出水端连接的注入泵，与所述注入泵的出水端连接的两个并联的第一储液罐和第二储液罐；与所述储水罐的出水端连接的环压注入泵；所述第一储液罐和所述第二储液罐均设置有通过活塞分隔的第一腔室和与所述注入泵连通的第二腔室；第二压力传感器设置在所述环压注入泵的出口端与所述夹持器的连接管路上。

具体地，所述数据处理和评价***包括：与所述裂缝起裂单元对应的用于收集从所述裂缝起裂单元流出的液体的收集装置；用于对所述收集装置称重的天平计量装置；用于对所述注入单元和所述裂缝起裂单元的数据进行分析处理和所述暂堵转向液进行评价的处理终端。

另一方面，本发明提供了一种压裂酸化用暂堵转向液性能测试方法，包括以下步骤：

1)、所述加热单元将所述注入单元和所述裂缝起裂单元加热到预设温度；

2)、所述注入单元向上述任一个所述的裂缝起裂单元的夹持器与环压胶套之间注入水，形成环压密封；

3)、所述注入单元向孔内注入水或盐水，憋压至岩心起裂，继续注入至水或盐水在起裂后的裂缝中的流速稳定；

4)、所述注入单元向所述孔内注入暂堵转向液，之后注入水或所述盐水至其在封堵后的岩心的裂缝中流速稳定；

5)、所述数据处理和评价***采集所述注入单元和所述裂缝起裂单元的数据并对数据进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。

具体地，所述注入泵的压力为0-105MPa，注入流量为0-107mL/min。

优选地，所述盐水为质量分数为3％的氯化钾溶液。

具体地，所述加热单元的加热温度为0-177℃，升温速率为4-8℃/min。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：注入单元首先向裂缝起裂单元的夹持器与环压胶套之间注入水，形成环压密封，再向岩心的孔中注入水或盐水，憋压至岩心自然起裂，测定起裂后裂缝的渗流能力，然后注入待测暂堵转向液对自然起裂的裂缝进行封堵，数据处理和评价***采集注入单元和裂缝起裂单元的数据并对数据进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。整过测试过程中，岩心自然起裂，并且对岩心的环压保持不变，更接近地层中天然岩石的真实起裂状态，从而对暂堵转向液的评价结果更真实可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一示例性实施例示出的压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置的示意图；

图中的附图标记分别表示：

1、注入单元；101、储水罐；1011、第一腔室；1012、第二腔室；102、注入泵；103、第一储液罐；1031、第一储液罐的第一腔室；1032、第一储液罐的第二腔室；1033、第一储液罐的活塞；104、第二储液罐；1041、第二储液罐的第一腔室；1042、第二储液罐的第二腔室；1043、第二储液罐的活塞；105、环压注入泵；2、裂缝起裂单元；201、岩心；2011、孔；202、压差传感器；203、夹持器；204、第一压力传感器；205、第二压力传感器；3、加热单元；4、数据处理和评价***；401、收集装置；402、天平计量装置；5、阀门；6、止回阀。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本发明的一方面，如图1所示，本发明提供了一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置。该压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置，包括：

注入单元1、至少一个裂缝起裂单元2、加热单元3以及数据处理和评价***4；

所述注入单元1用于向裂缝起裂单元2注入液体；

所述裂缝起裂单元2包括，具有孔2011的岩心201，用于包裹所述岩心201的环压胶套，用于夹持所述岩心201和所述环压胶套的夹持器203，用于检测所述裂缝起裂单元2的入口端的第一压力传感器204和所述夹持器203内部压力的第二压力传感器205(环压传感器)或用于检测所述裂缝起裂单元2的压差传感器202；

所述加热单元3用于对所述注入单元1和所述裂缝起裂单元2进行加热；

所述数据处理和评价***4用于采集所述注入单元1和所述裂缝起裂单元2的数据并其进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。其中环压胶套在图1中未示出。

在使用时，注入单元首先向裂缝起裂单元的夹持器与环压胶套之间注入水，形成环压密封，再向岩心的孔中注入水或盐水，憋压至岩心自然起裂，测定起裂后裂缝的渗流能力，然后注入待测暂堵转向液对自然起裂的裂缝进行封堵，数据处理和评价***采集注入单元和裂缝起裂单元的数据并对数据进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。在测试全过程中，岩心自然起裂，并且对岩心的环压保持不变，更接近地层中天然岩石的真实起裂状态，从而对暂堵转向液的评价结果更真实可靠。

下面将对裂缝起裂单元2的构成进行详细介绍。

在实际操作中，由于压差传感器的测量精度高于压力传感器的测量精度，而压差传感器的量程小于压力传感器，因此，如图1所示，可在裂缝起裂单元2的管路上同时安装用于检测所述裂缝起裂单元2的入口端的第一压力传感器204和所述夹持器203内部压力(岩心的环压)的第二压力传感器205，和用于检测所述裂缝起裂单元2的压差传感器202。

如图1所示，在裂缝起裂单元2的入口端设置有用于开启或关闭裂缝起裂单元的阀门5。

为了使岩心201在憋压起裂时***压，所述孔2011内设置有用于固封所述孔2011的钢管(图1中未示出)，钢管与孔壁之间采用高强度环氧树脂密封。

本领域技术人员可以理解的是，岩心为根据地质工作或工程的需要，使用岩心环状钻头及其他取心工具，从孔内取出的圆柱状岩石样品。

理论上，岩心越大，相应地，孔越大越接近地层岩石真实的起裂状态。

在实际操作中，孔2011的轴向长度为所述岩心201的轴向长度的1/3-1/2。

具体地，所述岩心201的轴向长度为7-20cm，直径为2.5-5cm，优选地，岩心201的轴向长度为13-17cm，直径为3.8-5cm；所述孔的直径为5-6.35mm。

在裂缝起裂单元2的一种具体实施方式中，所述裂缝起裂单元2的个数为两个以上，每个所述裂缝起裂单元2并联连接，实现对不同的岩心憋压起裂，从而测试暂堵转向液对不同岩石憋压起裂产生的不同裂缝的封堵作用。当然也可以根据实际情况，通过设置在裂缝起裂单元2的入口端的阀门5的开关实现单独使用或两个或两个以上单元并联使用，达到模拟暂堵转向液对不同储层的岩石的封堵性能。

下面对注入单元1的构成进行详细介绍。

如图1所示，所述注入单元1包括：储水罐101，与所述储水罐101的出水端连接的注入泵102，与所述注入泵102的出水端连接的2个并联的第一储液罐103和第二储液罐104；与所述储水罐101的出水端连接的环压注入泵105；所述第一储液罐103和所述第二储液罐104均设置有通过活塞1033和1041分隔的第一腔室1031和1041和与所述注入泵102连通的第二腔室1032和1042；第二压力传感器205(环压传感器)设置在所述环压注入泵105的出口端与所述夹持器203的连接管路上。

在实际应用中，第一储液罐的第一腔室1031可以盛装水或盐水；第一储液罐的第二腔室1032盛装水；第二储液罐的第一腔室1041盛装暂堵转向液，第二储液罐的第二腔室1042盛装水。注入泵102将储水罐101中的水不断地注入到第二腔室1032和1042中，促使活塞1033和1043向第一腔室1031和1041推进，使得第一腔室1031和1041盛装的液体(水或盐水，暂堵转向液)注入到裂缝起裂单元2中。

还有，在实际应用中，在第二腔室1032和1042的进口端分别设置有阀门5。在第一腔室1031和1041的出口端分别设置有阀门5。

首先环压注入泵105将储水罐101中的水或盐水有注入到夹持器与环压胶套之间形成环压包裹岩心，再由第一储液罐的第一腔室1031向裂缝起裂单元2注入水或盐水形成憋压使岩心起裂，继续注入至流速稳定，然后由第二储液罐的第一腔室1041向缝起裂单元2注入暂堵转向液对裂缝进行封堵，最后第一储液罐的第一腔室1031向裂缝起裂单元2注入水或盐水至流速稳定，来测试暂堵转向液的封堵性能。

在实际应用中，储水罐101与注入泵102和环压注入泵105的连接管路上分别设置阀门控制排水。另外，本领域技术人员可以理解的是，注入泵102和环压注入泵105可以分别与不同的储水罐相连通。

下面对加热单元3的构成进行详细介绍。

加热单元3的主要由烘箱构成，注入单元1的第一储液罐103和第二储液罐104以及裂缝起裂单元2置于烘箱中进行加热。

下面对数据处理和评价***4的构成进行详细介绍。

数据处理和评价***4包括：与所述裂缝起裂单元2对应的用于收集从所述裂缝起裂单元2流出的液体的收集装置401；用于对所述收集装置401称重的天平计量装置402；用于对所述注入单元1和所述裂缝起裂单元2的数据进行分析处理和所述暂堵转向液进行评价的处理终端(图1中未示出)。

在收集装置401的入口端设置有防止液体倒流的止回阀6。

一套收集装置401和天平计量装置402对一个裂缝起裂单元2流出的液体(如水、盐水、暂堵转向液)进行称重，从而计算液体在岩心的裂缝中的流量和流速。所获得的数据传输至处理终端中，结合压力传感器或压差传感器的数值，对暂堵转向液的封堵性能进行评价。

在本发明另一方面，本发明提供了一种压裂酸化用暂堵转向液性能测试方法，包括以下步骤：

1)、所述加热单元3将所述注入单元1和所述裂缝起裂单元2加热到预设温度；

2)、向上述任一个裂缝起裂单元2的夹持器203与环压胶套之间注入水，形成环压密封，；

3)、所述注入单元1向孔2011内注入水或盐水，憋压至岩心起裂，继续注入至水或盐水在起裂后的裂缝中的流速稳定；

4)、所述注入单元1向所述孔2011内注入暂堵转向液，之后注入水或所述盐水至其在封堵后的岩心201的裂缝中流速稳定；

5)、所述数据处理和评价***4采集所述注入单元1和所述裂缝起裂单元2的数据并对数据进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。

加热单元3将所述注入单元1和所述裂缝起裂单元2加热的预设温度可根据实际工况确定，预设温度通常不超过177℃。

在实际应用中，所述加热单元3的加热温度为0-177℃，升温速率为4-8℃/min。

注入单元1向孔2011内注入水或盐水的排量可以为0.1-1mL/min。

还有，在实际应用中，所述注入泵102的压力为0-105MPa，优选地，5-60MPa；注入流量为0-107mL/min，优选地，0.5-20mL/min。此处所说的注入流量是指液体(水或盐水、暂堵转向液)在岩心起裂前后中的流量。

再有，在测试过程中，保持对岩心的环压大于岩心入口端的压力(注入压力)，使得裂缝中的水或盐水只能从岩心的出口端流出，不能从岩心与环压胶套之间流出，保证测试结果的准确性。

本发明所使用的盐水可以为氯化钾溶液，优选为质量分数为3％的氯化钾溶液。相对于水，氯化钾溶液可以防止岩石中的黏土等物质膨胀，从而缩小甚至堵塞裂缝影响对暂堵转向液的测试结果。

对于同一个岩心产生的裂缝而言，裂缝两端压差平稳后，也就是保持压差不变，采集到的液体重量或流量越小，该暂堵转向液的封堵性能越好；液体的流速平稳后，也就是保持流速不变，压差越大，该暂堵转向液的封堵性能越好。

由上述实施例可知，本发明提供的压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置及其测试方法，更接近地层中天然岩石的真实起裂状态，从而对暂堵转向液的评价结果更真实可靠。不仅如此，还能同时模拟暂堵转向液对不同储层的岩石的封堵性能。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种压裂酸化用暂堵转向液性能评价装置，其特征在于，包括：

注入单元(1)、至少一个裂缝起裂单元(2)、加热单元(3)以及数据处理和评价***(4)；

所述注入单元(1)用于向裂缝起裂单元(2)注入液体；

所述裂缝起裂单元(2)包括，具有孔(2011)的岩心(201)，用于包裹所述岩心(201)的环压胶套，用于夹持所述岩心(201)和所述环压胶套的夹持器(203)，用于检测所述裂缝起裂单元(2)的入口端的第一压力传感器(204)和所述夹持器(203)内部压力的第二压力传感器(205)，或用于检测所述裂缝起裂单元(2)的压差传感器(202)；

所述加热单元(3)用于对所述注入单元(1)和所述裂缝起裂单元(2)进行加热；

所述数据处理和评价***(4)用于采集所述注入单元(1)和所述裂缝起裂单元(2)的数据并对其进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述孔(2011)内设置有用于固封所述孔(2011)的钢管；孔(2011)的轴向长度为所述岩心(201)的轴向长度的1/3-1/2。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述岩心(201)的轴向长度为7-20cm，直径为2.5-5cm；所述孔的直径为5-6.35mm。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述岩心(201)的轴向长度为13-17cm，直径为3.8-5cm。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述裂缝起裂单元(2)的个数为两个以上，每个所述裂缝起裂单元(2)并联连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注入单元(1)包括：储水罐(101)，与所述储水罐(101)的出水端连接的注入泵(102)，与所述注入泵(102)的出水端连接的两个并联的第一储液罐(103)和第二储液罐(104)；与所述储水罐(101)的出水端连接的环压注入泵(105)；所述第一储液罐(103)和所述第二储液罐(104)均设置有通过活塞(1033；1043)分隔的第一腔室(1031；1041)和与所述注入泵(102)连通的第二腔室(1032；1042)；第二压力传感器(205)设置在所述环压注入泵(105)的出口端与所述夹持器(203)的连接管路上。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理和评价***(4)包括：与所述裂缝起裂单元(2)对应的用于收集从所述裂缝起裂单元(2)流出的液体的收集装置(401)；用于对所述收集装置(401)称重的天平计量装置(402)；用于对所述注入单元(1)和所述裂缝起裂单元(2)的数据进行分析处理和所述暂堵转向液进行评价的处理终端。

8.一种压裂酸化用暂堵转向液性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、所述加热单元(3)将所述注入单元(1)和所述裂缝起裂单元(2)加热到预设温度；

2)、所述注入单元(1)向权利要求1至5任一项所述的裂缝起裂单元(2)的夹持器(203)与环压胶套之间注入水，形成环压密封；

3)、所述注入单元(1)向孔(2011)内注入水或盐水，憋压至岩心起裂，继续注入至水或盐水在起裂后的裂缝中的流速稳定；

4)、所述注入单元(1)向所述孔(2011)内注入暂堵转向液，之后注入水或所述盐水至其在封堵后的岩心(201)的裂缝中流速稳定；

5)、所述数据处理和评价***(4)采集所述注入单元(1)和所述裂缝起裂单元(2)的数据并对数据进行分析处理和对暂堵转向液的性能进行评价。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述注入单元(1)的压力为0-105MPa，注入流量为0-107mL/min。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述盐水为质量分数为3％的氯化钾溶液。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加热单元(3)的加热温度为0-177℃，升温速率为4-8℃/min。