專利名稱：：研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種研究油氣田儲層的室內(nèi)實驗裝置，特別涉及實驗壓裂酸化流體發(fā)生的液體之間粘性指進現(xiàn)象的裝置，具體地說是對壓裂酸化施工在儲層形成的裂縫中的不同流體之間可能存在的粘性指進進行測試研究的裝置。
背景技術(shù)：
：在油氣儲層特別是低滲油氣層勘探開發(fā)過程中，壓裂酸化技術(shù)是通常采用的改造儲層增產(chǎn)增注主要的措施。壓裂酸化流體的粘性指進是有效改造儲層的主要技術(shù)之一，主要過程為首先注入高粘度、非牛頓流體作為前置液產(chǎn)生裂縫，粘性膠凝液造縫，然后向縫中注入低粘酸液，或者交替注入高粘和低粘液體。低粘酸液在高粘膠凝液中高速指進且流動不均勻，酸以指進的方式驅(qū)替高粘度前置液，因此能夠穿透并且不均勻的刻蝕裂縫壁面，造成油氣流出的通道因此在壓裂過后，裂縫內(nèi)壓力撤銷的時候，可以在地層內(nèi)留下一個具有導(dǎo)流性能的通道。而達到改造儲層增產(chǎn)增注的目的。壓裂酸化流體粘性指進措施技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)被世界上大部分油田的應(yīng)用證實是有效的。由一種低粘度流體驅(qū)替另一種流體過程而導(dǎo)致的粘性指進的不穩(wěn)定過程，己經(jīng)是多年來研究人員所普遍關(guān)注的問題。在之前已經(jīng)有諸如小型平行板模型，Hele-Shaw模型(參考文獻1-5)或孔隙內(nèi)模型(參考文獻6-9)來進行兩種流體驅(qū)替模擬和粘性指進的研究。典型的Hele-Shaw盒是由兩塊相隔很小距離的平板玻璃組成的。孔隙內(nèi)模型的改進則是在兩塊玻璃板中夾有被風(fēng)化后的砂粒介質(zhì)層，以期更客觀的反映多孔介質(zhì)的無規(guī)性性質(zhì)?？紫秲?nèi)模型外觀尺寸為137.5X137.5X40mm?？紫秲?nèi)模型兩端有孔徑約為1毫米的注入孔道和排液道，模型孔隙介質(zhì)層的實際尺寸為125X125X0.7mm。比較經(jīng)典成熟的流體驅(qū)替理論研究，都是通過Hele-Shaw模型，使用較小粘度的牛頓流體驅(qū)替另一種粘度的牛頓流體，來試驗研究兩種流體發(fā)生驅(qū)替的狀態(tài)。參考文獻如下1.Benham,A.L.&Olson,R.W.，Amodelstudyofviscousfingering.Soc.Pet.Eng.J.(Junel963)，p.138.2.Perkins,T.K.，Johnston,0.C.&Hofman，R.N.，Mechanicsofviscousfingeringinmisciblesystems.Soc.Pet.Eng.丄(December1965),p.301.3.Blackwell，R.丄，Rayne，J.R.&Terry，W.)!.，F(xiàn)actorsinfluencingtheefficiencyofmiscibledisplacement.Trans.AIME(1960)，219，264.4.Varnon，J.E.&Greenkorn，R，A.，Unstabletwo—fluidflowinaporousmedium.Soc.Pet,Eng.J.(S印tember1969)，p.293，5.Gupta，S.P"Varnon,J".E.&Greenkorn,R.A.，ViscousfingerwavelengthdegenerationinHele-Shawmodels.WaterResourcesResearch，(Augustl973).no.4，p.1039.6.Gupta，S.P.&Greenkorn，R.A.，Anexperimentalstudyofimmiscibledisplacement.WaterResourcesResearchg,(April1974)，no.2，p.371.7.0fferinga，J.&vanderPoel，C，，Displacementofoilfromporousmediabymiscibleliquids.Trans.AIME(1954)201,p，311.8.Koval,E.J.，Amethodforpredictingtheperformanceofunstablemiscibledisplacementinheterogeneousmedia.Soc.Pet.Eng.J.(Junel963)，p.145.9.Perkins,T.K.&Johnston,0.C.，Astudyofimmisciblefingeringinlinearmodels,Soc.Pet.Eng.J.(Marchl969)，p.39.上面講述的粘性指進的研究都是針對兩種牛頓流體之間驅(qū)替過程進行的，目前還沒有對于適用于壓裂酸化過程中出現(xiàn)的一種非牛頓流體被牛頓流體驅(qū)替過程中粘性指進方面的研究報道。然而對于壓裂酸化流體來說，其流體均為非牛頓流體，其粘性指進過程中所涉及到的一種非牛頓流體驅(qū)替另一種非牛頓流體，且這種不穩(wěn)定驅(qū)替過程發(fā)生在裂縫中，裂縫不擴幾何形狀和液體流動的狀態(tài)也遠不是Hele-Shaw模型和孔隙內(nèi)模型所能夠模擬的，相關(guān)研究及其研究設(shè)備在已有的文獻中少之又少。由以上可見，要研究壓裂酸化流體粘性指進，其實驗裝置應(yīng)該是能夠模擬儲層實際的裂縫幾何形狀和受力分布；實驗裝置還應(yīng)該是能夠計量并以不同泵速來泵入不同粘度的非牛頓性質(zhì)的壓裂酸化流體；實驗裝置的裂縫幾何形狀和泵入速度的比值關(guān)系應(yīng)該反映實際礦場條件下儲層形成裂縫內(nèi)的流體遇到的情況;實驗裝置裂縫受力并不受外力特別是不能均勻分布的點壓力影響；實驗裝置結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡便，可操作性強。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種用于研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，以便進行模擬壓裂酸化工程的兩種或多種交替注入的非牛頓流體在裂縫中可能出現(xiàn)的粘性指進研究。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是用于研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，包括透明平行板、泵送系統(tǒng)、帶活塞的中間容器、管閥件、回壓調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、排空閥和放空閥。其特征在于透明平行板包括兩塊透明板。兩塊透明板的長度在1000-8000mm之間，寬度在200-1000mm之間。兩塊透明板四周邊粘接并密封，四周邊的寬度在60—100mm之間。在兩塊透明板中間有5-20mm之間的長方形模擬隙縫，即兩塊透明板之間夾有5-20mm之間的長方形模擬隙縫。模擬裂縫的長度和高符合常規(guī)水力壓裂裂縫的幾何形狀。透明平行板側(cè)立放置，在透明平行板的側(cè)面和/或上端面有多個測試孔，測試孔與模擬隙縫相聯(lián)通，測試孔中分別固定有壓力傳感器，透明平行板上端面固定有放氣閥，放氣閥與模擬隙縫相聯(lián)通，放氣閥能使壓裂酸化流體全部充滿整個模擬裂縫。透明平行板的下端面固定有排空閥，排空閥與模擬隙縫相聯(lián)通，排空閥能使整個模擬裂縫內(nèi)的流體迅速排空。透明平行板左右兩端面均布有3—10連接孔，連接孔與模擬隙縫相聯(lián)通，連接孔中分別固定有實驗流體入口管閥件和出口管閥件，入口管閥件和出口管閥件的數(shù)量分別在3—IO個之間。為了制作方便，在制作時兩塊透明板，其中一塊厚透明板的厚度30-80mm之間，另一塊薄透明板厚度在10-60mm之間。在厚透明板的一側(cè)面有深度為5-20mra之間的長方形凹槽。凹槽的四周邊到厚透明板的四周邊的長度在60—100mm之間。兩塊透明板的四周粘接。泵送系統(tǒng)包括計量泵和管閥件，泵送系統(tǒng)出口管閥件至少連接兩個中間容器的入口。計量泵為排量在0.01—1001/min無級調(diào)整的計量泵，計量泵的輸送排量誤差《1%。中間容器為不銹鋼內(nèi)襯聚四氟乙烯塑料制成的容器，中間容器內(nèi)有活塞或隔膜，其活塞或隔膜用于保證將計量泵輸出的動力液和實驗流體隔離，以便用同一計量泵給不同的實驗液體輸送動力。中間容器的出口有管閥件連接分流器入口。分流器的出口有管閥件連接透明平行板的入口管閥件。透明平行板出口管閥件連接有匯合器，將透明平行板出口管閥件流出的實驗流體匯合在一起。匯合器的出口連接有回壓調(diào)節(jié)器。透明平行板側(cè)面多個連接孔均勻分布，連接孔的密度為每米13孔。連接孔的孔徑為8mm。實驗過程中，重要的是使模擬裂縫的幾何尺寸和泵送系統(tǒng)的排量成比例關(guān)系。該比例關(guān)系的確定主要是通過調(diào)整泵送系統(tǒng)的排量適應(yīng)模擬裂縫尺寸，達到模擬裂縫內(nèi)流體流動的線速度或者模擬裂縫對液體的流動剪切速率與礦場的壓裂酸化流體遇到的實際線速度或剪切速率相比較，具有符合相似為準。所述管閥件為不銹鋼材料，市場流通常見產(chǎn)品，符合耐壓規(guī)定的管閥件均可使用；所述回壓調(diào)節(jié)器為市場流通常見產(chǎn)品，能夠使整個系統(tǒng)保持在研究要求的壓力即可；所述壓力傳感器為市場流通常見產(chǎn)品，能夠采集裂縫系統(tǒng)內(nèi)的壓力數(shù)值即可；如放氣閥、排空法、接入的管閥件均為市場流通常見產(chǎn)品，需要將其與透明薄板預(yù)留測試孔粘結(jié)，保持密封即可。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明能完成模擬油田壓裂酸化施工過程的兩種或多種交替注入的非牛頓流體在裂縫中可能出現(xiàn)的粘性指進研究。通過透明平行板裝置來模擬、研究地層中壓裂酸化流體的粘性指進情況，不僅可以直接觀察流體流動過程，更可以采集實驗數(shù)據(jù)進行相關(guān)擬合與計算。已有的試驗結(jié)果顯示，流體粘度比、流體注入速率、模擬裂縫寬度被認定是控制粘性指進過程的重要變量參數(shù)；指進過程還與流體密度差、溫度剖面、縫內(nèi)壓力分布等因素有關(guān)。實驗過程可以定量進行分析，并且對于酸化壓裂措施中粘性指進的情況有一定的指導(dǎo)意義?？梢杂^測和測量壓裂酸化流體在不同粘度差、密度差以及不同排量情況下出現(xiàn)粘性指進的時機和程度，進行相關(guān)科學(xué)研究。本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單，便于實驗操作的特點。圖1是本發(fā)明的用于研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置示意圖。圖中，l.泵送系統(tǒng)，2.帶活塞的中間容器，3.管閥件，4.壓力傳感器，5.透明平行板裂縫，6.排空閥，7.放空閥，8.回壓調(diào)節(jié)器，9.匯合器，IO.分流器。具體實施例方式下面將以實例進一歩闡明本發(fā)明用于研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置的結(jié)構(gòu)。實施例1:參閱附圖1。用于研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，包括透明平行板5、泵送系統(tǒng)l、帶活塞的中間容器2、管閥件3、回壓調(diào)節(jié)器8、壓力傳感器4、排空閥6和放空閥7。透明平行板5采用兩塊透明板粘接而成的。兩塊透明板為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料制成，聚甲基丙烯酸甲酯的分子式-[CH3CH2COOCH3]-n。兩塊透明板的長度為2m，寬度為0.45m。其中一塊厚透明板的厚度為40mm，另一塊薄透明板厚度20mm。在厚透明板的內(nèi)側(cè)面有深度為8mm的長方形凹槽，凹槽的長1.9m，寬0.25m。兩塊透明板四周粘接并密封，在兩塊透明板之間形成8mm的模擬隙縫。粘接劑采用市場流通常見產(chǎn)品如三氯甲烷。透明平行板5側(cè)立放置，由工字型鋼固定。工字型鋼對透明平行板5側(cè)面的固定點受力均勻。用工字型鋼夾緊以防止透明平行板5裂縫開裂，工字型鋼的夾力應(yīng)該是均勻的受力。在透明平行板5的側(cè)面上部有3個測試孔，側(cè)面下部有1個測試孔，即測試孔分布在靠近左右端面附近。測試孔與模擬隙縫相聯(lián)通。測試孔中分別固定有壓力傳感器4。即用三氯甲垸粘接劑涂在壓力傳感器4的螺紋桿上并旋緊，起到固定和密封作用。透明平行板5上側(cè)面固定有放氣閥6，透明平行板5的下測面固定有排空閥7。透明平行板5左右兩端面各均勻分布有3個連接孔，連接孔的密度符合每米13孔。連接孔的孔徑為8mm。連接孔中分別固定有實驗流體入口管閥件和出口管閥件。泵送系統(tǒng)1包括計量泵和管閥件3，泵送系統(tǒng)1出口管閥件3連接兩個中間容器2的入口。計量泵為排量在0.Ol—lOO1/min無級調(diào)整的計量泵，計量泵的輸送排量誤差0.25%，計量泵的型號為采用市場上常見達到要求的柱塞泵即可。其泵入的最高壓力只要滿足泵入不同液體的要求即可，對于壓裂酸化專業(yè)研究遇到的液體，通常可選用泵壓在達l-10MPa范圍可以調(diào)整的柱塞泵就可以滿足常用液體的泵注要求。中間容器2為不銹鋼內(nèi)襯聚四氟乙烯塑料制成的容器，中間容器2內(nèi)有活塞。中間容器2的出口有管閥件連接分流器10入口。分流器IO的出口有3個。分流器10的出口有管閥件連接透明平行板5的入口管閥件。透明平行板5有3個出口管閥件3連接有匯合器9，匯合器9的出口連接有回壓調(diào)節(jié)器8?；貕赫{(diào)節(jié)器8的型號為市場常見的金屬膜片回壓調(diào)節(jié)器即可?；貕赫{(diào)節(jié)器8的最高設(shè)定值是計量泵1的額定輸出壓力，此時液體保持靜止，但通常情況下除非將來利用本設(shè)備的研究項目有特別要求，大多數(shù)情況下回壓調(diào)節(jié)器8的設(shè)定可設(shè)定回壓為大氣壓。簡述實驗過程，有助于理解本發(fā)明。準備工作包括在模型內(nèi)充滿清水；在帶活塞的中間容器2中事先裝好將要實驗的不同液體以便之后使用計量泵向中間容器2施加壓力并這些不同的液體在需要的不同時段注入到平行板中去。準備工作中所述的不同液體包括不同粘度、密度的壓裂酸化工作液或模擬的工作液，將根據(jù)科研工作的需要自行設(shè)計液體的組成和泵入的先后次序。通常情況下的不同工作液可以分別注入，以在后面注入的驅(qū)替先行注入的液體完成驅(qū)替實驗，包括使用水基壓裂液的基液、凍膠、酸液和稠化酸、乳化酸、交聯(lián)酸以及鹽水進行相關(guān)實驗。采用不同排量進行對比實驗。并用攝像機通過透明平行板5觀察和記錄不同液體間的界面狀況、是否發(fā)生粘性指進、開始發(fā)生粘性指進的時間、發(fā)生粘性指進的穩(wěn)定狀態(tài)時間、粘性指進現(xiàn)象發(fā)生后不同液體的形狀等等用于研究的參數(shù)或現(xiàn)象。研究事例之一是單純粘度比值，低粘驅(qū)替高粘液體實驗。分別使用了清水驅(qū)替濃度為0.3%的羥丙基瓜爾膠水溶液和濃度為0.6%的羥丙基瓜爾膠水溶液。在300ml/min下沒有發(fā)現(xiàn)粘性指進現(xiàn)象，提高到500ml/min以上，發(fā)現(xiàn)被驅(qū)替的0.3%的羥丙基瓜爾膠水溶液出現(xiàn)的是舌狀粘性指進，被驅(qū)替的0.3%的羥丙基瓜爾膠水溶液出現(xiàn)的是細長花狀粘性指進，此時的泵壓大約為0.2MPa左右。指進過程中首先是一段不穩(wěn)態(tài)，這個階段指進的發(fā)展在長度和寬度上面都有增長，然后進入擬穩(wěn)定態(tài)，這個階段指進的高度已經(jīng)達到了穩(wěn)定高度，因此至今高度不會增加，僅僅是在長度上面不斷增加。且隨著粘度比率的增加，指進主體部分的高度降低。在非常高的粘度比條件下(600:l和900:1)，指進的發(fā)展將以樹枝狀邊沿支狀增長。指進高度的增加依靠的是增加注入速率，較低的注入速率限制了鄰近射孔孔眼指進垂直高度的發(fā)展，由此也減少了這一區(qū)域指狀合并的可能性。實驗中進行了液體可以由單一孔眼或兩個甚至三個孔眼進入的不同情況。實驗中由兩個射入口形成的單個指進高度要比由單個入口形成的指進高度小，主要是在一定的距離后，兩個分別的指進發(fā)生了合并。不考慮注入口數(shù)量的不同，實驗的其他條件如兩液體粘度比、注入速率和裂縫寬度是在相似條件下進行的，實驗表明在已存在的指進高度有一個自穩(wěn)定傾向。要防止兩個相鄰孔眼指進發(fā)生合并，需要足夠?qū)挼纳淇卓籽劭臻g的距離。實驗中進行了液體密度差的粘性指進試驗。凝膠體系與酸的密度差的使用是為了防止酸化壓裂過程中酸進入水域中而在現(xiàn)場常用的措施。然而，通常實驗中兩種液體(凝膠和低粘度液體)之間的密度差對粘性指進的影響可以忽略，這主要是重力因素(垂直方向)的影響要小于粘性因素(水平方向)。但是在極端情況下，如使用密度為1.1g/cm3以上的鹽水(低粘)來驅(qū)替密度僅僅為1.01g/cm3左右的液體時，其粘性指進現(xiàn)象明顯區(qū)別于密度接近的低粘液體驅(qū)替高粘液體的情況，受重力影響使得粘性指進的走向大幅度的向下。權(quán)利要求1、一種研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，包括透明平行板(5)、泵送系統(tǒng)(1)、帶活塞的中間容器(2)、管閥件(3)、回壓調(diào)節(jié)器(8)、壓力傳感器(4)、排空閥(6)和放空閥(7)，其特征在于透明平行板(5)包括兩塊透明板，兩塊透明板的長度分別在1000-8000mm之間，寬度在200-1000mm之間，兩塊透明板四周邊粘接并密封，四周邊的寬度在60—100mm之間，在兩塊透明板中間有5-20mm之間的長方形模擬隙縫，即兩塊透明板之間夾有深度為5-20mm之間的長方形隙縫，透明平行板(5)側(cè)立放置，在透明平行板(5)的側(cè)面和/或上端面有多個測試孔，測試孔與模擬隙縫相聯(lián)通，測試孔中分別固定有壓力傳感器(4)，透明平行板(5)上端面固定有放氣閥(6)，透明平行板(5)的下端面固定有排空閥(7)，放氣閥(6)和排空閥(7)與模擬隙縫相聯(lián)通，透明平行板(5)左右兩端面均布有3—10連接孔，連接孔與模擬隙縫相聯(lián)通，連接孔中分別固定有實驗流體入口管閥件和出口管閥件，入口管閥件(3)和出口管閥件(3)的數(shù)量分別在3—10個之間；泵送系統(tǒng)(1)包括計量泵和管閥件(3)，泵送系統(tǒng)(1)出口管閥件(3)至少連接兩個中間容器(2)的入口，計量泵為排量在0.01-100l/min無級調(diào)整的計量泵，計量泵的輸送排量誤差≤1％；中間容器(2)為不銹鋼內(nèi)襯聚四氟乙烯塑料制成的容器，中間容器(2)內(nèi)有活塞或隔膜，中間容器(2)的出口有管閥件連接分流器(10)入口，分流器(10)的出口有管閥件連接透明平行板(5)的入口管閥件；透明平行板(5)出口管閥件連接有匯合器(9)，匯合器(9)的出口連接有回壓調(diào)節(jié)器(8)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，其特征在于所述的兩塊透明板其中一塊厚透明板的厚度30-80mm之間，另一塊薄透明板厚度在10-60隱之間，在厚透明板的內(nèi)側(cè)面有深度為5-20mm之間的長方形凹槽，凹槽的四周邊到厚透明板的四周邊的長度在60—100mm之間。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，其特征在于透明平行板(5)側(cè)面連接孔均勻分布，連接孔的密度為每米13孔，連接孔的孔徑為8mm。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，其特征在于兩塊透明板為聚甲基丙烯酸甲酯(P薩A)材料制成。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，其特征在于透明平行板(5)由工字型鋼固定，工字型鋼對透明平行板(5)側(cè)面的固定點受力均勻。全文摘要研究壓裂酸化流體粘性指進的透明平行板裝置，應(yīng)用于油田壓裂酸化施工的粘性指進測試研究。特征是透明平行板由兩塊透明板四周粘接，在兩塊透明板之間形成寬度為5-20mm之間的模擬隙縫。在透明平行板的側(cè)面固定有壓力傳感器。透明平行板上固定有放氣閥和排空閥，左右兩端面有實驗流體入口和出口。泵送系統(tǒng)出口連接兩個中間容器的入口。中間容器內(nèi)有活塞或隔膜。中間容器的出口連接分流器入口。分流器的出口件連接透明平行板的入口。透明平行板出口連接有匯合器，匯合器的出口連接有回壓調(diào)節(jié)器。效果是本發(fā)明能觀測和測量壓裂酸化流體在不同粘度差、密度差以及不同排量情況下出現(xiàn)粘性指進的時機和程度，進行相關(guān)科學(xué)研究。文檔編號G01N11/00GK101363822SQ20071012013公開日2009年2月11日申請日期2007年8月10日優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日發(fā)明者丁云宏,萍劉,崔偉香,崔明月,張合敏,楊艷麗,利梁,王永輝,程興生,云胥申請人:中國石油天然氣股份有限公司