一种可视化压裂液自发渗吸研究装置及方法与流程
本发明涉及油气藏开发技术领域，尤其涉及一种可视化压裂液自发渗吸研究装置及方法。
背景技术
随着人类对于石油天然气等资源的依赖程度逐年增长，近十年来，非常规油气开采逐渐成为世界各国油气开发的主任务。总体来看，非常规油气资源具有资源量大但开采难度亦大的特点，要想形成工业油气流，非常规油气资源必须进行区别于常规油气资源的增产作业。而水力压裂作业正是开采非常规油气资源的重要手段之一。
通常进行完水力压裂后，都需要快速的反排压裂液，以防止压裂液对储层造成伤害，并且压裂液反排后会带出油气从而使压裂井可以迅速投入生产。但现场的情况却与上述认知恰恰相反：在对某些致密砂岩储层进行压裂后，很多井压裂液反排率极低，但产量却很高，少数井压裂液反排率高，但单井产量却相对较低。
渗吸是指多孔介质自发的吸入某种润湿流体的过程，并且由于渗吸的动力主要来自于毛细管力，因此自发渗吸现象多发生在致密储层中。由此，致密储层中未反排的压裂液发生渗吸，将原油驱替出来，从而导致了现场的以上现象。
现有的自发渗吸研究方法，多为研究水自发渗吸进岩心驱替原油的方法，近年来也有很多实验方法将表活剂以及各类化学试剂和地层情况考虑入内。但鲜有研究方法能够完整的显示整个自发渗吸的过程，并且研究水力压裂过程中压裂液的自发渗吸现象。
技术实现要素：
本发明针对现有自发渗吸研究方法中存在的缺陷，如无法给予研究人员可视化地观察整个渗吸过程，以及几乎没有研究方法研究压裂液的渗吸，提出了一种可视化压裂液自发渗吸研究装置及方法。本发明旨在研究压裂液的自发渗吸，并让研究人员能够直观地观测到自发渗吸现象，最终定性乃至定量的获得压裂液自发渗吸的情况。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种可视化压裂液自发渗吸研究装置，包括加压泵、第一滴定管、第二滴定管、岩心薄片和真空泵；岩心薄片的入口端与第一滴定管的一端连接，岩心薄片的出口端与第二滴定管的一端连接；
当对岩心薄片进行抽真空时，第二滴定管的另一端与真空泵连接；
当对岩心薄片进行正向驱动时，第一滴定管的另一端与加压泵连接；
当对岩心薄片进行反向驱动时，第二滴定管的另一端与加压泵连接。
优选的，所述正向驱动指的是由岩心薄片的入口端对岩心薄片加压进行驱动；所述的反向驱动指的是由岩心薄片的出口端对岩心薄片加压进行驱动，本发明的下述方法中，抽真空、饱和水、饱和油和压裂液驱油均为正向驱动的形式；油反驱压裂液为反向驱动的形式。
优选的，还包括观测组件，观测组件包括光学显微镜和电子计算机，光学显微镜和电子计算机连接，岩心薄片设置于光学显微镜的视域中心。
优选的，岩心薄片的入口端与第一滴定管通过橡胶软管连接。
优选的，岩心薄片的出口端与第二滴定管通过橡胶软管连接。
优选的，第一滴定管与加压泵通过橡胶软管连接。
优选的，所述的橡胶软管为顺丁橡胶管。
一种可视化压裂液自发渗吸研究方法，通过上述装置进行，包括以下步骤：
(1)抽真空：将第一滴定管中装水，第二滴定管为空；将第一滴定管与岩心薄片的入口端之间的通路截止，通过真空泵对岩心薄片抽真空；
(2)饱和水：抽完真空后，将第二滴定管与真空泵之间的通路截止；导通第一滴定管3与岩心薄片的入口端之间的通路；使岩心薄片的岩心饱和水，待岩心颜色无明显变化时，结束饱和水；
(3)饱和油：将第一滴定管中更换为含有油的滴定管，将第二滴定管更换为空的滴定管；通过加压泵对含有油的滴定管加压，使油进入岩心薄片中；待岩心薄片的出口端连接的空滴定管出油且岩心颜色无变化时，结束饱和油；
(4)压裂液驱油：将岩心薄片的入口端连接的滴定管更换为含有压裂液的滴定管，将岩心薄片的出口端连接的滴定管更换为空的滴定管；通过加压泵对含有压裂液的滴定管加压，使压裂液进入岩心薄片中；待岩心薄片的出口端连接的空的滴定管出压裂液且岩心颜色无变化时，结束压裂液驱油；
(5)油反驱压裂液：将岩心薄片的出口端连接的滴定管更换为含有油的滴定管，将岩心薄片的入口端连接的滴定管更换为空的滴定管；通过加压泵含有油的滴定管加压，使油反驱岩心薄片中的压裂液；待岩心薄片的入口端连接的空的滴定管出油且岩心颜色无变化时，结束油反驱压裂液；在油反驱压裂液过程中观测自发渗吸现象；
(6)计算压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数。
优选的，所述步骤(6)中，计算压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数的过程如下：
通过岩心薄片两端滴定管的刻度算出压裂液在岩心薄片中的滞留量；
由步骤(2)饱和水开始时第一滴定管水量减去饱和水结束后第一滴定管中的水量，再减去饱和水结束后第二滴定管中的水量，得到进入岩心薄片的水量l1；
由步骤(3)饱和油开始时含有油的滴定管中的油量减去饱和油结束后出口端连接的滴定管中的油量，得到进入岩心薄片中的油量o1；
步骤(2)中进入岩心薄片中的水量l1减去步骤(3)中出口端连接的滴定管中的水量，得到饱和油结束后岩心薄片中的水量l2；
由步骤(4)压裂液驱油开始时含有压裂液的滴定管的压裂液量减去压裂驱油结束后出口端连接的滴定管中的水量，再加上饱和油结束后岩心薄片中的水量l2，得到滞留在岩心薄片内的压裂液量f1；
步骤(3)中进入岩心薄片中的油量o1减去步骤(4)中出口端连接的滴定管的油量，得到压裂液驱油结束后岩心薄片内的油量o2；
由步骤(5)油反驱压裂液开始时出口端连接的滴定管中的油量减去油反驱压裂液结束后入口端连接的滴定管中的油量，再加上步骤(4)结束后岩心薄片内的油量o2，得到油反驱压裂液结束后岩心薄片内油量o3；
步骤(4)结束后进入岩心薄片的压裂液量f1减去步骤(5)中入口端连接的滴定管中的压裂液量，得油反驱压裂液结束后岩心薄片内的压裂液量f2，则压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数为
优选的，所述步骤(1)中，第一滴定管中装的水为依据目的层地层水性质配制的样品，水中加入甲基蓝使之呈蓝色；
所述步骤(4)中，压裂液为水力压裂施工压裂液配方配制的样品，压裂液中加入甲基蓝使之呈蓝色；
所述步骤(5)中，所述油采用煤油，煤油中加入油溶红染色使之呈红色。
优选的，所述步骤(6)中，计算压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数的过程如下：
步骤6.1，从步骤(1)抽真空开始至步骤(5)油反驱压裂液结束，通过光学显微镜拍摄步骤(1)至步骤(5)操作过程中岩心薄片，并拍摄步骤(2)至步骤(5)每一步结束后的全视域，光学显微镜将拍摄的图像发送给电子计算机；
步骤6.2，电子计算机通过不同的阈值对图像中的油水颜色进行刻画，获得全视域图像的色谱图；
步骤6.3，电子计算机根据色谱图对残余水量进行分析，获得步骤(4)压裂液驱油过程的蓝色面积f1′，与步骤(5)油反驱压裂液过程的蓝色面积f2′，并算出压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数为
优选的，所述步骤(1)中，抽真空的时间为5～10小时；
所述步骤(2)中，岩心薄片的岩心饱和水的时间为2～3小时；
所述步骤(3)中，加压泵对含有油的滴定管加压时间为5～8小时；
所述步骤(4)中，加压泵对含有压裂液的滴定管加压时间为5～8小时；
所述步骤(5)中，加压泵含有油的滴定管加压时间为5～8小时。
优选的，所述步骤(3)中，加压泵对含有油的滴定管加压的压力为0.02～0.20mpa；
所述步骤(4)中，加压泵对含有压裂液的滴定管加压的压力为0.02～0.20mpa；
所述步骤(5)中，加压泵对含有油的滴定管加压的压力为0.02～0.20mpa。
优选的，从步骤(3)至步骤(5)，每一步骤结束后，将岩心薄片放置6～12小时，使岩心薄片老化。
本发明专利的有益效果是：
本发明的可视化压裂液自发渗吸研究装置通过在岩心薄片的入口端和出口端分别连接第一滴定管和第二滴定管，对岩心薄片进行抽真空时，第二滴定管的另一端与真空泵连接；当对岩心薄片进行正向驱动时，第一滴定管的另一端与加压泵连接；当对岩心薄片进行反向驱动时，第二滴定管的另一端与加压泵连接；因此能够在研究过程中能够用肉眼直观的看到流体的流动与渗吸现象的发生，弥补了现有技术无法直接观察的缺陷，除此之外，通过滴定管能够对岩心的自发渗吸进行定量测量，并最终定性乃至定量的获得压裂液自发渗吸的情况，由此得出压裂液自发渗吸对生产的影响。
进一步的，本发明能够通过光学显微镜实时拍摄岩心薄片全视域图像，电子计算机对全视域图像进行分析处理，获得全视域图像的色谱图，电子计算机再根据不同颜色的阈值获得相应颜色的面积，从而得到压裂液渗吸残余量以及渗吸残余压裂液百分数；本发明通过光学显微镜与计算机进行记录分析，能够直观的看到流体的流动与渗吸现象的发生。除此之外，还能够通过电子计算机来定量地计算最终滞留在岩心薄片中的压裂液量，由此得出压裂液自发渗吸对生产的影响。
本发明的可视化压裂液自发渗吸研究方法在研究压裂液自发渗吸时，考虑到不能单一的将压裂液拿出来进行渗吸实验，而要模拟水力压裂时地层流体的整个变化流动过程，因此设计了饱和水、饱和油、压裂液驱油和油反驱压裂液的四个主要步骤，分别代表了原始地层孔隙先为地层水所占据，油生成后地层孔隙再被原油占据，直到后续压裂施工作业时压裂液驱替原油占据孔隙，最终生产时原油又将压裂液反驱的四个过程，完整系统的模拟了自水占据孔隙直至油井出油的全流程，使得研究更加贴近实际，更加全面。
附图说明
图1是本发明可视化压裂液自发渗吸研究装置一实施例的整体示意图；
图2是本发明的岩心薄片的示意图；
图3是本发明研究方法的流程示意图；
图4是本发明光学显微镜拍摄的全视域图；
图5是本发明电子计算机得到的色谱图。
图标说明：1-加压泵，2-橡胶软管，3-第一滴定管，3-1-第二滴定管，4-岩心薄片，5-真空泵，6-光学显微镜，7-电子计算机，a-入口端；b-出口端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
参照图1和图2，本发明的可视化压裂液自发渗吸研究装置，包括加压泵1、第一滴定管3、第二滴定管3-1、岩心薄片4和真空泵5；岩心薄片4的入口端a与第一滴定管3的一端连接，岩心薄片4的出口端b与第二滴定管3-1的一端连接；
参照图3，当对岩心薄片4进行抽真空时，第二滴定管3-1的另一端与真空泵5连接；
当对岩心薄片4进行正向驱动时，第一滴定管3的另一端与加压泵1连接；
当对岩心薄片4进行反向驱动时，第二滴定管3-1的另一端与加压泵1连接。
参照图3，本发明中，正向驱动指的是由岩心薄片4的入口端a对岩心薄片4加压进行驱动；反向驱动指的是由岩心薄片4的出口端b对岩心薄片4加压进行驱动，本发明的下述方法中，抽真空、饱和水、饱和油和压裂液驱油均为正向驱动的形式；油反驱压裂液为反向驱动的形式。
如图1所示，作为本发明优选的实施方案，本发明的可视化压裂液自发渗吸研究装置还包括观测组件，观测组件包括光学显微镜6和电子计算机7，光学显微镜6和电子计算机7连接，岩心薄片4设置于光学显微镜6的视域中心。本发明的光学显微镜6可以与电子计算机7端相连，以进行后续的实验记录与数据处理。上述的光学显微镜6具有能与计算机系统和软件匹配的特点。上述的计算机软件是可以区分图像色素的软件，包括但不限于photoshop软件和nikonnis-elementsdocumentation软件。
参照图1，作为本发明优选的实施方案，岩心薄片4的入口端a与第一滴定管3通过橡胶软管2连接。岩心薄片4的出口端b与第二滴定管3-1通过橡胶软管2连接。第一滴定管3与加压泵1通过橡胶软管2连接。
作为本发明优选的实施方案，岩心薄片两端的橡胶软管2选择耐高压不易形变的材料制成。
本发明的可视化压裂液自发渗吸研究方法按照先后顺序包括以下步骤：
基础实验材料制作：如图2所示，取得岩心后将岩心制作为岩心薄片4，并在岩心薄片4的入口端a和出口端b分别连接一定长度的耐高压不易形变的橡胶软管2。依据目的层地层水性质配制地层水样品，再向地层水样品中加入甲基蓝使地层水样品呈蓝色；依据现场压裂施工压裂液配方配制压裂液样品，向压裂液样品中加入甲基蓝，使压裂液样品呈蓝色；以煤油样品作为地层油，向煤油中加入油溶红使煤油呈红色；
(2)抽真空：如图2中的步骤1所示，将岩心薄片4的入口端a与装满水的滴定管相连接，岩心薄片4的出口端b与空滴定管和真空泵5相连接，再检查连接而成的整体结构的密闭性。检查完成后，若密封性良好，则将岩心薄片4放置在光学显微镜6的视域中心，打开光学显微镜6并与电子计算机7相连，检查系统连接情况。最后，将岩心薄片4与装满水的滴定管连接处的橡胶软管2用密封钳夹住，打开真空泵5，对岩心薄片4进行抽真空5-10小时；
(3)饱和水：如图2中的步骤2所示，抽完真空后，将岩心薄片4与真空泵5连接处的橡胶软管2用密封钳夹住，关闭并移除真空泵5。再打开岩心薄片4与装有水滴定管(即与入口端a连接的滴定管)连接处的橡胶软管2，使岩心饱和水，待岩心颜色无明显变化时，结束饱和水。通常饱和水2-3小时，饱和完成后放置岩心薄片6-12小时使之老化。此过程模拟原始地层条件下水先充满岩石孔隙的过程；
(4)饱和油：如图2中的步骤3所示，将与岩心薄片4入口端a连接的滴定管换为含有油的滴定管，与出口端b连接的滴定管换为空滴定管。再将岩心薄片4入口端a含有油的滴定管与加压泵1连接并开始逐渐加压，使与入口端a连接的滴定管中的油逐渐进入岩心薄片中4。待与出口端b连接的空滴定管出油一段时间后且岩心颜色无明显变化时，结束饱和油。所述出油一段时间且岩心颜色无名显变化是指：与出口端b连接的空滴定管出液最终一直为加压入口端滴定管中的液体，且岩心薄片4内红色面积与蓝色面积不再变化。通常饱和油5-8小时，饱和完成后放置岩心薄片6-12小时使之老化。此过程模拟地层产生油气后油驱替水从而占据孔隙的过程；
(5)压裂液驱油：如图2中的步骤4所示，此时将与岩心薄片4入口端a连接的滴定管换为含有压裂液的滴定管，与出口端连接的滴定管换为空滴定管，对与入口端a连接的滴定管中的压裂液加压使压裂液进入岩心薄片4中，。待与出口端b连接的滴定管出压裂液一段时间且岩心颜色无明显变化时，结束压裂液驱油。通常驱油5-8小时，压裂液驱油完成后放置岩心薄片6-12小时使之老化。此过程模拟开发过程中压裂液进入地层孔隙驱走原油的过程；
(6)油反驱压裂液：如图2中的步骤5所示，将与出口端b连接的滴定管换为含有油的滴定管，将与入口端a连接的滴定管换为空滴定管，将出口端b连接的含有油的滴定管与加压泵1连接，通过加压泵1在出口端反向加压，使出口端b连接的含有油的滴定管中的油反驱压裂液。待与入口端a连接的空滴定管出油一段时间且岩心颜色长时间无变化时，油反驱压裂液结束。通常反驱5-8小时，反驱完成后放置岩心薄片6-12小时使之老化。此过程模拟水力压裂后油进入井筒的过程；
上述步骤(4)-(6)中对压裂液样品或煤油逐渐加压是通过加压泵1先以较小恒定压力加压，之后再逐渐增压完成的。加压最低不低于0.02mpa，最高不超过0.20mpa。每一段压力加压时间为1-2小时。
(7)实验过程中观测自发渗吸现象并记录数据，具体如下：
通过肉眼观察：通过肉眼可以明显看到蓝色液体或红色液体进入岩心薄片4占据一定空间，且大体稳定后仍有小量的颜色变化，直至最终没有颜色的变化；
通过光学显微镜观察：这也是主要的观察方式，利用光学显微镜6可以放大局部观察，能清晰的看到水或油或压裂液占据、移出岩心孔隙，更能观察到肉眼难以观察到的，在压裂液进入岩心薄片4时，发生的压裂液进入微小孔隙驱出油的自发渗吸现象。同时，光学显微镜6与电子计算机7相连，光学显微镜6可以拍摄或录制整个实验研究过程，供后续分析计算。
(8)计算处理数据获得压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数，这一步分为以下(a)、(b)两种情况：
(a)人工计量法：该方法通过岩心薄片4两端滴定管的刻度算出压裂液在岩心薄片4中的滞留量：
①由步骤(3)饱和水开始时第一滴定管水量减去饱和水结束后第一滴定管中的水量，再减去饱和水结束后第二滴定管中的水量，得到进入岩心薄片的水量l1；
②由步骤(4)饱和油开始时含有油的滴定管中的油量减去饱和油结束后出口端连接的滴定管中的油量，得到进入岩心薄片中的油量o1；
③步骤(3)中进入岩心薄片中的水量l1减去步骤(4)中出口端连接的滴定管中的水量，得到饱和油结束后岩心薄片中的水量l2；
④由步骤(5)压裂液驱油开始时含有压裂液的滴定管的压裂液量减去压裂驱油结束后出口端连接的滴定管中的水量，再加上饱和油结束后岩心薄片中的水量l2，得到滞留在岩心薄片内的压裂液量f1；
⑤步骤(4)中进入岩心薄片中的油量o1减去步骤(5)中出口端连接的滴定管的油量，得到压裂液驱油结束后岩心薄片内的油量o2；
⑥由步骤(6)油反驱压裂液开始时出口端连接的滴定管中的油量减去油反驱压裂液结束后入口端连接的滴定管中的油量，再加上步骤(5)结束后岩心薄片内的油量o2，得到油反驱压裂液结束后岩心薄片内油量o3；
⑦步骤(5)结束后进入岩心薄片的压裂液量f1减去步骤(6)中入口端连接的滴定管中的压裂液量，得油反驱压裂液结束后岩心薄片内的压裂液量f2，则压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数为
①从步骤(2)抽真空开始，打开光学显微镜6与电子计算机7中的计算机软件开始录制整个实验过程，并拍摄步骤(3)至步骤(6)每一步结束后岩心薄片4的全视域图像，如图4所示；
②将步骤(5)和步骤(6)的岩心薄片4的全视域图像导入计算机软件中，由于不同颜色有不同的阈值，计算机软件通过不同的阈值对油水颜色进行刻画，获得全视域图像的色谱图，如图5；
③电子计算机根据色谱图对残余水量进行分析，获得步骤(5)压裂液驱油过程的蓝色面积f1′，与步骤(6)油反驱压裂液过程的蓝色面积f2′。并由计算机算出压裂液自发渗吸岩心残余压裂液百分数
本发明采用的上述研究步骤能完整的模拟整个水力压裂过程，展示地层局部的压裂液渗吸情况，并且全程可视化可量化。步骤(3)模拟原始地层条件下水先充满岩石孔隙的过程，步骤(4)模拟地层产生油气后油驱替水从而占据孔隙的过程，步骤(5)模拟开发过程中压裂液进入地层孔隙驱走原油的过程，步骤(6)模拟水力压裂后油进入井筒的过程；而采用岩心薄片4而非整块岩心来研究，可以使得整个过程可视、自发渗吸现象可观察；采用带有计量功能的滴定管和光学显微镜，能够有效的计量进入、排出岩心薄片的液量，从而可以算出压裂液渗吸滞留百分比。
本发明中，步骤(2)抽真空至少进行5小时，若岩心较为致密，建议抽真空10小时。
步骤(3)中待岩心薄片颜色无明显变化时是指：被甲基蓝染色的地层水样品完全进入被抽为真空的岩心薄片中，岩心薄片的蓝色区域不再增加。
步骤(4)至步骤(6)中空滴定管端出液一段时间是指：与出口端b连接的空滴定管出液最终一直为加压入口端滴定管中的液体，岩心薄片内部油水量达到平衡；岩心颜色无明显变化时是指：岩心薄片内红色面积与蓝色面积相对稳定。满足上述两个条件才能视为步骤结束。
步骤(3)至步骤(6)每一步完成后，建议放置岩心薄片6-12小时，使岩心薄片老化，这样更能模拟真实地层状况。
综上，本发明提出的一种可视化压裂液自发渗吸研究装置及方法旨在研究压裂液的自发渗吸，并能够模拟整个水力压裂的过程，使得研究人员可以通过肉眼以及光学显微镜设备直观地观测到自发渗吸现象，最终定性定量的获得压裂液自发渗吸的情况。
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