模拟泡沫基VES酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置的制作方法

本发明涉及油气井压裂酸化技术领域，特别涉及一种模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置。

背景技术：

酸压是低渗碳酸盐岩油气藏常用的改造方法之一。由于储层基质层内和层间的非均质性，常规酸压用酸液会优先进入阻力较小的高渗层，导致低渗层的改造效果很差。泡沫基ves酸集合泡沫和ves(ves，即粘弹性表面活性剂，是一类具有特助分析结构的表面活性剂)的暂堵效果于一体，在酸压过程中可以暂时封堵高渗层和天然裂缝，使酸液可以更为均匀地达到储层的深部，以改进酸化改造效果。由于酸蚀裂缝的导流能力决定了油气井投产后的产量与产能，这一属性是评价酸压效果的关键参数。因此，有必要通过室内模拟实验，研究泡沫基ves酸的泡沫性质在地层条件下对酸岩反应的影响，通过评估酸蚀裂缝导流能力的大小，为优化泡沫基ves酸酸压设计提供理论支撑。

目前针对酸蚀裂缝导流能力的测试装置及方法，大部分专注于研究储层性质、施工参数、酸液滤失、酸液指进、不同缝宽等因素对酸蚀裂缝导流能力的影响，其测试装置不具备评估泡沫酸酸蚀裂缝的功能。少量装置虽然可以进行泡沫酸酸蚀裂缝的测试，但无法评估进入导流室的泡沫酸的泡沫质量及其稳定性，也无法实时观察泡沫酸与岩样作用过程中泡沫形貌的变化及其对酸岩反应的影响。因此，现存的模拟实验装置及方法准确性较差，与实际现场的泡沫酸酸压过程差别较大，特别是无法对与泡沫性质相关的各重要施工参数进行有效评估，使其实用性受到了严重制约。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置，可准确模拟和实时监控不同泡沫质量的泡沫基ves酸在不同地层环境和前置液造缝宽度下的酸蚀裂缝过程，并在不同地层闭合压力下对酸蚀裂缝的导流能力进行测试和评估，以供优化现场施工参数。

该模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置包括：包括：储水罐3、储酸罐4、泡沫发生器6、气源9、泡沫观察室11、加热棒19、导流室22、压力机27、恒温箱29、三个回压阀、三个废液罐、三个分析天平、三个压力传感器；

其中，所述储水罐3、储酸罐4、泡沫发生器6、泡沫观察室11放置于恒温箱29中；所述泡沫发生器6分别与储水罐3、储酸罐4、气源9、泡沫观察室11连接；气源9还与泡沫观察室11连接；泡沫观察室11还分别与所述导流室22、第三回压阀24c连接；所述导流室22还与压力机27、第一回压阀24a、第二回压阀24b、第三回压阀24c、三个压力传感器连接；所述第一回压阀24a还依次与第一废液罐25a、第一分析天平26a连接；所述第二回压阀24b还依次与第二废液罐25b、第二分析天平26b连接，第三回压阀24c还依次与第三废液罐25c、第三分析天平26c连接；所述加热棒19置于所述导流室22中；

所述泡沫发生器6用于：根据所述储水罐3泵入的水和所述储酸罐4泵入的酸液、所述气源9注入的气体生成泡沫基ves酸；

所述泡沫观察室11用于：在实验前观测生成的泡沫基ves酸的泡沫质量及稳定性属性，在实验过程中实时监测泡沫基ves酸的泡沫性质的变化；

所述加热棒19用于：模拟不同的实际地层温度；

所述导流室22：用于根据注入的泡沫基ves酸进行岩心样品的酸蚀实验；

所述压力机27用于：作用于所述导流室22，模拟地层闭合压力；

所述恒温箱29用于：模拟实际地层温度，使所述储水罐3、储酸罐4、泡沫发生器6、泡沫观察室11处于实际地层温度；

所述回压阀用于：模拟实际地层孔隙压力；

所述分析天平用于：获取所述第一废液罐25a、第二废液罐25b、第三废液罐25c中的废液重量与废液重量随时间的变化率；

所述压力传感器用于：获取所述导流室22内三个测压点位置的压力，所述三个测压点位置的压力用于计算两两之间的压力差。

在本发明实施例中，泡沫发生器可以根据泵入的水和酸液、注入的气体生成泡沫基ves酸，通过泡沫观察室可以在实验前观测生成泡沫基ves酸的泡沫质量及稳定性属性，通过泡沫观察室可以在实验过程中实时监测泡沫基ves酸的泡沫性质的变化，通过压力机作用于导流室模拟不同大小的地层闭合压力，通过恒温箱和加热棒模拟实际地层温度，在导流室中放入岩心样品、注入泡沫基ves酸进行岩心样品的酸蚀实验，这样能够模拟和监测真实地下条件下泡沫基ves酸的形成过程与酸蚀过程，并利用气测或液测酸蚀裂缝的导流能力对泡沫基ves酸的重要施工参数进行评估，以辅助现场酸化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置结构图。

图2是本发明实施例提供的一种导流室22与缝宽调节器16的结构细节图。

图中：1--大排量恒流泵；2a、2b、2c、2d、8a、8b、12a、12b--针型阀；3、4--储液罐；5a、5b--单向阀；6--泡沫发生器；7--气体体积流量计；9--气源(氮气或二氧化碳等)；10a、10b--三通阀；11--泡沫观察室；13、14--导流室入口端、出口端；15--导流岩板；16--缝宽调节器；17--滤失孔；18--活塞；19--电加热棒；20--透明视窗；21--温度传感器；22--哈氏合金导流室；23a、23b、23c--压力表；24a、24b、24c--回压阀；25a、25b、25c--废液罐；26a、26b、26c--分析天平；27--压力机；28--计算机；29--恒温箱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，提供了一种模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置，如图1所示，该模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置包括：储水罐3、储酸罐4、泡沫发生器6、气源9、泡沫观察室11、加热棒19、导流室22、压力机27、恒温箱29、三个回压阀、三个废液罐、三个分析天平、三个压力传感器；

其中，所述储水罐3、储酸罐4、泡沫发生器6、泡沫观察室11放置于恒温箱29中；所述泡沫发生器6分别与储水罐3、储酸罐4、气源9、泡沫观察室11连接；气源9还与泡沫观察室11连接；泡沫观察室11还分别与所述导流室22、第三回压阀24c连接；所述导流室22还与压力机27、第一回压阀24a、第二回压阀24b、第三回压阀24c、三个压力传感器连接；所述第一回压阀24a还依次与第一废液罐25a、第一分析天平26a连接；所述第二回压阀24b还依次与第二废液罐25b、第二分析天平26b连接，所述第三回压阀24c还依次与第三废液罐25c、第三分析天平26c连接；所述加热棒19置于所述导流室22中；

所述泡沫发生器6用于：根据所述储水罐3泵入的水和所述储酸罐4泵入的酸液、所述气源9注入的气体生成泡沫基ves酸；

所述泡沫观察室11用于：在实验前观测生成的泡沫基ves酸的泡沫质量及稳定性属性，在实验过程中实时监测泡沫基ves酸的泡沫性质的变化；

所述加热棒19用于：模拟不同的实际地层温度；

所述导流室22：用于根据注入的泡沫基ves酸进行岩心样品的酸蚀实验；

所述压力机27用于：作用于所述导流室22，模拟地层闭合压力；

所述恒温箱29用于：模拟实际地层温度，使所述储水罐3、储酸罐4、泡沫发生器6、泡沫观察室11处于实际地层温度；

所述回压阀用于：模拟实际地层孔隙压力；

所述分析天平用于：获取所述第一废液罐25a、第二废液罐25b、第三废液罐25c中的废液重量与废液重量随时间的变化率；

所述压力传感器用于：获取所述导流室22内三个测压点位置的压力，所述三个测压点位置的压力用于计算两两之间的压力差。

由图1所示，在本发明实施例中，所述泡沫发生器6包括进液口、进气口、出液口，泡沫发生器6的进液口与储水罐3和储酸罐4的一端连接，泡沫发生器6的进气口与气源9连接，泡沫发生器6的出液口与泡沫观察室11的一端连接；

所述导流室22为长方体形状，所述导流室22包括两个活塞18、出液口、进液口、三个测压点，其中，所述两个活塞18位于所述导流室22的左右两侧，两个活塞18上设有酸液滤失孔道17(因为在测试过程中需要考虑酸液在导流室内的滤失)；所述出液口位于所述导流室22的上端面，所述进液口位于所述导流室22的下端面，所述三个测压点位于所述导流室22的背面；所述两个活塞18分别与压力机27的连接，所述导流室22的出液口与第一回压阀24a连接，所述导流室22的进液口通过三通管件与泡沫观察室11、第三回压阀24c连接；其中两侧活塞18上的酸液滤失孔道17与第二回压阀24b连接；第一测压点与第一压力传感器23a连接，第二测压点与第一压力传感器23b连接，第三测压点与第三压力传感器23c连接；

所述压力机27具体用于：推动所述导流室22的左右两侧的活塞18，模拟地层闭合压力；

所述三个压力传感器用于：获取所述导流室22包括进液口、出液口和中端测压点位置的压力，所述三个测压点位置的压力用于计算两两之间的压力差。

由图1所示，在本发明实施例中，还包括：恒流泵1、气体体积流量计7和两个单向阀；

其中，所述恒流泵1分别与所述储水罐3和储酸罐4的一端连接，所述储水罐3和储酸罐4的另一端通过第一单向阀5a与所述泡沫发生器6的进液口连接，所述气体体积流量计7的一端与所述气源9连接，所述气体体积流量计7的另一端通过第二单向阀5b与所述泡沫发生器6的进气口连接；

所述恒流泵1用于：根据设定的流速控制储水罐3和储酸罐4泵入所述泡沫发生器6中的水和酸液的速度；

所述气体体积流量计7用于：根据设定的体积流量控制气源9注入所述泡沫发生器6中的气体的体积流量；

所述单向阀用于：防止反应后的泡沫基ves酸液向所述储水罐3、储酸罐4、所述气体体积流量计7回流。

由图1所示，在本发明实施例中，储水罐3和储酸罐4与泡沫发生器6之间还可以通过阀门连接，通过阀门控制储水罐3和储酸罐4的开启和关闭。其中阀门可以是针型阀2c、2d，其中，针型阀2c安装于储水罐3与泡沫发生器6之间，针型阀2d安装于储酸罐4与泡沫发生器6之间。在储水罐3和储酸罐4与恒流泵1之间也可以通过阀门连接。其中阀门可以是针型阀2a、2b，其中，针型阀2a安装于储水罐3与恒流泵1之间，针型阀2b安装于储酸罐4与恒流泵1之间。

气体体积流量计7与气源9之间还可以安装有针型阀8a，气源9与泡沫观察室11之间还可以安装有针型阀8b。

泡沫发生器6、气源9、泡沫观察室11三者之间通过三通阀10a连接。

泡沫观察室11的另一端、导流室22的进液口、第三回压阀24c通过三通阀10b连接。第三回压阀24c与三通阀10b之间还安装有针型阀12b，导流室22的进液口与三通阀10b之间还安装有针型阀12a。

由图1所示，在本发明实施例中，还包括：温度传感器21，置于所述导流室22中；

所述温度传感器21用于：采集所述导流室22中的温度信号。

由图1所示，在本发明实施例中，还包括：计算机28，分别与恒流泵1、气体体积流量计7、温度传感器21、压力机27、恒温箱29、三个回压阀、三个分析天平、三个压力传感器连接；

所述计算机28用于：设置恒流泵1的流速、气体体积流量计7的流量、压力机27的推力、恒温箱29的温度、三个回压阀的压力；接收温度传感器21获取的温度信号、三个分析天平获取的三个废液罐中的废液重量与废液重量随时间的变化率、三个压力传感器获取的压力。

由图1所示，在本发明实施例中，泡沫发生器6为哈氏合金圆管，内部有聚四氟小球。聚四氟小球能最大程度地减小沸腾过程中的暴沸情况。它们是惰性的，能承受288℃高温。哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金，主要分成镍-铬合金与镍铬钼合金两大类。哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性，多用于航空事业，化学领域等。

由图1所示，在本发明实施例中，可以设置导流室22为内部可视的哈氏合金导流室，即在导流室22的前端上开有与裂缝平行的长圆形孔洞，在长圆形孔洞上安装有一透明视窗20，这样可以通过透明视窗20观察泡沫基ves酸与岩心样品作用过程中泡沫形貌的变化及泡沫基ves酸对酸岩反应的影响。透明视窗的厚度可以为1mm-10mm。根据压力需要，透明视窗的材料可选择耐压上限为50mpa的强化玻璃或耐压上限为150mpa的蓝宝石。

由图1所示，在本发明实施例中，还包括：缝宽调节器16，安装于所述导流室22上；所述缝宽调节器16用于：模拟不同的初始裂缝缝宽，缝宽调节器16主要是通过限制压力机27的最大张开宽度模拟初始裂缝缝宽。具体的，导流室22与缝宽调节器16的结构细节图如图2所示，缝宽调节器16包括四个螺杆、四个螺母、两块平板，其中，四个螺杆和四个螺母安装于所述导流室22的四个边角上，每个螺杆分别穿过两块平板，每块平板各自与相应的活塞18相抵，两块平板其中之一或两个为活动平板。每个螺杆的上半截带有螺纹通过螺母在实验初始时固定初始裂缝缝宽。每个螺杆下半截平滑，在酸蚀处理后在压力机27的作用下通过套在螺杆上的活动平板压缩活塞18来模拟地层的闭合压力。

使用上述模拟泡沫基ves酸刻蚀裂缝的实时观察测试装置测试泡沫基ves酸刻蚀裂缝导流能力的方法，依次包括以下步骤：

(1)将地层岩石切割成形状符合iso标准导流室的岩心样品，即为长18cm、宽3.4cm、高1.5～2.5cm的导流岩板，并用硅橡胶密封四周；

(2)将密封后的两块岩心样品置于导流室中，调节活塞上的缝宽调节器即可模拟不同的初始裂缝宽度，并调节岩样位置使裂缝置于透明视窗20正中以便观测；

(3)打开水罐一路的针型阀2a、2c、储水罐3打开，启动恒流泵1，使整个系统充满水，确认裂缝开启至所设宽度位置；

(4)关闭水罐一路的针型阀2a、2c，储水罐3关闭，打开酸罐一路的针型阀2b、2d、酸罐4打开，启动计算机28，设置实验参数(恒流泵1的流速、气体体积流量计7的流量、压力机27的推力、恒温箱29的温度、三个回压阀的压力)，调节恒流泵和气体流量计以实现设计所需的气液比，从而形成泡沫基ves酸，继而对岩样进行刻蚀；

(5)泡沫基ves酸进入岩样之前，如需检验泡沫质量与泡沫稳定性等属性，可关闭针形阀12a，打开针形阀12b，待泡沫观察室11内观测到的泡沫基ves酸与设计相符后，关闭针形阀12b，打开针形阀12a，使泡沫基ves酸进入导流室22进行酸蚀处理；

(6)酸蚀过程中，可通过导流室22上的透明视窗20实时观察泡沫基ves酸与岩样作用过程中泡沫形貌的变化及其对酸岩反应的影响；

(7)酸蚀实验开始前，调节缝宽调节器16设置初始裂缝宽度；酸蚀实验过程中，利用压力机27推动活塞18以模拟不同大小的地层闭合压力，使裂缝从初始缝宽逐渐闭合；酸蚀实验后，油藏油藏采用2％kcl盐水作为流动介质测量不同闭合压力下导流室22进出口两端的压力和排量，利用公式1计算泡沫基ves酸酸蚀裂缝导流能力，气藏则采用气体作为流动介质进行测量，利用公式2对裂缝导流能力进行计算。

其中，公式1为：

其中，kfw为液测导流能力；q为清水流过导流室的流量值(就是第一废液罐25a和第二废液罐25b中的废液重量)；μl为2％kcl的粘度；l为导流岩板的长度；h为导流岩板的宽度；△p为导流室两端的压力差。

公式2为：

其中，p0为标准状况下的大气压；q0为在标准大气压p0下的气体体积流量；μg为所用气体的粘度；p1为导流室入口端的压力(通过第三压力传感器23c测得)；p2为导流室出口端的压力(通过第一压力传感器23a测得)。

综上所述，本发明与现有装置和技术相比，具有以下有益效果：(1)真实模拟并实时观测了地层条件下泡沫酸刻蚀裂缝的过程与形貌；(2)在线评估了所设计的泡沫基ves酸的泡沫质量及其稳定性等属性；(3)可以实时观察泡沫酸与岩样作用过程中泡沫形貌的变化及其对酸岩反应的影响；(4)定量评估了可适用于气藏和油藏的泡沫酸酸蚀裂缝的导流能力；(5)本发明提供的测量装置简单可靠，能有效评估泡沫基ves酸压裂酸化过程中的改造效果，实验结果适应性好，能够辅助现场对重要施工参数进行优化设计。本发明为评价油气田泡沫基ves酸刻蚀裂缝过程及其导流能力提供了专用设备和评价方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。