[發明專利]一種模擬地層條件的單裂縫調驅可視化實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202011004837.5
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112267873B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 王凱;李明忠;蒲春生;吳飛鵬;劉靜;張通;康少飛
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: E21B47/002
• 分類號: E21B47/002;E21B49/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 孫倩文

1.一種模擬地層條件的單裂縫調驅可視化實驗裝置的實驗方法，其特征在于，模擬地層條件的單裂縫調驅可視化實驗裝置包括單裂縫調驅可視化模型、驅替泵、真空泵、輸水中間容器、輸凝膠中間容器、液體容器和影像記錄系統；

所述單裂縫調驅可視化模型用于可視化裂縫模型中的運移過程與分布形態，所述驅替泵分別連接輸水中間容器和輸凝膠中間容器的一端，輸水中間容器和輸凝膠中間容器的另一端均通過一六通閥與單裂縫調驅可視化模型的注入口連接，所述單裂縫調驅可視化模型的出口連接所述液體容器，用于盛接出口端流出實驗用液體，所述單裂縫調驅可視化模型出口與液體容器之間設置有回壓泵和出液口控制閥，回壓泵用于控制單裂縫調驅可視化模型出口端允許通過的最小壓力；所述真空泵與所述六通閥連接，用于對單裂縫調驅可視化模型的裂縫抽真空；

所述單裂縫調驅可視化模型上設置有窗口，影像記錄系統對準該窗口，用于采集各類流體在單裂縫調驅可視化模型中的運移過程與分布形態；

所述實驗裝置還包括外部加熱裝置，為實驗裝置提供模擬地層的溫度并保溫；

所述單裂縫調驅可視化模型包括帶有裂縫的底板、鋼化玻璃和含窗口的蓋板，所述底板上設置有一凹槽區，在凹槽區上刻槽形成裂縫，裂縫內填充石英砂，所述裂縫四周設置有密封圈，所述鋼化玻璃尺寸與凹槽區尺寸相適應并覆蓋在凹槽區上部，所述含窗口的蓋板覆蓋在底板和鋼化玻璃上，并采用螺栓固定連接；

所述底板背面兩端分別鉆孔作為單裂縫調驅可視化模型注入口與出口，注入口和出口均與裂紋相通，所述底板背面通過鉆孔設置有多個測壓點；

所述驅替泵與輸水中間容器、輸凝膠中間容器連接的管路上分別安裝有水路控制閥、凝膠路控制閥；

所述六通閥與單裂縫調驅可視化模型連接的管路上安裝有第一壓力監測單元和進液口控制閥；

所述液體容器上標有對其內部所存儲液體體積進行測量的刻度；

實驗方法包括：

步驟一：單裂縫調驅可視化實驗裝置凝膠注入性能評價實驗，其過程如下：

101、安裝單裂縫調驅可視化模型：選擇開度合適的裂縫底板，填充配套粒徑的石英砂，模擬單裂縫的復雜內部結構，檢查密封圈的牢固性，鋼化玻璃壓在密封圈上，與底板形成固定開度裂縫，含窗口的蓋板通過螺栓與底板固定，壓緊鋼化玻璃，保證裂縫的密封性；

102、實驗裝置檢測：連接好實驗裝置，檢查各管線和閥門的氣密性、各個裝置是否運行正常、是否漏水；

103、單裂縫調驅可視化模型預處理：按照常規水測滲透率測試方法，將單裂縫調驅可視化模型抽真空，飽和模擬地層水；再按照需模擬地層的環境溫度條件，通過外部加熱裝置將所述單裂縫調驅可視化模型加熱至需模擬地層的環境溫度；打開輸水中間容器管路，進行單裂縫調驅可視化模型滲透率測試；

104、水測滲透率實驗：通過開啟水路控制閥、關閉凝膠路控制閥、調節回壓泵設置一定的出口端壓力、啟動驅替泵，實現通過自輸水中間容器輸至所述單裂縫調驅可視化模型，進行單裂縫調驅可視化模型的水驅動態模擬實驗；水驅過程中，設置一定的出口端壓力，設定一水驅速度，第一壓力監測單元實時對單裂縫調驅可視化模型入口壓力進行連續監測記錄，當第一壓力監測單元所監測的壓力數值保持穩定時，則水驅動態模擬實驗結束，此時便可計算得到裂縫的水測滲透率，為保證水測滲透率結果的準確性，改變水驅速度重復上述實驗過程，得到不同水驅速度條件下的單裂縫調驅可視化模型水驅滲透率，取數學平均作為單裂縫調驅可視化模型在實驗條件下單的水驅滲透率；

105、弱凝膠在裂縫內的注入實驗：調節回壓泵設置一定的出口端壓力，通過關閉水路控制閥、開啟凝膠路控制閥、啟動驅替泵，實現通過自輸凝膠中間容器輸至所述單裂縫調驅可視化模型，進行凝膠對飽和模擬地層水的單裂縫調驅可視化模型的凝膠注入實驗；凝膠注入過程中對相關參數及影像資料進行記錄，所述相關參數包括凝膠注入速度、裂縫模型入口壓力的穩定值，所述影像資料是指凝膠在可視化裂縫模型內部的運移及分布形態；結束一組凝膠注入實驗后，關閉驅替泵及凝膠路控制閥，將管線及裂縫模型內凝膠沖洗干凈備用；變換凝膠性質重復上述實驗過程，所述凝膠性質包括凝膠粘度、凝膠注入速度、凝膠注入體積及成膠時間；

步驟二：凝膠多段塞注入對單裂縫封堵性能評價實驗，其過程如下：

201、實驗裝置檢測：按照步驟101檢測設備的完好性與密封性；

202、單裂縫調驅可視化模型預處理：對輸水中間容器內的地層水和輸凝膠中間容器內的凝膠溶液進行染色處理，要求染色劑不影響兩種液體性質；將整個實驗裝置放置于恒溫箱內，模擬地層溫度保溫，按照步驟102對裂縫進行飽和地層水；

203、水測滲透率實驗：按照步驟104完成對裂縫模型滲透率的測試；

204、弱凝膠在裂縫內的封堵實驗：通過關閉水路控制閥、開啟凝膠路控制閥、調節回壓泵設置一定出口端壓力、啟動驅替泵，實現通過自輸凝膠中間容器輸至所述單裂縫調驅可視化模型內的凝膠對飽和模擬地層水的單裂縫調驅可視化模型進行凝膠注入實驗；且凝膠注入過程中，分多個時間點對凝膠注入封堵實驗過程中的相關參數及凝膠在裂縫內的運移狀態進行監測記錄，所述相關參數包括與各時間點相對應的記錄時間、驅出水量、凝膠注入量、裂縫模型入口端第一壓力單元記錄的壓力值，所述凝膠注入量為輸凝膠中間容器內所消耗的模擬凝膠數量；凝膠注入完畢后，回壓泵持續維持出口端壓力，關閉驅替泵、關閉凝膠路控制閥，關閉單裂縫調驅可視化模型的進液口控制閥，進行裂縫模型中的凝膠候凝，候凝時間為凝膠的成膠時間，清洗管線中的殘留凝膠，防止在管線成膠后堵塞，影響實驗結果；待第一段塞候凝結束后，重復以上步驟進行凝膠第二段塞注入，直至達到實驗要求的段塞數，每段凝膠注入結束后都需要清洗管線中的殘留凝膠；

205、多段塞凝膠封堵裂縫后水驅動態模擬實驗：通過關閉凝膠路控制閥、開啟水路控制閥、調節回壓泵設置一定出口端壓力、啟動驅替泵，實現通過自輸水中間容器輸至所述單裂縫調驅可視化模型內的模擬地層水對多段塞凝膠封堵后的單裂縫調驅可視化模型進行水驅動態模擬實驗；且凝膠封堵后水驅動態模擬實驗過程中，水驅速度的設置為由小到大，再由大到小的過程，測試不同水驅速度下的凝膠封堵裂縫后水驅動態模擬實驗，每一水驅速度下，分多個時間點對凝膠封堵后水驅動態模擬實驗過程中的相關參數及染色的地層水在含凝膠的裂縫內的運移狀態分別進行記錄，所述相關參數包括與各時間點相對應的記錄時間、水驅速度、驅出水量、裂縫模型入口水壓值；待水驅突破后的壓力值穩定后，關閉驅替泵，結束水驅實驗，拆解并清洗單裂縫調驅可視化模型及管線；

步驟三：數據處理：按照裂縫滲透率的常規計算方法，根據步驟103中所記錄的實驗數據，即可計算得出裂縫滲透率及裂縫縫寬；

根據步驟204、步驟205、步驟206中所記錄的實驗數據，計算得出凝膠封堵前后裂縫滲透性變化和凝膠封堵后的凝膠封堵效率、水驅突破壓力、殘余阻力系數、不同凝膠性質對凝膠封堵裂縫性能的影響規律；

通過實驗過程中影像記錄系統記錄的圖像資料進行各段塞凝膠分布形態及水驅對凝膠形態的作用對多段塞凝膠封堵單裂縫規律的研究。