可视化实验装置在石油行业中的应用与展望

邵尚奇 丁文刚 唐婧(中海油田服务股份有限公司,天津 300459)

可视化实验装置在石油行业中的应用与展望

邵尚奇 丁文刚 唐婧(中海油田服务股份有限公司,天津 300459)

本文分析了传统的实验装置在石油行业中的一些不足，无法满足研究需求，给科研及现场生产带来了很多不便利，重点阐述了可视化实验装置在石油行业中各个领域的优点及具体应用，并对可视化装置在石油行业中的未来进行了展望。

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1 引言

现阶段，可视化实验装置因其可以直观的观察到实验结果，已经得到越来越多的行业和学者的关注，它可以通过直观的实验操作来模拟一些实际工程中难以观察到的现象，比如地下工程等。而在石油行业中，绝大部分的工程施工都是在地下进行的，用常规的实验装置无法观测地下的工程施工效果(如压裂)，对于石油开采和施工方案设计均有较大的影响。通过可视化实验装置，可以模拟研究石油勘探、钻井、完井及后期开采等一系列阶段的措施，根据实验结果制定与之相适应的开采方案，这对于油田的开采具有十分重要的意义。

2 可视化材料的性质

可视化实验的材料一般选择透光率较高的材料，并且要满足一定的力学性质，这样才可以模拟地下岩石的行为。目前主要常用的可视化实验材料一般主要有有机玻璃(PMMA)等材料。

(1)有机玻璃物理化学性质 有机玻璃学名为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，透明性和化学稳定性较好，在所有透明材料中的透光率最高，不仅比其他几种透明性塑料(如PS，PC)有更优越的光学性能，能清晰的观测式样内部的裂缝形态，而且有机玻璃的脆性较大，抗冲击强度低，起裂压力低，适用于做可视化水力压裂的实验材料，因此，目前大多数的可视化压裂实验材料选用有机玻璃。

(2)有机玻璃力学性质 水力压裂的裂缝起裂及延伸和材料的力学性质有很大的关系，所以有机玻璃的力学性质十分重要。在准静态加载条件下，有机玻璃发生较大的塑性变形，表现出良好的延展性，且应力应变曲线呈现出应变软化特征，在动态加载条件下，有机玻璃表现为脆性破坏，这说明不同的加载条件下，存在不同的破坏模式。在水力压裂过程中，缝端的压力是不稳定的，是随时间变化的，所以有机玻璃会表现为脆性破坏。

3 可视化实验装置在石油行业中的应用

(1)可视化实验装置在酸压中的应用 在酸压过程中，通常会利用非反应性前置液来造缝、降滤失，利用酸液与岩石发生酸岩反应，在裂缝壁面形成一定的刻蚀蚓孔，改善储层的物性，增加泄油面积。由于两种流体的粘度不同，导致酸液在裂缝中以指状非活塞方式前进，从而降低酸岩反应速率及接触面积，增加酸岩刻蚀的非均匀程度，增加裂缝的导流能力。

但是目前对于酸液黏性指进的研究主要还是集中在数值模拟计算上，缺乏一些物模的实验来验证数值模型的计算准确性，并且一些物模的实验无法直观有效的观察到实验结果，无法对酸液指进进行实时监测。

有学者采用有机玻璃及大理石板制作可视化实验装置来模拟酸压过程中的酸液指进效应，通过相似准则制作了能够模拟实际施工的实验装置，调整酸液浓度、前置液与酸液黏度比以及温度3个影响因素来研究酸液黏性指进。通过实验研究，得出了酸液指进的一些规律和结论，对于酸压的工艺选择、液体配方优化具有重要意义。

(2)可视化实验装置在钻井中的应用 在钻井过程中，当钻遇到泥页岩地层时，由于地层较脆，容易形成天然裂缝，因此钻井时容易发生钻井液漏失，造成井壁失稳，给钻井作业带来了十分严重的影响。目前对于地层的暂堵评价尚未有统一的标准，且针对地层存在的一些细微裂缝，常规物模实验无法从微观上实现。

有学者利用有机玻璃制作了实验装置，为了模拟了地下真实的情况，采用高精度激光在钢化玻璃的表面刻蚀了微米级的微裂缝，可以任意组合不同宽度的裂缝，并且可视化装置能够从宏观和微观上研究钻井液的封堵效果，从根本上研究钻井液的封堵机理。

(3)可视化实验装置在油藏中的应用 近年来，随着油气田的开发，油气田所面临的边水、底水入侵的风险越来越大，有部分油气井甚至因为水侵而关停，给油气田带来了难以估量的经济损失。针对裂缝、孔洞发育油气藏，一些传统的经验规律并不适用，给油气田的开发增加了困难。

针对这些问题，有学者采用有机钢化玻璃制作了可视化实验装置，来研究复杂孔洞、裂缝型油藏的边底水侵，用氮气模拟储层中的天然气，通过定期调节实验装置中的出口流量来模拟真实的油气田开发，分别研究了孔隙型、裂缝型、孔洞型及缝洞型油气藏水侵规律。

4 总结与展望

(1)可视化实验装置可以满足石油行业中的科研生产需求，能够有效的模拟科研生产中的实际地下情况，对于石油行业的发展具有重要的意义。

(2)可视化实验装置在石油行业中仍然存在着不足，比如目前尚未有可视化水力压裂实验装置模拟天然裂缝对于水力裂缝延伸的影响，而且有机玻璃是一种非渗透性材料，还不能有效的模拟地层的滤失性，这些都是可视化实验装置未来的发展方向。

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