一种岩心酸化解堵性能测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种岩心酸化解堵性能测量装置及方法，涉及石油与天然气勘探开发领域，装置包括加压设备、酸溶暂堵浆体容器、清水容器、酸液容器、岩心夹持器、围压器件、废液容器、计量容器和微流量测量部件。本发明可以进行封堵试验，在封堵试验之后还可以进行酸溶解堵，在酸溶解封过程中通过微流量测量部件准确获取岩心渗透量，并通过特殊设计的岩心夹持器，使得内滑筒跟随岩心酸溶前进，为岩心承担部分胶套的围压，避免岩心因酸溶导致岩心前端空腔过大导致围压胶套局部塌陷，防止作用在岩心上的围压不均，保证酸溶测试过程的数据准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及石油与天然气勘探开发领域，具体涉及一种岩心酸化解堵性能测量装置及方法。

背景技术

井漏是目前钻井过程中最常见的井下复杂问题，是制约井下安全、影响钻井进度造成钻进成本大幅增加的主要因素之一，故及时实现漏层有效封堵至关重要。对于储层段的漏失控制不仅需要在钻完井过程实现高效封堵，还要求在钻完井后可有效解除封堵带，以便后期恢复裂缝通道的渗流能力，达到储层堵漏保护兼得的目的。储层段漏失控制与解除封堵通常依赖可酸溶暂堵材料。在堵漏过程中，可酸溶暂堵材料进入地层裂缝，滞留并形成具有一定强度的封堵带，随后解堵过程中酸液会将该封堵带溶解。在酸溶过程中，裂缝中的反应剩余物及暂堵剂残留会减低岩心渗透率，这将直接影响后续储层开发效果。因此，如何在室内准确测量岩心经暂堵酸化实验后的渗透率，对于评价酸溶暂堵材料的解堵效果、明确酸溶暂堵材料封堵解堵机理、解决储层堵漏与保护兼得的难题有着重要的意义。但目前岩心酸化解堵性能测量装置仍然存在几个问题：

1.无法将酸溶反应后的酸液-酸溶物接触面反应残余液及时排除，使得参与酸溶反应的酸液浓度不足，最终导致岩样总体酸溶速率测量不准；

2.未考虑实际酸溶工况中，酸液因侵蚀地层岩石导致酸浓度下降，以及地层岩石迂曲孔喉导致酸液-酸溶物接触情况复杂对岩样酸溶速率造成的影响；

3.未考虑岩样酸溶后长度变短，围压胶套局部塌陷而导致的围压加载不均匀；

4.无法模拟地层高温高压环境，而温度与压力环境会直接影响到反应速率；

5.无法精确测量岩样尾端流出微小流量液体的流速。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种岩心酸化解堵性能测量装置及方法解决了现有岩心酸化解堵性能测量装置未考虑岩样酸溶后长度变短的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种岩心酸化解堵性能测量装置，其包括加压设备、酸溶暂堵浆体容器、清水容器、酸液容器、岩心夹持器、围压器件、废液容器、计量容器和微流量测量部件；岩心夹持器包括前端入口、前端出口和后端出口；

加压设备通过第一开关与酸溶暂堵浆体容器相连，加压设备通过第四开关与酸液容器相连，加压设备与清水容器相连，加压设备通过第三开关与前端入口相连；

清水容器通过第二开关与前端入口相连；酸溶暂堵浆体容器和酸液容器分别与前端入口相连；岩心夹持器与围压器件相连；

前端出口通过第五开关连接废液容器；后端出口通过第六开关分别连接计量容器和微流量测量部件；前端入口处设置有第一压力表，前端出口处设置有第二压力表，后端出口处设置有第三压力表；

岩心夹持器包括前堵头外筒、夹持器外筒和后堵头主体；前端入口和前端出口均设置在前堵头外筒上；前堵头外筒通过前堵头锁块与夹持器外筒可拆卸连接；后堵头主体通过后堵头锁块与夹持器外筒可拆卸连接；后端出口贯穿后堵头主体；

夹持器外筒的内侧两端均设置有第一固定台，两个第一固定台之间设置有胶套，胶套与夹持器外筒之间形成围压腔；夹持器外筒上设置有与围压腔连通的围压腔入口；

前堵头外筒内设置有内滑筒，内滑筒包括尾部和固定在尾部上的内圆柱与外圆柱；内滑筒的尾部与前堵头外筒的内壁之间设置有用于推动内滑筒滑动的液压伸缩设备；内滑筒的尾部设置有位于的内圆柱与外圆柱之间的通孔；前端入口伸入内圆柱；外圆柱的前端外表面与胶套接触；外圆柱与后堵头主体之间用于放置岩心；外圆柱的前端设置有距离探测器，距离探测器与液压伸缩设备电连接，液压伸缩设备与上位机电连接。

进一步地，内圆柱的前端设置有扰流孔板，前端入口的前端设置有第一胶圈；

围压器件包括围压油槽和围压泵，围压泵分别与围压油槽和围压腔入口相连，围压腔入口处设置有围压表。

进一步地，后堵头主体朝向岩心的一端分布有扇面柱，相邻扇面柱之间形成集流槽，集流槽与后端出口相连；

扇面柱的前端设置有温度传感器，温度传感器通过贯穿后堵头主体的信号线连接上位机；夹持器外筒的外表面依次设置有加热层和保温层。

进一步地，液压伸缩设备包括设备外壳和伸缩柱，设备外壳和内滑筒的相对面均设置有第二固定台，两个第二固定台分别固定第二胶圈的两端；伸缩柱的前端与内滑筒可拆卸连接。

进一步地，微流量测量部件包括绝缘排液管，绝缘排液管的外表面设置千分尺主体；绝缘排液管内设置有活塞，活塞的背面设置有齿条，齿条穿过千分尺主体并带动千分尺主体记录数值。

进一步地，距离探测器包括第一磁体、第二磁体，以及设置在外圆柱内且与外圆柱平行的探测腔；探测腔内通过隔板分为前腔室和后腔室，前腔室与外部连通，前腔室内设置有第一滑槽，后腔室内设置有第二滑槽和弹力部件，第二滑槽内设置有第一触点开关和第二触点开关；第一磁体外包裹有耐酸层和第一滑块，第一滑块位于第一滑槽内；

第二磁体上设置有第二滑块，第二滑块位于第二滑槽内；第一触点开关位于第二滑块的前端，第二触点开关位于第二滑块的后端，第一触点开关和第二触点开关分别与液压伸缩设备电连接；

弹力部件与第二磁体的尾端相连；第一磁体和第二磁体相斥设置；当第二滑块与第二触点开关接触时，耐酸层长于内滑筒；第一触点开关产生前移信号，第二触点开关产生停止信号。

提供一种岩心酸化解堵性能测量方法，包括岩心酸化解堵性能测量装置，以及以下步骤：

S1、将岩心放置在胶套内，组合好岩心夹持器，闭合所有开关；

S2、对岩心进行封堵：打开第一开关，使第六开关连通岩心夹持器与计量容器，通过加压设备使酸溶暂堵浆体容器中的酸溶暂堵浆体进入岩心夹持器，直至计量容器中的液体达到设定体积；

S3、关闭第一开关，打开第三开关和第五开关，排出岩心前端的酸溶暂堵浆体，关闭加压设备；

S4、打开岩心夹持器取出封堵后的岩心，将岩心夹持器重新装配；

S5、关闭第三开关，打开第二开关，通过加压设备使清水容器中的清水对管道进行冲洗；

S6、打开第三开关，关闭第六开关和第二开关，通过加压设备向管路进行通气至设定时间；

S7、将封堵后的岩心装入岩心夹持器，启动液压伸缩设备使内滑筒的前端移动至与封堵后的岩心接触；

S8、进行酸溶解堵：启动液压伸缩设备使内滑筒向封堵后的岩心移动，当距离探测器获得停止信号时中止液压伸缩设备伸缩，当距离探测器获得前移信号时启动液压伸缩设备伸长；通过围压器件向岩心夹持器施加围压；关闭第三开关，打开第四开关，通过第六开关连通岩心夹持器和微流量测量部件，通过加压设备使酸液容器中的酸液进入岩心夹持器；获取第一压力表的压力值P

S9、根据公式：

获取第

进一步地，步骤S8中微流量测量部件测得的液量的计算公式为：

其中

本发明的有益效果为：

1、本发明可以进行封堵试验，在封堵试验之后还可以进行酸溶解堵，在酸溶解封过程中通过微流量测量部件准确获取岩心渗透量，并通过特殊设计的岩心夹持器，使得内滑筒跟随岩心酸溶前进，为岩心承担部分胶套的围压，避免岩心因酸溶导致岩心前端空腔过大导致围压胶套局部塌陷，防止作用在岩心上的围压不均，保证酸溶测试过程的数据准确性。

2、本发明可以将酸溶反应后的酸液-酸溶物接触面反应残余液及时排除，避免了参与酸溶反应的酸液浓度不足，最终导致酸溶速率测量不准确的问题。

3、本发明可以模拟实际地层岩心酸溶过程中，酸液因侵蚀地层岩石导致酸浓度下降、酸液与酸溶物接触情况复杂、以及岩样酸溶脱落物对渗漏通道的阻塞作用等多种复杂情况，更符合真实酸溶工况。

4、本发明可以模拟地层高温高压环境下的酸溶反应过程，可以通过改变加热装置设定温度、围压泵设定泵压，以模拟更多样的地层环境，适用性更强。

5、本发明可以精确测量岩样尾端流出微小流量液体的流速，同时可以采集全实验过程的瞬态渗透率。不仅能够关注到实验过程的细微现象，还能监测实验过程全局的渗透率变化情况，这对于提高酸溶暂堵材料封堵解堵效果、促进此类材料堵漏技术的发展具有重要意义。

6、本发明的扰流孔板可以对酸液进行扰流，避免酸液对岩心的直接冲刷，使得酸液与岩心的接触更均匀。

7、本发明的第一胶圈可以填充前端入口与内圆柱之间的缝隙，避免液体从前端入口与内圆柱之间的缝隙流走，保证液体与岩心的接触率。

8、第二胶圈可以密封液压伸缩设备与内滑筒之间的空间，进而防止伸缩柱与酸液接触，保护液压伸缩设备，使得液压伸缩设备可多次重复使用。

9、扇面柱和集流槽的设置可以向岩心提供足够支撑的基础上提供更大面积的排液能量，进而减小后堵头主体对岩心渗透率的影响。

10、温度传感器可以检测岩心的温度，并向加热层提供温度调控基础数据，便于维持岩心相应的温度环境。

11、本发明通过齿条带动（电子）千分尺进行数据记录，采用千分尺来记录液体的渗入深度，其不仅精度高，还能以电信号的方式实时获取相应数据，便于上位机采集、绘制相应数据。

12、本发明的距离探测器通过相斥设置的磁体来实现隔离推动，便于采用隔板保护后端器件，实现后端与酸液隔离的情况下，完成开关触发，为液压伸缩设备的工作提供相应的信号，保证内滑筒与岩心的距离始终在设定值内。

附图说明

图1为本装置的结构框图；

图2为岩心夹持器的结构示意图；

图3为液压伸缩设备与内滑筒之间的结构示意图；

图4为后堵头锁块的结构示意图；

图5为微流量测量部件的结构示意图；

图6为距离探测器的结构示意图。

其中：1、加压设备；2、第一开关；3、酸溶暂堵浆体容器；4、清水容器；5、第二开关；6、第三开关；7、第四开关；8、酸液容器；9、第一压力表；10、岩心夹持器；11、第二压力表；12、第五开关；13、废液容器；14、围压表；15、围压泵；16、围压油槽；17、第三压力表；18、第六开关；19、计量容器；20、微流量测量部件；21、前堵头外筒；22、液压伸缩设备；23、通孔；24、内滑筒；25、前堵头锁块；26、夹持器外筒；27、围压腔；28、胶套；29、后堵头主体；30、后堵头锁块；31、前端入口；32、后端出口；33、岩心；34、扰流孔板；35、前端出口；36、第一胶圈；37、围压腔入口；38、距离探测器；39、第一固定台；40、温度传感器；41、信号线；42、加热层；43、保温层；44、伸缩柱；45、第二固定台；46、第二胶圈；47、扇面柱；48、集流槽；49、绝缘排液管；50、活塞；51、千分尺主体；52、齿条；59、第一滑槽；60、第二滑槽；61、第一磁体；62、耐酸层；63、第一滑块；64、隔板；65、第二磁体；66、第一触点开关；67、第二滑块；68、第二触点开关；69、弹力部件；70、探测腔。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1和图2所示，该岩心酸化解堵性能测量装置包括加压设备1、酸溶暂堵浆体容器3、清水容器4、酸液容器8、岩心夹持器10、围压器件、废液容器13、计量容器19和微流量测量部件20；岩心夹持器10包括前端入口31、前端出口35和后端出口32；

加压设备1通过第一开关2与酸溶暂堵浆体容器3相连，加压设备1通过第四开关7与酸液容器8相连，加压设备1与清水容器4相连，加压设备1通过第三开关6与前端入口31相连；

清水容器4通过第二开关5与前端入口31相连；酸溶暂堵浆体容器3和酸液容器8分别与前端入口31相连；岩心夹持器10与围压器件相连；

前端出口35通过第五开关12连接废液容器13；后端出口32通过第六开关18分别连接计量容器19和微流量测量部件20；前端入口31处设置有第一压力表9，前端出口35处设置有第二压力表11，后端出口32处设置有第三压力表17；

岩心夹持器10包括前堵头外筒21、夹持器外筒26和后堵头主体29；前端入口31和前端出口35均设置在前堵头外筒21上；前堵头外筒21通过前堵头锁块25与夹持器外筒26可拆卸连接；后堵头主体29通过后堵头锁块30与夹持器外筒26可拆卸连接；后端出口32贯穿后堵头主体29；

夹持器外筒26的内侧两端均设置有第一固定台39，两个第一固定台39之间设置有胶套28，胶套28与夹持器外筒26之间形成围压腔27；夹持器外筒26上设置有与围压腔27连通的围压腔入口37；

前堵头外筒21内设置有内滑筒24，内滑筒24包括尾部和固定在尾部上的内圆柱与外圆柱；内滑筒24的尾部与前堵头外筒21的内壁之间设置有用于推动内滑筒24滑动的液压伸缩设备22；内滑筒24的尾部设置有位于的内圆柱与外圆柱之间的通孔23；前端入口31伸入内圆柱；外圆柱的前端外表面与胶套28接触；外圆柱与后堵头主体29之间用于放置岩心33；外圆柱的前端设置有距离探测器38，距离探测器38与液压伸缩设备22电连接，液压伸缩设备22与上位机电连接。

内圆柱的前端设置有扰流孔板34，前端入口31的前端设置有第一胶圈36；

围压器件包括围压油槽16和围压泵15，围压泵15分别与围压油槽16和围压腔入口37相连，围压腔入口37处设置有围压表14。

后堵头锁块的结构如图4所示。后堵头主体29朝向岩心33的一端分布有扇面柱47，相邻扇面柱47之间形成集流槽48，集流槽48与后端出口32相连。扇面柱47的前端设置有温度传感器40，温度传感器40通过贯穿后堵头主体29的信号线41连接上位机；夹持器外筒26的外表面依次设置有加热层42和保温层43。

如图3所示，液压伸缩设备22包括设备外壳和伸缩柱44，设备外壳和内滑筒24的相对面均设置有第二固定台45，两个第二固定台45分别固定第二胶圈46的两端；伸缩柱44的前端与内滑筒24可拆卸连接。

微流量测量部件的结构如图5所示，微流量测量部件20包括绝缘排液管49，绝缘排液管49的外表面设置千分尺主体51；绝缘排液管49内设置有活塞50，活塞50的背面设置有齿条52，齿条52穿过千分尺主体51并带动千分尺主体51记录数值。

距离探测器的结构如图6所示，距离探测器38包括第一磁体61、第二磁体65，以及设置在外圆柱内且与外圆柱平行的探测腔70；探测腔70内通过隔板64分为前腔室和后腔室，前腔室与外部连通，前腔室内设置有第一滑槽59，后腔室内设置有第二滑槽60和弹力部件69，第二滑槽60内设置有第一触点开关66和第二触点开关68；第一磁体61外包裹有耐酸层62和第一滑块63，第一滑块63位于第一滑槽59内；

第二磁体65上设置有第二滑块67，第二滑块67位于第二滑槽60内；第一触点开关66位于第二滑块67的前端，第二触点开关68位于第二滑块67的后端，第一触点开关66和第二触点开关68分别与液压伸缩设备22电连接；

弹力部件69与第二磁体65的尾端相连；第一磁体61和第二磁体65相斥设置；当第二滑块67与第二触点开关68接触时，耐酸层62长于内滑筒24；第一触点开关66产生前移信号，第二触点开关68产生停止信号。弹力部件69可以采用弹簧。

该岩心酸化解堵性能测量方法，包括岩心酸化解堵性能测量装置，以及以下步骤：

S1、将岩心33放置在胶套28内，组合好岩心夹持器10，闭合所有开关；

S2、对岩心33进行封堵：打开第一开关2，使第六开关18连通岩心夹持器10与计量容器19，通过加压设备1使酸溶暂堵浆体容器3中的酸溶暂堵浆体进入岩心夹持器10，直至计量容器19中的液体达到设定体积（可设定为20ml，目的是让酸溶暂堵浆体充分通过岩心）；

S3、关闭第一开关2，打开第三开关6和第五开关12，排出岩心前端的酸溶暂堵浆体，关闭加压设备1（该方式可以使得酸液容器8至岩心夹持器10间的管线中没有水残留，避免酸液被冲稀，同时也能保证岩心夹持器10至第六开关18的管线存有水，便于酸溶阶段能第一时间监测到液流）；

S4、打开岩心夹持器10取出封堵后的岩心，将岩心夹持器10重新装配；

S5、关闭第三开关6，打开第二开关5，通过加压设备1使清水容器4中的清水对管道进行冲洗；

S6、打开第三开关6，关闭第六开关18和第二开关5，通过加压设备1向管路进行通气至设定时间；

S7、将封堵后的岩心装入岩心夹持器10，启动液压伸缩设备22使内滑筒24的前端移动至与封堵后的岩心接触；

S8、进行酸溶解堵：启动液压伸缩设备22使内滑筒24向封堵后的岩心移动，当距离探测器38获得停止信号时中止液压伸缩设备22伸缩，当距离探测器38获得前移信号时启动液压伸缩设备22伸长；通过围压器件向岩心夹持器10施加围压；关闭第三开关6，打开第四开关7，通过第六开关18连通岩心夹持器10和微流量测量部件20，通过加压设备1使酸液容器8中的酸液进入岩心夹持器10；获取第一压力表9的压力值P

S9、根据公式：

获取第

步骤S8中微流量测量部件20测得的液量的计算公式为：

其中

在本发明的一个实施例中，齿条52与千分尺主体51之间可以设置传动部件（例如齿轮组），来放大量程或增加精度。千分尺主体51可以采用电子千分尺。

在具体实施过程中，为了方便前堵头锁块25和后堵头锁块30与夹持器外筒26的拆卸，夹持器外筒26通过螺纹的方式分别与前堵头锁块25和后堵头锁块30相连。整个装置与酸液会产生接触的地方均采用耐酸方式进行处理，相关胶套或胶圈均可以采用耐酸胶圈，耐酸胶圈可以使用氢化丁腈橡胶或氟硅橡胶为主要材质，其中氟硅橡胶的延展性可完全满足伸缩柱44在伸长过程中对第二胶圈46的拉伸要求。其他具有耐酸、耐高温、具有相应延展性的材料亦可以用作第二胶圈46或本装置中其他橡胶器件。

若需要将内滑筒24与岩心33之间的距离控制在Acm内，则只需调整第二触点开关68的位置，使得第二滑块67在触发第一触点开关66时，耐酸层62的最前端超出内滑筒24的长度小于Acm。同时，为了保证内滑筒24不与岩心33直接接触，只需要调整第二触点开关68的位置，使得第二滑块67在触发第二触点开关68时，耐酸层62的最前端仍然超出内滑筒24即可。在初始状态下，弹力部件69将向前推动第二磁体65，第二磁体65通过磁力向前推动第一磁体61，弹力部件69将使第二磁体65触发第一触点开关66（初始状态下的液压伸缩设备22的首次启动将由上位机控制）。当内滑筒24向前移动时，若第一磁体61接触到岩心，此时第一磁体61通过磁力推动第二磁体65，使第二磁体65上的第二滑块67离开第一触点开关66并朝向第二触点开关68移动，当第二滑块67接触到第二触点开关68时，液压伸缩设备22将停止伸长。当岩心33被酸溶时，第一磁体61向前移动，第二滑块67离开第二触点开关68并在弹力部件69的作用下向第一触点开关66移动（液压伸缩设备22保持停止伸长状态），直至第二滑块67触发第一触点开关66，液压伸缩设备22开始工作并伸长，重复上述过程，即可实现内滑筒24自动跟踪岩心酸溶过程。在液压伸缩设备22的工作过程中，上位机可以随时介入控制，避免触点开关故障导致设备损坏。

在酸溶后期，若岩心33后端渗透液量增大或超出微流量测量部件20的量程，可以切换第六开关18使岩心夹持器10与计量容器19连通，通过计量容器19进行流量统计。

综上所述，本发明可以进行封堵试验，在封堵试验之后还可以进行酸溶解堵，在酸溶解封过程中通过微流量测量部件20准确获取岩心渗透量，并通过特殊设计的岩心夹持器10，使得内滑筒24跟随岩心酸溶前进，为岩心承担部分胶套的围压，避免岩心因酸溶导致岩心前端空腔过大导致围压胶套局部塌陷，防止作用在岩心上的围压不均，保证酸溶测试过程的数据准确性。