带有三层压实砂体的组合圆柱筒体近井地带剪切模拟装置

摘要

本发明提供了一种带有三层压实砂体的组合圆柱筒体近井地带剪切模拟装置。该装置包括由至少两段紧密连接的不等径圆柱筒体组成的多级圆柱筒体；所述多级圆柱筒体上设有密封盖A和密封盖B；所述密封盖A位于第一段所述圆柱筒体端，所述密封盖A和密封盖B上分别设有密封管线接头a和密封管线接头b；第一段所述圆柱筒体内设有与之过盈配合的圆环柱体；所述圆环柱体的下表面与所述密封盖B之间设有压实砂体I，所述压实砂体I内设有与所述圆环柱体的内腔相连通的圆柱孔；所述圆柱孔中、所述圆环柱体的内腔中和所述圆环柱体的上表面与所述密封盖A之间均设有压实砂体II，所述压实砂体I与所述压实砂体II之间设有压实砂体III层。

说明书

技术领域

本发明涉及一种近井地带剪切模拟装置，属于油田注聚领域中提高采收率的室内模拟工艺中的近井地带剪切模拟装置。

背景技术

聚合物驱已成为油田开发过程中提高采收率的重要技术之一。在注聚方案的设计阶段，聚合物溶液性能对注聚方案设计起着至关重要的作用，方案设计中涉及的关于聚合物溶液性能的参数均应为实际油藏条件下溶液的性能，对于这些实际油藏条件下的粘度、流变性等参数，目前获取的途径分为现场获取和室内模拟获取两种，现场获取就是在注聚过程中通过钻取样井取样或者在注聚井进行注氮气返排取样(耿玉广，李善维，翁燕萍等.华北油田三次采油先导性试验研究[J].钻采工艺.1998；张振华等.聚合物驱油现场先导试验技术[M].北京：聚合物驱油现场先导试验技术，1996：207；王友启，张以根，姜颜波等.影响聚合物矿场实施效果的几个问题[J].油田化学.1999：244-246.)；室内只能通过对聚合物溶液的模拟剪切得到其近井地带剪切后的溶液性能，模拟剪切方法的准确性直接影响到油藏方案编制、动态跟踪和实施预测的合理性与准确性，最终影响注聚开发效果。目前，室内研究近井地带剪切对聚合物溶液性能的影响，主要采用WARING搅拌器(张群志，赵文强，陈素萍等.不同剪切方式对聚合物溶液及凝胶性能的影响[J].油田化学.2008：256-260；中国海洋石油总公司技术标准.海上油田驱油用丙烯酰胺类耐盐聚合物的性能指标和检测方法[S].中国海洋石油总公司，2006.)、岩心压差剪切(中国海洋石油总公司技术标准.海上油田驱油用丙烯酰胺类耐盐聚合物的性能指标和检测方法[S].中国海洋石油总公司，2006；杨怀军，张杰，张景春.缔合聚合物溶液岩芯剪切流变行为研究[J].西南石油大学学报.2007：102-105；中国石油天然气总公司技术标准.驱油用丙烯酰胺类聚合物性能测定[S].中国石油天然气总公司，1993：1994-1-6.)、毛细管剪切(周海刚，杜灿敏，刑志军.聚合物在注聚管道中降解的模拟研究[J].2003：247-249；中国石油天然气总公司技术标准.驱油用丙烯酰胺类聚合物性能测定[S].中国石油天然气总公司，2007.)、近井地带速率剪切模拟实验装置(舒政，叶仲斌，张健等.聚合物溶液近井地带速率剪切模拟实验装置设计[J].油气地质与采收率.2010：55-58.)等方法进行研究。利用WARING搅拌器剪切聚合物溶液实际上是纯粹的机械剪切，由于剪切方式与地层渗流剪切方式的差异，因此它并不能真实反映聚合物溶液进入地层时被剪切的实际情况。岩心剪切的方法是利用注入泵使中间容器中的聚合物溶液通过装有模拟岩心的岩心夹持器，从而实现对聚合物溶液的剪切；该方法需要的设备主要包括注入泵，中间容器，岩心夹持器等部件，在一定程度上可以模拟聚合物溶液受剪切以后的溶液性能，但是该方法由于剪切速度是不连续变化的，只能模拟地层中某个点的剪切，不能模拟近井地带流速连续剧烈变化导致的对聚合物的剪切及其他作用。毛细管剪切由于是聚合物在毛细管内部的流动产生的，其流动状态为管流，与地层渗流的流动状态不同，剪切方式与地层渗流剪切也不同，因此它也不能真实反映聚合物溶液进入地层时被剪切的实际情况；近井地带速率剪切模拟实验装置的核心仍然是岩心剪切，只是采用填砂管来代替岩心，为了实现剪切速率的变化，采用了3根不同直径的填砂管，通过改变注入速度以实现不同速率的剪切，聚合物溶液经历第一段填砂管剪切后再经历第二根填砂管剪切，最后经历第3段填砂管剪切，每根填砂管剪切后，聚合物溶液有一个放置和收集的过程，然后才会进行后面一根填砂管剪切，这个过程与实际的近井地带剪切工艺不符合。

综上，现有的模拟剪切方法在剪切方式、剪切距离、剪切强度、剪切介质等多方面与实际情况存在差异，导致现有的评价方法不能很好的评价近井地带剪切对聚合物溶液性能产生的影响，因此在室内模拟过程中存在局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在剪切方式、剪切距离、剪切强度、剪切介质等方面都与实际情况吻合的近井地带模拟装置，通过装置形状的变化实现剪切强度和剪切距离的变化，通过采用相同或相似的渗流介质实现剪切方式的一致，使得模拟的近井地带渗流环境更加接近实际情况。

本发明提供的一种近井地带剪切模拟装置包括由至少两段紧密连接的不等径圆柱筒体组成的多级圆柱筒体；所述多级圆柱筒体上设有密封盖A和密封盖B；所述密封盖A位于第一段所述圆柱筒体端，所述密封盖A和密封盖B上分别设有密封管线接头a和密封管线接头b；第一段所述圆柱筒体内设有与之过盈配合的圆环柱体；所述圆环柱体的下表面与所述密封盖B之间设有压实砂体I，所述压实砂体I内设有与所述圆环柱体的内腔相连通的圆柱孔；所述圆柱孔中、所述圆环柱体的内腔中和所述圆环柱体的上表面与所述密封盖A之间均设有压实砂体II，所述压实砂体I与所述压实砂体II之间设有压实砂体III层。

上述的模拟装置，所述不等径圆柱筒体之间通过连接元件连接。

上述的模拟装置，所述不等径圆柱筒体与所述连接元件之间为螺纹密封连接或过盈配合。

上述的模拟装置，所述密封盖A和密封盖B与所述多级圆柱筒体均为螺纹密封连接或过盈配合，为所述多级圆柱筒体起到密封作用。所述密封盖A和密封盖B均可以由能承受一定压力的材料制成。

上述的模拟装置，所述密封盖A与所述密封管线接头a为螺纹密封连接或过盈配合，所述密封管线接头a可与室内驱替管线紧密衔接以提供液流通道。

上述的模拟装置，所述密封盖B与所述密封管线接头b为螺纹密封连接或过盈配合，所述密封管线接头b可与室内驱替管线紧密衔接以提供液流通道。

上述的模拟装置，所述取样口上设有密封盖C；所述密封盖C与所述多级圆柱筒体为螺纹密封连接或过盈配合；通过所述取样口可以获取驱替工作液样品，从而可以测试其压力等参数。在不使用的时候可以使用密封盖C封闭所述取样口的通道。

上述的模拟装置，所述取样口的个数可以根据需要进行调节。

上述的模拟装置，所述圆环柱体为圆环水泥柱体、圆环不锈钢柱体或圆环合金钢柱体；所述圆环柱体的高度小于第一段所述圆柱筒体的高度；所述圆环柱体的下表面和第一段所述圆柱筒体与第二段所述圆柱筒体的交界面重合；所述圆环柱体的厚度可以根据实际套管尺寸与钻井采用钻头尺寸及其扩径情况确定，所述圆环柱体的内环直径与实际目标井的射孔弹型号匹配。

上述的模拟装置，所述圆柱孔的高度小于所述压实砂体I的高度，所述圆柱孔用来模拟射孔炮眼，其内环直径和高度取决于拟模拟的射孔弹型号参数；所述压实砂体II近所述密封盖A的表面上设有过滤装置；所述过滤装置为筛管、筛网或滤网，所述过滤装置主要用来模拟油井内的防砂筛管。

上述的模拟装置，所述压实砂体III与所述压实砂体I和压实砂体II之间均设有筛网或滤网，用来将所述压实砂体I和所述压实砂体II分隔开，便于所述压实砂体I的制作和所述压实砂体II的制作。

上述的模拟装置，所述压实砂体I的渗透率和孔隙度与目标井的地层相关参数一致或相近，所采用的材质可为露头砂、石英砂、玻璃微珠或陶粒等。

上述的模拟装置，所述压实砂体III层的渗透率和孔隙度可为所述压实砂体I的50％-100％，用来模拟射孔弹导致的射孔炮眼附近地层被压实的结构。

上述的模拟装置，所述压实砂体II主要是用来模拟所述过滤装置与所述圆环柱体之间以及所述圆柱孔内为防砂而充填的砾石；所述压实砂体的渗透率和孔隙度与目标井的防砂参数一致或相近。

上述的模拟装置，所述压实砂体III的厚度是一致的。

本发明的剪切模拟装置由于采用了以上技术方案，可以模拟工作液在近井地带地层渗流时由于距离井筒中心距离的变化导致的渗流介质和渗流速度的变化；可以模拟由于渗流介质的变化导致的剪切方式变化；可以模拟近井地带剪切导致的聚合物溶液性能的变化。本发明提供的剪切模拟装置可以广泛应用于油田化学驱提高采收率工艺中。

附图说明

图1为本发明的近井地带剪切模拟装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

本发明的近井地带剪切模拟装置如图1所示，图中各标记如下：1密封管线接头a、2密封盖A、3筛管、4，16，17圆柱筒体、5压实石英砂体II、6开孔套管、7圆环水泥柱体、8圆柱孔、9，18接箍、10取样口、11压实石英砂体I、12压实石英砂体III、13密封盖C、14密封盖B、15密封管线接头b。

本发明的剪切模拟装置包括由不等径圆柱筒体4、圆柱筒体17和圆柱筒体18紧密连接组成的三级圆柱筒体，用于提供变化的渗流通道；其中，圆柱筒体4和圆柱筒体17之间通过接箍9密封连接，圆柱筒体17和圆柱筒体18之间通过接箍18密封连接；该三级圆柱筒体上设有密封盖A2和密封盖B14，用于对该三级圆柱筒体起到封闭作用；密封盖A2和密封盖B14均由不锈钢制成；密封盖A2和密封盖B14均通过螺纹与该三级圆柱筒体密封连接；密封盖A2上设有密封管线接头a1，密封盖A2与密封管线接头a1通过螺纹密封连接，用于与室内驱替管线紧密衔接以提供液流通道；密封盖B14上设有密封管线接头b15，密封盖B14与密封管线接头b15通过螺纹密封连接，用于与室内驱替管线紧密衔接以提供液流通道；该三级圆柱筒体上设有3个取样口10，在需要的时候，可以将外界与该三级圆柱筒体连通，从而获取工作液进行性能测试；取样口10上设有密封盖C13，在不使用的时候可以用密封盖C13封闭取样口10的通道；圆柱筒体4内设有与圆柱筒体4过盈配合的圆环水泥柱体7，圆环水泥柱体7的下表面和圆柱筒体4与圆柱筒体17的交界面重合，圆环水泥柱体7的高度小于圆柱筒体4的高度；圆环水泥柱体7上设有开孔套管6，开孔套管6的开孔大小与圆环水泥柱体7的内环直径相等；圆环水泥柱体7的下表面与密封盖B14之间设有压实石英砂体I 11，压实石英砂体I 11的渗透率和孔隙度与目标井的地层相关参数一致；压实石英砂体I 11内设有与圆环水泥柱体7的内腔相连通的圆柱孔8，用来模拟射孔炮眼，圆柱孔8的高度小于压实石英砂体I 11的高度；圆柱孔8中、圆环水泥柱体7的内腔中和开孔套管6与密封盖A2之间设有压实石英砂体II 4，压实石英砂体II 4的渗透率和隙度与目标井的防砂参数一致，可以将砾石按照能够获得与模拟目标井的防砂参数(孔隙度、渗透率)条件下进行制作；压实石英砂体II4的表面上设有筛管3，用来模拟实际油井防砂结构中的筛管，压实石英砂体I 11和压实石英砂体II4之间设有厚度一致的压实石英砂体III12层，压实石英砂体III12的渗透率和孔隙度为压实石英砂体I 11的60％，用来模拟射孔弹导致的射孔炮眼附近地层被压实的结构。

本发明的上述剪切模拟装置中，密封盖A2和密封盖B14的材质还可以是能够承受一定压力的玻璃钢；密封盖A2和密封盖B14还可以通过过盈配合与该三级圆柱筒体密封连接：密封盖A2与密封管线接头a1还可以通过过盈配合密封连接；密封盖B14与密封管线接头b15还可以通过过盈配合密封连接；取样口10的个数可以根据需要进行调节，密封盖C13还可以通过过盈配合与该三级圆柱筒体密封连接。圆环水泥柱体7还可以为圆环不锈钢柱体或圆环合金钢柱体；圆环水泥柱体6的内环直径和圆柱孔7的直径均可以根据实际目标井的射孔弹型号进行调节；压实石英砂体I 11还可以为压实露头砂体、压实玻璃微珠或压实陶粒等，其渗透率和孔隙度可与目标井的地层相关参数相近；压实石英砂体II 4的渗透率和孔隙度可与目标井的防砂参数相近；圆环压实石英砂体柱12的渗透率和孔隙度可以为压实石英砂体I 11的50％-100％；筛管3还可以为筛网或滤网。

使用本发明的剪切模拟装置时，将密封管线接头a1与室内驱替管线紧密连接，使驱替工作液进入该三级圆柱筒体内。驱替工作液首先在圆柱筒体4内的压实石英砂体II4内渗流，然后通过圆柱水泥环体7的内环后进入圆柱筒体16和17内，在压实石英砂体II4、圆环石英砂体柱12和压实石英砂体I 11中沿径流方向内渗流；需要对驱替工作液的性能进行测量的时候，从取样口10获取驱替工作液进行性能测试；测试完毕后的驱替工作液可以从密封管线接头b15排出该三级圆柱筒体。