聚合物变粘注入装置及使用该装置进行变粘实验的方法

摘要

本发明涉及一种聚合物变粘注入装置，解决了现有变粘实验时需停泵进行粘度调整的问题；具体包括一个长方形容器及微分头，长方形内部设置模拟剪切器结构，模拟剪切器结构的核心部件是两块平板，两块板相互贴合并分别在相同的位置设置通孔，微分头调节其中一块板上下移动，使得通过聚合物溶液的孔的过流面积发生变化，进而对聚合物溶液进行不同程度的剪切，聚合物溶液粘度因此发生变化，达到实验过程中不用停泵就可调节聚合物粘度的目的。采用本发明装置进行变粘实验不仅可以减小室内实验的工作量，还可以提高对现场实验的模拟程度，从而为矿场试验提供有力的实验保证。

说明书

技术领域

本发明涉及一种室内物理实验模拟现场聚合物驱提高采收率技术领域中聚合物变粘注入装置，及使用该装置进行实验的方法。

背景技术

在油田三次采油方法中，化学驱中的聚合物驱是一类非常有效的提高采收率方法。聚合物驱是上世纪中期发展起来的一项三次采油技术，由于该方法具有技术简单、成本较低等特点，比较适合我国大多数油田的实际情况，逐渐得到了广泛的应用。聚合物的主要作用机理就是通过粘度变化降低流度比，聚合物溶液的粘度是影响聚驱效果的重要指标，实际上聚合物溶液粘度与聚合物分子量、浓度，抗剪切性均有直接关系，对于现场实际非均质储层在注聚时聚合物溶液后会首先进入较大孔道，其次进入较小孔喉，聚合物分子线团尺寸大于岩心喉道直径时，在正常注入压力下聚合物分子不能进入岩心孔道，这将会导致聚合物溶液注入困难，发生堵塞。在化学剂注入过程中，当岩心孔喉尺寸与聚合物分子线团尺寸配伍性较好时，随注入体积增大，注入压力升高后会出现水平段。反之，注入压力与注入体积关系曲线就会持续升高。甚至逐渐超过储破裂压力，单一浓度注聚方式往往会发生剖面反转，而且在后期会出现注入困难的情况。实际储层也可能存在大孔道，注聚过程中会出现驱替液在高渗透层突进形成无效循环，此时需要变粘注入来起到调节作用，所以变粘注入是现场常用的一种行之有效的注入方式，目前存在梯度降粘、梯度增粘、变粘注入几种方式，效果均好于单一浓度注入。

目前关于变粘注入的驱替方式，室内实验采用的模拟方式为通过驱替过程中变换盛装不同浓度与粘度的活塞容器的方式实现，可变换的粘度数量有限，实验容器占地空间范围大，装置连接线路繁琐，实验程序复杂，停泵变换容器导致压力下降，在连接新的容器时管线需要重新排空，造成一定的时间浪费，产生大量系统误差，实验结果精确性大幅下降，总之，进行室内模拟驱替实验，缺少一种可以在实验过程中并且在不停泵的前提下变粘注入的装置。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种聚合物变粘注入装置，该装置的核心机构相当于模拟剪切器，具体是通过改变孔眼尺寸的大小来剪切聚合物溶液粘度的方式实现聚合物变粘注入的；采用上述装置进行常规室内物理模拟聚合物驱油实验，不需要转换中间容器，减少了实验室工作人员的工作量，操作方法简单，降低了因为转变中间容器所带来的误差，提高了实验结果的准确率，为室内聚合物变粘实验不同粘度注入提供新方式。

本发明同时提供使用该装置进行室内物理模拟聚合物变粘实验的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种聚合物变粘注入装置，包括一个长方形容器及微分头，长方形容器的左、右两侧壁上分别设置进液孔及出液孔，长方形容器内依其左侧壁及底板设置一个正方形容器，该正方形容器的高度小于长方形容器的高度，正方形容器的右侧开口上焊接固定调节片，该固定调节片上均布若干长方形、正方形或圆形通孔；所述装置还包括非固定调节片，非固定调节片的高度小于长方形容器的高度、大于正方形容器的高度，其宽度与长方形容器内腔的宽度相等，非固定调节片的上端面中间设置固定插槽，微分头的测杆前端设置固定插头，非固定调节片两侧分别设置沿其本体的纵向贯通孔，长方形容器内固定两根纵向导轨，两导轨分别穿过两贯通孔，微分头前端插头插在插槽内，旋转微分头的微分筒及微调钮，非固定调节片沿导轨上下移动；所述非固定调节片的左侧面与固定调节片的右侧面贴合，在非固定调节片的与固定调节片相贴合的部分上均布若干调节通孔，这些调节通孔与固定调节片上通孔的形状及大小相同，当非固定调节片处于长方形容器的最底端时，非固定调节片上的调节通孔与固定调节片上的通孔叠合，随着非固定调节片逐步上移，固定调节片上通孔与非固定调节片上调节通孔由部分重叠逐步过渡到完全错开，二者完全错开时，固定调节片上通孔被关闭。

利用上述聚合物变粘注入装置进行变粘实验的方法是：配制聚合物母液，将聚合物母液装在不同的活塞容器中，通过平流泵为活塞容器提供液体渗流动力，通过管线将活塞容器与聚合物变粘注入装置相连，并使聚合物母液流入到正方体容器中，手动调节微分头带动非固定调节片上移，使固定调节片与非固定调节片上的孔眼发生错位，通过孔眼大小的改变来剪切聚合物的分子线团尺寸进而改变注入聚合物溶液粘度的大小。

本发明的有益效果：该装置实现了对矿场实验的聚合物变粘度注入方式的有效模拟，解决了传统室内实验中需通过不断转换装有不同黏度聚合物溶液中间容器实现粘度变化，导致实验过程繁琐复杂的问题，采用本装置进行变粘实验不仅可以减小室内实验的工作量，还可以提高对现场实验的模拟程度，根据对实验方案效果的评价，可以为矿场试验提供有力的实验保证。

附图说明

图1是本发明的聚合物变粘注入装置的结构示意图。

图2是固定调节片的结构示意图。

图3是非固定调节片的结构示意图。

图4是微分头的结构示意图。

图5是利用聚合物变粘注入装置进行变粘实验的装置图。

图6是高粘度剪切器微调钮档位与剪切粘度值的关系图。

图7是中粘度剪切器微调钮档位与剪切粘度值的关系图。

图8是低粘度剪切器微调钮档位与剪切粘度值的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明中的聚合物变粘注入装置做进一步的说明：

由图1所示：一种聚合物变粘注入装置，包括一个长方形容器1及微分头7，所述长方形容器1的左、右两侧壁上分别设置进液孔2及出液孔8，长方形容器1内依其左侧壁及底板设置一个正方形容器3，该正方形容器3的高度小于长方形容器1的高度，正方形容器3的右侧开口上焊接固定调节片4，由图2所示：该固定调节片4上均布若干长方形、正方形或圆形通孔41；所述装置还包括非固定调节片5，非固定调节片5的高度小于长方形容器1的高度、大于正方形容器3的高度，其宽度与长方形容器内腔的宽度相等，由图3结合图4所示：非固定调节片5的上端面中间设置固定插槽51，微分头7的测杆71前端设置固定插头72，非固定调节片5两侧分别设置沿其本体的纵向贯通孔52，长方体容器内固定两根纵向导轨6，两导轨6分别穿过两贯通孔52，微分头前端插头72插在插槽51内，旋转微分头7的微分筒及微调钮，非固定调节片5沿导轨6上下移动；所述非固定调节片5的左侧面与固定调节片4的右侧面贴合，在非固定调节片的与固定调节片相贴合的部分上均布若干调节通孔53，这些调节通孔53与固定调节片上通孔41的形状及大小相同，当非固定调节片5处于长方体容器1的最底端时，非固定调节片上的调节通孔53与固定调节片上的通孔41叠合，随着非固定调节片5逐步上移，固定调节片上通孔41与非固定调节片上调节通孔53相互错位，仅部分叠合，直至固定调节片上通孔41与非固定调节片上调节通孔53完全错开，通孔41被非固定调节片5的非通孔部分完全盖实。

实施例1：利用上述聚合物变粘注入装置进行梯度增粘实验

实验条件：选用油为大庆采油一厂原油与煤油配制成粘度为9.8mPa·s的模拟油；饱和用水为矿化度为6778mg/L的地层水；聚合物为大庆炼化公司生产普通聚丙烯酰胺干粉，分子量为1200万，增粘注入时粘度依次采用20mPa·s、40mPa·s、60mPa·s，80mPa·s；注入速度0.3ml/min；

实验方案：水驱至含水率98%+0.3PV20mPa·s+0.2PV40mPa·s+0.18PV60mPa·s+0.15PV80mPa·s+后续水驱至含水率98%；

具体实验步骤如下：

1、根据实验要求制备聚合物变粘注入装置，其中包括长方形玻璃钢容器、调节片、带安装螺母的微分头。长方形玻璃钢容器有效尺寸为40mm×35mm×30mm，壁厚为3mm，长方形容器的左、右两侧壁上分别设置进液孔及出液孔，长方形玻璃钢容器内部还设置一个正方形容器，正方体容器有效尺寸为25mm×25mm×25mm，正方体容器的右侧开口上焊接固定调节片，该固定调节片上均布若干正方形通孔，通孔的边长分别为0.8、1.4、2.05微米；在非固定调节片上与固定调节片相贴合的部分均布若干调节通孔，这些调节通孔与固定调节片上通孔的形状及大小相同。在非固定调节片的上端面中间设置固定插槽，微分头的测杆前端设置固定插头，非固定调节片两侧分别设置沿其本体的纵向贯通孔，长方形容器内固定两根纵向导轨，两导轨分别穿过两贯通孔，将微分头前端插头插在插槽内，旋转微分头旋钮，非固定调节片沿导轨上下移动；当非固定调节片处于长方体容器的最底端时，非固定调节片上的调节通孔与固定调节片上的通孔叠合，随着非固定调节片逐步上移，固定调节片上通孔与非固定调节片上调节通孔相互错位，二者由部分重叠过渡至完全错开，完全错开时固定调节片上通孔处于关闭状态。

固定调节片上通孔的边长不同，适合剪切的聚合物粘度不同，为了方便使用，这三种规格的变粘注入装置对应于剪切三种粘度范围的聚合物，具体如下表1、表2及表3所示，同时可参见图6、图7及图8：

①表1低粘度变粘注入装置微调钮档位与剪切粘度值的关系

档位粘度边长02000.811500.721000.63800.54600.45400.36200.2700

②表2中粘度变粘注入装置微调钮档位与剪切粘度值的关系

档位粘度边长05001.414001.2523201.132600.9542000.851400.656800.5700

③表3高粘度变粘注入装置微调钮档位与剪切粘度值的关系

档位粘度边长010002.0518501.8527001.6535501.4544001.2552500.961000.6700

2、配制聚合物溶液：取1200万分子量的聚合物干粉2.5g和500ml清水用数显电动搅拌器搅拌2个小时，然后放到恒温箱熟化4个小时，得到该种分子量聚合物母液500ml。

3、连接实验装置：实验所用装置如图5所示，所做实验在恒温箱50中进行，把聚合物母液盛装在活塞容器20中，利用平流泵10为活塞容器20提供液体渗流动力，通过活塞容器20上部阀门连接的管线使液体流入到聚合物变粘注入装置30内，然后手动转动微分头调钮对应的不同档位，将每一次通过调节不同的档位剪切的溶液流入到试管40中，测得对应溶液的粘度。

4、根据需要，本实验所需的聚合物溶液的粘度均在200mPa·s以下，故采用低粘度的变粘注入装置来进行聚合物溶液的剪切。

5、准备实验所需岩心，裸岩心尺寸为长300mm，宽45mm，高45mm，首先将烘干的低粘度变粘注入装置用环氧树脂粘接在岩心一端，该端将作为实验时的注入端，然后岩心表面做刮胶密封处理，密封后浇铸成型，确保浇铸后的岩心有一定的承压能力。

6、根据实验方案确定实验过程中档位变换时间及具体档位：先水驱至含水率达到98%，然后关闭水驱阀门通道，打开聚驱阀门通道，将微调钮调到6号档位使非固定调节片发生相应位移，使流入到变粘注入装置中的聚合物母液在流经固定调节片和非固定调节片之间错开的通孔时发生剪切进而降低了溶液的粘度，经6号档位剪切后聚合物溶液的粘度达到了20mPa·s，在注入0.3PV20mPa·s的聚合物溶液后旋转微调钮将其调到5号档位，扩大了固定调节片和非固定调节片之间错开的通孔范围，经5号档位剪切后聚合物溶液的粘度达到40mPa·s，当粘度为40mPa·s的聚合物溶液注入0.2PV后将微调钮调到4号档位继续注入0.18PV60mPa·s的聚合物溶液，同理当粘度为60mPa·s的聚合物溶液注入0.18PV后后将微调钮调到3号档位注入0.15PV80mPa·s的聚合物溶液。在聚驱结束后将微调钮的档位归0，再进行后续水驱至含水98%。

7、评价梯度增粘实验效果

表4梯度增粘各阶段采收程度

通过实验结果得出，在进行梯度增粘实验时，聚驱阶段采收率达到29.44%，按照所需聚合物溶液的粘度调至不同档位经变粘注入装置剪切后测定的粘度均达到了实验对聚合物溶液粘度的要求，说明本实验装置能够满足对聚合物溶液的粘度进行调节的具体要求，有效的剪切聚合物的分子尺寸来达到调节溶液粘度的目的。

实施例2：利用上述聚合物变粘注入装置进行变粘交替实验

实验条件：实施例选用油为大庆采油一厂原油与煤油配置成粘度为9.8mPa·s的模拟油；饱和用水为矿化度为6778mg/L的地层水；聚合物为大庆炼化公司生产普通聚丙烯酰胺干粉，分子量为1200万，变粘注入时粘度依次采用20mPa·s、60mPa·s、40mPa·s、80mPa·s；注入速度0.3ml/min；

实验方案：水驱至含水率98%+0.3PV20mPa·s+0.18PV60mPa·s+0.2PV40mPa·s+0.15PV80mPa·s+后续水驱至含水率98%；

具体实验步骤如下：

1、根据实验要求，选取低粘度变粘注入装置；

2、配制聚合物溶液：取1200万分子量的聚合物干粉2.5g和500ml清水用数显电动搅拌器搅拌2个小时，然后放到恒温箱熟化4个小时，得到该种分子量聚合物母液500ml。

3、制备实验所需岩心，裸岩心尺寸为长300mm，宽45mm,高45mm，首先将烘干的低粘度剪切器用环氧树脂粘接在岩心一端，该端将作为实验时的注入端，然后岩心表面做刮胶密封处理，密封后浇铸成型，确保浇铸后的岩心有一定的承压能力。

4、进行梯度降粘实验：先水驱至含水率达到98%，然后关闭水驱阀门通道，打开聚驱阀门通道，将微调钮调到6号档位使非固定调节片发生相应位移，使流入到剪切器中的聚合物母液在流经固定调节片和非固定调节片之间错开的通孔时发生剪切进而降低了溶液的粘度，经6号档位剪切后聚合物溶液的粘度达到了20mPa·s，在注入0.3PV20mPa·s的聚合物溶液后旋转微调钮将其调到4号档位，扩大了固定调节片和非固定调节片之间错开的通孔范围，经4号档位剪切后聚合物溶液的粘度达到60mPa·s，当粘度为60mPa·s的聚合物溶液注入0.18PV后将微调钮调到5号档位继续注入0.2PV40mPa·s的聚合物溶液，同理当粘度为40mPa·s的聚合物溶液注入0.2PV后后将微调钮调到3号档位注入0.15PV80mPa·s的聚合物溶液。在聚驱结束后将微调钮的档位归0，再进行后续水驱至含水98%。

5、评价变粘注入实验效果

表5变粘交替各阶段采收程度

通过实验结果得出，聚驱阶段采收率达到28.72%，在进行梯度降粘实验时聚合物溶液经聚合物变粘注入装置上微分头的不同档位设置对聚合物进行不同的剪切之后，溶液的粘度均有不同程度的变化，说明本实验装置能够满足对聚合物溶液的粘度进行调节的具体要求，有效的剪切聚合物的分子尺寸来达到调节溶液粘度的目的。