CN115306370A - 一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置及方法，方法包括：组装两套测试装置并装填测试岩心，分别测试聚合物溶液和实验盐水的表观黏度，使用实验盐水驱替岩心，通过记录的压力传感器的压力数据，计算出岩心的水测渗透率和毛细管导流装置的渗透率；使用目标聚合物溶液驱替岩心，计算驱替岩心内的阻力系数；根据毛细管导流装置进出口的压力数据，计算出不同驱替压差下的有效黏度，再根据驱替岩心内的实时阻力系数和实时有效黏度计算出不同时间条件下残余阻力系数，本发明在计算聚合物残余阻力系数上，实现了能进行实时获取残余阻力系数值和变化情况，提高了对聚合物溶液在多孔介质中残余阻力系数的测算准确度。
Description
技术领域
本发明涉及石油技术领域，具体涉及一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置及方法。
背景技术
聚合物驱是把水溶性聚合物加到注水井中以增加注入水的黏度，使油的流动能力相对提高，从而提高油田采收率。聚合物驱在我国经过多年的矿场先导性试验，能提高采收率8％～10％，目前在油田已形成了一定规模的工业化生产能力，成为油田新的增储上产措施。
阻力系数和残余阻力系数是影响聚合物流度控制能力作用大小的两个关键参数，其中，阻力系数是指反映聚合物降低驱动介质流动能力的指标，残余阻力系数是指聚合物溶液降低多孔介质渗流能力的指标。现有的测试方法如下(施雷庭、朱诗杰等.聚集行为对聚合物溶液性能的影响研究[J].应用化工)：①混注水以1mL/min注入速度驱替岩心，记录水驱平稳压力计Pw1，测定计算岩心的孔隙度和渗透率；②将浓度2000mg/L的聚合物溶液以1mL/min注入岩心，在出口端每隔一段时间取一个样，并随时测定样品中的聚合物浓度，直到出口端聚合物溶液的浓度等于入口端的聚合物浓度，并记录入口压力Pp1，计算阻力系数如公式5；③将实验盐水以1mL/min的速度注入岩心，在出口端每隔一段时间取一个样，并随时测定样品中的聚合物浓度，直到出口端聚合物浓度为零，并记录入口压力Pw2，计算残余阻力系数如公式6。
这是聚合物驱油行业标准的方法，但是残余阻力系数的获取十分依赖于后续水驱过程中的影响，注入速度的增加、注入方式的改变都会严重影响聚合物的残余阻力系数构建，残余阻力系数是油藏数值模拟聚合物驱过程中的重要参数，外在影响会降低模拟或者认识的准确性，造成残余阻力系数计算不准确；并且模拟计算中得到的是稳定后的残余阻力系数，无法得到实时的残余阻力系数的变化，实验数据不完善，不便于后面实验的运用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置及方法,本发明可以有效测试聚合物溶液通过岩心多孔介质时，由于黏性阻力和弹性形变、吸附滞留所导致的有效黏度；并得到实时变化的残余阻力系数，让研究更加符合真实渗流特征，提高对聚合物溶液在多孔介质中残余阻力系数的测算准确度。
本发明采用下述的技术方案：
一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，包括岩心夹持器，所述岩心夹持器内依次设有稳态管柱、胶皮套、非稳态管柱，所述胶皮套内设有岩心，所述岩心和非稳态管柱之间设有毛细管导流装置，所述稳态管柱的内孔径为 1mm-2mm，所述非稳态管柱的内孔径为0.1mm-1mm，所述稳态管柱入口端和中段分别设有压力传感器一和压力传感器二，所述胶皮套内岩心入口端和出口端分别设有压力传感器三和压力传感器四，所述毛细管导流装置出口端设有压力传感器五；通过收集多个压力传感器的值，进行实验计算，压力传感器为高精度压力传感器。
进一步的，所述岩心和稳态管柱之间设有径向导流片；便于待测液驱替入岩心。
进一步的，所述稳态管柱的内孔径为2mm。
进一步的，所述非稳态管柱的内孔径为1mm。
进一步的，所述毛细管导流装置为多孔隙结构，毛细管导流装置的孔径为 0.01-0.1mm。
一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验方法，采用上述的测试装置进行测试，包括以下步骤：
步骤一：分别组装聚合物溶液和实验盐水的测试装置并装填测试岩心，连接驱替注入装置；待测液体通过驱替注入装置从稳态管柱中进入，稳态管柱内的液体由于管柱内孔径小且大小不变，此时液体在稳态管柱内处于稳定状态；
步骤二：按照相同速度驱替岩心，分别测试聚合物溶液和实验盐水的表观黏度；
步骤三：使用实验盐水驱替岩心，记录每一个压力传感器的压力数据，并计算出岩心的水测渗透率和毛细管导流装置的渗透率；
步骤四：使用目标聚合物溶液驱替岩心，根据记录驱替过程中压力传感器的压力数据，并计算驱替岩心内的阻力系数RF；
步骤五：根据毛细管导流装置进出口的压力数据，计算出不同驱替压差下的有效黏度μp2，再根据驱替岩心内的实时阻力系数RF和实时有效黏度μp2计算出不同时间条件下残余阻力系数RFF。
进一步的，所述步骤三中岩心的水测渗透率k1根据压力传感器三和压力传感器四的压差△Pw1计算，毛细管导流装置的渗透率k2根据压力传感器四和压力传感器五压差△Pw2计算，,渗透率计算公式为达西公式，如下:
进一步的，所述步骤四中通过测压力传感器三和压力传感器四的压力数据，计算出聚合物驱过程中岩心的压差△PP，再根据压差△PP计算阻力系数RF，公式如下：
进一步的，所述步骤五中不同驱替压差下的有效黏度μp2，是通过记录压力传感器驱替过程中每个时段的压力数据，并计算出各个时段压力传感器四和压力传感器五的压力差，通过毛细管测试流体黏度公式计算出各个时段有效黏度μp2的值，毛细管测试流体黏度公式如下：
再通过公式4计算出各个时段残余阻力系数RFF值，公式如下：
压力传感器四和压力传感器五的压力差数据代表聚合物溶液刚流出多孔介质时遭遇弹性形变尚未变形恢复，每一种聚合物溶液弹性形变后都会恢复的松弛时间，并且通过岩心过程中达到了稳定渗流，所以可以根据公式3计算。
本发明的有益效果是：
本发明克服了常规条件下，聚合物溶液在岩心驱替过程中需要通过后续水驱的手段测试残余阻力系数，避免了不同条件后续水驱带来的影响，实现了聚合物驱过程对于残余阻力系数的获取，所得参数更符合现场聚合物驱过程的表征，获得更准确和实时变化的残余阻力系数数据组，提高了聚合物驱应用中的实际残余阻力系数参数的精准性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明装置结构示意图；
图3为毛细通道管柱测试的黏度值变化曲线；
图中：
1-岩心夹持器、2-稳态管柱、3-胶皮套、4-非稳态管柱、5-岩心、6-毛细管导流装置、7-径向导流片、8-压力传感器一、9-压力传感器二、10-压力传感器三、11-压力传感器四、12-压力传感器五。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明提供一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，包括岩心夹持器1，所述岩心夹持器1内依次设有稳态管柱2、胶皮套3、非稳态管柱4，所述胶皮套3内设有岩心5，所述岩心5和稳态管柱2之间设有径向导流片7，岩心5和非稳态管柱4之间设有孔径为0.1mm的毛细管导流装置 6，所述稳态管柱2的内孔径为2mm，所述非稳态管柱4的内孔径为1mm，非稳态管柱4至少是稳态管柱2的孔径的1/2，所述稳态管柱2入口端和中段分别设有压力传感器一8和压力传感器二9，所述胶皮套3内岩心5入口端和出口端分别设有压力传感器三10和压力传感器四11，所述毛细管导流装置6出口端设有压力传感器五12。
本发明提到的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验方法，包括：
步骤一：组装两个测试装置，并装填测试岩心，岩心尺寸为φ25×100mm，连接驱替注入装置，包括注入泵、中间容器、夹持装置、高精度压力传感器， 4cm厚的毛细管导流装置和数据采集器等；其中两个中间容器中分别填装实验盐水和浓度为1000mg/L的AP-P4聚合物溶液。
步骤二：分别测试实验盐水和AP-P4聚合物的表观黏度，其中实验盐水的表观黏度为0.9mPa·s，AP-P4聚合物溶液的表观黏度为53mPa·s。
步骤三：使用实验盐水按照0.016mL/s的流速驱替岩心5，记录压力传感器的压力数据，根据压力传感器三10和压力传感器四11的压差△Pw1计算岩心的水测渗透率k1，根据压力传感器四11和压力传感器五12压差△Pw2计算毛细管导流装置的渗透率k2，渗透率计算公式为达西公式，如下:
通过压力传感器记录△Pw1＝0.0016MPa，得到的水测渗透率k1＝1890mD；△ Pw2＝0.0012MPa，得到毛细管导流装置的渗透率k2＝2502mD；并计算出岩心5的水测渗透率和毛细管导流装置的渗透率；
步骤四：AP-P4聚合物按照按照0.016mL/s的流速驱替岩心5，记录测试驱替过程中的每一个测压点压力数据；通过测压力传感器一8和压力传感器二9的压力数据，当聚合物没有压缩形变时，在一定流度条件下的注入溶液黏度μp1可通过毛细管测试流体黏度公式计算，并绘制如图3注入时间与溶液黏度μp1的关系曲线图，计算公式如下：
根据测压力传感器三10和压力传感器四11的压力数据，计算出聚合物驱过程中岩心的压差△PP，再根据压差△PP计算阻力系数RF，公式如下：
通过记录的压力数据得到聚合物驱过程岩心的压差△PP＝0.344MPa，计算出阻力系数RF＝213。
步骤五：压力传感器四11和压力传感器五12的压力差数据代表聚合物溶液刚流出多孔介质时遭遇弹性形变尚未变形恢复，每一种聚合物溶液弹性形变后都会恢复的松弛时间，并且通过岩心过程中达到了稳定渗流，可以通过公式2 结合这两点之间的压差，压差范围为0.045-0.048MPa,计算产出聚合物溶液的有效黏度μp2，如表1：
表1不同驱替压差实验下的有效黏度μp2
| D与E之间的压差 | 有效黏度μ<sub>p2</sub> |
| 0.045221 | 83.2 |
| 0.046363 | 85.3 |
| 0.046961 | 86.4 |
| 0.047395 | 87.2 |
| 0.047939 | 88.2 |
| 0.046852 | 86.2 |
| 0.046363 | 85.3 |
| 0.046852 | 86.2 |
当μp2≥μp1，则表明聚合物溶液在多孔介质中的有效黏度高于剪切黏度，有效黏度＝剪切黏度+弹性黏度，聚合物溶液在多孔介质中产生了相关弹性黏度；
当μp2＜μp1，则表明聚合物溶液在多孔介质中的有效黏度低于剪切黏度，则需要重新检测，查看压力传感器是否损坏或需要重新校订；
通过公式4计算出各个时段残余阻力系数RFF值，公式如下：
根据公式4计算可得下表2，不同时间条件下聚合物溶液通过多孔介质岩心时，形成的残余阻力系数RFF：
表2不同时间条件下的RFF
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 有效黏度μ<sub>p2</sub> | 83.2 | 85.3 | 86.4 | 87.2 | 88.2 | 86.2 | 85.3 |
| RFF | 2.6 | 2.5 | 2.5 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.5 |
本发明所得到的不同时间条件下的残余阻力系数数据组，更符合真实渗流特征，受到的其他实验因素影响更小，更精准，为进行更好的聚合物驱奠定实验基础，有利于广泛使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，其特征在于，包括岩心夹持器(1)，所述岩心夹持器(1)内依次设有稳态管柱(2)、胶皮套(3)、非稳态管柱(4)，所述胶皮套(3)内设有岩心(5)，所述岩心(5)和非稳态管柱(4)之间设有毛细管导流装置(6)，所述稳态管柱(2)的内孔径为0.5mm-2mm，所述非稳态管柱(4)的内孔径为0.1mm-1mm，所述稳态管柱(2)入口端和中段分别设有压力传感器一(8)和压力传感器二(9)，所述胶皮套(3)内岩心(5)入口端和出口端分别设有压力传感器三(10)和压力传感器四(11)，所述毛细管导流装置(6)出口端设有压力传感器五(12)。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，其特征在于，所述岩心(5)和稳态管柱(2)之间设有径向导流片(7)。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，其特征在于，所述稳态管柱(2)的内孔径为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，其特征在于，所述非稳态管柱(4)的内孔径为1mm。
5.根据权利要求4所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验装置，其特征在于，所述毛细管导流装置(6)为多孔隙结构，毛细管导流装置(6)的孔径为0.01-0.1mm。
6.一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的测试装置进行测试，包括以下步骤：
步骤一：分别组装聚合物溶液和实验盐水的测试装置并装填测试岩心(5)，连接驱替注入装置；
步骤二：按照相同速度驱替岩心(5)，分别测试聚合物溶液和实验盐水的表观黏度；
步骤三：使用实验盐水驱替岩心(5)，记录每一个压力传感器的压力数据，并计算出岩心(5)的水测渗透率和毛细管导流装置的渗透率；
步骤四：使用目标聚合物溶液驱替岩心(5)，根据记录驱替过程中压力传感器的压力数据，计算驱替岩心内的阻力系数RF；
步骤五：根据毛细管导流装置进出口的压力数据，计算出不同驱替压差下的有效黏度μp2，再根据驱替岩心内的阻力系数RF和实时有效黏度μp2计算出实时残余阻力系数RFF。
7.根据权利要求6所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验方法，其特征在于，所述步骤三中岩心的水测渗透率k1根据压力传感器三(10)和压力传感器四(11)的压差△Pw1计算，毛细管导流装置的渗透率k2根据压力传感器四(11)和压力传感器五(12)压差△Pw2计算，,渗透率计算公式为达西公式，如下:
式中，K-渗透率，单位为D；A-横截面积，单位为cm2；μ-流体黏度，单位为mPa·s；L-模型长度，单位为cm；△P-驱替压差，单位为MPa；Q-驱替流量，单位为cm3/s。
8.根据权利要求6所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验方法，其特征在于，所述步骤四中通过测压力传感器三(10)和压力传感器四(11)的压力数据，计算出聚合物驱过程中岩心的压差△PP，再根据压差△PP计算阻力系数RF，公式如下：
式中，△PP为聚合物驱岩心的压差，单位为MPa；△Pw1为水驱岩心的压差，单位为MPa。
9.根据根据权利要求6所述的一种在线监测聚合物残余阻力系数的实验方法，其特征在于，所述步骤五中不同驱替压差下的有效黏度μp2，是通过记录压力传感器驱替过程中每个时段的压力数据，并计算出各个时段压力传感器四(11)和压力传感器五(12)的压力差，通过毛细管测试流体黏度公式计算出各个时段有效黏度μp2的值，毛细管测试流体黏度公式如下：
式中，r-管柱半径，单位为D；μ-流体黏度，单位为mPa·s；L-模型长度，单位为cm；△P-驱替压差，单位为MPa；v-驱替速度，单位为cm/s；
再通过公式4计算出各个时段残余阻力系数RFF值，公式如下：
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