CN109113687B - 一种模拟岩心的填砂管装置及填制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟岩心的填砂管装置及填制方法，属于油田提高采收率技术领域。所述模拟岩心的填砂管装置通过在填砂管的管柱本体上设置有从管柱本体的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段，在管段内先后填制第一预设目数的第一石英砂、第二预设目数的第二石英砂和第三预设目数的第三石英砂，形成第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层，在管柱本体内填制地层砂，形成地层砂层，在地层砂层和第三石英砂层之间形成分界面，可以利用形成的第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层取代致密筛网，分界面取代填砂管端面，减少了在连续凝胶注入过程中对连续凝胶的堵塞和剪切，提高了连续凝胶的驱替和封堵效果。

Description

一种模拟岩心的填砂管装置及填制方法
技术领域
本发明属于油田提高采收率技术领域，特别涉及一种模拟岩心的填砂管装置及填制方法。
背景技术
填砂管岩心驱替实验是目前国内常用的一种提高采收率实验方法，该方法可以利用近似模拟实验区地层渗透率、孔隙度等参数的方式进行岩心驱替实验，在实验完成后可将填砂管岩心中地层砂取出后再次重新填制，节省实验成本。
目前，常规模拟岩心的填砂管装置为直筒型，模拟岩心的填砂管装置的两端为了防止地层砂外溢，在模拟岩心的填砂管装置的两个端面均设有致密过滤筛网，模拟岩心的填砂管装置采用填砂压实的方法来近似模拟地层渗透率、孔隙度等参数，进行岩心驱替实验。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
现有的模拟岩心的填砂管装置在连续凝胶驱替过程中，由于致密筛网的存在造成了端面堵塞，无法模拟实际注入情况，同时，筛网的存在对连续凝胶造成严重的剪切，降低了连续凝胶的驱替和封堵效果，使得实验结果与实际注入存在一定差异，目前还未有一套过程简便、容易操作的填砂管岩心的填制方法来解决端面堵塞和剪切的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种模拟岩心的填砂管装置及填制方法，用于减少填砂管端面对连续凝胶的堵塞和剪切。
具体而言，包括以下的技术方案：
一方面，一种模拟岩心的填砂管装置，所述模拟岩心的填砂管装置包括密封盖和填砂管，其中，
所述密封盖包括第一密封盖和第二密封盖，所述第一密封盖套设在所述填砂管的第一端，所述第二密封盖套设在所述填砂管的第二端；
所述第一密封盖开设有第一通孔，用于向所述填砂管中注入流体；
所述第二密封盖开设有第二通孔，用于排出所述填砂管中的流体，
所述填砂管包括管柱本体和从所述管柱本体的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段，所述管段的端口为所述填砂管的第一端，所述管柱本体适于填制地层砂，所述管段适于填制从所述第一端起目数依次增加的多个石英砂层。
进一步地，所述第一密封盖包括第一盖面和从所述第一盖面边缘向与所述第一盖面方向垂直的方向延伸的第一盖沿，所述第一盖沿的内壁开设有第一凹槽，且所述第一凹槽中设置有第一密封圈。
进一步地，所述第二密封盖包括第二盖面和从所述第二盖面边缘向与所述第二盖面方向垂直的方向延伸的第二盖沿，所述第二盖沿的内壁开设有第二凹槽，且所述第二凹槽中设置有所述第二密封圈。
进一步地，所述第一盖面的面积大于所述第二盖面的面积。
进一步地，所述填砂管的第一端外侧设有第一外螺纹，所述第一密封盖的内壁设有第一内螺纹，所述第一内螺纹适于与所述第一外螺纹配合。
进一步地，所述填砂管的第二端外侧设有第二外螺纹，所述第二密封盖的内壁设有第二内螺纹，所述第二内螺纹适于与所述第二外螺纹配合。
进一步地，所述管柱本体的长度取值范围为250-350mm，所述管段的长度的取值范围为25-35mm。
另一方面，一种模拟岩心的填砂管的填制方法，基于上述模拟岩心的填砂管装置，所述填制方法包括：
连接并密封所述第一密封盖与所述填砂管的第一端；
将第一预设目数的第一石英砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成第一石英砂层；
将第二预设目数的第二石英砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成位于所述第一石英砂层上的第二石英砂层；
将第三预设目数的第三石英砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成位于所述第二石英砂层上的第三石英砂层；
将地层砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成位于所述第三石英砂层上的地层砂层，
其中所述第一石英砂层、所述第二石英砂层和第三石英砂层位于所述管段内；所述第一预设目数小于所述第二预设目数，所述第二预设目数小于所述第三预设目数，所述第三预设目数小于所述地层砂的目数。
进一步地，所述第三石英砂层与所述地层砂层的分界面位于所述管柱本体与所述管段的分界处。
进一步地，所述第三石英砂层上还设置有目数从下至上增大的一个或多个石英砂层。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
通过在填砂管的管柱本体上设置有从管柱本体的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段，在管段内先后填制第一预设目数的第一石英砂、第二预设目数的第二石英砂和第三预设目数的第三石英砂，形成第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层，在管柱本体内填制地层砂，形成地层砂层，在地层砂层和第三石英砂层之间形成分界面，可以利用形成的第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层取代致密筛网，分界面取代填砂管端面，减少了在连续凝胶注入过程中对连续凝胶的堵塞和剪切，提高了连续凝胶的驱替和封堵效果。
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为本发明实施例的一种模拟岩心的填砂管装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种模拟岩心的填砂管的填制方法的方法流程图。
图中的附图标记分别表示：
1、第一密封盖；
1-1、第一通孔；
2、填砂管；
2-1、管柱本体；
2-2、管段；
3、第二密封盖；
3-1、第二通孔。
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。
实施例一
本发明实施例提供了一种模拟岩心的填砂管装置，其结构示意图如图1所示，主要包括密封盖和填砂管2，其中，
密封盖包括第一密封盖1和第二密封盖3，第一密封盖1套设在填砂管2的第一端，第二密封盖3套设在填砂管2的第二端；
第一密封盖1开设有第一通孔1-1，用于向填砂管2中注入流体；
第二密封盖3开设有第二通孔3-1，用于排出填砂管2中的流体，
填砂管2包括管柱本体2-1和从管柱本体2-1的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段2-2，管段2-2的端口为填砂管2的第一端，管柱本体2-1适于填制地层砂，管段2-2适于填制从第一端起目数依次增加的多个石英砂层。
因此，相对于原有的模拟岩心的填砂管装置，该模拟岩心的填砂管装置的填砂管2不仅包括管柱本体2-1，还包括从管柱本体2-1的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段2-2，利用在管段2-2中填制多个预设目数的石英砂，并形成多个石英砂层来取代致密筛网，扩大了连续凝胶的流动面积，进而减少了在连续凝胶注入过程中对连续凝胶的堵塞和剪切，提高了连续凝胶的驱替和封堵效果。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，管柱本体2-1优选为圆形管柱，管段2-2优选为圆台状。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，第一密封盖1包括第一盖面和从第一盖面边缘向与第一盖面方向垂直的方向延伸的第一盖沿，第一盖沿的内壁开设有第一凹槽，且第一凹槽中设置有第一密封圈，用于确保第一密封盖1与填砂管2的第一端的紧密密封。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，第二密封盖3包括第二盖面和从第二盖面边缘向与第二盖面方向垂直的方向延伸的第二盖沿，第二盖沿的内壁开设有第二凹槽，且第二凹槽中设置有第二密封圈，用于确保第二密封盖3与填砂管2的第二端的紧密密封。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，第一盖面和第二盖面可以为圆形，且第一盖面的面积大于第二盖面的面积。
需要说明的是，第一盖面的内径可以为60mm，第二盖面的内径可以为30mm。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，填砂管2的第一端外侧设有第一外螺纹，第一密封盖1的内壁设有第一内螺纹，第一内螺纹适于与第一外螺纹配合，用于连接填砂管2的第一端与第一密封盖1。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，填砂管2的第二端外侧设有第二外螺纹，第二密封盖3的内壁设有第二内螺纹，第二内螺纹适于与第二外螺纹配合，用于连接填砂管2的第二端与第二密封盖3。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，该模拟岩心的填砂管装置还包括第一孔塞和第二孔塞，第一孔塞适于封堵第一通孔1-1，第二孔塞适于封堵第二通孔3-1，使得填砂管2在填制时不同预设目数的石英砂不会从第一通孔1-1或第二通孔3-1中流出。
在本发明实施例的模拟岩心的填砂管装置中，管柱本体2-1的长度取值范围为250-350mm，优选为300mm；管段2-2的长度的取值范围为25-35mm，优选为30mm。
本发明实施例的一种模拟岩心的填砂管装置，通过在在填砂管2的管柱本体2-1上设置有从管柱本体2-1的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段2-2，可以在管段2-2中填制多个预设目数的石英砂，并形成多个石英砂层来取代致密筛网，扩大了连续凝胶的流动面积，进而减少了在连续凝胶注入过程中对连续凝胶的堵塞和剪切，提高了连续凝胶的驱替和封堵效果。
实施例二
本发明实施例提供了一种模拟岩心的填砂管的填制方法，基于模拟岩心的填砂管装置进行填制，可以运用在不同区域条件的场景下，在本实施例中主要以港西三区和港东一区为例，其方法流程图如图2所示，具体如下：
步骤101：连接并密封第一密封盖与填砂管的第一端。
具体地，将第一密封盖对准填砂管的第一端并旋转第一密封盖，同时，第一孔塞塞进第一通孔，确保第一密封盖与填砂管之间的紧密密封，保证填砂管内部不与外界连通。
步骤102：将第一预设目数的第一石英砂从填砂管的第二端注入到填砂管中，压成第一石英砂层。
当场景为港西三区时，第一预设目数的第一石英砂可以为70目石英砂，填制高度为管段长度的三分之一，可以为10mm，并使用压实机进行压实，压成第一石英砂层；
当场景为港东一区时，第一预设目数的第一石英砂可以为50目石英砂，填制高度为管段长度的三分之一，可以为10mm，并使用压实机进行压实，压成第一石英砂层。
步骤103：将第二预设目数的第二石英砂从填砂管的第二端注入到填砂管中，压成位于第一石英砂层上的第二石英砂层。
当场景为港西三区时，第二预设目数的第二石英砂可以为100目石英砂，填制高度为管段长度的三分之一，可以为10mm，并使用压实机进行压实，压成第二石英砂层；
当场景为港东一区时，第二预设目数的第二石英砂可以为70目石英砂，填制高度为管段长度的三分之一，可以为10mm，并使用压实机进行压实，压成第二石英砂层。
步骤104：将第三预设目数的第三石英砂从填砂管的第二端注入到填砂管中，压成位于第二石英砂层上的第三石英砂层。
当场景为港西三区时，第三预设目数的第二石英砂可以为140目石英砂，填制高度为管段长度的三分之一，可以为10mm，并使用压实机进行压实，压成第三石英砂层；
当场景为港东一区时，第三预设目数的第三石英砂可以为100目石英砂，填制高度为管段长度的三分之一，可以为10mm，并使用压实机进行压实，压成第三石英砂层。
此时，第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层位于管段内，即管段内被第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层填满，如图2所示。
步骤105：将地层砂从填砂管的第二端注入到填砂管中，压成位于第三石英砂层上的地层砂层。
在本步骤中，将地层砂填充满在管柱本体中，保证第三石英砂层与地层砂层的分界面位于管柱本体与管段的分界处；同时，第三石英砂层上还可以设置有数目从下至上增大的一个或多个石英砂，本领域的技术人员可以理解的是在不同实施例中采用三个以上的石英砂层也在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，目数表示的是物料的粒度或粗细度，一般定义是指筛网在1平方英寸内的孔数，目数越大，说明物料粒度越细；目数越小，说明物料粒度越大，所以，第一预设目数小于第二预设目数，第二预设目数小于第三预设目数，第三预设目数小于地层砂的目数。
当场景为港西三区时，逐渐向填砂管中填制港西三区的地层砂，并且每填制10mm就利用压实机对地层砂进行压实，直到管柱本体内填满地层砂为止。
当场景为港东一区时，逐渐向填砂管中填制港东一区的地层砂，并且每填制10mm就利用压实机对地层砂进行压实，直到管柱本体内填满地层砂为止。
在实际的使用过程中，按照上述步骤填制好岩心后，连接并密封第二密封盖与填砂管的第二端，对填制后对模拟岩心进行孔隙度和渗透率的测量，在确保第一通孔和第二通孔与填砂管内部连通的情况下，进行抽真空、饱和水处理，分别得到模拟港西三区的填砂管岩心的渗透率和孔隙度和港东一区的填砂管岩心的渗透率和孔隙度，使得港西三区的渗透率可以为1500mD，误差取值范围为±200mD，孔隙度可以为30％，误差取值范围为±3％；港东一区的渗透率可以为3500mD，误差取值范围为±200mD，孔隙度可以为32％，误差取值范围为±3％。如果测得的孔隙度和渗透率的取值不在预设的误差取值范围内，就进行重新填制，直至孔隙度和渗透率的参数在设定的取值范围内。
在确定岩心符合实验标准后，配置0.4％聚丙烯酰胺(分子量为2000万，水解度18％)、0.4％酚醛树脂的连续凝胶体系400mL，将溶液置于带活塞的中间容器中。
连接实验流程并启动驱替泵将中间容器中的连续凝胶注入填制好的模拟岩心的填砂管装置中，从第二通孔处取出经过填砂管岩心的连续凝胶，直至驱替完中间容器中的连续凝胶后停止实验。
在停止实验后，通过计算模拟岩心的端面堵塞和连续凝胶的剪切下降程度来验证填制方法的合理性，具体地，端面堵塞计算是通过实验完成后打开岩心，分别取出利用现有技术的填制方法和本发明的填制方法的入口端残余的连续凝胶并将其称重，用现有技术的填制方法中的残余连续凝胶重量减去本发明的填制方法中的残余连续凝胶重量后再除以现有技术的填制方法中的残余连续凝胶重量；剪切下降计算是通过分别取出经过现有技术的填制方法和本发明的填制方法剪切的连续凝胶并测定经过两种方法剪切后的连续凝胶的粘度，用本发明的填制方法剪切后的连续凝胶粘度值减去现有技术的填制方法剪切后的连续凝胶粘度值再除以本发明的填制方法连续凝胶粘度值。
在场景为港西三区时，使用本发明的填制方法的模拟岩心的后端面堵塞降低了90％，对连续凝胶的剪切下降了95％；在场景为港东三区时，使用本发明的填制方法的模拟岩心的后端面的堵塞降低了93％，对连续凝胶的剪切下降了96％，说明本发明的填制方法显著提高了连续凝胶的驱替和封堵效果。
本发明实施例利用在填砂管的管柱本体上设置有从管柱本体的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段，在管段内先后填制第一预设目数的第一石英砂、第二预设目数的第二石英砂和第三预设目数的第三石英砂，形成第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层，在管柱本体内填制地层砂，形成地层砂层，在地层砂层和第三石英砂层之间形成分界面，可以利用形成的第一石英砂层、第二石英砂层和第三石英砂层取代致密筛网，分界面取代填砂管端面，减少了在连续凝胶注入过程中对连续凝胶的堵塞和剪切，提高了连续凝胶的驱替和封堵效果。
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 (7)

1.一种模拟岩心的填砂管装置，其特征在于，所述模拟岩心的填砂管装置包括密封盖和填砂管，其中，
所述密封盖包括第一密封盖和第二密封盖，所述第一密封盖套设在所述填砂管的第一端，所述第二密封盖套设在所述填砂管的第二端；
所述第一密封盖开设有第一通孔，用于向所述填砂管中注入流体；
所述第二密封盖开设有第二通孔，用于排出所述填砂管中的流体；
所述第一密封盖包括第一盖面，所述第二密封盖包括第二盖面，且所述第一盖面的面积大于所述第二盖面的面积；
所述填砂管包括管柱本体和从所述管柱本体的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段，所述管段的端口为所述填砂管的第一端，所述管柱本体适于填制地层砂以形成地层砂层，所述管段适于填制从所述第一端起目数依次增加的多个石英砂层，其中，所述多个石英砂层包括由第一预设目数的石英砂构成的第一石英砂层、由第二预设目数的石英砂构成的第二石英砂层以及由第三预设目数的石英砂构成的第三石英砂层，所述第一石英砂层、所述第二石英砂层和所述第三石英砂层沿从所述第一端指向所述第二端的方向依次设置，所述第三石英砂层与所述地层砂层的分界面位于所述管柱本体与所述管段的分界处，所述第三石英砂层上还设置有目数从下至上增大的一个或多个石英砂，所述第一预设目数小于所述第二预设目数，所述第二预设目数小于所述第三预设目数，所述第三预设目数小于所述地层砂的目数。
2.根据权利要求1所述的模拟岩心的填砂管装置，其特征在于，所述第一密封盖还包括从所述第一盖面边缘向与所述第一盖面方向垂直的方向延伸的第一盖沿，所述第一盖沿的内壁开设有第一凹槽，且所述第一凹槽中设置有第一密封圈。
3.根据权利要求2所述的模拟岩心的填砂管装置，其特征在于，所述第二密封盖还包括从所述第二盖面边缘向与所述第二盖面方向垂直的方向延伸的第二盖沿，所述第二盖沿的内壁开设有第二凹槽，且所述第二凹槽中设置有第二密封圈。
4.根据权利要求1所述的模拟岩心的填砂管装置，其特征在于，所述填砂管的第一端外侧设有第一外螺纹，所述第一密封盖的内壁设有第一内螺纹，所述第一内螺纹适于与所述第一外螺纹配合。
5.根据权利要求1所述的模拟岩心的填砂管装置，其特征在于，所述填砂管的第二端外侧设有第二外螺纹，所述第二密封盖的内壁设有第二内螺纹，所述第二内螺纹适于与所述第二外螺纹配合。
6.根据权利要求1所述的模拟岩心的填砂管装置，其特征在于，所述管柱本体的长度取值范围为250-350mm，所述管段的长度的取值范围为25-35mm。
7.一种模拟岩心的填砂管的填制方法，基于权利要求1-6任一项的所述模拟岩心的填砂管装置，所述模拟岩心的填砂管装置包括密封盖和填砂管，所述填砂管包括管柱本体和从所述管柱本体的一端向外延伸且管径逐渐增大的管段，其特征在于，所述填制方法包括：
连接并密封所述第一密封盖与所述填砂管的第一端；
将第一预设目数的第一石英砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成第一石英砂层；
将第二预设目数的第二石英砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成位于所述第一石英砂层上的第二石英砂层；
将第三预设目数的第三石英砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成位于所述第二石英砂层上的第三石英砂层；
将地层砂从所述填砂管的第二端注入到所述填砂管中，压成位于所述第三石英砂层上的地层砂层，
其中所述第一石英砂层、所述第二石英砂层和第三石英砂层位于所述管段内；所述第一石英砂层、所述第二石英砂层和所述第三石英砂层沿从所述第一端指向所述第二端的方向依次设置，所述第三石英砂层与所述地层砂层的分界面位于所述管柱本体与所述管段的分界处，所述第三石英砂层上还设置有目数从下至上增大的一个或多个石英砂；所述第一预设目数小于所述第二预设目数，所述第二预设目数小于所述第三预设目数，且所述第三预设目数小于所述地层砂的目数。
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