一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法

摘要

本发明涉及一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法，测试方法是在平板高压酸蚀及动滤失分析装置上进行，步骤是：⑴在岩芯夹持器中同轴放入岩芯；⑵对高压滤失釜通过抽真空口及氮气注入口抽真空；⑶将高压滤失釜和夹持器根据模拟要求加热到设定温度；⑷根据螺杆泵工作曲线和测试液体流速要求调整螺杆泵的转子转速；⑸注入酸液；⑹打开抽真空口及氮气注入口向高温高压腔注入氮气；⑺取样口取样；⑻取样结束后滴定酸浓度，分析反应动力学参数。本发明适用于不同粘度及流型酸液体系的平板流模拟酸岩反应动力学参数测试方法，该方法可仿真模拟酸液与地层岩石反应时的实际状态，为科学测试和分析各类酸液体系与岩石的反应动力学参数奠定基础，同时仿真模拟不同工作液在井筒及人工裂缝中的动滤失参数。

权利要求

1.一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法，其特征在于：测试方法是在平板高压酸蚀及动滤失分析装置上进行，该平板高压酸蚀及动滤失分析装置包括高压滤失釜、岩芯夹持器、伺服电机、螺杆泵、橡胶螺旋套及平流泵，测试方法的步骤是：⑴在岩芯夹持器中同轴放入岩芯，岩芯夹持器的围压为反应压力9MPa以上；

⑵关闭液体注入端及取样口，对高压滤失釜通过抽真空口及氮气注入口抽真空；

⑶将高压滤失釜和夹持器加热到设定温度80-100℃，同时将液体注入端所连通的酸液预热到80-100℃；

⑷根据螺杆泵工作曲线和测试液体流速要求调整螺杆泵的转子转速；

⑸打开液体注入端，向高温高压腔内注入酸液；

⑹然后关闭液体注入端，打开抽真空口及氮气注入口向高温高压腔注入氮气，保持高温高压腔内的压力为7MPa；

⑺取样的时间间隔分别为：30秒10个样和1分钟10个样，取样口取样；

⑻取样结束后滴定酸浓度，分析反应动力学参数，即完成酸岩反应动力学参数测试分析；

所述平板高压酸蚀及动滤失分析装置的连接结构是：高温高压滤失釜内中部同轴固装橡胶螺旋套，该橡胶螺旋套内啮合安装有螺杆，该螺杆由釜外的伺服电机进行同轴传动；高温高压滤失釜内的橡胶螺旋套上腔构成气液高温高压腔，橡胶螺旋套的下腔构成可通过螺杆啮合橡胶螺旋套进行气液调节的调节腔；平流泵通过管路连接高温高压滤失釜的高温高压腔，在该管路上安装抽真空口及氮气注入口，在该管路上还安装有一压力表，高温高压滤失釜的高温高压腔还可连接液体注入端；在高温高压滤失釜的调节腔连接取样口；高温高压滤失釜的高温高压腔及调节腔均共同连通有一平板流道，该平板流道的中部径向安装岩芯夹持器，该岩芯夹持器内所安装的岩芯样品与平板流道的轴心相垂直，以使平板流道内的气液以剪切方向流过岩芯样品径面，岩芯夹持器所逸出的气液进入旁侧的计量天平进行称量。

说明书

一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法

技术领域

[0001] 本发明属于石油工程领域，涉及酸岩反应动力学参数的测试，尤其是一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法。

背景技术

[0002] 酸压是碳酸盐岩储层改造的主要手段之一，反应动力学参数则是酸压设计的依据。随着酸液类型的不断发展，测试和分析酸液与地层岩石的反应动力学参数的方法也不断改进。

[0003] 当酸液体系中加入不同类型的表面活性剂或高分子聚合物时，酸体体系的粘度、流型表现各不相同，剪切速率不同时，酸液体系的流变曲线也不尽相同，而粘度、流态等参数都直接影响酸岩反应动力学参数。

[0004] 目前酸岩反应动力学参数测试以旋转岩盘方法为主。在液体粘度、流型流态等因素影响下测试参数准精度不高，同时测试仪器中酸岩反应釜中酸液的均匀度也直接影响分析的准确性。

[0005] 本申请人曾经申请了一个专利：一种不同粘度酸液体系酸岩反应动力学参数测定装置（CN101699282A），该装置由一个反应釜和两套不同型号的夹持器构成主体部分，还包括一些给高压滤失釜内提供旋转的动力装置及一些简单的测量装置，主体部分采用哈氏合金材料锻造而成，且系统承压可达20兆帕，耐温至150摄氏度。实验时搅动反应釜内部的液体，酸液沿高压滤失釜壁面流过与高压滤失釜两侧夹持器固定的岩盘表面发生酸岩反应，从高压滤失釜另一侧夹持器的堵头处或高压滤失釜下部的卸压口，可以取样进行酸液的离子浓度分析，测定酸岩反应动力学参数。

[0006] 上述授权发明专利的主要发明点在于对高粘度酸液测定中，由早期的“酸液不流动岩盘旋转”改变为“岩面固定酸液流动”的模式，是测定方法接近实际一步。上述装置及测试方法的缺点是：不能通过搅动液体的转子转速直接判断反应釜内液体运动速度，以圆弧面替代平面，精度受限于曲率半径，用于分析酸液离子浓度的取样点受限于釜体中液体的均匀度，所取得的酸岩反应动力学参数具有一定的偏差，无法真实模拟入井液对岩石的流速及压力，所取得的酸岩反应动力学参数具有一定的偏差。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种适用于模拟不同粘度及不同流型酸液体系在平板流状态下的酸岩反应并测试其动力学参数的方法，该方法可仿真模拟酸压施工中酸液与地层岩石反应时的实际状态，为科学测试和分析各类酸液体系与岩石的反应动力学参数奠定基础，此外，还可仿真模拟不同工作液在井筒及人工裂缝中滤失过程，测定动滤失参数。

[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0009] 1、一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法，测试方法是在平板高压酸蚀及动滤失分析装置上进行，该平板高压酸蚀及动滤失分析装置包括高压滤失釜、岩芯夹持器、伺服电机、螺杆泵、橡胶螺旋套及平流泵，测试方法的步骤是：

[0010] ⑴在岩芯夹持器中同轴放入岩芯，岩芯夹持器的围压为反应压力9MPa以上；

[0011] ⑵关闭液体注入端及取样口，对高压滤失釜通过抽真空口及氮气注入口抽真空；

[0012] ⑶将高压滤失釜和夹持器加热到设定温度80-100℃，同时将液体注入端所连通的酸液预热到80-100℃；

[0013] ⑷根据螺杆泵工作曲线和测试液体流速要求调整螺杆泵的转子转速；

[0014] ⑸打开液体注入端，向高温高压腔内注入酸液；

[0015] ⑹然后关闭液体注入端，打开抽真空口及氮气注入口向高温高压腔注入氮气，保持高温高压腔内的压力为7MPa；

[0016] ⑺取样的时间间隔分别为：30秒10个样和1分钟10个样，取样口取样；

[0017] ⑻取样结束后滴定酸浓度，分析反应动力学参数，即完成酸岩反应动力学参数测试分析。

[0018] 而且，所述平板高压酸蚀及动滤失分析装置的连接结构是：高温高压滤失釜内中部同轴固装橡胶螺旋套，该橡胶螺旋套内啮合安装有螺杆，该螺杆由釜外的伺服电机进行同轴传动；高温高压滤失釜内的橡胶螺旋套上腔构成气液高温高压腔，橡胶螺旋套的下腔构成可通过螺杆啮合橡胶螺旋套进行气液调节的调节腔；平流泵通过管路连接高温高压滤失釜的高温高压腔，在该管路上安装抽真空口及氮气注入口，在该管路上还安装有一压力表，高温高压滤失釜的高温高压腔还可连接液体注入端；在高温高压滤失釜的调节腔连接取样口；高温高压滤失釜的高温高压腔及调节腔均共同连通有一平板流道，该平板流道的中部径向安装岩芯夹持器，该岩芯夹持器内所安装的岩芯样品与平板流道的轴心相垂直，以使平板流道内的气液以剪切方向流过岩芯样品径面，岩芯夹持器所逸出的气液进入旁侧的计量天平进行称量。

[0019] 本发明的优点和有益效果为：

[0020] 本方法主要用于不同粘度及流型酸液体系的平板流模拟酸岩反应动力学参数测试与分析，可仿真模拟酸液与地层岩石反应时的实际状态，并可用于不同类型入井液滤失模拟实验。在做酸岩反应动力学参数测试分析时，能客观的模拟地层条件下不同酸液在人工裂缝中的流动状态，测试不同流型、不同流态的酸液与地层岩石的反应动力学参数，研究酸液与地下岩石反应过程，为酸压设计提供更准确的基础参数；在做动滤失分析时，对入井液在井下的客观环境如入井液压力与地层压力之差以及入井液对井壁的剪切冲刷作用等进行模拟，测试入井液的动态滤失量及滤失曲线，观察了解入井液的造壁性能以及对井壁的污染情况，研究入井液与井壁相互作用机理，为矿场实验和入井液的优选提供参考。

附图说明

[0021] 图1为本发明的结构示意简图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图，对本发明实施例做进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

[0023] 本发明所涉及的平行板流模拟酸岩反应动力学参数测试方法，是在平板高压酸蚀及动滤失分析装置上进行。为了更为清楚地叙述本测试方法，首先把平板高压酸蚀及动滤失分析装置的结构关系描述如下：

[0024] 所述平板高压酸蚀及动滤失分析装置，包括高温高压滤失釜11、岩芯夹持器9、伺服电机5、螺杆13、橡胶螺旋套12、平流泵1及计量天平10，本实施例中的高温高压滤失釜及岩芯夹持器均采用电加热进行加热，本实施例附图中没有示出电加热控温系统。

[0025] 平板高压酸蚀及动滤失分析装置的连接结构是：

[0026] 高温高压滤失釜内中部同轴固装橡胶螺旋套，该橡胶螺旋套内啮合安装有螺杆，该螺杆由釜外的伺服电机进行同轴传动；高温高压滤失釜内的橡胶螺旋套上腔构成气液高温高压腔，橡胶螺旋套的下腔构成可通过螺杆啮合橡胶螺旋套进行气液调节的调节腔。

[0027] 平流泵通过管路3连接高温高压滤失釜的高温高压腔，在该管路上安装抽真空口及氮气注入口2，在该管路上还安装有一压力表4，高温高压滤失釜的高温高压腔还可连接液体注入端6；在高温高压滤失釜的调节腔连接取样口14。高温高压滤失釜的高温高压腔及调节腔均共同连通有一平板流道7，该平板流道的中部径向安装岩芯夹持器，该岩芯夹持器内所安装的岩芯样品8与平板流道的轴心相垂直，以使平板流道内的气液以剪切方向流过岩芯样品径面，岩芯夹持器所逸出的气液进入旁侧的计量天平进行称量。

[0028] 平板高压酸蚀及动滤失分析装置主要部件的功能如下：

[0029] 1、高温高压滤失釜，用来盛放酸液或泥浆，并对其温度、压力、剪切速度等参数进行模拟，选用哈氏合金材料，采用电加热带加热控温。高温高压滤失釜连通平板流道，并与之形成环形通道，气液流体在环形通道内循环流动，对装在平板流道侧面的岩芯形成动态剪切冲刷，循环流动的动力来自与滤失釜内的螺杆及橡胶螺旋座。

[0030] 2、岩芯夹持器

[0031] 岩芯夹持器用来夹持岩芯并将岩芯的一个端面置于高压滤失釜内，在泥浆的冲刷剪切状况下，模拟井壁受冲刷污染情况，同时夹持器的环压系统模拟井壁岩石的上覆压力，自带的加热系统使夹持器保持与高压滤失釜相同的温度。

[0032] 3、螺杆循环系统

[0033] 利用现有的排量适合的螺杆泵进行改造，将不锈钢螺杆以及配套的橡胶螺旋座植入滤失釜，并解决高压动密封问题，动力由伺服电机提供，流速的控制采用专用的PLC控制器进行控制、设定，该PLC带有数字显示屏以及控制键盘，可单独对泵进行控制，同时还可以与计算机连通，由计算机对其进行控制，设计最大流量为6.48立方米每小时。

[0034] 4、计量系统

[0035] 包括天平、压力传感器、采集系统，计算机以及相应的软件等，用来对试验中的各个参数进行计量、采集、处理。

[0036] 一种平板流模拟酸岩反应动力学参数的测试方法，步骤是：

[0037] ⑴在岩芯夹持器中同轴放入岩芯，夹持器的围压为反应压力9MPa以上；

[0038] ⑵关闭液体注入端及取样口，对高压滤失釜通过抽真空口及氮气注入口抽真空；

[0039] ⑶将高压滤失釜和夹持器加热到90℃，同时将液体注入端所连通的酸液预热到90℃；

[0040] ⑷根据螺杆泵工作曲线和测试液体流速要求调整螺杆泵的转子转速为150rpm；

[0041] ⑸打开液体注入端，向高温高压腔内注入酸液；

[0042] ⑹然后关闭液体注入端，打开抽真空口及氮气注入口向高温高压腔注入氮气，保持高温高压腔内的压力为7MPa；

[0043] ⑺取样的时间间隔分别为：30秒10个样和1分钟10个样，取样口取样；

[0044] ⑻取样结束后滴定酸浓度，分析反应动力学参数，即完成酸岩反应动力学参数测试分析。

[0045] 本发明还可以采用平板高压酸蚀及动滤失分析装置进行动滤失测试，步骤为（模拟约3000米井深下的动滤失）：

[0046] ⑴在岩芯夹持器中放入岩芯，夹持器围压设定为40MPa；

[0047] ⑵关闭液体注入端及取样口，对高压滤失釜通过抽真空口及氮气注入口抽真空；；

[0048] ⑶高压滤失釜和夹持器加热到90℃，同时将液体注入端所连接的工作液预热到90℃；

[0049] ⑷根据螺杆泵工作曲线和测试液体在平板流道内流速要求将螺杆泵的转速调整到200rpm；

[0050] ⑸打开液体注入端，注入工作液；

[0051] ⑹关闭液体注入端，打开抽真空口及氮气注入口通过平流泵氮气，保持高温高压腔内的压力为33MPa；

[0052] ⑺通过夹持器岩芯样品所滤出的液体重量采用天平测定滤失量与时间的关系。