本发明涉及油田化学技术领域，具体涉及一种测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置，本发明还涉及这种模拟实验装置的测量方法。
背景技术：
随着油田开发深度，广度的不断延伸，对油水井质量要求逐渐升高，特别是细分层注采工艺技术的实施以及三次采油技术的推广与应用，对油水层之间窜槽的治理越来越受到重视。油水井经过长时间的开采，套管出现变形、破损和漏失，再加上固井质量差和长期注水开采引起的层间矛盾导致窜槽现象不断加剧，油水井窜槽，特别是多层段的窜槽，会给油井生产和管理带来严重危害，主要表现在：一是不能对多油层进行分层开采；二是使油水井增产增注措施的全面实施受到一定的限制，严重影响油井正常生产；三是影响油田开发速度；四是降低油水井的使用寿命；五是影响油田最终采收率；六是给修井作业和管理造成麻烦，影响油田开发效益。为达到稳油控水的目的，使油田能够正常开发生产，封窜技术越来越受到人们的重视。
目前主要采用向窜槽部位挤入封窜剂，对窜槽部位进行有效封堵，降低窜槽对油气井生产的影响。然而，在现场施工过程中发现，根据吸水情况，封窜剂的用量设计半径可能大于重复补孔射孔枪的最大穿深，导致封窜后重复补孔射不透，造成层位报废。因此，有必要建立合理的物理模型，研究不同地层物性和施工参数条件下封窜剂侵入深度，分析不同的渗透率、温度、驱替压力以及驱替速度对封窜剂侵入深度的影响。该装置成功设计对模拟现场封窜，根据不同地层物性优化现场封窜施工工艺及施工参数具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于克服上述背景技术的不足，而提供一种测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置。本发明的模拟实验装置为根据不同的物性参数、施工参数以及物模实验数据建立了封窜剂侵入深度的预测模型，通过建立封窜剂侵入深度预测模型，对施工压力、施工排量、施工用量等施工参数进行了合理优化，对现场施工中封窜剂的侵入深度进行合理预测，确保封窜剂侵入深度＜1m，使得射孔枪可以射穿封窜地层。
本发明的第二目的在于提供这种测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置的测量方法，该测量方法简单易行，可模拟封窜剂在射孔通道及通道顶部的侵入状态，更为真实的模拟封堵剂在地层中的分布状态及侵入深度，有利于对施工压力、施工排量、施工用量等施工参数进行了合理优化。
为实现第一目的，本发明的测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置，包括呈中空圆柱形状的套管、设置在套管顶部与之固定连接的釜体、设置在套管底部用于对其进行支撑固定的底座、设置在套管内沿其轴向布置的填砂管、设置在釜体与填砂管之间用于连通两者的射孔通道、设置在填砂管内可沿其轴向上下滑动的压缩模块、以及设置底座上用于驱动压缩模块轴向滑动的千斤顶；
所述釜体的上部设置有与之密封连接的盖体，所述釜体与盖体之间围合形成用于容纳封窜剂的容纳腔，所述容纳腔通过贯穿盖体的第一管路与外界的增压泵连接；所述套管内沿其轴向设置有用于安装固定填砂管的固定套，所述套管内壁与固定套外壁之间围合形成用于模拟地层压力的压力腔，所述压力腔通过第二管路与外界的环压泵连接；
所述填砂管为顶端封堵、底端敞开的圆柱形管状结构，所述填砂管的顶端嵌入釜体底部与之固定连接，所述填砂管的底端向下延伸穿出套管的底部，所述压缩模块置入填砂管的底部与之周向密封连接；所述千斤顶的底部固定设置在底座上，顶部的伸缩端与压缩模块的底部固定连接；
所述固定套的顶端与釜体底部固定连接，所述固定套的底端与套管底部固定连接，所述固定套的内壁与填砂管的外壁贴合；所述固定套为由橡胶制成的中空圆柱形状橡胶固定套。所述套管的外壁上套设有用于对其内腔进行加热的加热装置。
上述技术方案中，所述釜体与盖体之间设置有密封圈，所述釜体的底部设置有清洗通孔，所述清洗通孔通过可拆卸的柱塞封堵。
上述技术方案中，所述套管的外壁上套设有用于对其内腔进行加热的加热装置。
上述技术方案中，所述千斤顶的底部设置有用于显示其压力值大小的压力表。
上述技术方案中，所述加热装置为环绕设置在套管外壁的环形加热装置。
上述技术方案中，所述盖体与第一管路的相连部、以及套管与第二管路的相连部均设置有快速接头。
为实现第二目的，本发明提供一种利用测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置进行测量的方法，包括如下步骤：
1)按实验配方将石英砂放入温度为102～110℃的恒温干燥箱中处理8～16h后，自然冷却至室温，将石英砂充分混合均匀；
2)将填砂管装入固定套中，调节环压泵，加压至实验设定的压力；
3)将步骤1)混合均匀的石英砂缓慢的倒入填砂管中并用千斤顶将石英砂压实，完成填砂管模型的制作；
4)开启加热装置，对套管内的填砂管进行加热，调节至实验设定温度；
5)往釜体内填满水，测量水相渗透率，测量过程中可通过调节千斤顶的压力改变填砂管内石英砂的压实程度，以此达到实验设定的渗透率；
6)按照实验设定条件配置封窜剂浆体，将配好的封窜剂浆体缓慢倒入釜体内，用增压泵加压至实验设定的压力，驱替完成后将剩余的封窜剂浆体取出，在实验设定温度下候凝15～25h；
7)将填砂管取出并打开，清理封窜剂浆体未侵入的砂体，测量封窜剂的侵入深度，即可。
上述技术方案中，在所述步骤2)中，实验设定的压力为20～50MPa。
上述技术方案中，在所述步骤4)中，实验设定温度为180～220℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明采用不同粒径及不同粒径分布的石英砂进行填充填砂管，并应用带有精密压力表的千斤顶在填砂完成后在填沙管内过程中逐步压实，通过向釜体内注水加压，再测量压实沙柱的渗透性，测量得到不同渗透性能的岩心柱，千斤顶施加的压力越大填砂管里的沙密度越大渗透性越小，由此，该装置可针对不同物性的地层进行模拟现场封窜实验。
其二，本发明在制备模拟地层过程中，通过真实射孔制造射孔通道，可根据不同的射孔弹直径，制造相应的射孔通道，由此，该装置可模拟封窜剂在射孔通道内及通道周围顶部的侵入状态，更为真实的模拟封堵剂在地层中的分布状态及侵入深度。
其三，本发明同时设计有加热与加压装置，工作温度可达200℃，工作压力可达40MPa，因此可模拟高温高压条件下封窜过程。
其四，本发明可通过增压泵在釜体内进行加压，模拟不同压力及排量条件下现场注入封窜剂的过程，研究注入压力及排量对封窜剂侵入深度的影响，测试结果准确度高。
其五，本发明模拟不同地层参数、温度、驱替压力以及驱替速度条件下得而封堵过程，由于在模拟封堵过程中，不仅实现了不同地层参数的模拟，同时也引入了模拟的射孔通道，因此，该测试方法可模拟封窜剂在射孔通道及通道顶部的侵入状态，更为真实的模拟封堵剂在地层中的分布状态及侵入深度，有利于对施工压力、施工排量、施工用量等施工参数进行了合理优化。
附图说明
图1为本发明一种测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置的结构示意图；
其中：1-套管、2-釜体、3-底座、4-填砂管、5-射孔通道、6-压缩模块、7-千斤顶、8-盖体、9-封窜剂、10-容纳腔、11-第一管路、12-增压泵、13-固定套、14-压力腔、15-第二管路、16-环压泵、17-密封圈、18-加热装置、19-柱塞、20-压力表。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如图1所示，本发明的一种测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置，包括呈中空圆柱形状的套管1、设置在套管1顶部与之固定连接的釜体2、设置在套管1底部用于对其进行支撑固定的底座3、设置在套管1内沿其轴向布置的填砂管4、设置在釜体2与填砂管4之间用于连通两者的射孔通道5、设置在填砂管4内可沿其轴向上下滑动的压缩模块6、以及设置底座3上用于驱动压缩模块6轴向滑动的千斤顶7；
所述釜体2的上部设置有与之密封连接的盖体8，所述釜体2与盖体8之间围合形成用于容纳封窜剂9的容纳腔10，所述容纳腔10通过贯穿盖体8的第一管路11与外界的增压泵12连接；所述套管1内沿其轴向设置有用于安装固定填砂管4的固定套13，所述套管1内壁与固定套13外壁之间围合形成用于模拟地层压力的压力腔14，所述压力腔14通过第二管路15与外界的环压泵16连接。本发明采用不同粒径及不同粒径分布的石英砂进行填充填砂管，并应用带有精密压力表的千斤顶在填砂完成后在填沙管内过程中逐步压实，通过向釜体内注水加压，再测量压实沙柱的渗透性，测量得到不同渗透性能的岩心柱，千斤顶施加的压力越大填砂管里的沙密度越大渗透性越小，由此，该装置可针对不同物性的地层进行模拟现场封窜实验。
所述填砂管4为顶端封堵、底端敞开的圆柱形管状结构，所述填砂管4的顶端嵌入釜体2底部与之固定连接，所述填砂管4的底端向下延伸穿出套管1的底部，所述压缩模块6置入填砂管4的底部与之周向密封连接，所述千斤顶7的底部固定设置在底座3上，其顶部的伸缩端与压缩模块6的底部固定连接。本发明在制备模拟地层过程中，通过真实射孔制造射孔通道，可根据不同的射孔弹直径，制造相应的射孔通道，由此，该装置可模拟封窜剂在射孔通道内及通道周围顶部的侵入状态，更为真实的模拟封堵剂在地层中的分布状态及侵入深度。
所述固定套13的顶端与釜体2底部固定连接，所述固定套13的底端与套管1底部固定连接，所述固定套13的内壁与填砂管4的外壁贴合，所述固定套13为由橡胶制成的中空圆柱形状橡胶固定套。
所述釜体2与盖体8之间设置有密封圈17，所述套管1的外壁上套设有用于对其内腔进行加热的加热装置18，所述加热装置18为环绕设置在套管1外壁的环形加热装置。所述釜体2的底部设置有清洗通孔。本发明同时设计有加热与加压装置，工作温度可达200℃，工作压力可达40MPa，因此可模拟高温高压条件下封窜过程。
所述清洗通孔通过可拆卸的柱塞19封堵，所述千斤顶7的底部设置有用于显示其压力值大小的压力表20。所述盖体8与第一管路11的相连部、以及套管1与第二管路15的相连部均设置有快速接头。本发明可通过增压泵在釜体内进行加压，模拟不同压力及排量条件下现场注入封窜剂的过程，研究注入压力及排量对封窜剂侵入深度的影响，测试结果准确度高。
本发明一种利用上述测量封窜剂侵入地层深度的模拟实验装置进行测量的方法，包括如下步骤：
1)按实验配方将石英砂放入温度为102～110℃的恒温干燥箱中处理8～16h后，自然冷却至室温，将石英砂充分混合均匀；
2)将填砂管4装入固定套13中，调节环压泵16，加压至实验设定的压力(20～50MPa)；
3)将步骤1)混合均匀的石英砂缓慢的倒入填砂管4中并用千斤顶7将石英砂压实，完成填砂管4模型的制作；
4)开启加热装置18，对套管1内的填砂管4进行加热，调节至实验设定温度(180～220℃)；
5)往釜体2内填满水，测量水相渗透率，测量过程中可通过调节千斤顶7的压力改变填砂管4内石英砂的压实程度，以此达到实验设定的渗透率；
6)按照实验设定条件配置封窜剂9浆体，将配好的封窜剂9浆体缓慢倒入釜体2内，用增压泵12加压至实验设定的压力，驱替完成后将剩余的封窜剂9浆体取出，在实验设定温度下候凝15～25h；
7)将填砂管4取出并打开，清理封窜剂9浆体未侵入的砂体，测量封窜剂9的侵入深度，即可。
本发明的测量方法可以模拟不同地层参数、温度、驱替压力以及驱替速度条件下得而封堵过程。由于在模拟封堵过程中，不仅实现了不同地层参数的模拟，同时也引入了模拟的射孔通道，因此，该方法可模拟封窜剂在射孔通道及通道顶部的侵入状态，更为真实的模拟封堵剂在地层中的分布状态及侵入深度，有利于对施工压力、施工排量、施工用量等施工参数进行了合理优化。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。