调剖用凝胶动态性能评价方法及装置

摘要

本发明提供了一种调剖用凝胶动态性能评价方法及装置，其中评价装置包括计算机、蠕动泵、压力传感器、恒温箱和若干三角烧瓶；所述计算机通过数据控制线连接所述蠕动泵，所述计算机电连接压力传感器；所述至少一只三角烧瓶内同时插有出液管和进液管；所述进液管远离所述三角烧瓶一端依次连接有进口阀、蠕动泵、压力传感器和恒温箱；所述出液管远离所述三角烧瓶一端依次连接有出口阀和恒温箱；所述恒温箱内设有试验瓶，所述试验瓶底部连通所述进液管，所述试验瓶顶部连通出液管。本发明所述的调剖用凝胶动态性能评价装置，能检测评价调剖用凝胶动态成胶性能指标——成胶时间和突破压力梯度；易于操作，可实现连续15天无需人工干预的自动试验。

说明书

技术领域

本发明属于油田开发调剖、调驱领域，尤其是涉及一种调剖用凝胶动态性能评价方法及装置。

背景技术

交联聚合物凝胶(简称“凝胶”)是油田堵水调剖剂中用量最大的化学药剂体系。交联聚合物凝胶由水、聚合物和交联剂配制而成。配制后初始为粘稠液体，在一定温度(40～150℃)、一定时间(1～7天)后交联成凝胶状。

目前对凝胶的性能评价多为静态成胶性能，即凝胶在成交前和成胶过程中处于静止状态。但实际应用时，凝胶始终处于在地层中流动的状态。凝胶动态成胶性能评价没有标准的方法。

现有方法需要进行长填砂岩芯管(岩芯长度5米以上，甚至30米)流动试验，主要存在以下不足：

(1)现有评价试验装置庞大，管线、填砂管太长(5～30米)，需要填砂体积量及消耗的凝胶样品体积量都很大，往往都超过4000mL。而且试验结束后需要将装置全部拆开，清洗管线、岩芯管、中间容器等，试验前后准备及收尾时间长达2～4天。

(2)流动驱替泵为平流泵。平流泵不能直接泵送凝胶，只能泵送蒸馏水驱动中间容器中的凝胶，动态评价试验过程长达4到7天，再次过程中需要倒换中间容器，难以实现连续12小时以上的自动试验，每隔一段时间(4～12小时)需要手工倒换中间容器。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种调剖用待测凝胶动态性能评价方法，以克服现有技术的缺陷，用来评价地层条件下凝胶动态成胶过程。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种调剖用待测凝胶动态性能评价方法，包括以下步骤：

(1)准备一个试验瓶，使其一端密封，向试验瓶内装入地层砂，并向地层沙中混入一定量的待测凝胶，密封试验瓶的另一端；将试验瓶一端通过管线依次连通压力测试设备和蠕动泵的出口，另一端通过管线连通蠕动泵的进口；

(2)启动蠕动泵，根据时间T不断调整蠕动泵的排量，每隔20分钟，改变一次排量，采集一次压力数据并记录，试验时间7到15天；不同时间T时的排量q_t按下式计算：

其中：

q_t:评价试验开始计时后T时刻蠕动泵排量，mL/min；

r:试验瓶内半径，cm；

q₀:现场实际调剖施工时的排量，mL/min；

H:现场实际调剖施工时地层厚度，cm；

φ:现场实际调剖施工时地层孔隙度，无单位量.

T：试验开始计时后时间，min；

(3)绘制时间-压力曲线，根据试验数据分析，找出循环压力数据点中，首次大于初始循环压力1.5倍时对应的时间T，即为成胶时间；找出循环压力的最大值，即为突破压力；再用突破压力除以试验瓶内所填地层砂高度即为突破压力梯度。

步骤(2)中的蠕动泵控制、压力数据采集和排量q_t计算，可采用人工操作，也可采用计算机控制操作；步骤(3)中的时间-压力曲线绘制亦可采用人工绘制或计算机绘制。

优选的，所述步骤(3)中初始循环压力为试验开始后20和40分钟时循环压力的平均值；所述步骤(3)中15天全部压力数据都小于初始循环压力的1.5倍，则认为被测待测凝胶动态不能成胶。

优选的，所述步骤(1)中，保证装有地层砂和待测凝胶的试验瓶竖直设立，且其外部温度可调；所述步骤(1)中保证地层砂位置固定。将外部温度至与地层温度相似的取值，使试验瓶置于此种环境下，可进行模拟地层状况的试验。

优选的，所述步骤(1)中的待测凝胶混入地层砂的方式为将装有地层砂的试验瓶两端密封，利用蠕动泵，将待测凝胶通过管线从试验瓶的底部泵入试验瓶内，使其与地层砂混合。具体来讲，将待测凝胶预先装入一个容器中，试验瓶另一端通过第一管线连通容器，蠕动泵进口通过第二管线连通容器，且第二管线伸入待测凝胶内；第一管线和第二管线之间设有第三管线，且第一管线和第二管线均与第三管线连通，第一管线、第二管线和第三管线上均设有阀门，第三管线位于第一管线的阀门与蠕动泵之间，可在蠕动泵开启的情况下(蠕动泵排量5～10mL/min)，通过调节各阀门的开闭实现待测凝胶泵入地层砂与其混合以及管线内空气的排出(空气排出时间30～60分钟)；此设置将装有待测凝胶的容器换成装有蒸馏水的容器，结合蠕动泵的正相启动和反相启动，即可实现整个评价方法所使用装置的清洗。正相启动蠕动泵可实现蒸馏水泵入，对装置进行清洗，此时蠕动泵排量50～100mL/min，清洗时间30～40分钟；反相启动蠕动泵空转10～15分钟，可顶空装置中的蒸馏水。

优选的，所述步骤(1)和步骤(2)之间有预排空工序，将步骤(1)中各管线的空气排出；所述步骤(3)后设有设备清洗工序，设备清洗之后，重新开始测定下一个待测凝胶。

评价基本原理：

本发明可评价地层条件下凝胶动态成胶过程。用蠕动泵驱动凝胶在填有地层砂的试验瓶中反复循环流动，通过循环流动压力变化评价其成胶性能。循环流动压力明显增大50％以上的时间为成胶时间，最大循环压力即为凝胶突破压力。

实际中，凝胶注入地层后不同时间流速不同，开始流速高，然后逐渐降低。本发明用计算机控制蠕动泵不同时间的排量，记录不同时间的压力。

本发明的另一目的在于提出一种用于如上所述的调剖用待测凝胶动态性能评价方法的装置，以解决现有凝胶动态成胶性能评价试验操作复杂，不能连续自动试验的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于如上所述的调剖用待测凝胶动态性能评价方法的装置，包括计算机、蠕动泵、压力传感器、恒温箱和若干三角烧瓶；

所述计算机内装有数据采集卡、数据处理软件及控制系统；所述计算机通过数据控制线连接所述蠕动泵，所述计算机电连接压力传感器；

所述至少一只三角烧瓶内同时插有出液管和进液管；所述进液管远离所述三角烧瓶一端依次连接有进口阀、蠕动泵、压力传感器和恒温箱；所述出液管远离所述三角烧瓶一端依次连接有出口阀和恒温箱；所述出液管和进液管之间设有支路管线，所述支路管线位于所述进口阀和蠕动泵之间；所述支路管线上设有短接阀；

可利用计算机对蠕动泵进行调速，调速范围为0～100mL/min，蠕动泵出口压力大于0.3MPa。压力传感器最大量程为1.0MPa，精度为0.006MPa。设置恒温箱是为了模拟地层温度，待测凝胶在通过进液管进入恒温箱之前不需要加热。

所述恒温箱内设有试验瓶，所述试验瓶底部连通所述进液管，所述试验瓶顶部连通出液管。

进一步的，所述试验瓶垂直于所述恒温箱底部，但与所述恒温箱底部留有间距；所述试验瓶包括上端盖、瓶体和下端盖；所述上端盖和下端盖均螺纹连接所述瓶体，且两者均与所述瓶体之间采用硅胶垫密封；所述上端盖和下端盖外侧分别连通所述出液管和进液管，所述上端盖和下端盖内侧均设有筛网；所述两筛网均位于所述瓶体内，且边缘均与瓶体壁紧贴；所述两筛网之间的瓶体内填充有地层砂。

进一步的，所述上端盖、下端盖和瓶体的螺纹连接中，所述上端盖和下端盖上均为内螺纹，所述瓶体上为外螺纹；所述上端盖和下端盖外侧所分别连通的出液管管段和进液管管段均为不锈钢材质；所述出液管管段和进液管管段一端分别与所述上端盖和下端盖焊接，所述出液管管段和进液管管段另一端均穿透所述恒温箱分别连通所述三角烧瓶和压力传感器。出液管管段和进液管管段的内径均在3-6mm之间。优选的，出液管管段和进液管管段分别穿透上端盖的中心和下端盖的中心。

进一步的，所述出液管和进液管远离所述恒温箱一端的管段均采用不锈钢管或耐温硅胶管；所述瓶体为一不锈钢圆管；所述筛网材质为不锈钢，所述筛网目数为50～400。当试验温度在95℃以下时出液管和进液管远离所述恒温箱一端的管段均采用耐温硅胶管；当试验温度在95℃以上时出液管和进液管远离所述恒温箱一端的管段均采用不锈钢管；过恒温箱壁的一段用外径6mm不锈钢管；采用设置筛网的目的是挡住地层砂，保证其不会移动；瓶体为内径25.5±5mm、高25±5mm的不锈钢圆管。

进一步的，所述进液管插入所述三角烧瓶一端端面距所述三角烧瓶底部的距离小于所述出液管插入所述三角烧瓶一端端面距所述三角烧瓶底部的距离；所述进液管、出液管、进口阀、出口阀、短接阀及各管线上接头部位均耐压1.0MPa以上，耐温150℃以上；所述进口阀、出口阀、短接阀及各管线上接头部均为不锈钢材质；所述恒温箱温度30～200℃可调。恒温箱控温精度为±2℃，内部高度大于300mm；进液管和出液管的外径均为6mm；进口阀、出口阀、短接阀及各管线上接头部均为不锈钢材质，且内通径在3mm以上。若干三角烧瓶的体积均为500mL，数量优选为3只，其中1只用于临时存放待测凝胶、另外2只存放试验结束后清洗设备用的蒸馏水。

相对于现有技术，本发明所述的一种调剖用待测凝胶动态性能评价方法具有以下优势：

本发明所述的一种调剖用待测凝胶动态性能评价方法，用蠕动泵驱动凝胶在填有地层砂的试验瓶中反复循环流动，通过循环流动压力变化评价其成胶性能；循环流动压力明显增大50％以上的时间为成胶时间，最大循环压力即为凝胶突破压力。本发明所述的一种调剖用待测凝胶动态性能评价方法，设计合理，操作简单，可用于评价地层条件下凝胶动态成胶过程。

本发明所述的一种用于如上所述的调剖用待测凝胶动态性能评价方法的装置，能检测评价调剖、调驱用凝胶动态成胶性能指标——成胶时间和突破压力梯度；易于操作，可实现连续15天无需人工干预自动试验，而常规方法需要人工参与；试验前后准备时间短，不足2小时，而常规方法通常需要1～2天。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1所述的调剖用凝胶动态性能评价装置的简单结构示意图。

附图标记：

1-计算机；2-蠕动泵；3-压力传感器；4-恒温箱；5-三角烧瓶；6-出液管；7-进液管；8-进口阀；9-出口阀；10-短接阀；11-试验瓶；111-上端盖；112-瓶体；113-下端盖；114-筛网；12-地层砂；13-数据控制线；14-待测凝胶。

具体实施方式

除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。

所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明。

实施例1

如图1所示，一种调剖用凝胶动态性能评价装置，包括计算机1、蠕动泵2、压力传感器3、恒温箱4和若干三角烧瓶5；

所述计算机1内装有数据采集卡、数据处理软件及控制系统；所述计算机1通过数据控制线13连接所述蠕动泵2，所述计算机1电连接压力传感器3；

所述至少一只三角烧瓶5内同时插有出液管6和进液管7；所述进液管7远离所述三角烧瓶5一端依次连接有进口阀8、蠕动泵2、压力传感器3和恒温箱4；所述出液管6远离所述三角烧瓶5一端依次连接有出口阀9和恒温箱4；所述出液管6和进液管7之间设有支路管线，所述支路管线位于所述进口阀8和蠕动泵2之间；所述支路管线上设有短接阀10；

所述恒温箱4内设有试验瓶11，所述试验瓶11底部连通所述进液管7，所述试验瓶11顶部连通出液管6。

所述试验瓶11垂直于所述恒温箱4底部，但与所述恒温箱4底部留有间距；所述试验瓶11包括上端盖111、瓶体112和下端盖113；所述上端盖111和下端盖113均螺纹连接所述瓶体112，且两者均与所述瓶体112之间采用硅胶垫密封；所述上端盖111和下端盖113外侧分别连通所述出液管6和进液管7，所述上端盖111和下端盖113内侧均设有筛网114；所述两筛网114均位于所述瓶体112内，且边缘均与瓶体112壁紧贴；所述两筛网114之间的瓶体112内填充有地层砂12，所述地层砂颗粒直径为0.5～2mm；所述蠕动泵调速范围为0～100mL/min。

所述上端盖111、下端盖113和瓶体112的螺纹连接中，所述上端盖111和下端盖113上均为内螺纹，所述瓶体112上为外螺纹；所述上端盖111和下端盖113外侧所分别连通的出液管6管段和进液管7管段均为不锈钢材质，且该出液管6管段和进液管7管段的内径均为3mm；所述出液管6管段和进液管7管段一端分别与所述上端盖111和下端盖113焊接，所述出液管6管段和进液管7管段另一端均穿透所述恒温箱4分别连通所述三角烧瓶5和压力传感器3。

所述出液管6和进液管7远离所述恒温箱4一端的管段均采用耐温硅胶管；所述瓶体112为一不锈钢圆管，且该圆管内径为25.4mm，高度30mm；所述筛网114材质为不锈钢，所述筛网目数为100。

所述进液管7插入所述三角烧瓶5一端端面距所述三角烧瓶5底部的距离小于所述出液管6插入所述三角烧瓶5一端端面距所述三角烧瓶5底部的距离；所述进液管7和出液管6的外径均为6mm；所述进液管7、出液管6、进口阀8、出口阀9、短接阀10及各管线上接头部位均耐压1.0MPa以上，耐温150℃以上；所述进口阀8、出口阀9、短接阀10及各管线上接头部均为不锈钢材质，且内通径为3mm。

所述若干三角烧瓶5的数量为3只；所述3只三角烧瓶5的体积均为500mL。

所述恒温箱4温度30～200℃可调，控温精度为±2℃，内部高度大于350mm。

采用上述评价装置对含0.4％聚丙烯酰胺(分子量为2000万，水解度18％)、0.4％醋酸铬形成的待测凝胶14进行评价，评价方法为：包括以下步骤：

(1)组装好试验瓶11一端，填入地层砂12，放入筛网114、硅胶密封垫旋紧另一端；将试验瓶11放入恒温箱4，保持试验瓶11在恒温箱4内垂直；连接进液管7、出液管6、蠕动泵2、压力传感器3、计算机1、进口阀8、出口阀9和短接阀10；

(2)准备待测凝胶14 200mL，放入一个三角烧瓶5内，将进液管7和出液管6一端均插入三角烧瓶5，使进液管7端口伸入待测凝胶14内，出液管6端口与待测凝胶14上表面留有间距；

(3)打开进口阀8和出口阀9，关闭短接阀10，启动蠕动泵2，以7mL/min排量泵入待测凝胶14，出液管6伸入三角烧瓶5一端先会排出空气，然后排出待测凝胶14；持续30分钟后，关闭进口阀8和出口阀9，打开短接阀10，开启恒温箱4并设定到试验温度。

(4)启动计算机1，数据处理软件开始计时间T，根据时间T控制系统不断调整蠕动泵2排量，每隔20分钟，改变一次排量，数据采集卡采集一次压力数据并保存，试验时间7到15天；不同时间T时的排量q_t按下式计算：

其中：

q_t:评价试验开始计时后T时刻蠕动泵2排量，mL/min；

r:试验瓶(11)内半径，cm；

q₀:现场实际调剖施工时的排量，mL/min；

H:现场实际调剖施工时地层厚度，cm；

φ:现场实际调剖施工时地层孔隙度，无单位量.

T：试验开始计时后时间，min；

(5)绘制时间-压力曲线，根据试验数据分析，找出循环压力数据点中，首次大于初始循环压力1.5倍时对应的时间T，即为成胶时间；找出循环压力的最大值，即为突破压力；再用突破压力除以试验瓶11内所填地层砂12高度即为突破压力梯度；

(6)试验结束后，在另外两个三角烧瓶5中一个装入蒸馏水，打开进口阀8和出口阀9，半开短接阀10，启动蠕动泵2，以60mL/min排量泵入蒸馏水清洗试验装置30分钟；然后撤掉三角烧瓶5，将进液管7端口和出液管6端口暴露于空气中，反相启动蠕动泵2空转12分钟，顶空装置中的蒸馏水。

所述步骤(5)中初始循环压力为试验开始后20和40分钟时循环压力的平均值。

所述步骤(4)中公式各参数取值情况为：现场实际调剖施工时的排量q₀为4m³/h(66666.7mL/min),现场实际调剖施工时地层厚度为1000cm，现场实际调剖施工时地层孔隙度30％。计算得出试验开始20min排量为1.43mL/min,之后各时间点排量按步骤(4)中公式计算。

经测量和计算，初始循环压力为0.06MPa，142.0小时时循环压力首次大于初始循环压力0.06MPa的1.5倍，即0.11MPa，则测得动态成胶时间为142.50小时；最大循环压力0.224MPa，试验瓶填砂高度0.028m，则突破压力梯度＝0.224/0.028＝8MPa/m。评价试验前后准备时间均不足2小时，试验中间过程全自动进行。

实施例2

本实施例和实施例1中的装置和评价方法基本相同，不同之处在于：蠕动泵的调速范围为0～50mL/min；地层砂颗粒粒径为0.2～1.5mm；筛网目数为200；评价的待测凝胶14为0.5％聚丙烯酰胺(分子量为2000万，水解度18％)、0.5％醋酸铬形成的凝胶；试验温度为105℃；

所述步骤(3)中，以10mL/min排量泵入待测凝胶14；持续45分钟后，关闭进口阀8和出口阀9，打开短接阀10；

所述步骤(6)中，以80mL/min排量泵入蒸馏水清洗试验装置35分钟；反相启动蠕动泵2空转10分钟，顶空装置中的蒸馏水。

所述步骤(4)中公式各参数取值情况为：现场实际调剖施工时的排量q₀为3m³/h(50000.0mL/min),现场实际调剖施工时地层厚度为1000cm，现场实际调剖施工时地层孔隙度22％。计算得出试验开始20min排量为1.06mL/min,之后各时间点排量按步骤(4)中公式计算。

经测量和计算，初始循环压力为0.04MPa，97.3小时时循环压力首次大于初始循环压力0.04MPa的1.5倍，即0.07MPa，则测得动态成胶时间为97.3小时；最大循环压力0.171MPa，试验瓶填砂高度0.028m，则突破压力梯度＝0.171/0.028＝6.1MPa/m。评价试验前后准备时间均不足2小时，试验中间过程全自动进行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。