一种注水井调剖可视化实验装置及其实验方法与流程

本发明涉及油田注水井堵水调剖工艺技术，具体来讲是一种注水井调剖可视化实验装置及其实验方法。

背景技术：

目前，在油田开发过程中，注水井堵水调剖是提高油田注水采收率的重要工艺措施之一，主要是通过封堵高渗透层，减少高渗透层吸水量，或者在提高注水压力时，增加中低渗透层的吸水量，从而提高波及体积。堵水调剖过程中，对于排量要求较高，如果排量过大调剖剂会被挤入低渗部位造成油层污染，而排量过小则调剖剂会沿高渗透层流动，起不到堵塞高渗透层的目的。增加施工时间和调剖剂用量造成成本飙升。因此，选择合适的施工排量对于调剖施工有重要意义。目前对于施工参数的优化方式以室内实验优化的方法为主。检索到一种堵水剂在多孔介质中封堵调剖可视化评价方法（申请公布号：cn107975366a，下称对比文献1）和在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法与装置（申请公布号：cn104833618a，下称对比文献2）两篇公开文献，对比文献1提出的技术方案属于微观机理研究领域，采用可视化微观模型和图像色差处理技术表征堵水剂在岩心孔喉道中的封堵性能，对比文献2是通过岩心模型模拟非均质油层，通过实验数据计算各层调剖前后的注入液窜入量，通过前后窜入量数据对比得出调剖效果。通过对上述两篇文献分析，在调剖实验过程中均不能够直观的、全面的反映调剖效果，同时均不能够通过实验得出最优施工排量的调剖参数。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种注水井调剖可视化实验装置及其实验方法，克服上述已有技术存在的缺陷。

本发明的技术方案是通过以下方式实现的：

本发明包括：驱替系统、岩心模拟装置、计量部分、自动控制系统、支架；其特征在于：所述驱替系统的调剖液池内装有染色调剖液依次通过进出口阀门ⅱ、进水（液）管线、泵进口阀门进入泵，加压后的染色调剖液经泵出口阀门进入流体稳压装置，稳压后的染色调剖液经自动控制系统的电磁阀、高压管线通过岩心模拟装置的进液管进入岩心容器，对模拟岩心内的地层水进行驱替，通过地层水自动控制系统的照相机拍照记录驱替过程，地层水通过排液管排出；驱替过程中通过计量部分的电磁流量计显示流量，压力计显示压力；通过自动控制系统的计算机软件控制监测驱替过程中电磁阀启、闭，实时录取实验数据，并按照一定的时间间隔控制照相机对岩心模拟装置进行拍照。

上述一种注水井调剖可视化实验装置中的驱替系统的调剖液池通过地层水管线经水阀门、四通、进出口阀门ⅱ供水，同时设有地层水池，通过四通、进出口阀门ⅰ供水。

上述一种注水井调剖可视化实验装置中的流体稳压装置下部设有液位控制器。

上述一种注水井调剖可视化实验装置中的自动控制系统的计算机通过信号线分别与电磁流量计、压力计、照相机、电磁阀连接。

上述一种注水井调剖可视化实验装置中的岩心模拟装置设有2-4级，三角形支撑左端与旋转总成连接、右端与岩心模拟装置连接，岩心模拟装置通过旋转总成安装在支架的中部，岩心模拟装置整体可以绕支架180°范围转动，单体可以分别绕支架180°范围转动。

上述一种注水井调剖可视化实验装置中的支架底部设有圆盘状底座。

上述一种注水井调剖可视化实验装置中的岩心模拟装置的岩心容器为透明有机玻璃材料制成的长方形箱体，内设有模拟岩心，在岩心模拟装置的右端上部设有进液管，左端下部设有排液管，排液管上装有阀门。

一种注水井调剖可视化实验装置的实验方法：

步骤1：准备岩心，根据现场施工层位物性情况，采用填砂方法制作模拟岩心，放置于岩心容器中，制作岩心模拟装置2-4级；

步骤2：连接好实验装置，打开进出口阀门ⅰ、泵出口阀门、泵进口阀门，启动泵泵入地层水，检查装置密封情况，同时完全润湿岩心；

步骤3：通过计算机，设定好实验开始时间，设定好泵排量及照相机拍照时间间隔，设定好数据记录模式；

步骤4：打开进出口阀门ⅱ，关闭进出口阀门ⅰ，实验开始，计算机自动启动泵，泵入带有染色剂的调剖液，计算机自动记录流体稳压装置各个排液口流量和压力数据，同时照相机按照一定的时间间隔拍照记录岩心容器情况；

步骤5：实验结束，待流体稳压装置中液位降低到一定程度，通过液位控制器自动关闭泵，实验停止；

步骤6：重新设定排量，重新按照步骤1-5进行实验，测量多组数据；

步骤7：根据实验数据，通过查看岩心容器内调剖液驱替轨迹，选取最适合的排量，换算出现场施工排量数据。

步骤8：根据实验数据注水井堵水调剖施工排量推导过程如下：

现场调剖用量为：q=∫πr²·hdh，q为调剖体积，单位为m³,h为油层厚度，单位为m，

实验调剖剂用量为：q=∫a·b·h·dh，q为实验调剖体积，单位为ml，h为实验岩心厚度，单位为cm；

在所示的公式中，结合现场情况，可以归纳推导出如下关系：

v1/v2=dh/dh，进一步的得出如下关系，

v1=dh/dh·v2，其中，

v1为现场实际排量，单位为m³/h；

h为油层厚度，单位为m；

h为岩心厚度，单位为cm；

v2为实验排量，单位为ml/min；

经过推导，v1=0.06·v2，

即，换算系数为0.06。

本发明的有益效果是：在调剖实验过程中，由于岩心容器多角度可视，能够直观、全面的展示调剖液在岩心中的调剖推进情况，在计算机辅助下定时拍照，能够全过程查看调剖液推进轨迹，有利于科学准确的评价。实验过程应用计算机控制，高效便捷，占用人员少，多次重复试验工作量小，提高试验准确度、可靠度，能够通过实验得出最优施工排量的调剖参数。。

图1–本发明结构原理框图

图2–本发明轴侧结构示意图

图3-为瞬时纵向剖面推进轨迹示意图

图4-为瞬时平面剖面推进轨迹示意图

图中，1.驱替系统，1-1.泵出口阀门，1-2.泵进口阀门，1-3.泵，1-4.进水（液）管线，1-5.流体稳压装置，1-6.液位控制器，1-7.高压管线，1-8.地层水池，1-9.进出口阀门ⅰ，1-10.地层水管线，1-11.水阀门，1-12.进出口阀门ⅱ，1-13.调剖液池.1-14.四通；2.岩心模拟装置，2-1岩心容器，2-2.模拟岩心，2-3.进液管，2-4.排液管；3.计量部分，3-1.电磁流量计，3-2.压力计；4.自动控制系统，4-1.计算机,4-2.信号线，4-3.照相机，4-4.电磁阀，4-5.显示器；5.支架，5-1.旋转总成，5-2.支撑，5-3.底座。

具体实施方式

为进一步公开本发明的技术方案，下面结合附图做详细说明：

如图1、图2所示，一种注水井调剖可视化实验装置由驱替系统1、岩心模拟装置2、计量部分3、自动控制系统4、支架5组成；其特征在于：所述驱替系统1的调剖液池1-13内的染色调剖液通过进出口阀门ⅱ1-12、进水（液）管线1-4、泵进口阀门1-2进入泵1-3（流量范围为0.01-1200ml/min），加压后的染色调剖液经泵出口阀门1-1进入流体稳压装置1-5，稳压后的染色调剖液经自动控制系统4的电磁阀4-4、高压管线1-7通过岩心模拟装置2的进液管2-2进入岩心容器2-1，对模拟岩心2-2内地层水进行驱替，通过自动控制系统4的照相机4-3记录驱替过程，地层水通过排液管2-3排出；驱替过程中通过计量部分3的电磁流量计3-1显示流量，压力计3-2显示压力；通过自动控制系统4的计算机4-1软件控制监测驱替过程中电磁阀4-4的开关、记录瞬时和累计流量及压力、实时录取实验数据，并定时控制照相机4-3对岩心模拟装置2进行高清拍照，并通过显示器4-5显示。

所述岩心模拟装置2的岩心容器2-1为透明有机玻璃材料制成的长方形箱体，尺寸为50cm×40cm×8cm内设有模拟岩心2-2，在岩心模拟装置2的右端上部设有φ20mm进液管2-3，左端上下部设有φ20mm排液管2-4，排液管装有dn19的阀门。

所述岩心模拟装置2设有2-4级，三角形支撑5-2左端与旋转总成5-1连接、右端与岩心模拟装置2连接，岩心模拟装置2通过旋转总成5-1安装在支架5的中部，旋转总成5-1内设30215滚珠轴承，内径为75mm，岩心模拟装置2整体可以绕支架5180°范围转动，单体可以分别绕支架5180°范围转动。所述支架5为高2.0m、φ80mm钢管，底部设有圆盘状底座5-3。

一种注水井调剖可视化实验装置的实验方法，以gd1-3-26井调剖前实验为例，详细实验步骤如下：

1.准备岩心，根据现场施工层位物性情况，采用填砂方法制作岩心，根据油层分层情况，制作4个不同渗透率的岩心放置于岩心容器中，由于是进行实验测试，所制作的岩心是均匀渗透率的，在现场应用时，可以根据需要制作韵律性岩心。

岩心渗透率如下列所示：

序号平均气测渗透率（md）

1912

21034

31282

41517

2.润湿岩心，连接好实验装置，不启动自动控制程序，手动开泵至最大排量泵入清水，直至所有岩心容器排液管均匀连续的流出清水，同时检查装置各个连接点的密封情况，检查完成后，停泵，关闭排液管阀门。

3.开始试验，首先准备好现场用的调剖剂，按照现场要求配置好溶液，并滴入染色剂搅拌均匀。然后在计算机上设定好泵排量1100ml/min，设定每1分钟拍照一次，开启数据记录模式，打开排液管阀门。

4.实验过程描述，计算机自动启动泵，泵入带有染色剂的调剖液，计算机自动记录流体稳压装置各个排液口流量和压力数据，同时照相机按照1分钟1次的时间间隔拍照记录岩心容器情况，待流体稳压装置中液位降低到设定位置，计算机自动关闭泵，实验停止。

5.重新设定排量900ml/min、700ml/min等一定间隔的数值，每设定一个排量，依照步骤2-4重新执行进行实验，测量多组数据。

6.根据实验数据，通过查看岩心容器内调剖液驱替轨迹，选取最适合的排量，换算出现场施工排量数据。

所述注水井调剖可视化实验装置的实验方法，最优排量的选择需要根据调剖液的运行轨迹来判断，选择原则如下：

1.单个岩心容器中，纵向剖面线平行推进，没有发生突进，或仅在靠近排液管1/4距离内发生突进；

2.多个岩心容器中，渗透率小的岩心容器中没有进入调剖液。

例如，根据实验结果，在排量为300ml/min时，通过平面和纵向剖面的观察，调剖剂全部进入到高渗透层，在低渗透层几乎没有调剖剂进入，同时在接近岩心长度2/3处，开始有调剖液进入低渗透层，说明此排量下效果最好。

现场调剖排量计算如下：

现场调剖用量为：q=∫πr²·h·dh，q为调剖体积，m³,h为油层厚度，m，

实验调剖剂用量为：q=∫a·b·h·dh，q为实验调剖体积，ml，h为实验岩心厚度；

在所示的公式中，结合现场情况，可以归纳推导出如下关系：

v1/v2=dh/dh，进一步的得出如下关系，

v1=dh/dh.v2

其中：

v1为现场实际排量，单位为m³/h；

h为油层厚度，单位为m；

h为岩心厚度，单位为cm；

v2为实验排量，单位为ml/min

将公式中涉及的计量单位按照公式进行计算，则，

v1=1÷1/1000×1/1000000÷1/60×v2,

即v1=0.06·v2

因此，实验排量为300ml/min时，换算为现场排量为0.06×300=18m³/h。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他人运用本发明的专利精神的等效变化，均应属于本发明的专利范围。