基于离子液体的新型复杂结构井渗流电模拟系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于离子液体的新型复杂结构井渗流电模拟系统。它由电源、电流表、电流表、大型数采仪、探针、电解质槽组成，可以模拟出三维渗流规律。首次使用离子液体替代传统电解液，离子液体电化学窗口宽，粘度较大，基本消除了电解液电解反应对电场稳定性的影响；离子液体相比传统盐溶液而言对电压变化更为敏感，可以进行快速机械化自动测量而不失其精确性；改善了溶液导电性随电压的变化率，使测量的ΔU‑I曲线更接近于理想的直线，大大减小了实验误差；离子液体电导率更加不易受温度变化而改变；该技术方案还实现了水电模拟实验数据测量和采集的自动化，提升了实验精度，减少了测量时间；还给出了几种新型复杂结构井的模拟结构图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于油气渗流技术，属于油气田开发领域，特别涉及一种适用于复杂结构井渗流规律研究的电模拟系统。
技术介绍
目前，油藏渗流机理实验研究方法主要分为岩心实验和水电模拟实验两类。岩心实验可采用实际油藏岩心进行，与实际地质情况较为接近，可直接测得较准确的产量、压力、含水等变化规律，但是岩心、复杂结构井井筒、裂缝模型等制作难度大，实验周期一般较长，费用较高。水电模拟实验是根据水电相似原理而研制的一种模拟实验装置，可任意加工制作各种复杂井筒和裂缝模型，实验周期短，费用低。随着油田开发的难度越来越大，水平井、分支井、多底井、鱼骨刺井等复杂结构井应用越来越广泛，并常常与大型压裂等增产措施配合使用，对相关油藏渗流机理研究的要求越来越高。鉴于电模拟实验相对于岩心实验在模拟复杂渗流规律方面的优势，近年来电模拟实验日益受到人们的重视。电模拟实验是利用电的某些物理现象来重演所要研究的对象，即利用相同的数学微分方程所表示的物理现象来互相模拟。电模拟实验中用导电介质模拟地层，在介质上施加一定电势差产生电场模拟地层中的稳定渗流场，是基于水电相似理论，即不可压缩的地下流体通过多孔介质的稳定渗流符合达西定律及拉普拉斯方程：电流在导电介质中的流动及电势分布满足欧姆定律及拉普拉斯方程：依据水电相似理论，渗流场和电场的形状与分布相似，两者在相似的边界条件下可得到相似的解。因此，用导电介质模拟地层，在介质上施加一定的电势差产生的电场来模拟地层中的稳定渗流场是研究油井稳态产能问题的一种简便而有效地方法。根据欧姆定律，电场中任一流动单元内电流为：根据达西定律，地层中沿压力梯度方向单元块中的流体流量为：电场中的电流、电压及其分布与稳定渗流场中的流量、压力及其分布具有下列相对应的比例关系(模型数据下标为m，地层数据下标为r)：压力相似系数：流量相似系数：电导率相似系数：阻力相似系数：根据公式(3)、(4)，各相似系数之间应满足条件：满足上述条件的稳定渗流场和电场间存在类比关系，可以用电场模拟稳定渗流场,研究渗流规律。由于实验中电流可以在瞬间达到稳定，因而电模拟的过程是地层中的单相稳定流动过程。测得电场中的电流、电压数据，利用相似比例关系即可换算成渗流场中的产量和压力数据。式中，模型数据下标为m，地层数据下标为r。L——几何尺寸ρ——溶液电导率k——渗透率μ——原油粘度I——电流Q——井产量(或注入量)Rm——电解质溶液的电阻Rr——地层流体的渗流阻力ΔU——电位差ΔP——压力差式(11)为模型必须满足的相似准则，其中有两个参数可以自由确定，第三个参数必须由相似准则导出。由于电流可以瞬间达到稳定，因而本实验中的电模拟过程为实际地层的单相稳定渗流过程。现有电模拟系统组成如图1所示，主要包括：稳压电源1、电流表2、电压表3、电解质槽4、井模型5、和铜板6等，其中该电解质槽4是由4个侧板和1个底板所组成，侧板或者底板的材质可以是金属，如图中所示的铜板6。该电模拟实验装置是一种手动装置，测量时需要手动丝杠定位，需要手工记录电压电电流等数据,工作量非常大，并且精度低、测量周期较长，容易造成比较大的实验误差。此外，随着测量时间的推移，模拟复杂结构井的电极与电解质水溶液接触面积较大，电解质水溶液的电化学反应越来越强烈，甚至在电极附近出现大量气泡或沉淀，导致模拟电极附近电场极度不稳定，测量数据误差较大。在目前的实验中，盐溶液的导电性对电压并不敏感，I随着ΔU变化具有很大的滞后性，如图2所示的1mol/L的氯化钠水溶液循环伏安特性曲线所示，绘制出的ΔU-I曲线与直线偏离程度很大，拟合参数的求取不准确。现有电模拟数据测量采集方面，采用一种手动式装置，依靠手摇式丝杠来定位取点。现有装置测量时间长，实验误差大。离子液体(ionicliquids,简称ILs)又称室温熔盐，是一类新型的熔融盐物质，完全由阴、阳离子组成，没有中性分子，在室温下呈液态。大部分离子液体的密度在1.1～1.6g/cm3之间，通常阴离子越大，离子液体的密度越大。离子液体的黏度通常要比水高几倍到几十倍，电导率一般在10-3S/cm数量级，这与现有电模拟实验用盐水溶液电导率近似。离子液体通常没有可测量的蒸气压，不可燃、热容大、热稳定性好、电化学窗口宽(一般为5.8V以上)。电化学窗口是指电解质能够稳定存在的电压范围即在充放电过程中，要求电解质在正负极材料发生的氧化还原反应电位之间保持稳定，超出这个电位范围，电解质就会发生电化学反应而分解。离子液体基本无毒性、便于保存，近年来在环境、化工、生物等领域应用越来越广泛，尤其是在锂电池、太阳能电池中的应用。更可贵的是离子液体可通过选择适当的阴离子或微调阳离子的烷基链，改善离子液体的物理性质和化学性质。与盐溶液的导电性不同的是，离子液体的电流随电压变化较为灵敏，不存在测量的滞后性问题，如图3所示的纯度为99％的咪唑类四氟硼酸盐这种离子液体的循环伏安特性曲线。基于以上离子液体的特性，将其应用于电模拟系统可望获得更好模拟效果。
技术实现思路
本专利技术是首次将离子液体作为电解质引入水电相似模拟实验中来代替传统的盐水溶液以改进传统水电模拟实验中电解反应、ΔU-I直线拟合偏差较大、温度升高对盐溶液电导率的影响以及盐溶液电流滞后于电压变化的影响。本专利技术的目的在于，提供一种新的复杂结构井渗流规律的电模拟系统，以解决现有技术的如下问题：第一，现有的电模拟装置主要以NaCl等水溶液为电解质，电化学窗口一般为1～2V，使用这种电解质在模拟复杂结构井时，由于测量电压较高、测量时间较长(一般为两个小时)、模拟多段复杂裂缝的铜网电极与电解质溶液接触面积较大，铜网电极与电解质溶液不断进行电化学反应从而导致整个模拟电场非常不稳定，电流和电压测量精度较差，这样对测得的等压线分布规律性影响非常大，不能满足渗流机理研究的需要。第二，现有的电模拟实验装置多为手动或半自动装置，测量时需要手动移动探针，需要手工记录电压数据，测量时间较长，并且精度较低。第三，当改变电压ΔU值时，由于电压增大，盐溶液导电性存在滞后性，电流变化情况缓慢，测得的电流比理想模拟值有较大偏差，绘制出的ΔU-I曲线与直线偏离程度很大，严重影响了水电模拟实验的准确性，导致拟合参数的求取极为不准确。第四，由于测量时间较长，溶液不断进行电解反应，电能不断转化为热能与化学能，溶液温度缓慢上升，溶液电导率受温度变化而改变，盐溶液电场的不稳定性加剧，模拟误差增大。第五，提供一种可以有效研究复杂结构井渗流规律的实验方法。本专利技术所提供的复杂结构井渗流规律的电模拟系统包括：塑料电解质槽，用于盛放电解质溶液；大型数采仪，包括控制终端电脑用于实验中自动取点和记录数据；铜电极，连接在位置传感器下方；位置传感器，固定在大型取点采样仪的运动臂上；多种复杂结构井铜制模型；该电模拟系统还包括：电压表和电流表(可以接计算机USB端口的多功能电压表、电流表)，一端连接于大型取点采样仪的探针，另一端连接于所述的模拟复杂结构井，以获取电压值，电流表，测量井筒电流，并将所述的电压值传输给控制终端电脑，可调压的直流电源。大型数采仪探针可以在电解质槽中进行三维方向自由移动和进行测量。离子液体导电能力与金属铜电极相容性最佳，因此选用金属铜来做探针、模拟井材料。附图说明图本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于离子液体的新型复杂结构井渗流电模拟系统，其特征在于所述的电模拟系统包括：塑料电解质槽、大型数采仪(包括控制终端电脑)、位置传感器、铜制探针、多种复杂结构水平井铜制模型。

【技术特征摘要】
1.基于离子液体的新型复杂结构井渗流电模拟系统，其特征在于所述的电模拟系统包括：塑料电解质槽、大型数采仪(包括控制终端电脑)、位置传感器、铜制探针、多种复杂结构水平井铜制模型。2.如权利要求1所述的新型复杂结构井渗流规律电模拟系统，其特征在于，所述的电模拟系统采用了全新的离子液体(如纯度为99％的咪唑类四氟硼酸盐)来替代传统电解质溶液。3.如权利要求1所述的大型数采仪(包括终端控制电脑)，其特征在于可以进行三维移动、准确取点并测量三维电压分布、记录数据。4.如权利要求1所述的多种复杂结构井...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝永卯，刘昀晔，左家强，周杰，陶帅，黎晓舟，韦馨林，向李平，王雪英，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37