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三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法

阅读:831发布:2021-11-28

专利汇可以提供三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 为一种三孔 岩心 釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法,三孔岩心釜采用上下盖体夹持岩心试样,在上下盖体上分别设有通孔连通至岩心试样表面。实验装置包括三孔岩心釜、上游模拟 地层 流体 中间容器、下游模拟地 层流 体中间容器和待测液体中间容器、 柱塞 泵 、 真空 泵及氮气瓶;各个部件之间通过管路连接,并设有相应的控制 阀 、气体调压阀和回压阀。实验方法使岩心试样上下表面 接触 相同活度的模拟储层流体,同时模拟储层流体在上表面持续流动,消除渗析压 力 传递,通过监测下游液体压力随时间的变化,求得试样污染前后的渗透率进而评价伤害程度。本发明的三孔岩心釜结构简单,实验装置及方法使用方便,降低了测试压力,实验数据可靠。,下面是三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法专利的具体信息内容。

1.一种三孔岩心釜,其特征在于,所述三孔岩心釜包括:
上盖体,所述上盖体的下端面设有第一凹槽,所述上盖体内设有贯通其上端面与所述第一凹槽的第一通孔和第二通孔;
下盖体,所述下盖体的上端面设有凹陷部,所述下盖体内设有贯通其下端面与所述凹陷部的第三通孔;所述凹陷部的底面设有第二凹槽,所述第三通孔与所述第二凹槽连通;
岩心试样,所述岩心试样的中部为岩心,所述岩心的侧面包裹有环树脂;所述岩心试样嵌入在所述凹陷部内并与所述凹陷部的形状匹配,所述岩心试样的厚度与所述凹陷部的深度相同;
所述上盖体的下端面扣合在所述下盖体的上端面上并通过螺栓连接;所述岩心的上表面邻接所述第一凹槽;所述第一凹槽与所述岩心的上表面之间形成上间隙;所述岩心的下表面邻接所述第二凹槽,所述第二凹槽与所述岩心的下表面之间形成下间隙。
2.如权利要求1所述的三孔岩心釜,其特征在于,所述岩心为圆盘状,所述环氧树脂包裹在所述岩心的圆周侧面;所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述凹陷部均为圆形。
3.如权利要求1所述的三孔岩心釜,其特征在于,所述第一通孔下端与所述第一凹槽连通的位置设有纵横交错的连通凹槽,所述连通凹槽设置在所述第一凹槽的顶面,所述第一通孔与所述连通凹槽连通。
4.如权利要求1所述的三孔岩心釜,其特征在于,所述环氧树脂与所述上盖体之间、所述环氧树脂与所述凹陷部的底面之间均设有密封圈进行密封。
5.如权利要求1或2所述的三孔岩心釜,其特征在于,所述上盖体及所述下盖体均为不锈材料制成的圆柱体形,所述第三通孔位于所述下盖体的中央;
所述上盖体和所述下盖体上设有多个圆周均匀分布且位置对应的穿孔,连接螺栓分别穿过所述穿孔并通过螺母连接所述上盖体和所述下盖体。
6.一种超低渗储层液体伤害评价实验装置,其特征在于,所述实验装置包括如权利要求1至5任一项所述的三孔岩心釜,所述实验装置还包括上游模拟地层流体中间容器、下游模拟地层流体中间容器和待测液体中间容器;
所述上游模拟地层流体中间容器的第一端、所述下游模拟地层流体中间容器的第一端分别通过管路连接柱塞;所述第一通孔通过管路连接所述上游模拟地层流体中间容器的第二端;所述第三通孔通过管路连接所述下游模拟地层流体中间容器的第二端及真空泵;
所述第二通孔通过管路连接所述待测液体中间容器的第一端、回压的第一端及真空泵
所述回压阀的第二端通过管路连接废液缸;所述回压阀的第三端、所述待测液体中间容器的第二端通过管路连接气体调压阀,所述气体调压阀连接氮气瓶。
7.如权利要求6所述的超低渗储层液体伤害评价实验装置,其特征在于,所述第三通孔处连接有第一压变送器;所述第二通孔处连接有第二压力变送器;所述回压阀的第三端连接有第三压力变送器。
8.如权利要求6所述的超低渗储层液体伤害评价实验装置,其特征在于,所述三孔岩心釜、所述上游模拟地层流体中间容器、所述下游模拟地层流体中间容器和所述待测液体中间容器均设置在恒温箱中。
9.如权利要求6或7或8所述的超低渗储层液体伤害评价实验装置,其特征在于,所述上游模拟地层流体中间容器包括一筒体,所述筒体中设有活塞,所述活塞将所述筒体的内部分隔成第一腔室和第二腔室,所述第一腔室位于第一端,所述第二腔室位于第二端;
所述下游模拟地层流体中间容器和所述待测液体中间容器的结构与所述上游模拟地层流体中间容器的结构相同。
10.如权利要求6或7或8所述的超低渗储层液体伤害评价实验装置,其特征在于,各个所述管路上设有控制该相应管路通断的控制阀
11.一种采用如权利要求6至10中任一项所述超低渗储层液体伤害评价实验装置的实验方法,其特征在于,所述实验方法包括:
S1,制备所述岩心试样,并配制与原始空隙流体活度相同的模拟地层流体;
S2,将制备好的所述岩心试样装入所述三孔岩心釜,将所述真空泵与所述第三通孔、所述第二通孔之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;启动所述真空泵抽真空;
S3,将所述柱塞泵、所述下游模拟地层流体中间容器及所述第三通孔之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;所述柱塞泵以设定压力向所述第三通孔注入工作液,压力稳定后记为下游初始压力P0;P0应与岩样原始孔隙压力相同;
S4,将所述柱塞泵、所述上游模拟地层流体中间容器、所述第一通孔及所述第二通孔、所述回压阀、所述气体调压阀、所述氮气瓶之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;使所述模拟地层流体在所述岩心上表面持续流动,连续监测所述岩心下表面的压力,直到所述岩心下表面的压力等于所述岩心上表面的压力;利用各压力之间的关系计算出第一液测渗透率k1;
S5,将所述第二通孔、所述待测液体中间容器、所述气体调压阀及所述氮气瓶之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;调节所述气体调压阀的设定压力为4.5MPa,在该压力下将所述待测液体中间容器中的待测液体推入到所述岩心的上表面并持续5小时;
S6,重复测量第一液测渗透率k1的步骤S3至步骤S4,测得所述岩心被所述待测液体污染后的第二液测渗透率k2;通过第一液测渗透率k1和第二液测渗透率k2的值计算所述待测液体对所述岩心的损害率λd。
12.如权利要求11所述的实验方法,其特征在于,步骤S1中制备所述岩心试样包括以下步骤:
第一步,在井口取岩心并立刻将岩心用聚乙烯袋包裹,放到密封桶内保存;
第二步,将所述岩心放到石蜡油中,然后用钻机和石蜡油钻取直径为2英寸、长度为4英寸的岩心柱;
第三步,将环氧树脂胶和硬化剂按1:1比例充分混合,然后倒入外径为2.5英寸、内径为
2.125英寸、长度为8英寸的耐热塑料管中;
第四步,将所述岩心柱放入所述耐热塑料管内,并使所述岩心柱置于所述耐热塑料管中心,静置24小时;
第五步,将所述岩心柱及所述耐热塑料管置于烘箱中,在110℃条件下加热1小时;
第六步,用圆锯和石蜡油将包裹环氧树脂胶的所述岩心柱切为0.25英寸厚的薄片制成所述岩心试样,将所述岩心试样置于石蜡油中保存。
13.如权利要求11所述的实验方法,其特征在于,在步骤S1中,测试原始孔隙流体活度为0.85,并配制与原始孔隙流体活度相同的模拟储层流体KCl溶液。
14.如权利要求11所述的实验方法,其特征在于,将所述上游模拟地层流体中间容器和所述下游模拟地层流体中间容器的第一腔室中充填用于传递所述柱塞泵驱动力的蒸馏水、第二腔室中充填所述模拟地层流体;
将所述待测液体中间容器的第一腔室中充填所述待测液体、第二腔室中充填用于传递所述氮气瓶驱动力的氮气。
15.如权利要求11所述的实验方法,其特征在于,通过所述控制阀来控制相应管路的连通与关闭。
16.如权利要求11所述的实验方法,其特征在于,步骤S3中通过所述第一压力变送器测量所述下游初始压力P0;步骤S4中所述岩心上表面的压力为流动压力Pm、所述回压阀的压力为回压Pb、所述岩心下表面的压力为P(l,t),Pm大于Pb;Pm由所述第二压力变送器测量,Pb由所述第三压力变送器测量;P(l,t)由所述第一压力变送器测量;计算所述第一液测渗透率k1的公式为:
其中:μ-流体的粘度,mPa·s;
-1
β-流体静态压缩率,MPa ;
V-岩心下端密闭流体体积(假设上端流体体积无限大),cm3;
l-岩心长度,cm;
A-岩心的横截面积,cm2;
Δt-时间差,s;
P(l,t)-岩样下端t时刻压力,MPa。
17.如权利要求16所述的实验方法,其特征在于,步骤S6中计算所述第二液测渗透率k2的公式与步骤S4中计算所述第一液测渗透率k1的公式相同,其中的变量P0、Pm、P(l,t)对应的是所述岩心被待测液体污染后所测量的值。
18.如权利要求11至17中任一项所述的实验方法,其特征在于,计算所述岩心的损害率λd的公式为:

说明书全文

三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明是关于一种石油与天然气储层伤害评价技术,尤其涉及一种三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法。

背景技术

[0002] 目前,已探明的油气储量中低渗、特低渗储量占了三分之二左右的比例,低渗、超低渗储量将是我国石油产量接替的勘探开发重点,也是难点。在勘探开发生产过程中,低渗、超低渗储层比中、高渗储层在生产作业过程中更加容易受到伤害,并且,储层受到伤害后带来的危害性更大,要解除伤害也更加困难。所以,要提高特低渗储层的勘探开发效果,储层的保护工作非常重要。超低渗储层液体伤害评价实验是超低渗储层保护工作的基础和依据。
[0003] 在当前的超低渗储层液体伤害评价中,人们还只是简单地沿用常规中、高渗透储层的评价方法,即2010年修订的SY/T 5358-2010《储层敏感性流动实验评价方法》。SY/T -3 25358-2010标准中明确指出,该标准适用于空气渗透率大于1×10 um的碎屑岩储层岩样的敏感性评价实验方法,而超低渗储层气测渗透率一般低于1×10-3um2,采用上述评价方法会有如下问题:一方面,需要很高的驱替压差和很长的流速稳定时间,对设备要求很高,以渗透率为0.1×10-3um2岩样为例,在直径2.54厘米、长度5厘米、流量1毫升/分钟、驱替介质为条件下,驱替压差超过16MPa,流速基本稳定时间需5小时以上。另一方面,这种基于达西定律的稳态方法,主要通过测定稳态条件下的流量来计算对应的渗透率,目前的流量计量方法受环境和人为因素影响较大,对于特低渗储层而言,实验过程中的稳态流量很低,这进一步增加了计量难度和误差。
[0004] 此外,超低渗透储层具有一定的半透膜特性,即允许水分子和一部分离子或分子通过,在其两侧诱导形成一定渗透压,现有的液测渗透率方法通常没有考虑渗透压的影响,这会进一步增大渗透率测定和储层伤害评价结果的误差。
[0005] 由此,本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践,提出一种三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法,以克服现有技术缺陷

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种三孔岩心釜、超低渗储层液体伤害评价实验装置及方法,能够满足工作液对超低渗储层损害程度的评价要求,且试验装置简单、试验过程简单、试验数据可靠。
[0007] 本发明的目的是这样实现的,一种三孔岩心釜,所述三孔岩心釜包括:
[0008] 上盖体,所述上盖体的下端面设有第一凹槽,所述上盖体内设有贯通其上端面与所述第一凹槽的第一通孔和第二通孔;
[0009] 下盖体,所述下盖体的上端面设有凹陷部,所述下盖体内设有贯通其下端面与所述凹陷部的第三通孔;所述凹陷部的底面设有第二凹槽,所述第三通孔与所述第二凹槽连通;
[0010] 岩心试样,所述岩心试样的中部为岩心,所述岩心的侧面包裹有环树脂;所述岩心试样嵌入在所述凹陷部内并与所述凹陷部的形状匹配,所述岩心试样的厚度与所述凹陷部的深度相同;
[0011] 所述上盖体的下端面扣合在所述下盖体的上端面上并通过螺栓连接;所述岩心的上表面邻接所述第一凹槽;所述第一凹槽与所述岩心的上表面之间形成上间隙;所述岩心的下表面邻接所述第二凹槽,所述第二凹槽与所述岩心的下表面之间形成下间隙。
[0012] 在本发明的一较佳实施方式中,所述岩心为圆盘状,所述环氧树脂包裹在所述岩心的圆周侧面;所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述凹陷部均为圆形。
[0013] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第一通孔下端与所述第一凹槽连通的位置设有纵横交错的连通凹槽,所述连通凹槽设置在所述第一凹槽的顶面,所述第一通孔与所述连通凹槽连通。
[0014] 在本发明的一较佳实施方式中,所述环氧树脂与所述上盖体之间、所述环氧树脂与所述凹陷部的底面之间均设有密封圈进行密封。
[0015] 在本发明的一较佳实施方式中,所述上盖体及所述下盖体均为不锈材料制成的圆柱体形,所述第三通孔位于所述下盖体的中央;
[0016] 所述上盖体和所述下盖体上设有多个圆周均匀分布且位置对应的穿孔,连接螺栓分别穿过所述穿孔并通过螺母连接所述上盖体和所述下盖体。
[0017] 本发明的目的还可以这样实现,一种超低渗储层液体伤害评价实验装置,所述实验装置包括所述三孔岩心釜,所述实验装置还包括上游模拟地层流体中间容器、下游模拟地层流体中间容器和待测液体中间容器;
[0018] 所述上游模拟地层流体中间容器的第一端、所述下游模拟地层流体中间容器的第一端分别通过管路连接柱塞;所述第一通孔通过管路连接所述上游模拟地层流体中间容器的第二端;所述第三通孔通过管路连接所述下游模拟地层流体中间容器的第二端及真空泵;所述第二通孔通过管路连接所述待测液体中间容器的第一端、回压的第一端及真空泵;所述回压阀的第二端通过管路连接废液缸;所述回压阀的第三端、所述待测液体中间容器的第二端通过管路连接气体调压阀,所述气体调压阀连接氮气瓶。
[0019] 在本发明的一较佳实施方式中,所述第三通孔处连接有第一压变送器;所述第二通孔处连接有第二压力变送器;所述回压阀的第三端连接有第三压力变送器。
[0020] 在本发明的一较佳实施方式中,所述三孔岩心釜、所述上游模拟地层流体中间容器、所述下游模拟地层流体中间容器和所述待测液体中间容器均设置在恒温箱中。
[0021] 在本发明的一较佳实施方式中,所述上游模拟地层流体中间容器包括一筒体,所述筒体中设有活塞,所述活塞将所述筒体的内部分隔成第一腔室和第二腔室,所述第一腔室位于第一端,所述第二腔室位于第二端;
[0022] 所述下游模拟地层流体中间容器和所述待测液体中间容器的结构与所述上游模拟地层流体中间容器的结构相同。
[0023] 在本发明的一较佳实施方式中,各个所述管路上设有控制该相应管路通断的控制阀
[0024] 本发明的目的还可以这样实现,一种采用所述超低渗储层液体伤害评价实验装置的实验方法,所述实验方法包括:
[0025] S1,制备所述岩心试样,并配制与原始空隙流体活度相同的模拟地层流体;
[0026] S2,将制备好的所述岩心试样装入所述三孔岩心釜,将所述真空泵与所述第三通孔、所述第二通孔之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;启动所述真空泵抽真空;
[0027] S3,将所述柱塞泵、所述下游模拟地层流体中间容器及所述第三通孔之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;所述柱塞泵以设定压力向所述第三通孔注入工作液,压力稳定后记为下游初始压力P0;P0应与岩样原始孔隙压力相同;
[0028] S4,将所述柱塞泵、所述上游模拟地层流体中间容器、所述第一通孔及所述第二通孔、所述回压阀、所述气体调压阀、所述氮气瓶之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;使所述模拟地层流体在所述岩心上表面持续流动,连续监测所述岩心下表面的压力,直到所述岩心下表面的压力等于所述岩心上表面的压力;利用各压力之间的关系计算出第一液测渗透率k1;
[0029] S5,将所述第二通孔、所述待测液体中间容器、所述气体调压阀及所述氮气瓶之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;调节所述气体调压阀的设定压力为4.5MPa,在该压力下将所述待测液体中间容器中的待测液体推入到所述岩心的上表面并持续5小时;
[0030] S6,重复测量第一液测渗透率k1的步骤S3至步骤S4,测得所述岩心被所述待测液体污染后的第二液测渗透率k2;通过第一液测渗透率k1和第二液测渗透率k2的值计算所述待测液体对所述岩心的损害率λd。
[0031] 在本发明的一较佳实施方式中,步骤S1中制备所述岩心试样包括以下步骤:
[0032] 第一步,在井口取岩心并立刻将岩心用聚乙烯袋包裹,放到密封桶内保存;
[0033] 第二步,将所述岩心放到石蜡油中,然后用钻机和石蜡油钻取直径为2英寸、长度为4英寸的岩心柱;
[0034] 第三步,将环氧树脂胶和硬化剂按1:1比例充分混合,然后倒入外径为2.5英寸、内径为2.125英寸、长度为8英寸的耐热塑料管中;
[0035] 第四步,将所述岩心柱放入所述耐热塑料管内,并使所述岩心柱置于所述耐热塑料管中心,静置24小时;
[0036] 第五步,将所述岩心柱及所述耐热塑料管置于烘箱中,在110℃条件下加热1小时;
[0037] 第六步,用圆锯和石蜡油将包裹环氧树脂胶的所述岩心柱切为0.25英寸厚的薄片制成所述岩心试样,将所述岩心试样置于石蜡油中保存。
[0038] 在本发明的一较佳实施方式中,在步骤S1中,测试原始孔隙流体水活度为0.85,并配制与原始孔隙流体活度相同的模拟储层流体KCl溶液。
[0039] 在本发明的一较佳实施方式中,将所述上游模拟地层流体中间容器和所述下游模拟地层流体中间容器的第一腔室中充填用于传递所述柱塞泵驱动力的蒸馏水、第二腔室中充填所述模拟地层流体;
[0040] 将所述待测液体中间容器的第一腔室中充填所述待测液体、第二腔室中充填用于传递所述氮气瓶驱动力的氮气。
[0041] 在本发明的一较佳实施方式中,通过所述控制阀来控制相应管路的连通与关闭。
[0042] 在本发明的一较佳实施方式中,步骤S3中通过所述第一压力变送器测量所述下游初始压力P0;步骤S4中所述岩心上表面的压力为流动压力Pm、所述回压阀的压力为回压Pb、所述岩心下表面的压力为P(l,t),Pm大于Pb;Pm由所述第二压力变送器测量,Pb由所述第三压力变送器测量;P(l,t)由所述第一压力变送器测量;计算所述第一液测渗透率k1的公式为:
[0043]
[0044] 其中:μ-流体的粘度,mPa·s;
[0045] β-流体静态压缩率,MPa-1;
[0046] V-岩心下端密闭流体体积(假设上端流体体积无限大),cm3;
[0047] l-岩心长度,cm;
[0048] A-岩心的横截面积,cm2;
[0049] Δt-时间差,s;
[0050] P(l,t)-岩样下端t时刻压力,MPa。
[0051] 在本发明的一较佳实施方式中,步骤S6中计算所述第二液测渗透率k2的公式与步骤S4中计算所述第一液测渗透率k1的公式相同,其中的变量P0、Pm、P(l,t)对应的是所述岩心被待测液体污染后所测量的值。
[0052] 在本发明的一较佳实施方式中,计算所述岩心的损害率λd的公式为:
[0053] 由上所述,本发明的三孔岩心釜结构简单,实验装置使用方便,通过使岩心试样上下表面接触相同活度的模拟地层流体,及流体在上表面持续流动来消除渗析压力传递,以使岩心试样上下游间只存在水力压力传递,进而监测下游液体压力随时间的变化。该实验方法显著降低了测试压力,且消除了渗析压力,实验数据可靠,故特别适用于超低渗储层液体伤害评价,为该类储层工作液优选提供依据。附图说明
[0054] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
[0055] 图1:为本发明三孔岩心釜的结构示意图。
[0056] 图2:为本发明三孔岩心釜中上盖体的仰视图。
[0057] 图3:为图2中A-A截面的剖视图。
[0058] 图4:为图2中Ⅰ处的局部放大图。
[0059] 图5:为图3中Ⅱ处的局部放大图。
[0060] 图6:为本发明三孔岩心釜中下盖体的俯视图。
[0061] 图7:为图6中B-B截面的剖视图。
[0062] 图8:图7中Ⅲ处的局部放大图。
[0063] 图9:为本发明三孔岩心釜中岩心试样的结构示意图。
[0064] 图10:为图9中C-C截面的剖视图。
[0065] 图11:为本发明实验装置的结构示意图。
[0066] 图12:为本发明实验方法中岩心被污染前岩心下游压力与岩心上游压力的变化图。
[0067] 图13:为本发明实验方法中岩心被污染后岩心下游压力与岩心上游压力的变化图。

具体实施方式

[0068] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0069] 实施例1
[0070] 如图1所示,本发明提供了一种三孔岩心釜100,用来将岩心试样夹持在其中以进行实验,三孔岩心釜100包括上盖体10、下盖体20、岩心试样30。上盖体10为采用不锈钢制成的圆柱体,上盖体10的直径为3.86英寸、厚度为1.25英寸。如图2、图3、图4和图5所示,上盖体10的下端面设有圆形的第一凹槽101,第一凹槽101位于上盖体10的正中位置,上盖体10内设有贯通其上端面与第一凹槽101的第一通孔102和第二通孔103。第一通孔102和第二通孔103可以通过在上盖体10上钻孔的方法形成,第一通孔102和第二通孔103的孔径为1/16英寸。第一通孔102和第二通孔103关于上盖体10的中心对称设置。
[0071] 下盖体20也为采用不锈钢制成的圆柱体,其直径和厚度与上盖体10相同。如图6和图7所示,下盖体20的上端面设有圆形的凹陷部201,该凹陷部201位于下盖体20上端面的正中,凹陷部201的直径为2.5英寸、深度为0.25英寸。该凹陷部201用于放置岩心试样30。下盖体20内设有从下端面贯通到凹陷部201的第三通孔202。该第三通孔202位于下盖体20的中心,其内径为1/8英寸。如图8所示,凹陷部201的底面设有圆形的第二凹槽203,第三通孔202与第二凹槽203连通。
[0072] 岩心试样30的中部为岩心301,岩心301的侧面包裹有环氧树脂302。岩心试样30嵌入在凹陷部201内并与凹陷部201的形状匹配,岩心试样30的厚度与凹陷部201的深度相同。如图9和图10所示,在该实施方式中,岩心301为圆盘状,环氧树脂302包裹在岩心301的圆周侧面,从而岩心试样30也为圆盘状,岩心试样30的直径为2.5英寸、厚度为0.25英寸。上盖体
10的下端面扣合在下盖体20的上端面上并通过螺栓连接。上盖体10和下盖体20上设有多个圆周均匀分布且位置对应的穿孔40,连接螺栓50分别穿过穿孔40并通过螺母60连接上盖体
10和下盖体20。岩心301的上表面邻接第一凹槽101;第一凹槽101与岩心301的上表面之间形成上间隙,第一通孔102和第二通孔103的下端通过该上间隙连通,使液体在岩心301的上表面形成流动。岩心301的下表面邻接第二凹槽203,第二凹槽203与岩心301的下表面之间形成下间隙。利用第三通孔202将模拟地层流体通入到该下间隙内用来模拟岩心301下游的水力压力。
[0073] 进一步,如图4和图5所示,第一通孔102下端与第一凹槽101连通的位置设有纵横交错的连通凹槽104,连通凹槽104设置在第一凹槽101的顶面,第一通孔102与连通凹槽104连通。该连通凹槽104设置在第一通孔102下端周围的一定区域内,其作用是使从第一通孔102通入的模拟地层流体在岩心301的上表面形成流动体,模拟地层流体经过连通凹槽104在岩心301的上表面扩散流动,并经过上间隙流动到第二通孔103处,从第二通孔103流出。
[0074] 为了使岩心试样30更好的密封在上盖体10和下盖体20之间,环氧树脂302与上盖体10之间、环氧树脂302与凹陷部201的底面之间均设有密封圈进行密封。具体的,上盖体10的下端面和凹陷部201的底面均设有一圈环形的密封圈凹槽71,密封圈凹槽71内装有O型密封圈70,O型密封圈70密封接触环氧树脂302进行密封。
[0075] 该三孔岩心釜100通过上盖体10和下盖体20将岩心试样30夹持在中间,上盖体10上设置第一通孔102和第二通孔103,并通过第一凹槽101使通入的模拟地层流体在岩心301的上表面形成流动体。在下盖体20内设置的第三通孔202将模拟地层流体通入到岩心301下表面处的下间隙内用来模拟岩心301下游的水力压力,能客观地模拟岩心301的原始孔隙渗流状态,结构简单,使用方便。
[0076] 实施例2
[0077] 本发明还提供了一种采用该三孔岩心釜100的超低渗储层液体伤害评价实验装置1000,如图11所示,该实验装置1000包括三孔岩心釜100、上游模拟地层流体中间容器200、下游模拟地层流体中间容器300和待测液体中间容器400。
[0078] 上游模拟地层流体中间容器200的第一端、下游模拟地层流体中间容器300的第一端分别通过管路连接柱塞泵500,在上游模拟地层流体中间容器200的第一端和柱塞泵500之间的管路设有控制阀a1;下游模拟地层流体中间容器300的第一端与柱塞泵500之间的管路设有控制阀a2。
[0079] 第一通孔102通过管路连接上游模拟地层流体中间容器200的第二端,在第一通孔102与上游模拟地层流体中间容器200第二端的连接管路上设有控制阀a3。第三通孔202通过管路连接下游模拟地层流体中间容器300的第二端及真空泵600;下游模拟地层流体中间容器300的第二端与第三通孔202之间的管路设有控制阀a4;真空泵600与第三通孔202之间的管路设有控制阀a5。第二通孔103通过管路连接待测液体中间容器400的第一端、回压阀
700的第一端及真空泵600。第二通孔103与待测液体中间容器400的第一端之间的管路上连接控制阀a6;第二通孔103与回压阀700的第一端之间的管路连接有控制阀a7;第二通孔103与真空泵600之间的管路上连接控制阀a8。回压阀700的第二端通过管路连接废液缸800。回压阀700的第三端、待测液体中间容器400的第二端通过管路连接气体调压阀900,气体调压阀900连接氮气瓶N;回压阀700的第三端与气体调压阀900之间的管路上设有控制阀a9;待测液体中间容器400的第二端与气体调压阀900之间的管路上设有控制阀a10。各个控制阀用于控制所在管路的连通与关闭。
[0080] 进一步,下游模拟地层流体中间容器300的第二端与第三通孔202之间的管路上连接有第一压力变送器R1,例如第一压力变送器R1连接于第三通孔202处。回压阀700的第一端与第二通孔103之间的管路上连接有第二压力变送器R2,例如第二压力变送器R2连接于第二通孔103处。回压阀700的第三端与气体调压阀900之间的管路上连接有第三压力变送器R3,例如第三压力变送器R3连接于回压阀700的第三端。各个压力变送器用于测试其所连接管路中的压力值。
[0081] 进一步,三孔岩心釜100、上游模拟地层流体中间容器200、下游模拟地层流体中间容器300和待测液体中间容器400及它们之间的连接管线设置在恒温箱TM中(图11中的虚线框所示),使实验能够在地层温度的条件下进行。
[0082] 其中,各中间容器是现有的结构,上游模拟地层流体中间容器200包括一钢制筒体,筒体中设有橡胶密封活塞,活塞将筒体的内部分隔成第一腔室和第二腔室,第一腔室和第二腔室可以根据实验的需要充填不同的液体或气体。活塞可以在缸体中滑动来改变第一腔室和第二腔室的大小。第一腔室位于第一端,通过第一端与管路连通,第二腔室位于第二端,通过第二端与管路连通。下游模拟地层流体中间容器300和待测液体中间容器400的结构与上游模拟地层流体中间容器200的结构相同。即,下游模拟地层流体中间容器300的第一腔室位于第一端、第二腔室位于第二端;待测液体中间容器400的第一腔室位于第一端、第二腔室位于第二端。
[0083] 在实验时,上游模拟地层流体中间容器200的第一腔室和下游模拟地层流体中间容器300的第一腔室中充填的是蒸馏水作为中间流体,通过蒸馏水来传递柱塞泵500的驱动力。上游模拟地层流体中间容器200的第二腔室和下游模拟地层流体中间容器300的第二腔室中充填的是模拟地层流体。待测液体中间容器400的第一腔室中充填的是待测液体,第二腔室中充填的是氮气作为中间流体,通过氮气来传递氮气瓶N的驱动力。各个中间容器的工作原理是驱动源(柱塞泵500或氮气瓶N)通过中间流体(蒸馏水或氮气)驱动活塞移动,将活塞另一侧的被驱动液体(模拟地层流体或待测液体)推入到相连接的管路中去。
[0084] 该实验装置使用简单,连接方便,结合三孔岩心釜100使用能得到可靠的实验数据。
[0085] 实施例3
[0086] 我国某地区具有丰富的页岩气资源,页岩储层基质致密,属典型的超低渗储层,页岩气资源的开发,需要大规模水力压裂作业对储层进行改造,为了形成复杂的体积缝网,拟采用滑溜水压裂液体系。为测试压裂液对该地区页岩储层的伤害程度,本发明还提供了一种采用上述实验装置1000的实验方法,该实验方法包括:
[0087] S1,制备直径为2.5英寸、厚度为0.25英寸的岩心试样30,并配制与原始空隙流体活度相同的模拟地层流体。
[0088] S2,将制备好的岩心试样30装入三孔岩心釜100,将各个部件通过管路连接好。将真空泵600与第三通孔202、第二通孔103之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;启动真空泵600抽真空,抽真空的时间至少为20分钟。
[0089] S3,将柱塞泵500、下游模拟地层流体中间容器300及第三通孔202之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;柱塞泵500以设定的0.2MPa的压力向第三通孔202注入工作液,压力稳定后记为下游初始压力P0;P0应与岩样原始孔隙压力相同,记录注入岩心301下游的液体体积为V=38.5cm3。
[0090] S4,将柱塞泵500、上游模拟地层流体中间容器200、第一通孔102及第二通孔103、回压阀700、气体调压阀900、氮气瓶N之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;使模拟地层流体在岩心301上表面持续流动,连续监测岩心301下表面的压力(或称为岩样下游压力),直到岩心301下表面的压力等于岩心301上表面的压力(或称为岩样上游压力),如图12所示;利用各压力之间的关系计算出第一液测渗透率k1,计算得到的k1=6.48×10-9um2,与文章SPE-27496披露的页岩渗透率范围10-6-10-12um2相吻合。
[0091] S5,将第二通孔103、待测液体中间容器400、气体调压阀900及氮气瓶N之间的管路连通,其余的连接管路均关闭;调节气体调压阀900的设定压力为4.5MPa,在该压力下将待测液体中间容器400中的待测液体推入到岩心301的上表面并持续5小时,使岩心301被待测液体污染。
[0092] S6,重复测量第一液测渗透率k1时的步骤S3至步骤S4,测得岩心301被待测液体污染后的第二液测渗透率k2;根据重复步骤S3和步骤S4重新测量得到的各压力值计算得到的k2=2.96×10-9um2。在该测量第二液测渗透率k2的步骤中岩心301下表面的压力逐渐上升直到等于岩心301上表面的压力,如图13所示;通过k1和k2的值计算待测液体对岩心301的损害率λd。
[0093] 其中,通过打开和关闭控制阀来控制相应管路的连通与关闭。
[0094] 进一步,制备岩心试样30的方法包括以下步骤:
[0095] 第一步,在井口取岩心301并立刻将岩心301用厚的聚乙烯袋包裹,放到密封桶内保存;尽量减少岩心301与空气的接触时间,以保护岩心301内部的原始孔隙流体的水活度。
[0096] 第二步,在实验室内,将岩心301放到石蜡油中,然后用钻机和低毒的石蜡油钻取直径为2英寸、长度为4英寸的岩心柱。
[0097] 第三步,将环氧树脂胶和硬化剂按1:1比例充分混合,然后倒入外径为2.5英寸、内径为2.125英寸、长度为8英寸的耐热塑料管(聚酸脂或丙烯酸类)中。
[0098] 第四步,将岩心柱放入耐热塑料管内,并使岩心柱置于耐热塑料管中心,静置24小时。
[0099] 第五步,将岩心柱及耐热塑料管置于烘箱中,在110℃条件下加热1小时;检测岩心柱与环氧树脂是否胶结为一体。
[0100] 第六步,胶结为一体后,用圆锯和低毒的石蜡油将包裹环氧树脂胶的岩心柱切为0.25英寸厚的薄片制成岩心试样30,将岩心试样30置于石蜡油中保存。
[0101] 进一步,在步骤S1中,测试原始孔隙流体水活度为0.85,并配制与原始孔隙流体活度相同的模拟储层流体KCl溶液,在室温下(20℃)测得该KCl溶液粘度μ为1mPa·s,静态压缩率β为4.5×10-4MPa-1。
[0102] 进一步,该实验方法还包括将上游模拟地层流体中间容器200和下游模拟地层流体中间容器300的第一腔室中充填用于传递柱塞泵500驱动力的蒸馏水、第二腔室中充填模拟地层流体;将待测液体中间容器400的第一腔室中充填待测液体、第二腔室中充填用于传递氮气瓶N驱动力的氮气。
[0103] 进一步,步骤S3中通过第一压力变送器R1测量下游初始压力P0;步骤S4中岩心301上表面的压力(或称为岩样上游压力)为流动压力Pm、回压阀700的压力为回压Pb、岩心301下表面的压力(或称为岩样下游压力)为P(l,t),Pm大于Pb;具体的,P0=0.2MPa,Pm=2MPa,Pb=1.5MPa;Pm由第二压力变送器R2测量,Pb由第三压力变送器R3测量;P(l,t)随着时间在进行变化,由第一压力变送器R1监测;计算第一液测渗透率k1的公式为:
[0104]
[0105] 其中:μ-流体的粘度,mPa·s;
[0106] β-流体静态压缩率,MPa-1;
[0107] V-岩心下端密闭流体体积(假设上端流体体积无限大),cm3;
[0108] l-岩心长度,cm;
[0109] A-岩心的横截面积,cm2;
[0110] Δt-时间差,s;
[0111] P(l,t)-岩样下端t时刻压力,MPa。
[0112] 进一步,步骤S6中计算第二液测渗透率k2的公式与计算第一液测渗透率k1的公式相同,其中的变量P0、Pm、P(l,t)对应的是岩心301被待测液体污染后所测量的值。计算岩心301的损害率λd的公式为:
[0113] 即
[0114] 该实验方法通过使岩心试样30上下表面接触相同活度的模拟地层流体,通过流体在岩心301上表面持续流动消除渗析压力传递,以使岩心试样30上下游间只存在水力压力传递,进而监测下游液体压力随时间的变化,求得岩心试样30污染前后的渗透率,并通过渗透率的变化来评价待测液体对岩心试样30的伤害程度。该实验方法显著降低了测试压力,且消除了渗析压力,实验数据可靠,故特别适用于超低渗储层液体伤害评价,为该类储层工作液优选提供依据。
[0115] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。
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