一种覆膜砂有效渗透率测试方法及装置与流程

1.本发明属于渗透性测试的技术领域，具体涉及一种覆膜砂有效渗透率测试装置。


背景技术：

2.油田进入高含水开发阶段，覆膜砂因其成本低、功能强的优点替代了陶瓷支撑剂，降低了压裂工艺的成本，具有广阔的应用前景。为对覆膜砂的渗透性能进行测试，需要将覆膜砂制作成人工模拟岩芯，或者用填砂管填充覆膜砂的方式进行驱替实验。
3.目前常见的渗透率测试装置大多如授权公告号为cn206208711u的中国实用新型专利公开的一种可直观测量岩浆岩油水相对渗透率的测量仪，其包括岩芯夹持器以及位于岩芯夹持器上游的液体混合加注装置、位于岩芯夹持器下游的油水抽取分离机，液体混合加注装置能够对多相液体进行混合，油水抽取分离机能够对渗透出的油水混合物进行分离，油水抽取分离机上还连接有液体流量测量仪，液体流量测量仪能够对分离出的油量、水量进行计量。该测量仪还包括检测岩芯夹持器上游压力的上游检测结构(即该专利中的高压测定显示器1号、低压测定显示器1号)，以及检测岩芯夹持器下游压力的下游检测结构(即该专利中的低压测定显示器2号、高压测定测定显示器2号)，通过上游检测结构和下游检测结构的数值差来得到岩芯夹持器两端的压差。
4.现有技术的测量仪能够完成油水的混合、差压检测、油水分离和计量，能够测量岩浆岩的渗透率，但是其不适用于覆膜砂的高渗透率测试，原因在于，岩浆岩或其他岩石的渗透率较低，液体不易渗透，测试时，岩芯夹持器两端的压差很大。而覆膜砂的渗透率较大，驱替压力较低，普通的传感器无法采集到压力信号。而且市面上大多渗透率测试装置的差压监测为两个传感器独立测试上游压力和下游压力，但是传感器易发生电子飘逸且无法归零，容易形成系统误差，导致检测结果不准，只能更换新的传感器。尤其是对于驱替压力较低的覆膜砂而言，即使更换小量程的传感器，采用目前的压差测试方式误差也较大。
5.另外，目前模拟地层温度的方法一般是在岩芯夹持器外部包裹加热带，对岩芯进行加热，但是由于覆膜砂的渗透率较高，液体流动较快，低温驱替液易降低岩芯夹持器的温度，导致驱替温度并不符合地层实际温度。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种覆膜砂有效渗透率测试方法，以解决现有技术中的渗透率测试装置无法满足高渗透率的覆膜砂测试的技术问题；本发明的目的还在于提供一种覆膜砂有限渗透率测试装置，以解决上述技术问题。
7.为实现上述目的，本发明所提供的覆膜砂有效渗透率测试方法的技术方案是：一种覆膜砂有效渗透率测试方法，包括以下步骤：
8.步骤一：加热搅拌：对驱替液进行搅拌以使驱替液的温度达到设计要求；
9.步骤二：干线排气：将制作的覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯接入流程中，关闭差压传感器的上游阀门、下游阀门以及干线下游阀门和干线放空阀门，用驱替液打压驱替，驱
替后打开干线放空阀门进行放压；
10.步骤三：差压传感器排气：关闭干线下游阀门和干线放空阀门，打开差压传感器的上游阀门、下游阀门以及差压传感器自带的隔离阀门，用驱替液打压驱替后打开干线放空阀门进行放压；
11.步骤四：差压传感器校验：调整差压传感器以使差压传感器的显示值为0；
12.步骤五：驱替测试：关闭差压传感器自带的隔离阀门而使差压传感器形成两个隔离室，用输送泵将驱替液泵送至覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯中进行驱替，并用计量组件对由覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯流出的液体进行计量，测试过程中采集输送泵、差压传感器、计量组件的数据并根据达西定律计算渗透率。
13.有益效果：本发明属于开拓式的发明创造，本发明的覆膜砂渗透率测试方法中提供了驱替液加热、搅拌混合，系统排气与压力校验等步骤，满足了针对于覆膜砂高渗透、低压差的测试方法，实现了覆膜砂渗透率测试的正常驱替以及参数监测。本发明中，驱替液自输送泵输入时就满足温度要求，与现有技术中在岩芯夹持器处设置加热带来进行加热的方式相比，覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯的温度保持为地层模拟温度，更加贴近于实际环境。而差压传感器能够进行调零处理且在开始工作前进行了干线排气和差压传感器排气，监测精度更高，适应于驱替压力较低的使用环境。本发明中，当干线下游阀门开启时，能够对覆膜砂进行正常的驱替，当干线下游阀门关闭时，驱替液能够以一定的压力保留在覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯中，使覆膜砂与驱替液充分进行反应，反应一段时间后再打开干线下游阀门进行正常的驱替，能够得到覆膜砂驱替过程中的渗透率，能够准确得到覆膜砂的渗透性能。通过对比同一覆膜砂填砂管或人工岩芯驱替前后渗透率的改变，能够判断覆膜砂的加载功能实现程度，比如，覆膜砂是否具有透油阻水功能、覆膜砂固结后是否耐冲刷性能等。
14.优选地，进行干线排气、差压传感器排气时重复多次以提高排气效果。通过多次操作能够保证干线、差压传感器处的气体被完全排空，避免因为气体的存在而影响测试结果。
15.优选地，采集数据时当计量组件的读数与输送泵的读数一致时开始采集数据并进行计算。这样能够减小数据量，摒弃无用数据。
16.优选地，所述计量组件包括油水分离器以及分别对油、水进行计量的两个计量结构，测试过程中，采集两个计量结构的数据。
17.本发明覆膜砂有效渗透率测试装置的技术方案是：一种覆膜砂有效渗透率测试装置，包括样品物模组件，样品物模组件为填砂管或岩芯夹持器，填砂管用于充填覆膜砂，岩芯夹持器用于夹持由覆膜砂制成的岩芯，测试装置还包括连接在样品物模组件上、下游的差压监测管线，差压监测管线上设有用于监测样品物模组件上、下游压差的差压传感器，差压监测管线上于差压传感器的上游设有上游阀门，于差压传感器的下游设有下游阀门；测试装置还包括位于样品物模组件上游的加热搅拌结构以及输送泵，加热搅拌结构用于对驱替液进行加热搅拌，输送泵用于将加热搅拌结构中的驱替液泵送至样品物模组件中，输送泵与样品物模组件之间还设有用于与差压传感器校准的压力表；测试装置还包括位于样品物模组件上游的干线放空阀门以及位于差压传感器下游的干线下游阀门；测试装置还包括用于对由覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯流出的液体进行计量的计量组件。
18.有益效果：本发明属于开拓式的发明创造，本发明的覆膜砂渗透率测试装置中提
供了驱替液加热、搅拌混合，系统排气与压力校验等步骤，满足了针对于覆膜砂高渗透、低压差的测试方法，实现了覆膜砂渗透率测试的正常驱替以及参数监测。本发明中，驱替液自输送泵输入时就满足温度要求，与现有技术中在岩芯夹持器处设置加热带来进行加热的方式相比，覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯的温度保持为地层模拟温度，更加贴近于实际环境。而差压传感器能够进行调零处理且在开始工作前进行了干线排气和差压传感器排气，监测精度更高，适应于驱替压力较低的使用环境。本发明中，当干线下游阀门开启时，能够对覆膜砂进行正常的驱替，当干线下游阀门关闭时，驱替液能够以一定的压力保留在覆膜砂填砂管或覆膜砂人工岩芯中，使覆膜砂与驱替液充分进行反应，反应一段时间后再打开干线下游阀门进行正常的驱替，能够得到覆膜砂驱替过程中的渗透率，能够准确得到覆膜砂的渗透性能。通过对比同一覆膜砂填砂管或人工岩芯驱替前后渗透率的改变，能够判断覆膜砂的加载功能实现程度，比如，覆膜砂是否具有透油阻水功能、覆膜砂固结后是否耐冲刷性能等。
19.优选地，测试装置还包括位于输送泵、样品物模组件之间的干线上游阀门，干线上游阀门用于在驱替时开启以使液体进入样品物模组件中，还用于在对样品物模组件进行保压时关闭以防止样品物模组件中的液体回流冲击输送泵。虽然通过关闭输送泵能够使样品物模组件进行保压，但干线上游阀门在保压时进行关闭，能够防止样品物模组件中的液体因干线下游阀门关闭而回流至输送泵处，进而对输送泵造成冲击损坏。
20.优选地，所述加热搅拌结构为磁力搅拌器。磁力搅拌器能够保证液体混合均匀，而且，磁力搅拌器中底部转动的磁子不会对伸入磁力搅拌器中的管路等造成影响。
21.优选地，所述计量组件包括油水分离结构以及计量结构，油水分离结构用于对由样品物模组件流出的油水混合物进行分离，计量结构用于对分离出的油、水进行计量。
22.优选地，所述油水分离结构为玻璃油水分离器，玻璃油水分离器包括主管以及连接在主管上的支管，主管上设有控制支管开度的阀门，通过调节阀门的开度使得油顶面位于主管、支管的相交位置处。玻璃油水分离器为手动式的结构，结构简单，使用可靠，成本较低。
23.优选地，所述计量结构包括天平，天平用于承接分离出的油、水并进行称重计量。用天平来称量油量、水量，天平是按计量器具管理规定定期送检的结构，能够确保计量结果的准确性和有效性；相比电磁流量计而言，电磁流量计数据容易受电压拨动而漂移，误差较大，且检定比较困难，数据的有效性欠证据。
附图说明
24.图1为本发明所提供的覆膜砂有效渗透率测试装置中测试流程图；
25.图2为本发明所提供的覆膜砂有效渗透率测试装置的示意图；
26.附图标记说明：
27.1、磁力搅拌器；2、平流泵；3、干线上游阀门；4、第一放空阀；5、三通；6、第一压力表；7、上游阀门；8、差压监测管线；9、差压传感器；10、数据采集器；11、下游阀门；12、天平；13、玻璃油水分离器；14、干线下游阀门；15、岩芯夹持器；16、第二压力表；17、保压阀；18、第二放空阀；19、环压泵。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
30.需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。
31.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.以下结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
34.本发明所提供的覆膜砂有效渗透率测试装置的具体实施例：
35.覆膜砂有效渗透率测试装置(以下简称为测试装置)的测试原理是：覆膜砂充填到填砂管中，或者固结覆膜砂制作成人工模拟岩芯后安装到岩芯夹持器中，油水以一定的流速同时注入填砂管或岩芯夹持器中，在填砂管或岩芯夹持器两端产生差压，当油水流速恒定以后，覆膜砂中的油水饱和度不再变化，根据达西定律，计算某一饱和度下的渗透率。
36.如图2所示，测试装置包括样品物模组件，本实施例的样品物模组件包括岩芯夹持器15，此处的岩芯夹持器15的规格为￠25
×
38mm，耐压50mpa，耐温300℃，其连接为￠4快速接头。由于岩芯夹持器15在使用时需要提供环压，测试装置还包括与岩芯夹持器15相连的环压泵19，环压泵19与岩芯夹持器15之间连接有保压阀17，保压阀17与环压泵19之间以及保压阀17与岩芯夹持器15之间均连接有三通5，保压阀17与环压泵19之间的三通5上连接有第二放空阀18，保压阀17与岩芯夹持器15之间的三通5上连接有第二压力表16，第二放空阀18用来进行泄压，第二压力表16检测环压。
37.测试装置还包括压力监测组件，此处的压力监测组件为差压传感器9，差压传感器9输出量程为0-100kpa，工作电压为24vdc，可以为电子数字表或计算机接口提供电流信号
4-20ma差压信号，满足覆膜砂驱替实验中差压小于100kpa的监测需求。压力监测组件还包括电子数字表，电子数字表外用电压ac90-265/50hz，并经过转换，给差压传感器9提供工作电压24vdc，精度5％。电子数字表用于接收差压传感器9输出的4-20ma差压信号，并按量程0-10kpa计算并显示出实时差压。压力监测组件还包括位于岩芯夹持器15上游的第一压力表6，第一压力表6为机械表，量程100kpa，其作用主要是与差压传感器9的数值进行比对，确保电子数字表与第一压力表6的数值一致。其中，第一压力表6通过三通5连接在岩芯夹持器15的进口。
38.如图1所示，测试装置包括差压监测管线8，差压监测管线8连接在岩芯夹持器15的两端，差压传感器9安装在差压监测管线8上，差压传感器9的两侧分别安装有上游阀门7和下游阀门11，两个阀门能够将差压传感器9接入和断开，当不需要用差压传感器9进行监测时，关闭上游阀门7和下游阀门11，避免压力波及到差压传感器9，对差压传感器9进行保护。其中，差压监测管线8安装在第一压力表6与岩芯夹持器15之间。
39.测试装置还包括搅拌组件，此处的搅拌组件包括磁力搅拌器1，磁力搅拌器安装在平流泵2的上游，磁力搅拌器1为市面上已有的设备。磁力搅拌器1工作电压为ac90-265/50hz，转速0-60转/min，加热温度最高为300℃。磁力搅拌器1能够将油水进行充分混合。搅拌组件还包括量筒与秒表，量筒与秒表作为设备附件，对搅拌容器内的液体进行取样，以验证搅拌的油水混合物是否混合均匀，是否满足驱替混合物的浓度要求。量筒容量为10ml，取样间隔设定为5min，取样时间为3min，样品沉降5min，计算样品含水率。使用时，连续抽样3次计算含水率偏差小于5％为搅拌均匀。通常情况后搅拌30min后进行抽样。在模拟地层温度时，根据实验温度要求，设置好处边加温边搅拌。
40.测试装置还包括油水计量组件，此处的油水计量组件包括玻璃油水分离器13，此处的玻璃油水分离器13为市面上常见的结构，利用油和水的密度差异及液滴大小的重力差异将油水进行分离。玻璃油水分离器13包括包括主管和支管，主管上有调节阀门，玻璃油水分离器13的容量为150ml，长度为250mm，主管直径为28mm，玻璃芯阀门。当油水混合器自顶部的开口进入并充满玻璃油水分离器13后，通过调节玻璃芯阀门，利用油的密度低于水的密度，使油水界面在玻璃芯阀门上面，而油量顶端刚好处在主管和支管的相交位置处，当玻璃油水分离器13进入油水混合物时，水从主管下方流出，油从支管中流出，水、油的流出比例与玻璃芯阀门的开度有关，开度越大，流出的水越多；开度越小，流出的油越多。
41.油水计量组件还包括两台天平12，两台天平12在使用时分别承接玻璃油水分离器13分离处的水和油，分别计量水量和油量，天平12的分度为0.0001g，最大称量为1200g，具备rs232接口，便于计算机通讯，实时采集天平读数，在一定计量时间内可以取平均值作为岩芯夹持器15出口的流量值。
42.本实施例中，测试装置还包括数据采集器10，数据采集器10采集天平12、差压传感器9以及平流泵2的数值，通过内部的公式计算渗透率。通过计算机软件，按设定时间采集差压传感器9、天平12的数值以及驱替时间，就可以计算出油相渗透率、水相渗透率、相对渗透率。
43.如图1所示，测试装置还包括连接在平流泵2与第一压力表6之间的干线上游阀门3和第一放空阀4，其中，第一放空阀4通过三通5连接在平流泵2、第一压力表6之间。测试装置还包括连接在差压监测管线8与玻璃油水分离器13之间的干线下游阀门14。
44.本发明测试覆膜砂人工岩芯渗透率的流程如图1所示：
45.(1)加环压
46.首先将由覆膜砂制成的岩芯装入岩芯夹持器15中(当然，在实际使用时，若岩芯夹持器15的长度不够，可以加专用岩芯垫块)，将岩芯夹持器15通过快速接头接入流程中，关闭第二放空阀18，打开保压阀17，启动环压泵19，加压，使第二压力表16显示2mpa后，关闭环压泵19，关闭保压阀17，打开第二放空阀18。经过以上操作后，实现了对岩芯夹持器15加环压，确保驱替流体从岩芯中部流出。在实际使用时，环压最低为2-3mpa。
47.(2)对驱替液进行加热与搅拌
48.将水加入磁力搅拌器1中，并将装有驱替液(300ml煤油和700ml蒸馏水)的烧杯放入搅拌容器中，将磁力搅拌搅拌棍放入烧杯中。设定搅拌速度为40转/min开始搅拌。将温度传感器插入磁力搅拌器中，开启加热开关，设置加热温度为40℃，开始加热，通常情况下搅拌30min后进行抽样。抽样时用量筒，量筒容量为10ml，取样间隔设定为5min，样品沉降5min，计算样品含水率。实际使用时，连续抽样3次计算的含水率为69.6％。
49.(3)干线排气
50.先关闭上游阀门7、下游阀门11、第一放空阀4、干线下游阀门14，打开干线上游阀门3，设置4ml/min流量用平流泵2驱替，当第一压力表6读数达到80kpa时停泵，打开第一放空阀4放压，使压力表读数为0，须要重复3-5次。
51.(4)差压传感器排气
52.先打开上游阀门7、下游阀门11以及差压传感器9自带的隔离阀门，关闭第一放空阀4和干线下游阀门14，打开干线上游阀门3，设置4ml/min流量用平流泵2驱替，当第一压力表6读数达到80kpa时停泵，打开第一放空阀4放压，使压力表读数为0，须要重复3-5次。
53.(5)差压传感器校验
54.通过电子数显表指令调整差压传感器9显示值，使其显示值与第一压力表6读数均保持为0，关闭差压传感器9自身的隔离阀门，使差压传感器9形成两个隔离室。
55.(6)测试驱替
56.打开干线上游阀门3、上游阀门7、下游阀门11、干线下游阀门14，关闭第一放空阀4。在磁力搅拌器1中装满油水混合物，将平流泵2设置为4ml/min进行驱替，调节玻璃油水分离器13上的阀门，使天平12有读数，确保油水混合物分离后的油顶部液面刚好稳定在支管口处，通过天平12进行读数，当油、水的总量之和与加入的油水混合物总量一致时，说明岩芯处于饱和状态，驱替处于稳定阶段，此时数据才准确，之后驱替30min结束实验。整个过程中，数据采集器10采集数据并进行实时计算。实验表明，驱含水70％的油水混合物时，油相渗透率为3.4达西，水相渗透率2.8达西，出口称水天平总体积为375ml，称油天平总体积为240ml，出口液体总含水率为60.9％，与进口70％含水相比，下降9个百分点，表明该覆膜砂人工岩心具有透油阻水功能。
57.应当说明的是，当驱替的介质为单一的水或煤油时，磁力搅拌器1不再启动，同时玻璃油水分离器13上的阀门完全打开，水或煤油仅流入主管中。
58.整个实验完成后，关闭所有的阀门。
59.本实施例中，第一放空阀4构成了干线放空阀门。
60.本实施例中，平流泵构成了能够对液体进行加压输送的输送泵。其他实施例中，输
送泵可以为柱塞泵等。
61.本实施例中，磁力搅拌器1构成了能够对油、水进行混合的油水混合结构，应当说明的是，当驱替液体为纯油或为纯水时，可以停用油水混合结构。其他实施例中，油水混合结构可以包括容器，容器中设有搅拌叶轮，通过搅拌叶轮的旋转实现油、水的混合。其他实施例中，当驱替液体为纯油或纯水时，可以将油水混合结构取消。
62.本实施例中，两个天平12构成了对分离出的油、水进行计量的计量结构。其他实施例中，为了对油、水的流量进行计量，可以采用电磁流量计直接进行计量，电磁流量计接入油水分离结构的出口处。
63.本实施例中，玻璃油水分离器13构成了对由样品物模组件流出的液体进行油水分离的油水分离结构，即油水分离器，油水分离结构和计量结构一起形成计量组件。其他实施例中，油水分离结构可以为油水分离机，如离心萃取机等，计量结构承接由油水分离结构分离出的油、水。其他实施例中，当驱替液体纯油或纯水时，可以将计量组件中的油水分离结构取消，仅保留计量结构，此时的计量结构仅设置一个即可，计量结构直接进入流程中。
64.本实施例中，测试装置包括第一压力表6，第一压力表6用来与差压传感器9进行比对，以进行校准，第一压力表6构成了干线压力表。
65.本实施例中，测试装置包括干线上游阀门3，干线上游阀门3关闭时能够对输送泵进行保护。其他实施例中，将干线上游阀门取消，样品物模组件上游依靠输送泵进行保压，下游通过下游阀门进行保压。
66.本实施例中，样品物模组件包括岩芯夹持器。其他实施例中，样品物模组件包括填砂管，使用时将覆膜砂充填至填砂管中，此时，环压泵等结构可以取消。实际使用时，样品物模组件既包括填砂管又包括岩芯夹持器，两者在使用时择一接入流程中，为方便快速更换，岩芯夹持器、填砂管的两端均用快速接头与流程中的其他结构进行对接。
67.本发明覆膜砂有效渗透率测试方法的具体实施例：
68.覆膜砂有效渗透率测试方法与上述测试装置中的测试方法一致，在此不再赘述。
69.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。