長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程核心部件的研制與改進(jìn)*

代儉科

(中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院 山東東營)

長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程核心部件的研制與改進(jìn)*

代儉科

(中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院 山東東營)

針對(duì)勝利油田長(zhǎng)期以來長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)由于核心部件的技術(shù)指標(biāo)限制導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法開展的問題,對(duì)國產(chǎn)設(shè)備HBCD-50型長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程的巖心夾持器和回壓閥進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。通過重新優(yōu)化設(shè)計(jì),有效地克服了原流程的操作性差、出口計(jì)量不穩(wěn)定的難題,實(shí)現(xiàn)了有效利用天然巖心進(jìn)行模擬試驗(yàn)的目的。改造后的設(shè)備在勝利油田重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題《高溫高壓低滲透砂巖油藏傷害機(jī)理研究》中低滲透油藏的酸化、水鎖評(píng)價(jià)方法研究中發(fā)揮了巨大作用,為模擬研究油藏條件下低滲透砂巖損害機(jī)理提供了室內(nèi)依據(jù)。

長(zhǎng)巖心;實(shí)驗(yàn)流程;巖心夾持器;回壓閥

0 引 言

目前,勝利油田地科院油層保護(hù)實(shí)驗(yàn)室擔(dān)負(fù)著整個(gè)勝利油田的油氣藏巖石敏感性評(píng)價(jià)及各種作業(yè)液及化學(xué)用劑的優(yōu)選與評(píng)價(jià)、油藏不同開發(fā)過程的主要傷害因素及傷害機(jī)理研究、解除儲(chǔ)層傷害措施及增產(chǎn)改造方法研究等任務(wù)。目前,動(dòng)態(tài)模擬評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中所用的巖心夾持器主要是填砂管式夾持器和環(huán)壓封閉式夾持器[1],巖心是短巖心(長(zhǎng)度3 cm～5 cm),僅能模擬近井地帶的儲(chǔ)層滲流,不能深入研究?jī)?chǔ)層酸巖反應(yīng)、水鎖效應(yīng)、結(jié)垢?jìng)Φ葌C(jī)理及傷害特征,研究結(jié)果與實(shí)際施工地層差異較大。為深入研究?jī)?chǔ)層滲流機(jī)理,我們引進(jìn)了長(zhǎng)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。其主要原理就是借助于巖心在軸向的延展,更為有效地研究低滲透油藏的傷害機(jī)理、更為客觀地評(píng)價(jià)酸化等增產(chǎn)措施及各種化學(xué)用劑的性能。

但在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn),由于長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程的核心部件巖心夾持器和回壓閥的技術(shù)指標(biāo)受限,實(shí)驗(yàn)很難達(dá)到要求的目標(biāo)。為了有力配合勝利油田分公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題《高溫高壓低滲透砂巖油藏傷害機(jī)理研究》,我們對(duì)長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程的核心部件巖心夾持器和回壓閥進(jìn)行了重新研制和改進(jìn),解決了原流程操作性差、出口計(jì)量不穩(wěn)定的難題。

1 長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程巖心夾持器的改進(jìn)

1.1 目前國內(nèi)同類產(chǎn)品的現(xiàn)狀及存在問題

巖心夾持器是巖心分析實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù),在很大程度上決定巖心分析實(shí)驗(yàn)的成敗與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量[2]。目前國內(nèi)各大油田、石油院校用的長(zhǎng)巖評(píng)價(jià)流程多由揚(yáng)州華寶石油儀器有限公司生產(chǎn)。流程主要由長(zhǎng)巖心夾持器、加熱恒溫系統(tǒng)、儀表控制箱、支架等組成。而作為主要部分的長(zhǎng)巖心夾持器由夾持器筒體、密封套、二軸堵頭及三軸向機(jī)構(gòu)、扶正機(jī)構(gòu)、測(cè)點(diǎn)引出等組成。主要技術(shù)特征為巖心采用支撐環(huán)與拉桿相結(jié)合的辦法,有效保護(hù)測(cè)壓點(diǎn)安裝和防止巖芯組合彎曲,在筒體外部將巖心組合后裝入筒內(nèi)。其缺點(diǎn)為:由于支撐套筒的支撐環(huán)太少,在裝入巖心后由于重力作用套筒變形,巖心很難裝卸,導(dǎo)致巖心破損,直接影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

1.2 長(zhǎng)巖心夾持器的改進(jìn)

1.2.1 長(zhǎng)巖心夾持器套筒的改進(jìn)

針對(duì)長(zhǎng)巖心套筒支撐環(huán)少,裝入巖心后套筒變形影響巖心裝卸,進(jìn)而影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的問題。我們?cè)O(shè)計(jì)了卡瓦式剛體固定結(jié)構(gòu)。通過剛體結(jié)構(gòu)對(duì)膠皮套筒的加固,防止套筒在裝入巖心后發(fā)生變形,達(dá)到巖心裝卸容易的目的。另外,還專門設(shè)計(jì)巖心裝卸工具,防止巖心在裝卸過程中破損,保證了實(shí)驗(yàn)的成功率。

1.2.2 長(zhǎng)巖心夾持器堵頭的改進(jìn)

由于堵頭孔徑小,酸化實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的巖石顆粒易把堵頭塞住,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外,對(duì)于疏松巖心實(shí)驗(yàn),在裝入套筒前由于需要在巖心外部加熱縮套,巖心直徑的增加導(dǎo)致夾持器堵頭和套筒都需要改進(jìn)。結(jié)合實(shí)際情況,對(duì)堵頭孔徑和套筒直徑進(jìn)行了改進(jìn),堵頭孔徑由原來的2.0 mm增大到3.0 mm,套筒直徑由原來的25 mm增大到30 mm。改進(jìn)后的堵頭和套筒,保證了疏松巖心實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

2 活塞式回壓閥的研制

2.1 目前實(shí)驗(yàn)存在的問題

應(yīng)用長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),由于巖心長(zhǎng),流體在巖心運(yùn)移過程中存在壓力梯度,出口壓力的波動(dòng)幅度大,壓力很難計(jì)量。回壓閥的應(yīng)用可以很好地解決上述問題。目前國內(nèi)采用的回壓閥一般為膜式和針式兩種[3]。膜式回壓閥有以下幾個(gè)缺陷:一是膜片長(zhǎng)期受壓下容易產(chǎn)生永久性的變形,重復(fù)性差;二是壓力控制精度不高,起動(dòng)壓差大,出口流動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定。針式回壓閥同樣存在缺陷:一是頂起針閥所需啟動(dòng)壓力大;二是受力不平衡時(shí)針閥上下位移速度快,針閥與殼體的剛性碰撞力大,針閥易損壞。

2.2 活塞式回壓閥的研制

針對(duì)目前國內(nèi)回壓閥存在的問題,綜合長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程實(shí)驗(yàn)狀況,我們研制了一種采用平衡緩沖式設(shè)計(jì)、壓力控制精度高的活塞式回壓閥,如圖1所示。它主要由閥體、閥芯組成,設(shè)計(jì)壓力控制精度 ≤0.05 MPa。

圖1 活塞式回壓閥剖面圖

回壓閥閥芯采用活塞結(jié)構(gòu)。工作時(shí),液體通過入液口平緩流過導(dǎo)流腔內(nèi)連接到閥體下部與活塞凸頭結(jié)合部的接口,推動(dòng)活塞緩緩移動(dòng)。閥體下部設(shè)有可上下移動(dòng)的封頭,用以調(diào)節(jié)活塞凸頭的密封性,從而有效保持實(shí)驗(yàn)壓力恒定。

同時(shí),在上部加壓室和下部出口之間增加了一個(gè)壓力平衡倉,壓力平衡倉與入口相連。這樣入口端作用于回壓裝置的作用力分布在活塞粗徑面和下端的圓弧面兩個(gè)部位,與一般的回壓閥相比,這種方法使得受力面積大大增加。這種設(shè)計(jì)的好處是活塞與外殼之間的環(huán)形空間的存在起到了壓力緩沖的作用,無論是活塞兩端的壓力過高或過低都不會(huì)使活塞產(chǎn)生快速位移,避免了活塞上下端產(chǎn)生剛性撞擊造成損壞,使得活塞上下運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn),有效降低了巖心兩端的壓力波動(dòng)幅度。

3 效果檢查及應(yīng)用

2009年,我們應(yīng)用改進(jìn)后的長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程分別對(duì)河斜171井、義3-檢1井、樊4井進(jìn)行了酸化、水鎖及結(jié)垢評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)成功率均為100%。實(shí)驗(yàn)過程中,由于巖心夾持器套筒和堵頭的改進(jìn),原來酸化過程產(chǎn)生的大量顆粒堵塞現(xiàn)象消失了,實(shí)驗(yàn)完成后巖心也沒有出現(xiàn)變形情況。同時(shí)由于活塞式回壓閥的應(yīng)用,出口壓力更加穩(wěn)定,進(jìn)一步提高了長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程實(shí)驗(yàn)的成功率。

長(zhǎng)巖心評(píng)價(jià)流程核心部件的研制和改進(jìn),為實(shí)驗(yàn)室流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備的加工提供了技術(shù)指導(dǎo)。同時(shí),擴(kuò)大了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域,為更好地開展油藏儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)研究提供了室內(nèi)設(shè)備基礎(chǔ)。

[1] 余維初,胡三清,劉 罡,等.JHR新型巖心夾持器系列研制與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,1995,16(6)

[2] 李曉東.我國巖心分析儀器的發(fā)展與展望[J].石油儀器,2001,15(4)

[3] 孟小海.FDS-800-10000型地層傷害評(píng)價(jià)系統(tǒng)的高溫升級(jí)改造[J].石油儀器,2008,22(4)

Development and improvement of the core components of long-core evaluation process.

Dai Jianke.

To solve the problem that the long-core evaluation experiment of Shengli oil field can not be carried out because of core component’s technical indicators restricted for long time,we redesigned the core holder and the back-pressure valve of long-core evaluation processes,which type is HBCD-50.By re-optimizing the design,we overcame the problems in operation and the instability in export metering of original process,so that the natural core can be effectively used for the purpose of simulation experiments.The equipment played an important role in the evaluation of acidification and water block of low permeability reservoirs,and provided a room basis for the simulation of low permeability sandstone damage mechanism under reservoir conditions.

long-core;experimental procedure;core holder;back-pressure valve

TE135+1

B

1004-9134(2011)03-0012-02

該設(shè)備的研制與改進(jìn)受中國石化勝利油田分公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題“高溫高壓低滲透砂巖油藏傷害機(jī)理研究”資助(編號(hào):P04055)

代儉科,男,1979年生,工程師,2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)礦產(chǎn)普查專業(yè),獲碩士學(xué)位。現(xiàn)在中國石化勝利油田地質(zhì)科學(xué)研究院從事油藏工程相關(guān)技術(shù)研究。郵編:257015

2010-11-25編輯梁保江)

PI,2011,25(3):12～13

·儀器設(shè)備·