一种凝胶调剖剂强度测试装置及测试方法与流程

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种凝胶调剖剂强度测试装置及方法。

背景技术：

凝胶调剖剂是一种用于封堵高含水期油气藏中的大孔道和高渗透层带的黏弹性化学胶体，基本特征是注入地层之前为低粘度液体，确保其较好的注入能力，注入到油气储层的大孔道和高渗透层带之后，在储层条件下发生化学反应生成强凝胶，封堵了大孔道和高渗透层带，使后续注入水发生转向进入低渗透层带驱替剩余油，最终提高油气采收率。凝胶强度是评价凝胶调剖剂封堵能力的重要指标，但是由于凝胶是一种黏弹性胶体，在旋转粘度计或者流变仪中无法准确测量凝胶强度。1987年，美国学者sydansk申请了聚合物凝胶在油气储层中的适应性评价专利(us4683949)，将凝胶强度分为十个等级，但是分级依据是通过目测确定(目测代码法)；1995年，刘成杰等人提出了落球法测试凝胶强度，根据φ18.5mm钢球在装有受试堵剂冻胶的试管内的沉没深度定性判断冻胶强度的大小；1997年，徐梅采用穿透法测试凝胶强度，用200g重的尖型岩心测定该凝胶体系的穿透阻力；2002年，王小泉等人将玻璃棒伸入凝胶，通过给玻璃棒上端添加砝码，求出单位面积上承载的总质量，换算成抗压强度值评价凝胶强度；2002年，党丽旻等人利用nxb-2l旋转粘度计测试堵剂强度，形成凝胶后每隔一定时间测一次凝胶强度(在室温下测定)，直到粘度变化不大为止，这个粘度即为凝胶强度；2004年路群祥等人利用吸量管测试凝胶强度，将吸量管放置在凝胶面上，给吸量管内加水，当吸量管在凝胶内下降一定高度时，通过加水量表征凝胶强度；2013年，中国石油大学朱岚申请了发明专利-强凝胶强度测量仪及测量方法(公布号cn103364310a)，提出了在带有刻度的水平管上连接测量头，在第二测量头中添加凝胶后放置于水平管测量头中，通过升降杆向凝胶施加压力，电子天平测量凝胶表面的破裂压力。以上方法中，目测代码法只能定性判断凝胶强度，且目测误差较大；落球法、穿透法、玻璃棒伸入法和吸量管测试法基本原理类似，都是通过表观现象对比凝胶强度的大小，测量过程中主观性很大，测量结果缺乏精度，粘度计测试法在实际测量过程中操作难度大，凝胶的黏弹性强，测试前粘度计探测针很难调节平衡稳定，测量结果误差较大。中国专利cn103364310a中的测试方法是人为施加作用力，而且测量头为固定圆柱状容器，取样难度大，不能有效模拟凝胶在储层孔隙中的受力状况。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够模拟凝胶在储层孔隙中受力状况、快速准确的测试凝胶调剖剂强度的装置，以及采用该装置测试凝胶强度的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：平流泵通过管线及设置在管线上的第一三通阀与中间容器的底部连通，中间容器内设置有活塞；中间容器的顶部通过管线与第二三通阀的入口相连通，第二三通阀的一个出口通过管线与压力传感器相连接、另一个出口通过管线与凝胶强度测试器相连通，压力传感器通过导线与数据记录仪相连接，凝胶强度测试器通过玻璃管与废弃液接收器相连通。

上述的凝胶强度测试器为：在压力承载器内设置有孔喉模拟器，孔喉模拟器内设置有取样器，压力承载器和顶部密封盖通过连接件紧固连接；取样器横截面的几何形状为底部收敛的t型，取样器的中心位置设置有通孔b；孔喉模拟器的上部中心位置设置有与取样器相适应的安装孔、下部中心位置设置有通孔c，并通过安装在通孔c内的管道与废弃液接收器相连通；压力承载器的中心位置设置有与孔喉模拟器相适应的安装孔；顶部密封盖的中心位置设置有通孔a，并通过管线与第二三通阀的另一个出口相连通。

上述取样器底部收敛处的夹角α优选为15°～30°。

上述孔喉模拟器下部中心位置设置的通孔c的直径优选为1mm～2.5mm、长度优选为15mm～20mm。

上述通孔b的内径优选是通孔c直径的3～5倍。

上述的顶部密封盖、取样器、压力承载器的材质为不锈钢，孔喉模拟器的材质为有机玻璃。

采用上述装置测试凝胶调剖剂强度的方法由下述步骤组成：

1、用取样器取凝胶调剖剂样品后，将取样器和样品一同置于孔喉模拟器内，将孔喉模拟器置于压力承载器内，盖上顶部密封盖，用连接件将顶部密封盖与压力承载器固定密封连接；将中间容器内的活塞推至底部并在活塞上部装满水。

2、开启平流泵，以1.0～2.5ml/min的驱替流量向中间容器底部注入水，以推动中间容器内的活塞向上移动，驱替活塞上部的水流入凝胶强度测试器内，采用数据记录仪记录驱替压力随时间的变化，其中压力突降点之前对应的最大压力值即为凝胶调剖剂强度，根据凝胶调剖剂强度的大小即可实现凝胶调剖剂的筛选。

本发明的有益效果如下：

1、本发明凝胶调剖剂强度测试装置的结构简单、设计合理，其孔喉结构能够充分模拟凝胶调剖剂在多孔介质孔喉(即储层孔隙)中的受力状况，采用该装置测试凝胶调剖剂强度，能够反映凝胶在地层中的受力状况，是一种准确、方便、快捷的凝胶调剖剂强度评价方法。

2、本发明每次测试取样量较少，且取样时能够解决凝胶黏弹性对取样多少影响较大的问题，不同配方的凝胶在同一标准下对比，测试结果类比性强，测试成本低廉，测试时间短，操作简便。

附图说明

图1是本发明测试装置的连接关系图。

图2是图1中强度测试器4的结构示意图。

图3是驱替流量2.5ml/min时驱替压力变化趋势。

图4是驱替流量1.5ml/min时驱替压力变化趋势。

图5是驱替流量1.2ml/min时驱替压力变化趋势。

图6是驱替流量1.0ml/min时驱替压力变化趋势。

图7是驱替流量0.8ml/min时驱替压力变化趋势。

图8是驱替流量0.5ml/min时驱替压力变化趋势。

图9是不同测试流量下同一种凝胶的突破压力。

图10是含2％主剂的凝胶强度测试结果。

图11是含3％主剂的凝胶强度测试结果。

图12是含4％主剂的凝胶强度测试结果。

图13是含5％主剂的凝胶强度测试结果。

图14是含6％主剂的凝胶强度测试结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例的凝胶调剖剂强度测试装置由中间容器1、第二三通阀2、压力传感器3、凝胶强度测试器4、数据记录仪5、废弃液接收器6、平流泵7、第一三通阀8连接构成。

平流泵7通过管线及连接在管线上的第一三通阀8与中间容器1的底部相连通，中间容器1内加工有活塞。中间容器1的顶部通过管线与连接在管线上的第二三通阀2的入口相，第二三通阀2的一个出口通过管线与压力传感器3相连接、另一个出口通过管线与凝胶强度测试器4相连通，压力传感器3通过导线与数据记录仪5相连接，凝胶强度测试器4通过管线与废弃液接收器6相连接。

如图2所示，本实施例的凝胶强度测试器4由顶部密封盖4-1、取样器4-2、孔喉模拟器4-3、压力承载器4-4组成。

在压力承载器4-4内安装有孔喉模拟器4-3，孔喉模拟器4-3内安装有取样器4-2，压力承载器4-4和顶部密封盖4-1通过螺纹紧固连接件固定连接；取样器4-2横截面的几何形状为底部收敛的t型，取样器4-2的中心位置加工有直径为6mm的通孔b，取样器4-2底部收敛处的夹角α为25°；孔喉模拟器4-3的上部中心位置加工有与取样器4-2相适应的安装孔、下部中心位置加工有通孔c，通孔c的直径径为1.5mm、长度为15mm。孔喉模拟器4-3通过玻璃管与废弃液接收器6相连通；压力承载器4-4的中心位置加工有与孔喉模拟器4-3相适应的安装孔；顶部密封盖4-1的中心位置加工有通孔a，并通过管线第二三通阀2的另一个出口相联连通。本实施例中顶部密封盖4-1、取样器4-2、压力承载器4-4的材质为不锈钢，孔喉模拟器4-3的材质为有机玻璃。

采用上述装置测试凝胶强度的方法如下：

1、用取样器4-2取凝胶调剖剂样品后，将取样器4-2和样品一同置于孔喉模拟器4-3内，将孔喉模拟器4-3置于压力承载器4-4内，盖上顶部密封盖4-1，用4个螺钉将顶部密封盖4-1与压力承载器4-4固定密封连接；将中间容器1内的活塞推至底部并在活塞上部装满水；按照图1所示组装好装置。

2、开启平流泵7，以1.0～2.5ml/min的流量向中间容器1底部注入水，以推动中间容器1内的活塞向上移动，驱替活塞上部的水流入强度测试器4内，采用数据记录仪5记录驱替压力随时间的变化，其中压力突降点之前对应的最大压力值即为凝胶调剖剂强度，根据凝胶调剖剂强度的大小即可实现凝胶调剖剂的筛选。

实施例2

本实施例中，取样器4-2的中心位置加工有直径为3mm的通孔b，取样器4-2底部收敛处的夹角α为15°；孔喉模拟器4-3的上部中心位置加工有与取样器4-2相适应的安装孔、下部中心位置加工有通孔c，通孔c的直径径为1mm、长度为15mm。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例3

本实施例中，取样器4-2的中心位置加工有直径为12.5mm的通孔b，取样器4-2底部收敛处的夹角α为30°；孔喉模拟器4-3的上部中心位置加工有与取样器4-2相适应的安装孔、下部中心位置加工有通孔c，通孔c的直径径为2.5mm、长度为20mm。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。

采用本发明装置和方法测试凝胶调剖剂强度时，首先应该确定合适的驱替流量，以保证凝胶强度的准确测量和实验数据的可比性。驱替流量筛选过程中发明人考察了0.5ml/min、0.8ml/min、1.0ml/min、1.2ml/min、1.5ml/min和2.5ml/min共6个流量值，采用同一凝胶调剖剂(4％丙烯酰胺+0.1％n’n-亚甲基双丙烯酰胺+0.1％过硫酸铵)在同等实验条件下进行凝胶强度测试，测试结果如图3～8所示。

从图3～8中曲线可以看出，不同的驱替流量下，驱替压力曲线的变化趋势基本一致，驱替流量越大，测试时间越短。从图9中曲线可以看出，驱替流量小于1.0ml/min时，同一种凝胶调剖剂的突破压力(压力突降点之前的最大压力值)较低，主要是因为在低流量下，模拟孔喉中的驱替液体流动速度极慢，驱替液体容易沿着模拟孔喉壁面向前突进，造成测试结果误差较大，而测试结果中驱替流量为1.0ml/min、1.2ml/min、1.5ml/min和2.5ml/min时，凝胶调剖剂的突破压力近似相等，表明在驱替流量大于等于1.0ml/min时，驱动凝胶调剖剂通过孔喉模拟器4-3的通孔c所得到的最大压力值没有明显波动，已经趋于稳定，且测试时间为100s以内，既保证了测试时间较短又兼顾了压力数据处理的合理性。因此，综合考虑测试时间短、测试结果稳定且真实有效等因素，本发明选择驱替流量为1.0～2.5ml/min。将驱替流量为1.0～2.5ml/min时的突破压力定义为“凝胶强度”，其实际上表明的是凝胶调剖剂在孔喉中的封堵强度。

为了验证采用本发明凝胶调剖剂强度测试装置和测试方法测试凝胶强度的准确性，发明人分别配制不同主剂含量的凝胶调剖剂(2％、3％、4％、5％、6％丙烯酰胺+0.1％n’n-亚甲基双丙烯酰胺+0.1％过硫酸铵)，其中主剂的添加量分别为2.0％、3.0％、4.0％、5.0％、6.0％，在同等实验条件下进行凝胶强度测试，实验结果如图10～14所示。从图中数据及曲线变化趋势可以看出，采用本发明凝胶调剖剂强度测试装置能够快速准确的测定不同类型凝胶调剖剂强度。