CN114034565B - 一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置及其评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置及其评价方法，包括注入部分、增压部分、填砂模型部分和温压控制部分，利用填砂模型部分进行模拟测试，利用注入部分向填砂模型部分注入增压流体和介质体系流体，利用增压部分对注入填砂模型部分的各种流体进行增压，利用温压控制部分对填砂模型部分进行温度控制。本发明有效结合可模拟地层温度压力条件下的化学固砂防砂体系固结过程及固砂效果评价，模型可重复多次利用，实验模拟重复率高，固结过程连续无中断，可模拟现场实际情况，可同时实现化学固砂剂固砂过程及固砂效果评价，操作简单、便捷。

Description

一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置及其评价方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，更具体地说涉及一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置及其评价方法。

背景技术

渤海疏松砂岩稠油油藏埋藏浅、压实成岩作用差、储层胶结疏松，该类油田开发过程中，油井除砂严重，水驱开发容易造成砂粒在地层孔喉内的运移，造成地层堵塞，从而影响地层渗透率。因此,针对渤海疏松砂岩稠油油藏出砂严重的问题，亟需研究该类油田化学防砂固砂技术。化学防砂固砂技术主要是将化学固砂体系注入地层砂粒运移的储层或孔喉，在地层温度和压力条件下对游离状态的砂粒进行固结，从而防止地层出砂。化学防砂固砂技术施工后井筒内无残留、适应性广、工艺简单，在油田开发过程中具有重要的普适性和推广应用价值。

目前，化学防砂固砂室内实验研究用装置及实验方法较少，一般采用玻璃管填砂法或拌砂法制作固结体，采用岩石抗压强度测定装置评价固结体抗压强度，采用物理模拟驱替装置测定固结体渗透率。该方法无法模拟地层温度条件下化学防砂固砂体系的固结过程；无法模拟地层压力条件下化学防砂固砂体系的固结过程；无法模拟地层覆压，造成模型固结过程与实际地层沉积过程相似度低；玻璃管填砂法或拌砂法制作固结过程影响因素多，造成固结实验模拟重复性差；玻璃管填砂法或拌砂法制作固结过程(填砂、加压、润湿、胶结、固化)有中断,不连续，无法模拟现场实际情况；固结体抗压强度测定及渗透率测定分别需要采用不同的装置，且装置结构复杂，无法实现固结体固结过程及性能的在线测定。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，现有的防砂固砂室内实验研究用装置及实验方法较少，且现有的实验装置和方法存在无法模拟地层温度条件下化学防砂固砂体系的固结过程；无法模拟地层压力条件下化学防砂固砂体系的固结过程；无法模拟地层覆压，造成模型固结过程与实际地层沉积过程相似度低；玻璃管填砂法或拌砂法制作固结过程影响因素多，造成固结实验模拟重复性差；玻璃管填砂法或拌砂法制作固结过程存在中断,不连续，无法模拟现场实际情况；固结体抗压强度测定及渗透率测定分别需要采用不同的装置且装置结构复杂，无法实现固结体固结过程及性能的在线测定等问题，提供了一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置及其评价方法，该装置模拟地层温度压力条件下的化学固砂防砂体系固结过程及固砂效果评价，模型可重复多次利用，实验模拟重复率高，固结过程连续无中断，可模拟现场实际情况，可同时实现化学固砂剂固砂过程及固砂效果评价，操作简单、便捷，对渤海疏松砂岩稠油油藏开发具有重要的指导意义。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，包括注入部分、增压部分、填砂模型部分和温压控制部分，

所述注入部分包括驱替泵、蒸馏水中间容器、介质水中间容器和介质体系中间容器，所述驱替泵的出液口与出液管路的入液口相连通，在所述出液管路上设置有六通阀，所述六通阀第一出液口通过第一管路与所述蒸馏水中间容器的入液口相连通，所述蒸馏水中间容器的出液口通过第二管路分别与所述增压部分的增压筒和所述温压控制部分的温压控制模块相连通，所述六通阀第二出液口通过第三管路分别与所述介质水中间容器和所述介质体系中间容器的入液口相连通，所述介质水中间容器和所述介质体系中间容器的出液口通过第四管路分别与所述增压部分的上堵头和所述温压控制部分的温压控制模块相连通；

所述增压部分包括增压筒和上堵头，所述增压筒的下表面与所述上堵头的的上表面密封连接，所述增压筒与所述上堵头之间相连通，以实现增压流体经由增压筒和上堵头后流入密封腔内，在所述上堵头内形成一体系注入口，用于向填砂模型部分中注入实验流体，所述上堵头密封固定在所述填砂模型部分的填砂模型筒体上表面；

所述填砂模型部分包括填砂模型筒体、下堵头和量筒，所述填砂模型筒体设置在支架上，所述填砂模型筒体的下表面利用所述下堵头进行密封，所述上堵头的下表面、所述填砂模型筒体的内壁和所述下堵头的上表面形成一密封腔，在所述密封腔内填充有石英砂，在所述下堵头内形成一排液口，所述排液口通过排液管线伸入所述量筒内，以实现对排液体积的测量；

所述温压控制部分包括温压控制模块和加热套，所述加热套设置在所述填砂模型筒体的外壁上，所述加热套通过加热管线与所述温压控制模块相连通，以实时监测和控制加热套的温度的目的。

在所述第二管路上设置有第一阀门，在所述第四管路上设置有第二阀门。

在所述第二管路上还设置有第一测压点，在所述第四管路上还设置有第二测压点，利用第一测压点和第二测压点实时监测实验压力。

在所述排液管线上设置有排液阀门。

所述填砂模型筒体是由填砂模型左筒体和填砂模型右筒体拼接形成。

一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置的评价方法，按照下述步骤进行：

步骤1，通过温压控制模块设定实验所需的油藏温度和地层覆压，控制蒸馏水中间容器中的蒸馏水进入增压筒进行增压后，经由上堵头进入密封腔内进而实现利用蒸馏水量对密封腔内的石英砂增压的目的，控制加热套实现对密封腔内石英砂的加热；

步骤2，开启上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口，通过上堵头内的体系注入口向密封腔内注入地层模拟水直至注入压力稳定，进而实现石英砂润湿的目的，通过上堵头内的体系注入口向密封腔内注入防砂体系直至注入压力稳定，关闭上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口后，恒温固结48h；

步骤3，恒温固结48h后，打开上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口，通过上堵头内的体系注入口注入介质模拟水中间容器中的模拟水直至第二测压点的压力稳定，记录稳定压力值P₃，进而实现固结体渗透率在线测定；

步骤4，通过温压控制模块对注入部分、增压部分和填砂模型部分进行降温和泄压处理后，拆卸填砂模型筒体取出固结体，测量固结体的长度L和直径R，将固结体置于上堵头和下堵头之间，填砂模型部分安装加热套，通过增压部分给固结体持续增压，通过温压控制模块监测第一测压点压力变化，测定油藏温度条件下固结体的抗压强度；

步骤6，根据达西公式和抗压强度计算公式计算固结体的渗透率、渗透率保持率和抗压强度。

在步骤6中，达西公式：

K＝(QμL/ΔpA)×10^-1

式中：

K—水相渗透率，μm²；

Q—水流量，cm³·s-¹；

μ—水黏度，Pa·s；

L—固结岩心长度，cm；

ΔP—压差，Pa；

A—固结岩心横截面积，cm²。

在步骤6中，抗压强度计算公式：

式中：

Z—固结岩心抗压强度，MPa；

F—固结岩心破裂时的载荷，N；

A—固结岩心的横截面积，cm²。

本发明的有益效果为：本发明可模拟地层温度条件下的化学固砂剂在线固砂效果评价，能够解决传统的固砂方法无法模拟地层温度条件下的化学固砂剂在线固砂效果评价的问题；

本发明可模拟地层压力条件下的化学固砂剂在线固砂效果(渗透率)评价；能够解决传统的固砂方法无法模拟地层压力条件下的化学固砂剂在线固砂效果(渗透率)评价的问题；

本发明可重复多次利用，化学防砂固砂体系固结实验及固砂效果评价实验模拟重复率高；能够解决传统化学防砂固砂体系固结模型重复利用及实验重复性低的问题，能够解决化学防砂固砂体系固砂效果评价的连续性问题。

本发明固结过程(填砂、加压、润湿、胶结、固化)连续无中断，可模拟现场实际情况；能够解决传统的玻璃管填砂法或拌砂法制作固结过程(填砂、加压、润湿、胶结、固化)有中断,不连续，无法模拟现场实际情况的问题。

本发明化学防砂固砂体系固砂效果评价(渗透率)可实现在线，连续无中断，可模拟现场实际情况；能够解决固砂过程与固砂效果评价实验的不连续性问题，提高实验数据准确性；

本发明可同时实现化学固砂剂固砂过程及固砂效果评价，操作简单、便捷；能够解决固砂剂固砂过程及固砂效果评价无法连续开展，需多套评价装置结合才能完成固结体性能评价实验的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：1为驱替泵，2为六通阀，3为蒸馏水中间容器，4为介质水中间容器，5为介质体系中间容器，6为第一阀门，7为第二阀门，8为温压控制模块，9为增压筒，10为上堵头，11为填砂模型筒体，12为加热套，13为下堵头，14为排液阀门，15为量筒，16为支架，17为第一测压点，18为第二测压点，19为体系注入口，20为排液口，21为石英砂；

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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例一

一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，包括注入部分、增压部分、填砂模型部分和温压控制部分，

注入部分包括驱替泵1、蒸馏水中间容器3、介质水中间容器4和介质体系中间容器5，驱替泵1的出液口与出液管路的入液口相连通，在出液管路上设置有六通阀2，六通阀2第一出液口通过第一管路与蒸馏水中间容器3的入液口相连通，蒸馏水中间容器3的出液口通过第二管路分别与增压部分的增压筒9和温压控制部分的温压控制模块8相连通，六通阀2第二出液口通过第三管路分别与介质水中间容器4和介质体系中间容器5的入液口相连通，介质水中间容器4和介质体系中间容器5的出液口通过第四管路分别与增压部分的上堵头10和温压控制部分的温压控制模块8相连通；

增压部分包括增压筒9和上堵头10，增压筒9的下表面与上堵头10的的上表面密封连接，增压筒9与上堵头10之间相连通，以实现增压流体经由增压筒9和上堵头10后流入密封腔内，在上堵头10内形成一体系注入口，用于向填砂模型部分中注入实验流体，上堵头10密封固定在填砂模型部分的填砂模型筒体11上表面；

填砂模型部分包括填砂模型筒体11、下堵头13和量筒15，填砂模型筒体11设置在支架16上，填砂模型筒体11的下表面利用下堵头13进行密封，上堵头10的下表面、填砂模型筒体11的内壁和下堵头13的上表面形成一密封腔，在密封腔内填充有石英砂21，在下堵头13内形成一排液口20，排液口20通过排液管线伸入量筒15内，以实现对排液体积的测量；

温压控制部分包括温压控制模块8和加热套12，加热套12设置在填砂模型筒体11的外壁上，加热套12通过加热管线与温压控制模块8相连通，以实时监测和控制加热套12的温度的目的。

实施例二

在实施例一的基础上，在第二管路上设置有第一阀门6，在第四管路上设置有第二阀门7。

在第二管路上还设置有第一测压点17，在第四管路上还设置有第二测压点18，利用第一测压点17和第二测压点18实时监测实验压力。

在排液管线上设置有排液阀门14。

填砂模型筒体11是由填砂模型左筒体和填砂模型右筒体拼接形成。

实施例三

一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置的评价方法，按照下述步骤进行：

步骤1，通过温压控制模块设定实验所需的油藏温度和地层覆压，控制蒸馏水中间容器中的蒸馏水进入增压筒进行增压后，经由上堵头进入密封腔内进而实现利用蒸馏水量对密封腔内的石英砂增压的目的，控制加热套实现对密封腔内石英砂的加热；

步骤2，开启上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口，通过上堵头内的体系注入口向密封腔内注入地层模拟水直至注入压力稳定，进而实现石英砂润湿的目的，通过上堵头内的体系注入口向密封腔内注入防砂体系直至注入压力稳定，关闭上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口后，恒温固结48h；

步骤3，恒温固结48h后，打开上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口，通过上堵头内的体系注入口注入介质模拟水中间容器中的模拟水直至第二测压点的压力稳定，记录稳定压力值P₃，进而实现固结体渗透率在线测定；

步骤4，通过温压控制模块对注入部分、增压部分和填砂模型部分进行降温和泄压处理后，拆卸填砂模型筒体取出固结体，测量固结体的长度L和直径R，将固结体置于上堵头和下堵头之间，填砂模型部分安装加热套，通过增压部分给固结体持续增压，通过温压控制模块监测第一测压点压力变化，测定油藏温度条件下固结体的抗压强度；

步骤6，根据达西公式和抗压强度计算公式计算固结体的渗透率、渗透率保持率和抗压强度。

在步骤6中，达西公式：

K＝(QμL/ΔpA)×10^-1

式中：

K—水相渗透率，μm²；

Q—水流量，cm³·s-¹；

μ—水黏度，Pa·s；

L—固结岩心长度，cm；

ΔP—压差，Pa；

A—固结岩心横截面积，cm²。

在步骤6中，抗压强度计算公式：

式中：

Z—固结岩心抗压强度，MPa；

F—固结岩心破裂时的载荷，N；

A—固结岩心的横截面积，cm²。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，其特征在于：包括注入部分、增压部分、填砂模型部分和温压控制部分，

所述注入部分包括驱替泵、蒸馏水中间容器、介质水中间容器和介质体系中间容器，所述驱替泵的出液口与出液管路的入液口相连通，在所述出液管路上设置有六通阀，所述六通阀第一出液口通过第一管路与所述蒸馏水中间容器的入液口相连通，所述蒸馏水中间容器的出液口通过第二管路分别与所述增压部分的增压筒和所述温压控制部分的温压控制模块相连通，所述六通阀第二出液口通过第三管路分别与所述介质水中间容器和所述介质体系中间容器的入液口相连通，所述介质水中间容器和所述介质体系中间容器的出液口通过第四管路分别与所述增压部分的上堵头和所述温压控制部分的温压控制模块相连通；

所述增压部分包括增压筒和上堵头，所述增压筒的下表面与所述上堵头的的上表面密封连接，所述增压筒与所述上堵头之间相连通，以实现增压流体经由增压筒和上堵头后流入密封腔内，在所述上堵头内形成一体系注入口，用于向填砂模型部分中注入实验流体，所述上堵头密封固定在所述填砂模型部分的填砂模型筒体上表面；

所述填砂模型部分包括填砂模型筒体、下堵头和量筒，所述填砂模型筒体设置在支架上，所述填砂模型筒体的下表面利用所述下堵头进行密封，所述上堵头的下表面、所述填砂模型筒体的内壁和所述下堵头的上表面形成一密封腔，在所述密封腔内填充有石英砂，在所述下堵头内形成一排液口，所述排液口通过排液管线伸入所述量筒内，以实现对排液体积的测量；

所述温压控制部分包括温压控制模块和加热套，所述加热套设置在所述填砂模型筒体的外壁上，所述加热套通过加热管线与所述温压控制模块相连通，以实时监测和控制加热套的温度的目的。

2.根据权利要求1所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，其特征在于：在所述第二管路上设置有第一阀门，在所述第四管路上设置有第二阀门。

3.根据权利要求1所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，其特征在于：在所述第二管路上还设置有第一测压点，在所述第四管路上还设置有第二测压点，利用第一测压点和第二测压点实时监测实验压力。

4.根据权利要求1所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，其特征在于：在所述排液管线上设置有排液阀门。

5.根据权利要求1所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置，其特征在于：所述填砂模型筒体是由填砂模型左筒体和填砂模型右筒体拼接形成。

6.利用如权利要求1-5任一所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置的评价方法，其特征在于：按照下述步骤进行：

步骤1，通过温压控制模块设定实验所需的油藏温度和地层覆压，控制蒸馏水中间容器中的蒸馏水进入增压筒进行增压后，经由上堵头进入密封腔内进而实现利用蒸馏水量对密封腔内的石英砂增压的目的，控制加热套实现对密封腔内石英砂的加热；

步骤2，开启上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口，通过上堵头内的体系注入口向密封腔内注入地层模拟水直至注入压力稳定，进而实现石英砂润湿的目的，通过上堵头内的体系注入口向密封腔内注入防砂体系直至注入压力稳定，关闭上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口后，恒温固结48h；

步骤3，恒温固结48h后，打开上堵头内的体系注入口和下堵头内的排液口，通过上堵头内的体系注入口注入介质模拟水中间容器中的模拟水直至第二测压点的压力稳定，记录稳定压力值P₃，进而实现固结体渗透率在线测定；

步骤4，通过温压控制模块对注入部分、增压部分和填砂模型部分进行降温和泄压处理后，拆卸填砂模型筒体取出固结体，测量固结体的长度L和直径R，将固结体置于上堵头和下堵头之间，填砂模型部分安装加热套，通过增压部分给固结体持续增压，通过温压控制模块监测第一测压点压力变化，测定油藏温度条件下固结体的抗压强度；

步骤6，根据达西公式和抗压强度计算公式计算固结体的渗透率、渗透率保持率和抗压强度。

7.根据权利要求6所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置的评价方法，其特征在于：在步骤6中，达西公式：

K＝(Q_μL/ΔpA)×10^-1

式中：

K—水相渗透率，μm²；

Q—水流量，cm³·s^-1；

μ—水黏度，Pa·s；

L—固结岩心长度，cm；

ΔP—压差，Pa；

A—固结岩心横截面积，cm²。

8.根据权利要求6所述的一种用于化学固砂剂固砂效果在线评价装置的评价方法，其特征在于：在步骤6中，抗压强度计算公式：

式中：

Z—固结岩心抗压强度，MPa；

F—固结岩心破裂时的载荷，N；

A—固结岩心的横截面积，cm²。