一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置及其工作方法技术领域
本发明涉及一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置及其工作方法，属于油气藏增产措
施的技术领域。
背景技术
酸化作为现今开发低孔隙度、低渗透率碳酸盐岩油藏的主要技术措施，能够有效
解除井筒附近储层的污染和堵塞，提高井筒与储层的连通性，恢复或提高油气产量。酸化
中，可将酸蚀结果按溶蚀形态分为面溶蚀、蚓孔和均一溶蚀，面溶蚀和均一溶蚀两种情况消
耗酸液多，导流能力差；蚓孔是一种具有高导流能力的溶蚀通道，形成蚓孔消耗酸液少，改
造效果好。碳酸盐岩酸化过程中形成的溶蚀形态主要取决于H+传质速度和表面反应速度。
当传质速度小于表面反应速度时产生面溶蚀，反之产生均匀溶蚀，只有当传质速度接近表
面反应速度时会产生蚓孔。而传质速度和表面反应速度分别受到酸液注入速度和酸液浓度
的影响。蚓孔的定量测试与分析是酸化酸压工艺精细化设计的基础，因此对蚓孔生长速率
和酸液消耗进行计算、对蚓孔形态和竞争情况进行描述，对于提高酸化施工效果具有重要
意义。
当前国内外对蚓孔的研究以经验型或半经验型为主，建立了一系列模型来对蚓孔
分布进行描述，对蚓孔的评价主要通过一系列无量纲数来实现，如戴姆科勒数Da、佩克莱特
数Pe等，对蚓孔生长速率的描述主要借鉴Buijse对于蚓孔前缘推进速度的处理方法；而物
模实验则以岩心驱替实验为主，通过计算突破体积来寻找最优注入速度。这种岩心驱替的
实验方法通过改变泵注速度来模拟现场的各种注入速度，并分析相应酸化结果。然而岩心
驱替实验存在一定的局限性：(1)边界效应影响强烈。岩心驱替实验只能在一个较小的尺寸
上模拟酸化过程，而碳酸盐岩非均质性强，酸化形成蚓孔容易突破到侧壁上，对采集的实验
数据产生误差；(2)承压能力较差，密封性不好。当压力升高后在管线接口处酸液会发生酸
液泄漏甚至喷溅的现象，从而导致实验失败且安全容易受到威胁；(3)实验过程处于完全封
闭的环境中，完全不可视，只能通过实验数据对实验过程进行推导而不能直接观察；(4)模
拟地层温度的方法是给整个驱替装置空间升温，给实验中间的操作和检查带来不便。
中国专利文献CN104407103B公开了一种多角度酸蚀裂缝导流能力测试装置，包括
串并联酸蚀注入系统和导流能力测试系统，还包括导流室模型系统，和用于加载导流室的
闭合压力加载系统，以及控制导流室出口压力的回压控制系统、对导流室的气体进行排空
真空系统、对腐蚀后的岩心表面进行形态分析扫描仪和数据处理系统。本发明从小尺度的
模拟缝的角度来进行模拟缝的酸蚀以及酸蚀后裂缝导流的评价，对压裂液、酸液进行螺旋
盘管剪切模拟和流变性能测试。通过酸蚀裂缝导流能力评价装置的室内模拟实验，能够对
酸蚀裂缝导流能力各种主要影响因素进行模拟，并找出最佳的工艺参数，同时可以在该装
置上进行各种提高酸蚀裂缝导流能力新工艺新措施进行模拟研究。
当前国内逐步开始利用平板实验模拟地层酸化施工，所用平板装置有两种，一种
如上述中国专利文献CN104407103B公开的岩板，岩板尺寸较小，只有64.5cm2，边界效应的
影响有一定的削弱，但基本只能用于导流能力的测试，在同一块岩板上形成的蚓孔都能突
破，对于蚓孔竞争情况不能很好地进行解释，同时蚓孔生长情况也无法被直接观察；另一种
平板模型所用岩板尺寸较大，减小了蚓孔突破到侧边缘的几率，解决了边界效应影响，同时
装置有较好的承压能力，但仍存在以下几个问题：(1)仍存在可视性差的问题，两岩板之间
空隙较小，通过侧面的摄像机很难有效地对实验进行动态观测，蚓孔的生长速率无法直接
计算，而蚓孔之间存在的竞争也无法有效的进行分析，主蚓孔、次蚓孔和死蚓孔各自的生长
状况无法被直观记录；(2)岩板加工困难，实验用岩板尺寸太大但没有现成的加工设备，导
致实验组数较少，只能进行演示性实验。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置；
本发明还提供了上述装置的工作方法。
本发明的技术方案为：
一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置，包括注入系统、预热系统、入口检测系统、可
视平板模型、出口检测系统、冷凝器、回压系统、废液回收系统和数据处理系统；所述注入系
统、所述预热系统、所述入口检测系统、所述可视平板模型、所述出口检测系统、所述回压系
统、所述冷凝器、所述废液回收系统依次贯通；
所述注入系统为所述单岩板裂缝模拟装置提供注入动力并调节注入酸液的速度；
所述入口检测系统用于采集所述可视平板模型入口端流体的压力、温度、流量；所述预热系
统将注入的酸液预热到实验要求温度；所述可视平板模型用于动态观察裂缝中的酸液流动
情况并提供一种模拟不同参数下的酸岩反应的结构；所述出口检测系统用于采集所述可视
平板模型出口端流体的压力、温度、流量；所述冷凝器将高温废液冷凝降温；所述回压系统
用于控制所述可视平板模型出口端回压，保持回压恒定在实验要求数值；所述废液回收系
统用于回收废液；所述数据处理系统用于整理计算采集到的所述可视平板模型的入口端、
出口端实验数据。
根据本发明优选的，所述可视平板模型包括缝板腐蚀夹持器、支架、显微镜，所述
缝板腐蚀夹持器设置在所述支架上，所述缝板腐蚀夹持器上部设有所述显微镜。用于单岩
板实验中观察蚓孔延伸及竞争情况。
根据本发明优选的，所述缝板腐蚀夹持器包括箱体、透明玻璃板、T形活塞、粗线管
接口，所述箱体的两侧面设有连通至所述箱体内的粗线管接口，所述箱体内设有所述T形活
塞，所述T形活塞的一端设置在所述箱体内，所述箱体上部设有所述透明玻璃板；
所述T形活塞包括活塞主体、岩板、橡胶托盘、液体腔，注液管线，所述T形活塞内设
有所述液体腔，所述液体腔上部设有与所述T形活塞固定的所述橡胶托盘，所述橡胶托盘上
固定所述岩板，所述岩板上设有所述透明玻璃板，所述岩板表面设有刻度，用于直接读取蚓
孔长度，所述液体腔下部连通所述注液管线。通过向所述液体腔泵入高温液体为所述岩板
提供围压并提供实验所需温度。
根据本发明优选的，所述支架上还设有旋转装置，所述旋转装置包括两根旋转轴，
所述旋转轴的一端连接所述支架，另一端通过键槽嵌入所述箱体；所述旋转轴的旋转带动
所述箱体0-90°旋转。
根据本发明优选的，所述箱体的长、宽、高的取值范围分别为500-800mm、300-
500mm、300-400mm；所述岩板的长、宽、高的取值范围分别为200-400mm、100-300mm、5-15mm。
进一步优选的，所述箱体的长、宽、高的取值范围分别为800mm、400mm、350mm；所述
岩板的长、宽、高的取值范围分别为300mm、200mm、10mm。
根据本发明优选的，所述入口检测系统通过粗管线连通所述箱体，以防止普通管
线弯曲变形而不能与岩板紧密接触；所述粗管线连接所述粗管线接口，所述粗管线内径为
5mm，外径为60mm，所述可视平板模型上部设有气体放空阀，用于调整所述酸岩反应单岩板
裂缝模拟装置内压力平衡。所述液体腔表面涂有隔热材料。通过向所述液体腔泵入高温液
体为岩板提供围压并提供实验所需温度。
根据本发明优选的，所述注入系统包括中间容器、耐酸泵，所述中间容器通过阀门
连通所述耐酸泵；
所述预热系统包括预热盘管、温度检测仪，所述预热盘管包括螺旋加热管及套在
所述螺旋加热管上的保温套，所述螺旋加热管连接所述温度检测仪；所述耐酸泵连通所述
预热盘管；
所述入口检测系统包括入口流量计、入口压力传感器、入口温度检测仪，所述预热
盘管连通所述入口流量计，所述入口流量计通过阀门连通所述可视平板模型的入口端，所
述入口压力传感器、所述入口温度检测仪连接所述可视平板模型的入口端；
所述出口检测系统包括出口流量计、出口压力传感器、出口温度检测仪，所述可视
平板模型的出口端连接所述出口压力传感器、所述出口温度检测仪；
所述回压系统包括回压阀、回压容器、回压表及回压泵，所述可视平板模型的出口
端通过所述回压阀分别连通所述回压容器、所述回压泵；
所述废液回收系统包括气液分离器、废液罐；所述回压阀、所述气液分离器、所述
出口流量计、所述冷凝器、所述废液罐依次连通，所述气液分离器通过阀门连通所述出口流
量计。
所述数据处理系统包括采集控制处理软件、工控机、打印机、控制柜。所述采集控
制处理软件在Win7或Win10环境下运行，采用VB编程。
上述酸岩反应单岩板裂缝模拟装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)选取地层岩石，即碳酸盐岩，将所述地层岩石加工成所述岩板，装入缝板腐蚀
夹持器，连接酸岩反应单岩板裂缝模拟装置，并打开所述数据处理系统；
(2)打开气体放空阀，调整酸岩反应单岩板裂缝模拟装置内压力平衡，关闭气体放
空阀；
(3)配置质量浓度为0～37％的酸液，倒入所述中间容器中；打开所述预热盘管，将
温度调整为20～120℃；打开所述回压系统，设置0～8MPa的回压；打开所述入口流量计、所
述入口压力传感器、所述入口温度检测仪、所述出口流量计、所述出口压力传感器、所述出
口温度检测仪、所述冷凝器、所述显微镜；
(4)设置注入速度为0～1.5L/h，打开所述耐酸泵，通过所述耐酸泵将所述中间容
器中的酸液依次泵入所述预热盘管，泵入所述可视平板模型；
(5)通过所述入口流量计、所述入口压力传感器、所述入口温度检测仪实时采集所
述可视平板模型入口端流体的流量、压力、温度，通过所述出口流量计、所述出口压力传感
器、所述出口温度检测仪实时采集所述可视平板模型出口端流体的流量、压力、温度，通过
所述显微镜实时采集蚓孔生长、蚓孔以及蚓孔竞争的图片信息；
(6)将步骤(5)采集的数据及图片信息传输至所述数据处理系统，得到蚓孔生长速
率、岩板渗透率变化的实时数据并对蚓孔竞争情况进行分析。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述岩板尺寸、规模较小，便于拆装与重复实验。本发明在现有仪器上进
行改进，使整体结构更紧凑，具有更强的承压能力，可以承受实验空间内部压力达7MPa。
2、本发明填补了现有平板装置不能进行单岩板酸岩反应实验的空白。
3、本发明通过旋转装置可以实现模拟不同地层倾角(0～90°)的裂缝酸化情况。
4、本发明可以实现动态观察蚓孔生长、延伸状况，以及蚓孔竞争情况。
附图说明
图1是本发明酸岩反应单岩板裂缝模拟装置的结构框图；
图2是本发明可视平板模型的结构示意图一；
图3是本发明可视平板模型的结构示意图二；
图4是本发明缝板腐蚀夹持器的结构示意图一；
图5是本发明缝板腐蚀夹持器的结构示意图二。
图6是本发明活塞的结构示意图；
图7是本发明橡胶托盘的结构示意图；
1、中间容器，2、耐酸泵，3、预热盘管，4、入口流量计，5、入口压力传感器，6、入口温
度检测仪，7、可视平板模型，8、出口压力传感器，9、出口温度检测仪，10、出口流量计，11、回
压阀，12、回压容器，13、回压表，14、回压泵，15、气液分离器，16、冷凝器，17、废液罐，18、气
体放空阀，19、数据处理系统，20、支架，21、显微镜，22、箱体，23、透明玻璃板，24、T形活塞，
25、粗线管接口，26、活塞主体，27、岩板，28、橡胶托盘，29、液体腔，30、注液管线，31、旋转
轴，32、键槽，33、刻度。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种酸岩反应单岩板裂缝模拟装置，如图1所示，包括注入系统、预热系统、入口检
测系统、可视平板模型7、出口检测系统、冷凝器16、回压系统、废液回收系统和数据处理系
统19；注入系统、预热系统、入口检测系统、可视平板模型、出口检测系统7、回压系统、冷凝
器16、废液回收系统依次贯通；
注入系统为单岩板裂缝模拟装置提供注入动力并调节注入酸液的速度；入口检测
系统用于采集所述可视平板模型7入口端流体的压力、温度、流量；预热系统将注入的酸液
预热到实验要求温度；可视平板模型7用于动态观察裂缝中的酸液流动情况并提供一种模
拟不同参数下的酸岩反应的结构；出口检测系统用于采集可视平板模型7出口端流体的压
力、温度、流量；冷凝器16将高温废液冷凝降温；回压系统用于控制可视平板模型7出口端回
压，保持回压恒定在实验要求数值；废液回收系统用于回收废液；数据处理系统19用于整理
计算采集到的可视平板模型7的入口端、出口端实验数据。管阀件系统用于连接并控制各个
系统，包括注入系统、预热系统、入口检测系统、可视平板模型7、出口检测系统、冷凝器16、
回压系统、废液回收系统和数据处理系统19。
可视平板模型7包括缝板腐蚀夹持器、支架20、显微镜21，缝板腐蚀夹持器设置在
支架20上，缝板腐蚀夹持器上部设有显微镜21。用于单岩板实验中观察蚓孔延伸及竞争情
况。
缝板腐蚀夹持器如图2、3所示，包括箱体22、透明玻璃板23、T形活塞24、粗线管接
口25，箱体22的两侧面设有连通至箱体22内的粗线管接口25，箱体22内设有T形活塞24，T形
活塞24的一端设置在箱体22内，箱体22上部设有透明玻璃板23；
T形活塞24包括活塞主体26、岩板27、橡胶托盘28、液体腔29，注液管线30，T形活塞
26内设有液体腔29，液体腔29上部设有与T形活塞24固定的橡胶托盘28，橡胶托盘28上固定
岩板27，岩板27上设有透明玻璃板23，岩板27表面设有刻度33，用于直接读取蚓孔长度，液
体腔29下部连通注液管线30。通过向液体腔29泵入高温液体为岩板27提供围压并提供实验
所需温度。
支架20上还设有旋转装置，旋转装置包括两根旋转轴31，旋转轴31的一端连接支
架20，另一端通过键槽32嵌入箱体22；旋转轴31的旋转带动箱体22旋转0-90°。
箱体22的长、宽、高的取值分别为800mm、400mm、350mm；岩板27的长、宽、高的取值
分别为300mm、200mm、10mm。
入口检测系统通过粗管线连通箱体22，以防止普通管线弯曲变形而不能与岩板27
紧密接触；粗管线连接粗管线接口25，粗管线内径为5mm，外径为60mm，可视平板模型7上部
设有气体放空阀18。用于调整酸岩反应单岩板裂缝模拟装置内压力平衡。液体腔29表面涂
有隔热材料。通过向液体腔29泵入高温液体为岩板27提供围压并提供实验所需温度。
注入系统包括中间容器1、耐酸泵2，中间容器1通过阀门连通耐酸泵2；耐酸泵2的
最大流量为1L/h，最大注入压力10MPa，泵头内孔采用F4衬底，柱塞采用哈氏合金，耐酸泵2
的流量调节采用变频器调节，流量可实现在操作间进行远程控制。中间容器1的容积为2L，
采用塑料罐容器。
预热系统包括预热盘管3、温度检测仪，预热盘管3包括螺旋加热管及套在螺旋加
热管上的保温套，螺旋加热管连接温度检测仪；耐酸泵2连通预热盘管3；预热盘管3控温精
度为±0.5℃。
入口检测系统包括入口流量计4、入口压力传感器5、入口温度检测仪6，预热盘管3
连通入口流量计4，入口流量计4通过阀门连通可视平板模型7的入口端，入口压力传感器5、
入口温度检测仪6连接可视平板模型7的入口端；
出口检测系统包括出口流量计10、出口压力传感器8、出口温度检测仪9，可视平板
模型7的出口端连接出口压力传感器8、出口温度检测仪9；
入口压力传感器5及出口压力传感器8量程均为10MPa，精度为0.1％FS，附带压力
数显二次仪表。压力数显二次仪表为四位半，带RS232接口，可实现与计算机联网。
入口流量计4及出口流量计10均选用耐腐耐酸碱全四氟流量计，管道口径为Φ
5mm，流量1.5L/h，工作压力0～10MPa，升质温度：-10°～180°，精确度为±0.5％，壳体材质
为不锈钢，供电电源：内电源3v，外电5v～24v，输出信号为脉冲信号4～20mA。
入口温度检测仪6及出口温度检测仪9检测范围均为室温～120℃，控温精度±0.5
℃，带RS232接口，可实现与计算机的联网。
回压系统包括回压阀11、回压容器12、回压表13及回压泵14，可视平板模型7的出
口端通过回压阀11分别连通回压容器12、回压泵14；
废液回收系统包括气液分离器15、废液罐17；回压阀11、气液分离器15、出口流量
计10、冷凝器16、废液罐17依次连通，气液分离器15通过阀门连通出口流量计10。废液罐17
容积为50L，采用塑料桶。冷凝器16采用蛇管式螺旋结构，外加冷循环水套式结构。
管阀件系统包括所有的粗管线和阀门。粗管线外径为5mm。阀门最大承压为7MPa。
阀门采用哈氏合金，可承受工作温度下的酸碱腐蚀。
实施例2
实施例1所述酸岩反应单岩板裂缝模拟装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)选取地层岩石，即碳酸盐岩，将地层岩石加工成岩板27，装入缝板腐蚀夹持器，
连接酸岩反应单岩板裂缝模拟装置，并打开数据处理系统19；
(2)打开气体放空阀18，调整酸岩反应单岩板裂缝模拟装置内压力平衡，关闭气体
放空阀18；
(3)配置质量浓度为18％的酸液，倒入中间容器1中；打开预热盘管3，将温度调整
为70℃；打开回压系统，设置4Mpa的回压；打开入口流量计4、入口压力传感器5、入口温度检
测仪6、出口流量计10、出口压力传感器8、出口温度检测仪9、冷凝器16、显微镜21；
(4)设置注入速度为0.75L/h，打开耐酸泵2，通过耐酸泵2将中间容器1中的酸液依
次泵入预热盘管3，泵入可视平板模型7；
(5)通过入口流量计4、入口压力传感器5、入口温度检测仪6实时采集可视平板模
型7入口端流体的流量、压力、温度，通过出口流量计10、出口压力传感器8、出口温度检测仪
9实时采集可视平板模型7出口端流体的流量、压力、温度，通过显微镜21实时采集蚓孔生
长、蚓孔以及蚓孔竞争的图片信息；
(6)将步骤(5)采集的数据及图片信息传输至数据处理系统19，得到蚓孔生长速
率、岩板渗透率变化的实时数据并对蚓孔竞争情况进行分析。