邵尚奇 丁文剛 唐婧(中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459)

可視化實(shí)驗(yàn)裝置在石油行業(yè)中的應(yīng)用與展望

邵尚奇 丁文剛 唐婧(中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300459)

本文分析了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置在石油行業(yè)中的一些不足，無(wú)法滿足研究需求，給科研及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)帶來(lái)了很多不便利，重點(diǎn)闡述了可視化實(shí)驗(yàn)裝置在石油行業(yè)中各個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)及具體應(yīng)用，并對(duì)可視化裝置在石油行業(yè)中的未來(lái)進(jìn)行了展望。

可視化實(shí)驗(yàn)裝置；石油行業(yè)；應(yīng)用；展望

1 引言

現(xiàn)階段，可視化實(shí)驗(yàn)裝置因其可以直觀的觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，已經(jīng)得到越來(lái)越多的行業(yè)和學(xué)者的關(guān)注，它可以通過(guò)直觀的實(shí)驗(yàn)操作來(lái)模擬一些實(shí)際工程中難以觀察到的現(xiàn)象，比如地下工程等。而在石油行業(yè)中，絕大部分的工程施工都是在地下進(jìn)行的，用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法觀測(cè)地下的工程施工效果(如壓裂)，對(duì)于石油開(kāi)采和施工方案設(shè)計(jì)均有較大的影響。通過(guò)可視化實(shí)驗(yàn)裝置，可以模擬研究石油勘探、鉆井、完井及后期開(kāi)采等一系列階段的措施，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果制定與之相適應(yīng)的開(kāi)采方案，這對(duì)于油田的開(kāi)采具有十分重要的意義。

2 可視化材料的性質(zhì)

可視化實(shí)驗(yàn)的材料一般選擇透光率較高的材料，并且要滿足一定的力學(xué)性質(zhì)，這樣才可以模擬地下巖石的行為。目前主要常用的可視化實(shí)驗(yàn)材料一般主要有有機(jī)玻璃(PMMA)等材料。

(1)有機(jī)玻璃物理化學(xué)性質(zhì) 有機(jī)玻璃學(xué)名為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，透明性和化學(xué)穩(wěn)定性較好，在所有透明材料中的透光率最高，不僅比其他幾種透明性塑料(如PS，PC)有更優(yōu)越的光學(xué)性能，能清晰的觀測(cè)式樣內(nèi)部的裂縫形態(tài)，而且有機(jī)玻璃的脆性較大，抗沖擊強(qiáng)度低，起裂壓力低，適用于做可視化水力壓裂的實(shí)驗(yàn)材料，因此，目前大多數(shù)的可視化壓裂實(shí)驗(yàn)材料選用有機(jī)玻璃。

(2)有機(jī)玻璃力學(xué)性質(zhì) 水力壓裂的裂縫起裂及延伸和材料的力學(xué)性質(zhì)有很大的關(guān)系，所以有機(jī)玻璃的力學(xué)性質(zhì)十分重要。在準(zhǔn)靜態(tài)加載條件下，有機(jī)玻璃發(fā)生較大的塑性變形，表現(xiàn)出良好的延展性，且應(yīng)力應(yīng)變曲線呈現(xiàn)出應(yīng)變軟化特征，在動(dòng)態(tài)加載條件下，有機(jī)玻璃表現(xiàn)為脆性破壞，這說(shuō)明不同的加載條件下，存在不同的破壞模式。在水力壓裂過(guò)程中，縫端的壓力是不穩(wěn)定的，是隨時(shí)間變化的，所以有機(jī)玻璃會(huì)表現(xiàn)為脆性破壞。

3 可視化實(shí)驗(yàn)裝置在石油行業(yè)中的應(yīng)用

(1)可視化實(shí)驗(yàn)裝置在酸壓中的應(yīng)用 在酸壓過(guò)程中，通常會(huì)利用非反應(yīng)性前置液來(lái)造縫、降濾失，利用酸液與巖石發(fā)生酸巖反應(yīng)，在裂縫壁面形成一定的刻蝕蚓孔，改善儲(chǔ)層的物性，增加泄油面積。由于兩種流體的粘度不同，導(dǎo)致酸液在裂縫中以指狀非活塞方式前進(jìn)，從而降低酸巖反應(yīng)速率及接觸面積，增加酸巖刻蝕的非均勻程度，增加裂縫的導(dǎo)流能力。

但是目前對(duì)于酸液黏性指進(jìn)的研究主要還是集中在數(shù)值模擬計(jì)算上，缺乏一些物模的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證數(shù)值模型的計(jì)算準(zhǔn)確性，并且一些物模的實(shí)驗(yàn)無(wú)法直觀有效的觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，無(wú)法對(duì)酸液指進(jìn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

有學(xué)者采用有機(jī)玻璃及大理石板制作可視化實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)模擬酸壓過(guò)程中的酸液指進(jìn)效應(yīng)，通過(guò)相似準(zhǔn)則制作了能夠模擬實(shí)際施工的實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)整酸液濃度、前置液與酸液黏度比以及溫度3個(gè)影響因素來(lái)研究酸液黏性指進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，得出了酸液指進(jìn)的一些規(guī)律和結(jié)論，對(duì)于酸壓的工藝選擇、液體配方優(yōu)化具有重要意義。

(2)可視化實(shí)驗(yàn)裝置在鉆井中的應(yīng)用 在鉆井過(guò)程中，當(dāng)鉆遇到泥頁(yè)巖地層時(shí)，由于地層較脆，容易形成天然裂縫，因此鉆井時(shí)容易發(fā)生鉆井液漏失，造成井壁失穩(wěn)，給鉆井作業(yè)帶來(lái)了十分嚴(yán)重的影響。目前對(duì)于地層的暫堵評(píng)價(jià)尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且針對(duì)地層存在的一些細(xì)微裂縫，常規(guī)物模實(shí)驗(yàn)無(wú)法從微觀上實(shí)現(xiàn)。

有學(xué)者利用有機(jī)玻璃制作了實(shí)驗(yàn)裝置，為了模擬了地下真實(shí)的情況，采用高精度激光在鋼化玻璃的表面刻蝕了微米級(jí)的微裂縫，可以任意組合不同寬度的裂縫，并且可視化裝置能夠從宏觀和微觀上研究鉆井液的封堵效果，從根本上研究鉆井液的封堵機(jī)理。

(3)可視化實(shí)驗(yàn)裝置在油藏中的應(yīng)用 近年來(lái)，隨著油氣田的開(kāi)發(fā)，油氣田所面臨的邊水、底水入侵的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，有部分油氣井甚至因?yàn)樗侄P(guān)停，給油氣田帶來(lái)了難以估量的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)裂縫、孔洞發(fā)育油氣藏，一些傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律并不適用，給油氣田的開(kāi)發(fā)增加了困難。

針對(duì)這些問(wèn)題，有學(xué)者采用有機(jī)鋼化玻璃制作了可視化實(shí)驗(yàn)裝置，來(lái)研究復(fù)雜孔洞、裂縫型油藏的邊底水侵，用氮?dú)饽M儲(chǔ)層中的天然氣，通過(guò)定期調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置中的出口流量來(lái)模擬真實(shí)的油氣田開(kāi)發(fā)，分別研究了孔隙型、裂縫型、孔洞型及縫洞型油氣藏水侵規(guī)律。

4 總結(jié)與展望

(1)可視化實(shí)驗(yàn)裝置可以滿足石油行業(yè)中的科研生產(chǎn)需求，能夠有效的模擬科研生產(chǎn)中的實(shí)際地下情況，對(duì)于石油行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

(2)可視化實(shí)驗(yàn)裝置在石油行業(yè)中仍然存在著不足，比如目前尚未有可視化水力壓裂實(shí)驗(yàn)裝置模擬天然裂縫對(duì)于水力裂縫延伸的影響，而且有機(jī)玻璃是一種非滲透性材料，還不能有效的模擬地層的濾失性，這些都是可視化實(shí)驗(yàn)裝置未來(lái)的發(fā)展方向。

[1]李小剛,宋瑞,張汝生,楊兆中,林鑫.大尺寸可視化酸液指進(jìn)模擬裝置研制及應(yīng)用[J/OL].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,39(02):153-162.

[2]石秉忠,胡旭輝,高書(shū)陽(yáng),徐江,林永學(xué).硬脆性泥頁(yè)巖微裂縫封堵可視化模擬試驗(yàn)與評(píng)價(jià)[J].石油鉆探技術(shù),2014,42(03):32-37.

[3]方飛飛,李熙喆,高樹(shù)生,薛蕙,朱文卿,劉華勛,安為國(guó),李程輝.邊、底水氣藏水侵規(guī)律可視化實(shí)驗(yàn)研究[J/OL].天然氣地球科學(xué),2016,27(12):2246-2252.