裂缝暂堵与酸化解堵一体化模拟评价装置及方法与流程

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种裂缝暂堵与酸化解堵模拟评价一体化装置及模拟评价方法。
背景技术：
：裂缝暂堵技术目前主要应用于2种背景：(1)当油气勘探开发钻井过程中钻遇天然裂缝发育的储层，需要降低钻井液向天然裂缝的漏失量，达到降低钻井液损失和保护储层的目的；(2)实施油气井增产措施如转向压裂、重复压裂、酸压等过程中需要避免压裂液或酸液向天然裂缝或老的人工裂缝的漏失量，并迫使人工裂缝向没有裂缝的区域扩展延伸，实现裂缝的转向，达到提高裂缝控油面积和储层有效改造体积的目的。对于钻井过程中的裂缝暂堵，直接在钻井液中添加不同配方的堵漏材料，如超细碳酸钙、核桃壳、纤维材料、橡胶颗粒等，通过粒径较大的颗粒在裂缝处实现架桥、粒径较小的颗粒在大颗粒的孔隙处实现充填，从而形成致密的封堵层、降低了后续钻井液向裂缝的漏失。对于增产过程中的裂缝暂堵，则是在压裂液中加入高强度暂堵剂，将天然裂缝或是已经压开的人工裂缝临时封堵住，使后续压裂液不能进入老裂缝和高渗透区，改变裂缝延伸方向，并通过憋压使压裂液进入高应力区产生新的人工裂缝，从而动用已经连通的天然裂缝或人工裂缝控制区以外的油气资源，获得比常规压裂更大的储层改造体积。因此裂缝暂堵就成为了降低钻井液漏失、保护储层和压裂、酸压中裂缝转向技术成功的关键。在油气井完井投产前或是增产获得人工裂缝后，通过酸化手段来解除对天然裂缝或老裂缝的封堵，恢复储层的渗透率和裂缝的导流能力。然而目前已有的裂缝暂堵和酸化解堵实验评价装置都是分开的，无法模拟裂缝暂堵后酸化解堵的连贯过程；此外直接使用劈裂后的岩心进行酸化解堵实验，不仅无法对裂缝倾角、缝长、缝宽、缝高等裂缝参数进行精确的量化控制，而且无法保证每次实验的岩心完全一致，导致实验的可控性和可重复性较差。因此，通过模拟暂堵剂通过工作液携带进入并封堵裂缝之后注入酸液解堵的过程，形成裂缝暂堵和酸化解堵模拟评价装置和方法，能够更好地指导降低裂缝性储层钻井液漏失、水力压裂和酸压裂缝转向以及酸化解堵的应用，进而实现降低钻井成本、保护储层和提高油气井产能的目的。技术实现要素：本发明的目的在于提供能够实现裂缝暂堵与酸化解堵模拟评价的一体化装置，该装置通过精确控制裂缝倾角、缝长、缝宽、缝高和裂缝壁面粗糙度的缝板，模拟暂堵剂伴随钻井液或是压裂液进入裂缝并在裂缝内发生堵塞，并通过封堵压力、封堵时间、封堵形成位置、漏失液量来评价裂缝暂堵的效果；同时在裂缝暂堵成功后，向裂缝内泵注酸液解除堵塞、恢复裂缝的导流能力，并通过注酸排量、注酸时间、解堵后的液体流量和观察解堵后缝内暂堵材料分布情况来评价酸化解堵的效果。本发明的另一目的还在于提供利用上述装置进行裂缝暂堵与酸化解堵的模拟评价方法，该方法原理可靠，操作简便，能够模拟裂缝暂堵与酸化解堵的一体化流程，优化裂缝暂堵与酸化解堵施工方案，进一步提高油气田开采效率。为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。裂缝暂堵与酸化解堵一体化模拟评价装置，包括恒流泵注部分、中间容器部分、四通部分、缝板及夹持器部分、液体计量及计算机部分共5个组成部分。所述恒流泵注部分是由恒流泵、泄压阀和储水罐组成：通过将储水罐中的水吸入泵内并注入中间容器内为钻井液、压裂液或酸液提供驱替压力。所述中间容器部分是由中间容器密封圈、酸液中间容器温度表、暂堵液体中间容器温度表、酸液中间容器及加热套、暂堵液体中间容器及加热套、中间容器盖组成：酸液和暂堵液体中间容器内含有柱塞，柱塞以上为被驱替液体，柱塞以下被恒流泵注入的清水充满并推动柱塞向上运动，使得柱塞以上的被驱替液体压入裂缝内；中间容器盖通过螺纹安装；中间容器外带有加热套和温度表，用以模拟并显示储层温度。所述四通部分包含中间容器上端四通及阀门和中间容器下端四通及阀门，通过调节2个四通共8个阀门的开关可以实现2个中间容器的正向和反向驱替，正向驱替促使中间容器内液体进入裂缝，反向驱替则是将中间容器内柱塞复原，而不需要操作员手动将柱塞压回原处，减轻了实验员负担、节约了实验时间。所述缝板及夹持器部分是由缝板、缝板夹持器、裂缝加热套、入口端密封圈、夹持器堵帽、入口端压力表、搭扣槽、搭扣、出口端密封圈、出口端压力表、裂缝温度表组成：该缝板为入口宽出口窄的楔形缝，一套缝板由两片带槽半柱体组成；柱状裂缝安装在圆筒状缝板加持器内，且夹持器外带有加热套和温度表，用以模拟并显示储层温度；夹持器两端安装夹持器堵帽，堵帽和夹持器之间设有密封圈，且堵帽通过螺纹、搭扣和搭扣槽进行配合固定；在缝板夹持器进出口两端设有压力表，用以监测暂堵压力(裂缝进出口端压差)的变化。所述液体计量及计算机部分是由液体回收罐、电子天平和计算机组成：通过计算机可以监测和记录中间容器温度、裂缝温度、裂缝进出口端压力、裂缝出口端液体的质量变化，且在输入液体密度后，可以转换得到裂缝出口端的液体体积流量。进一步地，所述恒流泵最大排量为500ml/min、最高泵压为50mpa，并设有泄压阀，超过额定泵压后自动泄压。进一步地，直接接触到酸液的部分如中间容器、阀门、缝板、缝板夹持器、夹持器堵帽、液体回收罐和沿程管线等均为耐酸材料，选用哈氏合金或具备耐酸腐蚀涂层(如聚四氟乙烯、聚苯硫醚等)的金属等。进一步地，所述酸液和暂堵液体中间容器的容积均为4000ml，所述储水罐和液体回收罐的容积均为8000ml。进一步地，所述中间容器加热套和裂缝加热套可以加热到最高180℃，在不需要模拟储层温度时可以拆卸。进一步地，所述缝板为圆柱状，缝板夹持器为圆筒状，缝板安装在夹持器内可以任意角度旋转，故而可以模拟出不同倾角的裂缝甚至是水平裂缝。进一步地，所述缝板入口宽度-出口宽度(单位mm)设有0.5-0.25、1.0-0.5、1.5-0.75、2.0-1.0、3.0-2.0、4.0-3.0六种规格，通过两两组合能够产生更多规格的缝宽，包括0.75-0.375、1.25-0.625、1.75-1.125、2.25-1.625、2.0-1.25、2.5-1.75、1.75-0.875、2.25-1.375、2.75-1.875、2.5-1.5、3.5-2.5，进而能够模拟出不同宽度要求的裂缝。进一步地，所述缝板的壁面粗糙度为0.8μm、3.2μm、12.5μm和25μm中任意一种，可以模拟不同壁面粗糙度的裂缝。进一步地，所述缝板的裂缝长度为40cm、裂缝高度为4cm。进一步地，所述夹持器堵帽通过螺纹安装，且夹持器两端的堵帽均设有2个搭扣，能够与夹持器上的搭扣槽配合对堵帽进行加固。利用上述装置实现裂缝暂堵与酸化解堵一体化模拟评价的方法，依次包括以下步骤：步骤1、选取一定缝宽和壁面粗糙度的缝板组合，按照给定的裂缝倾角安装在缝板夹持器内，形成入口宽出口窄的楔形裂缝；步骤2、配制包括暂堵剂在内的暂堵液体及解堵酸液；步骤3、设置加热套温度，对中间容器和裂缝进行加热以模拟储层温度；步骤4、设置恒流泵排量和停泵压力，正向驱替暂堵液体，在暂堵压力(裂缝进出口端压差)达到预定值或暂堵液体突破封堵层漏失后，恒流泵停止工作；步骤5、设置恒流泵排量，正向驱替解堵酸液，解除缝内堵塞；步骤6、通过计算机监测和记录中间容器温度、裂缝温度、裂缝进出口端压力、裂缝出口端液体的质量变化，并绘制所需曲线。实验结束后，反向驱替暂堵液体和解堵酸液，复原中间容器柱塞，导出数据并清理装置。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过能够精确控制裂缝倾角、缝长、缝宽、缝高和壁面粗糙度的裂缝模型，模拟暂堵剂随钻井液或压裂液进入裂缝并在裂缝内架桥堵塞以及模拟泵注酸液解除堵塞、恢复裂缝导流能力的过程，通过封堵压力、封堵时间、封堵形成位置、漏失液量来评价裂缝暂堵的效果，以及通过注酸排量、注酸时间、解堵后的液体流量和观察解堵后缝内暂堵材料分布情况来评价酸化解堵的效果；同时相比劈裂岩心模拟出的裂缝，本发明的缝板尺寸精确可控，具有更高的准确度和可重复性；本发明能够模拟钻井作业或增产作业(如重复压裂、转向压裂或酸压等)中裂缝暂堵和酸化解堵2个施工流程的一体化作业，将裂缝暂堵和酸化解堵结合起来，对于暂堵剂和酸液配方的优选评价更为合理。附图说明图1为裂缝暂堵与酸化解堵一体化模拟评价装置结构示意图。图2为圆柱状(楔形)缝板示意图。图3为实施案例中裂缝暂堵过程的暂堵压力(裂缝入口压力-裂缝出口压力)随时间的变化曲线。图4为实施案例中酸化过程的裂缝出口端液体体积流量随时间的变化曲线。附图标记：1-缝板，2-缝板夹持器，3-裂缝加热套，4-入口端密封圈，5-夹持器堵帽，6-入口端压力表，7-中间容器密封圈，8-暂堵液体，9-解堵酸液，10-恒流泵，11-泄压阀，12-储水罐，13-水，14-酸液中间容器，15-酸液中间容器温度表，16-暂堵液体中间容器，17-暂堵液体中间容器温度表，18-搭扣槽，19-搭扣，20-出口端密封圈，21-出口端压力表，22-液体回收罐，23-电子天平，24-裂缝温度表，25-中间容器盖，26-计算机，27-裂缝入口半缝宽，28-裂缝出口半缝宽，29-裂缝长度，30-裂缝高度，a、b、c、d-中间容器上端阀门，e、f、g、h-中间容器下端阀门。具体实施方式下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。裂缝暂堵与酸化解堵一体化模拟评价装置，由储水罐12、恒流泵10、中间容器、缝板夹持器2、液体回收罐22、电子天平23及计算机26组成，所述中间容器的左端连接恒流泵10和储水罐12，中间容器的右端连接缝板夹持器2的入口端，缝板夹持器2的出口端连接液体回收罐22，液体回收罐位于电子天平23上；所述中间容器包括酸液中间容器14、暂堵液体中间容器16，酸液中间容器、暂堵液体中间容器内部分别装有柱塞和解堵酸液9、暂堵液体8，外部分别连有加热套和酸液中间容器温度表15、暂堵液体中间容器温度表17；所述缝板夹持器2内有缝板1，外有裂缝加热套3和裂缝温度表24，其入口端有入口端密封圈4、入口端压力表6，其出口端有出口端密封圈20、出口端压力表21，夹持器两端有夹持器堵帽5、搭扣槽18，该堵帽通过搭扣19与搭扣槽配合固定；所述缝板由两片带槽的半柱体组成，安装在圆筒状缝板夹持器内，形成入口宽出口窄的楔形裂缝；所述温度表、压力表、电子天平均连接计算机26。所述储水罐12装有水13，储水罐连接恒流泵10，恒流泵连有泄压阀11。所述中间容器上端有阀门a、b、c、d，下端有阀门e、f、g、h，通过调节阀门的开关可以实现中间容器的正向和反向驱替，所述正向驱替将中间容器内液体驱入裂缝，所述反向驱替将中间容器内柱塞复原。所述计算机26监测和记录中间容器温度、裂缝温度、裂缝进出口端压力、裂缝出口端液体的质量变化，输入液体密度后，可以转换得到裂缝出口端的液体体积流量。参看图1。所述裂缝暂堵与酸化解堵模拟评价装置的液流管线包括依次连接的储水罐12、恒流泵10、中间容器下端四通efgh、酸液中间容器14及加热套、暂堵液体中间容器16及加热套、中间容器盖25、中间容器上端四通abcd、入口端压力表6、夹持器堵帽5、缝板1、缝板夹持器2、出口端压力表21、液体回收罐22。该装置的电信号线路包括恒流泵10、酸液中间容器温度表15、暂堵液体中间容器温度表17、入口端压力表6、出口端压力表21、裂缝温度表24、电子天平23与计算机26之间的信号连接，选用rs232数据线和usb数据线建立信号连接，通过计算机监测和记录温度、压力和质量的变化，并绘制所需曲线。所述恒流泵10的出口端与中间容器上端四通abcd和中间容器下端四通efgh相连接，上下两端四通均与酸液中间容器14和暂堵液体中间容器16相连接，且下端四通h阀门为放空管线，用于反向驱替时排出中间容器内的清水。储水罐12内清水泵入酸液中间容器14或暂堵液体中间容器16并推动柱塞上行。酸液中间容器14、暂堵液体中间容器16与中间容器盖25之间通过螺纹配合，且设有中间容器密封圈7。夹持器堵帽5和缝板夹持器2之间通过螺纹、搭扣槽18和搭扣19配合，且设有入口端密封圈4和出口端密封圈20。恒流泵10的最大排量为500ml/min、最高泵压为50mpa，并设有泄压阀，超过额定泵压后将自动进行泄压。酸液中间容器14、中间容器上端四通abcd、缝板1、缝板夹持器2、夹持器堵帽5及液流管线为哈氏合金或具备耐酸涂层的金属，液体回收罐不承压可以选择非金属耐酸材料如pvc塑料等。参看图2。缝板1由两块完全对称的带槽半柱体组成，合起来后形成圆柱状楔形裂缝，裂缝长度29为40cm，裂缝高度30为4cm，缝板的壁面粗糙度为0.8μm、3.2μm、12.5μm和25μm中任意一种，可用于模拟不同壁面粗糙度的裂缝；并且加工不同裂缝入口半缝宽27和裂缝出口半缝宽28的缝板1，包括缝板入口宽度-出口宽度(单位mm)为0.5-0.25、1.0-0.5、1.5-0.75、2.0-1.0、3.0-2.0、4.0-3.0六种规格，在此基础上通过两两组合产生11种缝宽规格的裂缝，如表1所示。通过两两组合产生的11种裂缝宽度加上初始的6种裂缝宽度，共有17种规格的裂缝可用，最小0.5mm-0.25mm，最大4.0mm-3.0mm，除此之外还可根据实验的需求加工其他规格的缝板。表1缝板两两组合产生的裂缝宽度序号裂缝入口宽度(mm)裂缝出口宽度(mm)序号裂缝入口宽度(mm)裂缝出口宽度(mm)10.750.37571.750.87521.250.62582.251.37531.751.12592.751.87542.251.625102.51.552.01.25113.52.562.51.75通过中间容器上下端的四通调节正向驱替与反向驱替的具体步骤：(1)正向驱替暂堵液体8时，开启阀门bdfg，关闭阀门aceh，即可将泵压作用在暂堵液体中间容器16的下端，将暂堵液体8驱入裂缝；(2)正向驱替解堵酸液9时，开启阀门bceg，关闭阀门adfh，即可将泵压作用在酸液中间容器14的下端，将解堵酸液9驱入裂缝；(3)反向驱替暂堵液体8时，开启阀门adfh，关闭阀门bceg，即可将泵压作用在暂堵液体中间容器16的上端，将柱塞以下的清水排往放空管线；(4)反向驱替解堵酸液9时，开启阀门aceh，关闭阀门bdfg，即可将泵压作用在酸液中间容器14的上端，将柱塞以下的清水排往放空管线。通过此方法不需要人工将柱塞压回原处，大大节省了体力和时间。实施例利用该装置测试纤维暂堵剂加量和酸液浓度分别对裂缝暂堵效果和酸化解堵效果的影响，具体的实验步骤为：步骤1、选用初始缝宽0.5mm-0.25mm和2.0mm-1.0mm、壁面粗糙度均为0.8μm的缝板，组合形成缝宽为1.25mm-0.625mm的缝板，用以模拟光滑壁面的裂缝；将缝板合起来后放入缝板夹持器内，并旋转调整裂缝与地面铅垂线的夹角为90°，模拟水平裂缝；将进出口端密封圈与夹持器堵帽在缝板夹持器端口安装旋紧，并将搭扣与搭扣槽对准扣好；将裂缝加热套安装在缝板夹持器上。步骤2、暂堵液体选用0.8％cmc(羧甲基纤维素钠)水溶液，暂堵剂选用加量为3％、粒径范围为0.8mm～1.2mm的超细碳酸钙，以及长度为6mm的纤维暂堵剂，纤维暂堵剂加量分别为0.6％、0.9％和1.2％；提前配置好cmc溶液，实验开始前将纤维暂堵剂慢慢加入并搅拌使之分散，之后加入超细碳酸钙并搅拌使之分散。选择9％盐酸、12％盐酸和15％盐酸三种浓度的解堵酸液。步骤3、将配制好的2000ml暂堵液体和2000ml酸液分别装入对应中间容器内，将密封圈和中间容器盖安装旋紧，并安装加热套；开启加热套将中间容器和裂缝加热至120℃。步骤4、在储水罐内装满清水，开启阀门bdfg，关闭阀门aceh，通过计算机设置恒流泵排量为200ml/min，将暂堵液体正向驱替进裂缝，并通过计算机设置裂缝进出口端压差达到19.4mpa后停泵，通过裂缝暂堵过程的暂堵压力(裂缝入口压裂-裂缝出口压力)随时间的变化情况对比3种纤维加量下的暂堵效果并绘制曲线如图3所示。步骤5、开启阀门bceg，关闭阀门adfh，通过计算机设置恒流泵排量为150ml/min，将解堵酸液正向驱替进裂缝，与裂缝内堵塞的超细碳酸钙和纤维暂堵剂反应实现解堵，通过计量裂缝出口端的液体质量流量，并通过液体密度转换为液体体积流量对比3种浓度盐酸的解堵效果并绘制曲线如图4所示。步骤6、开启阀门adfh，关闭阀门bceg将暂堵液体中间容器内柱塞压回原位；开启阀门aceh，关闭阀门bdfg将酸液中间容器内柱塞压回原位；之后打开缝板夹持器和中间容器并将装置清理干净，导出实验数据，实验结束。需要说明的是：本实施例中的3种浓度盐酸解堵实验，都是建立在使用1.2％纤维加量前提下、暂堵成功且暂堵压力均为19.4mpa的基础之上的。通过图3暂堵压力随时间变化曲线和图4解堵过程液体体积流量随时间变化曲线可知：(1)1.2％纤维加量的裂缝暂堵效果最佳，仅612s就达到了预设的19.4mpa暂堵压力；0.9％纤维加量暂堵效果次之，需要1037s才能达到预设暂堵压力；而0.6％纤维加量在1129s时暂堵失败，液体突破缝内封堵层，最终压力降为0，最高暂堵压力为12.23mpa。(2)通过酸化解堵后的液体体积流量变化评价解堵效果，15％盐酸的解堵效果最佳，1043s时的出口端液体体积流量与预设的泵排量150ml/min相当，表明已经解堵；12％盐酸则需要1158s，9％盐酸需要1304s才能解堵。以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出适当变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12