本發(fā)明涉及油田化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明還涉及這種模擬實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

隨著油田開發(fā)深度，廣度的不斷延伸，對(duì)油水井質(zhì)量要求逐漸升高，特別是細(xì)分層注采工藝技術(shù)的實(shí)施以及三次采油技術(shù)的推廣與應(yīng)用，對(duì)油水層之間竄槽的治理越來越受到重視。油水井經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的開采，套管出現(xiàn)變形、破損和漏失，再加上固井質(zhì)量差和長(zhǎng)期注水開采引起的層間矛盾導(dǎo)致竄槽現(xiàn)象不斷加劇，油水井竄槽，特別是多層段的竄槽，會(huì)給油井生產(chǎn)和管理帶來嚴(yán)重危害，主要表現(xiàn)在：一是不能對(duì)多油層進(jìn)行分層開采；二是使油水井增產(chǎn)增注措施的全面實(shí)施受到一定的限制，嚴(yán)重影響油井正常生產(chǎn)；三是影響油田開發(fā)速度；四是降低油水井的使用壽命；五是影響油田最終采收率；六是給修井作業(yè)和管理造成麻煩，影響油田開發(fā)效益。為達(dá)到穩(wěn)油控水的目的，使油田能夠正常開發(fā)生產(chǎn)，封竄技術(shù)越來越受到人們的重視。

目前主要采用向竄槽部位擠入封竄劑，對(duì)竄槽部位進(jìn)行有效封堵，降低竄槽對(duì)油氣井生產(chǎn)的影響。然而，在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)吸水情況，封竄劑的用量設(shè)計(jì)半徑可能大于重復(fù)補(bǔ)孔射孔槍的最大穿深，導(dǎo)致封竄后重復(fù)補(bǔ)孔射不透，造成層位報(bào)廢。因此，有必要建立合理的物理模型，研究不同地層物性和施工參數(shù)條件下封竄劑侵入深度，分析不同的滲透率、溫度、驅(qū)替壓力以及驅(qū)替速度對(duì)封竄劑侵入深度的影響。該裝置成功設(shè)計(jì)對(duì)模擬現(xiàn)場(chǎng)封竄，根據(jù)不同地層物性優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)封竄施工工藝及施工參數(shù)具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于克服上述背景技術(shù)的不足，而提供一種測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明的模擬實(shí)驗(yàn)裝置為根據(jù)不同的物性參數(shù)、施工參數(shù)以及物模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了封竄劑侵入深度的預(yù)測(cè)模型，通過建立封竄劑侵入深度預(yù)測(cè)模型，對(duì)施工壓力、施工排量、施工用量等施工參數(shù)進(jìn)行了合理優(yōu)化，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工中封竄劑的侵入深度進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，確保封竄劑侵入深度＜1m，使得射孔槍可以射穿封竄地層。

本發(fā)明的第二目的在于提供這種測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量方法，該測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行，可模擬封竄劑在射孔通道及通道頂部的侵入狀態(tài)，更為真實(shí)的模擬封堵劑在地層中的分布狀態(tài)及侵入深度，有利于對(duì)施工壓力、施工排量、施工用量等施工參數(shù)進(jìn)行了合理優(yōu)化。

為實(shí)現(xiàn)第一目的，本發(fā)明的測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括呈中空?qǐng)A柱形狀的套管、設(shè)置在套管頂部與之固定連接的釜體、設(shè)置在套管底部用于對(duì)其進(jìn)行支撐固定的底座、設(shè)置在套管內(nèi)沿其軸向布置的填砂管、設(shè)置在釜體與填砂管之間用于連通兩者的射孔通道、設(shè)置在填砂管內(nèi)可沿其軸向上下滑動(dòng)的壓縮模塊、以及設(shè)置底座上用于驅(qū)動(dòng)壓縮模塊軸向滑動(dòng)的千斤頂；

所述釜體的上部設(shè)置有與之密封連接的蓋體，所述釜體與蓋體之間圍合形成用于容納封竄劑的容納腔，所述容納腔通過貫穿蓋體的第一管路與外界的增壓泵連接；所述套管內(nèi)沿其軸向設(shè)置有用于安裝固定填砂管的固定套，所述套管內(nèi)壁與固定套外壁之間圍合形成用于模擬地層壓力的壓力腔，所述壓力腔通過第二管路與外界的環(huán)壓泵連接；

所述填砂管為頂端封堵、底端敞開的圓柱形管狀結(jié)構(gòu)，所述填砂管的頂端嵌入釜體底部與之固定連接，所述填砂管的底端向下延伸穿出套管的底部，所述壓縮模塊置入填砂管的底部與之周向密封連接；所述千斤頂?shù)牡撞抗潭ㄔO(shè)置在底座上，頂部的伸縮端與壓縮模塊的底部固定連接；

所述固定套的頂端與釜體底部固定連接，所述固定套的底端與套管底部固定連接，所述固定套的內(nèi)壁與填砂管的外壁貼合；所述固定套為由橡膠制成的中空?qǐng)A柱形狀橡膠固定套。所述套管的外壁上套設(shè)有用于對(duì)其內(nèi)腔進(jìn)行加熱的加熱裝置。

上述技術(shù)方案中，所述釜體與蓋體之間設(shè)置有密封圈，所述釜體的底部設(shè)置有清洗通孔，所述清洗通孔通過可拆卸的柱塞封堵。

上述技術(shù)方案中，所述套管的外壁上套設(shè)有用于對(duì)其內(nèi)腔進(jìn)行加熱的加熱裝置。

上述技術(shù)方案中，所述千斤頂?shù)牡撞吭O(shè)置有用于顯示其壓力值大小的壓力表。

上述技術(shù)方案中，所述加熱裝置為環(huán)繞設(shè)置在套管外壁的環(huán)形加熱裝置。

上述技術(shù)方案中，所述蓋體與第一管路的相連部、以及套管與第二管路的相連部均設(shè)置有快速接頭。

為實(shí)現(xiàn)第二目的，本發(fā)明提供一種利用測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)量的方法，包括如下步驟：

1)按實(shí)驗(yàn)配方將石英砂放入溫度為102～110℃的恒溫干燥箱中處理8～16h后，自然冷卻至室溫，將石英砂充分混合均勻；

2)將填砂管裝入固定套中，調(diào)節(jié)環(huán)壓泵，加壓至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力；

3)將步驟1)混合均勻的石英砂緩慢的倒入填砂管中并用千斤頂將石英砂壓實(shí)，完成填砂管模型的制作；

4)開啟加熱裝置，對(duì)套管內(nèi)的填砂管進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)至實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度；

5)往釜體內(nèi)填滿水，測(cè)量水相滲透率，測(cè)量過程中可通過調(diào)節(jié)千斤頂?shù)膲毫Ω淖兲钌肮軆?nèi)石英砂的壓實(shí)程度，以此達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的滲透率；

6)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件配置封竄劑漿體，將配好的封竄劑漿體緩慢倒入釜體內(nèi)，用增壓泵加壓至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力，驅(qū)替完成后將剩余的封竄劑漿體取出，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度下候凝15～25h；

7)將填砂管取出并打開，清理封竄劑漿體未侵入的砂體，測(cè)量封竄劑的侵入深度，即可。

上述技術(shù)方案中，在所述步驟2)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力為20～50MPa。

上述技術(shù)方案中，在所述步驟4)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度為180～220℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

其一，本發(fā)明采用不同粒徑及不同粒徑分布的石英砂進(jìn)行填充填砂管，并應(yīng)用帶有精密壓力表的千斤頂在填砂完成后在填沙管內(nèi)過程中逐步壓實(shí)，通過向釜體內(nèi)注水加壓，再測(cè)量壓實(shí)沙柱的滲透性，測(cè)量得到不同滲透性能的巖心柱，千斤頂施加的壓力越大填砂管里的沙密度越大滲透性越小，由此，該裝置可針對(duì)不同物性的地層進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)封竄實(shí)驗(yàn)。

其二，本發(fā)明在制備模擬地層過程中，通過真實(shí)射孔制造射孔通道，可根據(jù)不同的射孔彈直徑，制造相應(yīng)的射孔通道，由此，該裝置可模擬封竄劑在射孔通道內(nèi)及通道周圍頂部的侵入狀態(tài)，更為真實(shí)的模擬封堵劑在地層中的分布狀態(tài)及侵入深度。

其三，本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)有加熱與加壓裝置，工作溫度可達(dá)200℃，工作壓力可達(dá)40MPa，因此可模擬高溫高壓條件下封竄過程。

其四，本發(fā)明可通過增壓泵在釜體內(nèi)進(jìn)行加壓，模擬不同壓力及排量條件下現(xiàn)場(chǎng)注入封竄劑的過程，研究注入壓力及排量對(duì)封竄劑侵入深度的影響，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度高。

其五，本發(fā)明模擬不同地層參數(shù)、溫度、驅(qū)替壓力以及驅(qū)替速度條件下得而封堵過程，由于在模擬封堵過程中，不僅實(shí)現(xiàn)了不同地層參數(shù)的模擬，同時(shí)也引入了模擬的射孔通道，因此，該測(cè)試方法可模擬封竄劑在射孔通道及通道頂部的侵入狀態(tài)，更為真實(shí)的模擬封堵劑在地層中的分布狀態(tài)及侵入深度，有利于對(duì)施工壓力、施工排量、施工用量等施工參數(shù)進(jìn)行了合理優(yōu)化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-套管、2-釜體、3-底座、4-填砂管、5-射孔通道、6-壓縮模塊、7-千斤頂、8-蓋體、9-封竄劑、10-容納腔、11-第一管路、12-增壓泵、13-固定套、14-壓力腔、15-第二管路、16-環(huán)壓泵、17-密封圈、18-加熱裝置、19-柱塞、20-壓力表。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。

如圖1所示，本發(fā)明的一種測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括呈中空?qǐng)A柱形狀的套管1、設(shè)置在套管1頂部與之固定連接的釜體2、設(shè)置在套管1底部用于對(duì)其進(jìn)行支撐固定的底座3、設(shè)置在套管1內(nèi)沿其軸向布置的填砂管4、設(shè)置在釜體2與填砂管4之間用于連通兩者的射孔通道5、設(shè)置在填砂管4內(nèi)可沿其軸向上下滑動(dòng)的壓縮模塊6、以及設(shè)置底座3上用于驅(qū)動(dòng)壓縮模塊6軸向滑動(dòng)的千斤頂7；

所述釜體2的上部設(shè)置有與之密封連接的蓋體8，所述釜體2與蓋體8之間圍合形成用于容納封竄劑9的容納腔10，所述容納腔10通過貫穿蓋體8的第一管路11與外界的增壓泵12連接；所述套管1內(nèi)沿其軸向設(shè)置有用于安裝固定填砂管4的固定套13，所述套管1內(nèi)壁與固定套13外壁之間圍合形成用于模擬地層壓力的壓力腔14，所述壓力腔14通過第二管路15與外界的環(huán)壓泵16連接。本發(fā)明采用不同粒徑及不同粒徑分布的石英砂進(jìn)行填充填砂管，并應(yīng)用帶有精密壓力表的千斤頂在填砂完成后在填沙管內(nèi)過程中逐步壓實(shí)，通過向釜體內(nèi)注水加壓，再測(cè)量壓實(shí)沙柱的滲透性，測(cè)量得到不同滲透性能的巖心柱，千斤頂施加的壓力越大填砂管里的沙密度越大滲透性越小，由此，該裝置可針對(duì)不同物性的地層進(jìn)行模擬現(xiàn)場(chǎng)封竄實(shí)驗(yàn)。

所述填砂管4為頂端封堵、底端敞開的圓柱形管狀結(jié)構(gòu)，所述填砂管4的頂端嵌入釜體2底部與之固定連接，所述填砂管4的底端向下延伸穿出套管1的底部，所述壓縮模塊6置入填砂管4的底部與之周向密封連接，所述千斤頂7的底部固定設(shè)置在底座3上，其頂部的伸縮端與壓縮模塊6的底部固定連接。本發(fā)明在制備模擬地層過程中，通過真實(shí)射孔制造射孔通道，可根據(jù)不同的射孔彈直徑，制造相應(yīng)的射孔通道，由此，該裝置可模擬封竄劑在射孔通道內(nèi)及通道周圍頂部的侵入狀態(tài)，更為真實(shí)的模擬封堵劑在地層中的分布狀態(tài)及侵入深度。

所述固定套13的頂端與釜體2底部固定連接，所述固定套13的底端與套管1底部固定連接，所述固定套13的內(nèi)壁與填砂管4的外壁貼合，所述固定套13為由橡膠制成的中空?qǐng)A柱形狀橡膠固定套。

所述釜體2與蓋體8之間設(shè)置有密封圈17，所述套管1的外壁上套設(shè)有用于對(duì)其內(nèi)腔進(jìn)行加熱的加熱裝置18，所述加熱裝置18為環(huán)繞設(shè)置在套管1外壁的環(huán)形加熱裝置。所述釜體2的底部設(shè)置有清洗通孔。本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)有加熱與加壓裝置，工作溫度可達(dá)200℃，工作壓力可達(dá)40MPa，因此可模擬高溫高壓條件下封竄過程。

所述清洗通孔通過可拆卸的柱塞19封堵，所述千斤頂7的底部設(shè)置有用于顯示其壓力值大小的壓力表20。所述蓋體8與第一管路11的相連部、以及套管1與第二管路15的相連部均設(shè)置有快速接頭。本發(fā)明可通過增壓泵在釜體內(nèi)進(jìn)行加壓，模擬不同壓力及排量條件下現(xiàn)場(chǎng)注入封竄劑的過程，研究注入壓力及排量對(duì)封竄劑侵入深度的影響，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度高。

本發(fā)明一種利用上述測(cè)量封竄劑侵入地層深度的模擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行測(cè)量的方法，包括如下步驟：

1)按實(shí)驗(yàn)配方將石英砂放入溫度為102～110℃的恒溫干燥箱中處理8～16h后，自然冷卻至室溫，將石英砂充分混合均勻；

2)將填砂管4裝入固定套13中，調(diào)節(jié)環(huán)壓泵16，加壓至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力(20～50MPa)；

3)將步驟1)混合均勻的石英砂緩慢的倒入填砂管4中并用千斤頂7將石英砂壓實(shí)，完成填砂管4模型的制作；

4)開啟加熱裝置18，對(duì)套管1內(nèi)的填砂管4進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)至實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度(180～220℃)；

5)往釜體2內(nèi)填滿水，測(cè)量水相滲透率，測(cè)量過程中可通過調(diào)節(jié)千斤頂7的壓力改變填砂管4內(nèi)石英砂的壓實(shí)程度，以此達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的滲透率；

6)按照實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件配置封竄劑9漿體，將配好的封竄劑9漿體緩慢倒入釜體2內(nèi)，用增壓泵12加壓至實(shí)驗(yàn)設(shè)定的壓力，驅(qū)替完成后將剩余的封竄劑9漿體取出，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度下候凝15～25h；

7)將填砂管4取出并打開，清理封竄劑9漿體未侵入的砂體，測(cè)量封竄劑9的侵入深度，即可。

本發(fā)明的測(cè)量方法可以模擬不同地層參數(shù)、溫度、驅(qū)替壓力以及驅(qū)替速度條件下得而封堵過程。由于在模擬封堵過程中，不僅實(shí)現(xiàn)了不同地層參數(shù)的模擬，同時(shí)也引入了模擬的射孔通道，因此，該方法可模擬封竄劑在射孔通道及通道頂部的侵入狀態(tài)，更為真實(shí)的模擬封堵劑在地層中的分布狀態(tài)及侵入深度，有利于對(duì)施工壓力、施工排量、施工用量等施工參數(shù)進(jìn)行了合理優(yōu)化。

本說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。