一种堵水调剖剂的强度测试系统及方法与流程

本发明涉及一种堵水调剖剂的强度测试系统及方法，属于油田堵水调剖技术领域。

背景技术：

在油田注水开发中后期，单井含水率上升，注水井水窜现象加重，导致对应油井含水急剧上升，部分油井水淹，需要通过采用适当的堵水调剖技术，对高渗透层或裂缝产生堵塞，改变后注流体的流向，增加驱替剂的驱油面积和驱油效率，达到稳油控水、提高采出程度的目的。经过多年发展，堵水调剖剂的研究与应用取得长足的进步，开发出适用于不同油藏条件的调堵剂，如凝胶类、体膨颗粒类和柔性颗粒类等，调堵剂的材料性能，尤其是强度特性对于其作用效果至关重要。

目前用于调堵剂强度的评价方法主要包括：目测代码法，旋转粘度计测量法，抗拉强度测定方法等，其中目测代码法可用于交联聚合物凝胶类的强度评价，但是对于固体和软固体颗粒类材料的应用受到限制；旋转粘度计测量法可评价弱凝胶的强度，但不能用于评价固体，软固体和强凝胶材料；抗拉强度测定方法可用于评价固体和软固体颗粒材料的强度，但不能用于凝胶类材料强度的评价。

因此，这些常规使用的调堵剂强度评价方法往往仅能测试单一种类材料的强度性能指标，不具备通用性和普适性，且受到调堵剂外观、形状、力学性质的限制，多数实验评价方法都有较大的局限性，不能有效地评价大部分不同材质调堵剂的性质。实验方法的局限性限制了调堵剂评价标准的建立，亟需探索新的调剖堵水用化学剂综合性能的实验方法。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种堵水调剖剂的强度测试系统，该系统能够直接定量描述被测样品的特性，以力的大小来表征被测样品强度性质，易于比较且更为直观实用，对于石油提高采收率具有十分重要的意义。

为达到上述目的，本发明提供了一种堵水调剖剂的强度测试系统，该系统包括：

升降器；

设置在所述升降器上的传感器；

分别与所述传感器相连的测试探头和计算机；所述传感器用于实时记录所述测试探头在不同时刻的受力数据；所述计算机用于接收所述传感器发出的传感器信号，并向所述传感器发送动作指令，对所述测试探头的升降实现程序控制；

位于所述测试探头下方的样品单元，所述样品单元用于放置或固定样品。

在上述系统中，优选地，所述系统还包括测量台，所述样品单元放置于所述测量台的上方。

在本发明提供的堵水调剖剂的强度测试系统中，所述传感器能够精确记录所述测试探头尖端在不同时刻的受力数据，从而可以获得测试样品上的负载力随时间的变化情况；所述计算机用于接收所述传感器传送的数据，并向所述传感器发出动作指令，从而对测试探头的升降进行程序控制。

在上述系统中，优选地，所述测试探头正对所述样品单元。

在上述系统中，优选地，所述样品单元为样品池或样品夹持装置，所述样品单元可以测试不同类型的样品，例如凝胶块、微球、颗粒等等，且不受样品量多少的限制。

在上述系统中，优选地，所述测试探头为圆锥体结构，所述圆锥体的底部与所述传感器相连，所述圆锥体的尖部用于接触样品；采用本发明中圆锥体结构的测试探头可以减小接触面积，拓宽被测样品范围，使得测试过程不受样品外形影响。

在上述系统中，所述圆锥体的底面半径和高没有特别限定；优选地，所述圆锥体的底面半径为1-3cm，高为2-4cm。

在上述系统中，优选地，所述测试探头通过金属杆与所述传感器相连；更优选地，所述圆锥体的底面通过金属杆与所述传感器相连。

本发明还提供了一种堵水调剖剂的强度测试方法，其包括以下步骤：

在样品单元中填满待测的堵水调剖剂样品；

将测试探头由初始位置下移至触发点，而后自触发点下移预定的测试距离，到达所述预定的测试距离后，所述测试探头返回至初始位置；从所述测试探头由初始位置下移至触发点这一刻起，至所述测试探头返回至初始位置这一刻止，传感器实施记录所述测试探头在不同时刻的受力数据；

所述测试探头返回至初始位置后重复上述操作1-3次，以获得所述测试探头的最大受力数据，所述测试探头的最大受力数据即为样品上的最大负载力数据，完成对堵水调剖剂的强度测试。

在上述测试方法中，所述触发点指的是所述测试探头刚好接触到样品，但还未对样品产生力的作用的位置点；所述测试距离指的是所述测试探头自所述触发点下移的距离。所述测试探头从初始位置下移至触发点后，以预定的测试距离下压到待测样品上时，所述下压的速度没有特别限制，可以根据实际情况进行调整。

在上述测试方法中，从测试探头下移至触发点这一刻开始，至测试探头返回到初始位置这一刻结束，传感器能够精确记录测试探头在不同时刻的受力数据。

在上述测试方法中，优选地，所述预定的测试距离为0.1-10mm。

在上述测试方法中，优选地，将所述测试探头由初始位置下移至触发点后控制所述测试探头的瞬时运动速度为0。

在上述测试方法中，优选地，所述样品为固体类和/或软固体类堵水调剖剂；更优选地，所述样品为凝胶类、体膨颗粒类和柔性颗粒类堵水调剖剂中的一种或几种的组合。

在上述测试方法中，优选地，所述最大负载力为50-20000mn；更优选为200-10000mn。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案实现了直接定量描述样品的特性，以力的大小来表征被测样品强度性质，易于比较且更为直观实用，对于石油提高采收率具有十分重要的意义。

附图说明

图1为实施例1提供的堵水调剖剂的强度测试系统的结构示意图；

图2为实施例2提供的堵水调剖剂的强度评价方法的流程示意图；

图3a为实施例1中，下移距离目标值为2mm时，体膨颗粒压缩测试负载力随压缩时间的变化曲线；

图3b为实施例1中，下移距离目标值为5mm时，体膨颗粒压缩测试负载力随压缩时间的变化曲线；

图3c为实施例1中，下移距离目标值为10mm时，体膨颗粒压缩测试负载力随压缩时间的变化曲线；

图4为实施例2中凝胶样品压缩测试负载力随压缩时间的变化曲线；

图5为实施例3中柔性颗粒压缩测试负载力随压缩时间的变化曲线；

主要附图标号说明：

1：传感器；2：测试探头；3：样品池；4：测量台；5：计算机。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种堵水调剖剂的强度测试系统，其结构如图1所示，该系统包括：

升降器；

设置在升降器上的传感器1；

与传感器1相连的测试探头2和计算机5；传感器1能够实时记录测试探头2在不同时刻的受力数据；计算机5用于接收传感器1发出的传感器信号，并向传感器1发送动作指令，以对测试探头2的升降实现程序控制；

位于测试探头2下方的样品池3，样品池3用于放置待测样品。

测试探头2为圆锥体结构，圆锥体的底面半径为1-3cm，高为2-4cm，圆锥体的底面通过金属杆与传感器1相连。

本实施例提供的测试系统还可以包括测量台4，样品池3放置于测量台4上。

实施例2

本实施例提供了一种堵水调剖剂的强度评价方法，该方法利用了实施例1提供测试系统，其流程如图2所示。

本实施例中的测试样品为体膨颗粒类堵水调剖剂，测试过程如下所述：

在样品池3中填满待测试的堵水调剖剂样品。

1)选择测试探头(测试探头的圆锥体的底面半径为2cm，高为4cm)，设定实验参数：包括输入下移距离目标值2mm，输入循环次数2次。测试开始后，测试探头2缓慢下移，当测试探头2下移至触发点时(所述触发点是指测试探头刚好与测试样品接触，但测试探头还未对测试样品产生力的作用这样一个位置点)，测试探2头以设定的测试距离2mm下压到样品上，然后测试探头2返回到初始位置，再进行一次重复测试；在这一过程中传感器1从触发点开始精确记录测试探头2尖端在不同时刻的受力情况，根据作用力与反用力的关系，测试探头2的受力情况反应的其实就是测试样品上的负载力情况，由此便可绘制得到样品上的负载力与时间的关系曲线(图3a)。

如图3a所示，当测试探头2下移到触发点，达到触发点负载后，随着压缩过程负载逐渐变大，当下移距离为目标值2mm时，此时负载力达到最大值为565mn，从样品受力情况直观的评价被测样品的强度特征。

2)随后探头又返回到它的初始位置，改变测试探头下移距离目标值，进行下一次循环压缩测试；设定实验参数：包括输入下移距离目标值5mm，输入循环次数2次。测试开始后，测试探头2缓慢下移，到达触发点后，测试探头2以设定的测试距离5mm下压到样品上，然后探头返回到初始位置，再进行一次重复测试；在这一过程中传感器1从触发点开始精确记录测试探头2尖端的受力情况，并且通过测量台4持续监测样品上的负载力与负载力施加时间的变化关系(图3b)。

如图3b所示，当探头下移到触发点，达到触发点负载后，随着压缩过程负载逐渐变大，当下移距离为目标值5mm时，此时负载力达到最大值为5400mn，从样品受力情况直观的评价被测样品的强度特征。

3)随后探头又返回到它的初始位置，继续改变下移距离目标值，进行下一次循环压缩测试；设定实验参数：包括输入下移距离目标值10mm，输入循环次数2次。测试开始后，测试探头2缓慢下移，达到触发点后，测试探头2以设定的测试距离10mm下压到样品上，然后测试探头2返回到初始位置，再进行一次重复测试；在这一过程中传感器从触发点开始精确记录探头尖端受力情况，并且持续监测样品上的负载力与负载力施加时间的变化关系(图3c)。

如图3c所示，当探头下移到触发点，达到触发点负载后，随着压缩过程负载逐渐变大，当下移距离为目标值10mm时，此时负载力达到最大值为8081mn，从样品受力情况直观的评价被测样品的强度特征。

实施例3

本实施例提供了一种堵水调剖剂的强度评价方法。

本实施例中的测试样品为柔性颗粒类堵水调剖剂，测试过程如下所述：

在样品单元3中填满待测试的堵水调剖剂样品。

选择测试探头(测试探头的圆锥体的底面半径为1cm，高为2cm)，设定实验参数：包括输入下移距离目标值5mm，输入循环次数2次。测试开始后，测试探头2缓慢下移，达到触发点后，测试探头2以设定的测试距离5mm下压到样品上，然后测试探头返回到初始位置，再进行一次重复测试；在这一过程中传感器1从触发点开始精确记录测试探头2的尖端在不同时刻的受力情况，从而得到测试样品上的负载力与时间的关系曲线(图4)。

如图4所示，当探头下移到触发点，达到触发点负载后，随着压缩过程负载逐渐变大，当下移距离为目标值5mm时，此时负载力达到最大值为330mn，从样品受力情况直观的评价被测样品的强度特征。

实施例4

本实施例提供了一种堵水调剖剂的强度评价方法。

本实施例中的测试样品为凝胶类堵水调剖剂，测试过程如下所述：

在样品单元3中填满待测试的凝胶类堵水调剖剂样品。

选择测试探头(测试探头的圆锥体的底面半径为1cm，高为2cm)，设定实验参数：包括输入下移距离目标值5mm，输入循环次数2次。测试开始后，测试探头2缓慢下移，达到触发点后，测试探头2以设定的测试距离5mm下压到样品上，然后测试探头2返回到初始位置，再进行一次重复测试；在这一过程中传感器1从触发点开始精确记录测试探头2尖端在不同时刻的受力情况，从而得到测试样品上的负载力与时间的关系曲线(图5)。

如图5所示，当探头下移到触发点，达到触发点负载后，随着压缩过程负载逐渐变大，当下移距离为目标值5mm时，此时负载力达到最大值为290mn，从样品受力情况直观的评价被测样品的强度特征。随后探头在返回离开触发点位置时，由于凝胶的粘附作用，传感器表现为拉力，出现负值，直至探头与样品分离并返回到它的初始位置，进行下一次循环压缩测试。

表1样品强度评价结果对比

上述实施例2-4的测试结果如表1所示。