CN102889975A

CN102889975A - 特低渗透油藏水平微管束模拟仪

Info

Publication number: CN102889975A
Application number: CN2012103891598A
Authority: CN
Inventors: 付金华; 高春宁; 杨华; 李忠兴; 李文宏; 张永强; 李学丰; 张康; 周雯菁; 蔡永斌; 陆业昌; 段文标; 董金凤; 金拴联
Original assignee: LOW PERMEABILITY OIL AND GAS FIELDS EXPLORATION DEVELOPMENT NATIONAL ENGINEERING LABORATORY; Wuhan University WHU; Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Co
Current assignee: LOW PERMEABILITY OIL AND GAS FIELDS EXPLORATION DEVELOPMENT NATIONAL ENGINEERING LABORATORY; Wuhan University WHU; Exploration and Development Research Institute of PetroChina Changqing Oilfield Co
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: CN102889975B

Abstract

本发明属于油田工业应用基础研究领域，涉及一种特低渗透油藏水平微管束模拟的装置。包括微管束、流体储罐、成像检测单元、压力调控单元、温度调控单元。特低渗透油藏水平微管束模拟仪可实现不同管径的单根或多根微米级管束内两相或多相不相容流体间进行相互驱替驱时动态原位观测，得到外压、温度、管束的半径等因素对驱替的速率的影响；根据渗流力学理论，可以计算得到多相驱替时的毛管力并考察微管束的数目对毛管力的影响；通过流型相态的变化测量得到管内残余油膜厚度等。

Description

特低渗透油藏水平微管束模拟仪

技术领域

本发明涉及一种特低渗透油藏的管束模拟装置，尤其涉及一种特低渗透油藏水平微管束模拟仪，属于油田工业基础研究领域。

背景技术

由于中、高渗透油藏的持续开采，其剩余储量不断减少，导致低渗透油藏原油储量在石油总资源量中所占的比例迅速增加。因此，低渗透和特低渗透油藏的相关研究是油田工业相关领域亟待解决的问题。

实际工作中，油藏数值模拟方法是迄今为止定量地描述在非均质地层中多相流体流动规律的惟一方法，它能对油田未来的动态作出预测，提供不同开采计划的比较结果。为了满足理论基础研究的需要，很多研究者已经使用管束模型研究多孔介质中互不相容的流体相互驱替的物理作用，但其研究对象局限在直径在数十或数百毫米的管道内两相的流动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种特低渗透油藏水平微管束模拟仪。通过本发明装置，拓展了管束模拟的研究对象，由毫米级的管道精细到微米的微管道，两相驱替扩展到三相流动。实现了微管束内流体流动行为的动态在线监测，直观可视，结合流体渗流理论，得到驱替流速、毛管力、残余油膜等各种评价驱油效率的参数。

一种特低渗透油藏水平微管束模拟仪，包括水平排列的1~3根直径为0.5~1mm的微管束和两个以上的流体储罐，所述微管束的两端与流体储罐密封连接；

还包括压力调控单元，所述压力调控单元和流体储罐连接，控制微管束两端的压力差在0~1MPa之间；

还包括温度调控单元，控制微管束的温度在室温到80℃之间；

还包括成像检测单元。

上述方案中，

所述压力调控单元包括储气瓶、缓冲罐、压力检测器、压力显示器等四个部分。压力的测量值根据选择不同的检测器，可显示为表压和绝对压；微管束两端的压力差为两个压力检测器显示值之差。所述储气瓶内为惰性气体如氮气等。

所述温度调控单元由温度计、红外灯和变压器组成。

所述成像检测单元由具高速摄像功能的显微镜、CCD图像传感器和计算机组成。

根据研究的需要，所述微管束的多根管束的半径可相同或相异。

微管束内进行驱替的两相或多相流体是指气态或液态可流动的物质；可以组成液-气、液-液两相驱替，或是液-液-气、液-气-液和液-液-液三相驱替等。通过本发明装置，可以直接观测不同外压和温度下，不同管径的单根或多根微米级管束内不相容两相或多相流体相互驱替的流速，通过流型相态的变化测量得到残余油膜厚度，根据渗流力学理论测量毛管力等参数。流型相态的变化和流速等成像系统中可在线观察到的参数若能实现自动化处理，并程序化开发成软件，则将大大提高工作效率和准确度。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1. 本发明凭借显微镜的放大和高速摄像机的摄像功能，实现了微米级管道内流体行为的可视化和原位观测。

2. 本发明含有一个温度调控单元，环境温度的调控范围高达80℃，更接近实际体系。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图，其中，1. 微管束；2. 流体储罐； 13. 压力调控单元；14. 温度调控单元；15. 检测成像单元。

图2为本发明中成像检测单元的示意图，其中，3. 具有高速摄像功能的显微镜；4. CCD图像传感器；5. 计算机。

图3为本发明中压力调控单元的示意图，其中，6. 压力传感器；7. 压力显示器；8. 气体缓冲罐；9.储气瓶。

图4为本发明中温度调控单元的示意图，其中，10. 温度计；11. 变压器；12. 红外灯。

图5 实施例1中水的两相驱替速率随饱和度和压力差的变化。

图6 实施例2中不同管径两相驱替速率随压力差的变化。

图7 实施例3 中三相驱替速率随压力差的变化。

图8 实施例4 中毛管力随管束数量的变化。

图9 实施例5 中刮油速率随水饱和度的变化。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明装置包括微管束1、流体储罐2、成像检测单元15、压力调控单元13和温度调控单元14。微管束1为并列、水平排列在一起的单根或多至三根的管束，通过活塞将微管束1与流体储罐2连通在一起。至少配有两个流体储罐2，当研究的流体多于两相时，应准备相应数目的流体储罐；每个储罐上设置两个上出口，分别连接压力调控单元13中的压力传感器6和气体缓冲罐8（如图3中所示）。成像检测单元15依次连接的设备为具有高速摄像功能的显微镜3，CCD图像传感器4和显示微管束内流体动态的计算机5（如图2中所示）。压力调控单元13包括压力传感器6和压力显示器7，以及调节压力的气体缓冲罐8和惰性气体储气瓶9（如图3中所示）；其中气体缓冲罐和惰性气体储气瓶之间用钢圈连接。温度调控单元包括显示温度的温度计10和调节温度的变压器11和红外灯12（如图4中所示）。

微管束模拟实验包括在管束内进行的液-气、液-液两相驱替和液-液-气、液-气-液和液-液-液三相驱替等。下面，分别介绍两相驱替和三相驱替的实施方式。

以管束内油-水两相液-液驱替为例，介绍水平微管束内两相驱替时的使用方法，具体步骤为：

(1) 根据研究需要确定微管束的数目、管径大小和长度，将微管束的一端用一个活塞固定在两个流体储罐中的任意一个，例如先将毛细管的一端固定在油罐上；流体储罐里油的用量使毛细管该端端口被液封即可；另一个流体储罐装水，即为水罐。

(2) 让油通过压力调控单元，或者自发地充满微管束，再将毛细管的另一端与水罐接上。这时水在毛细管力作用下或者通过调节外压，进入微管束内，这时形成油水两相之间的互驱。

(3) 通过成像检测单元C中具有高速摄像功能的显微镜3放大和摄像记录，CCD图像传感器4进行光电信号的转换，传输到计算机5的屏幕上，显示流体动态。

(4) 根据研究需要选择性地使用温度调控单元E。通过变压器11调节红外灯12的功率，直至温度计10显示的环境温度达到预期温度；再次调节变压器11，使体系温度恒定在预期温度。

(5) 水平微管束模拟仪可以直接观测两相流体相互驱替的流速，即通过两相流体的界面在计算机屏幕上特定长度内的通过时间和显微镜的放大倍数，计算毛细管中流体互驱速率。还可根据渗流力学理论，考察微管束的内径、外压、温度和微管束的数目等因素对驱替速率、毛管力等评价油藏的重要参数的影响。

以管束内水-油-气三相驱替为例，介绍水平微管束内三相驱替时模拟仪的使用方法，具体步骤为：

(1) 准备三个流体储罐，分别为水罐、油罐和气罐（空的流体储罐）。

(2) 根据研究需要确定微管束的数目、管径大小和长度，将微管束的一端用一个活塞分别固定在三个流体储罐中的任意一个，例如先将毛细管的一端固定在水罐上；流体储罐里水的用量使毛细管该端端口被液封即可。

(3) 通过压力调控单元，或让水在毛管力的作用下自发地充满微管束，再将毛细管的另一端与油罐的下出口上。再次调节压力使油进入微管束内。当作为三相流体的中相的油柱进入管束内达到预期长度后，将油罐以气罐替换之，调节压力使气进入微管束内。此时，水-油-气三相驱替形成。

(4) 通过成像检测单元C中具有高速摄像功能的显微镜3放大和摄像记录，CCD图像传感器4进行光电信号的转换，传输到计算机5的屏幕上，显示流体动态。

(5) 根据研究需要选择性地使用温度调控单元E。通过变压器11调节红外灯12的功率，直至温度计10显示的环境温度达到预期温度；再次调节变压器11，使体系温度恒定在预期温度。

(6) 水平微管束模拟仪可以直接观测两相流体相互驱替的流速，即通过三相流体中两个界面之一在计算机屏幕上特定长度内的通过时间和显微镜的放大倍数，计算毛细管中流体互驱速率，考察微管束的内径、外压、温度等因素对流速的影响。还可根据渗流力学理论，考察微管束的内径、微管束的数目等因素对毛管力等评价油藏的重要参数的影响。

除了两相和三相驱替实验外，还可通过流型相态的变化测量得到残余油膜厚度。

实施例1：

温度T = 20.2℃时，半径为0.8μm、总长L = 189.0 mm的单管束中进行油-水两相驱替，在外压压力差分别为0，32，62，99和151kPa（外压压力差为水罐端的压力值减去油罐端的压力值），得到随着水驱油的进行，即水在整个管束内的百分比（饱和度）增加时，驱替速率的变化；随着外压的增加，流速增加；随着驱替的进行，驱替速率有所减小。如图5所示。

实施例2：

温度T = 67.3℃时，进行直径为5μm和10μm、总长均为L = 155.0 mm的双管束内油水驱替，考察水的饱和度为0.55（即水柱长度为L_w = 85.3 mm）时，水-油驱替速率在不同的外压压力差下的变化（外压压力差为水罐端的压力值减去油罐端的压力值），如下图6。流速随外压成线性变化；不同的管径内的两相驱替受外压影响程度不同，管径大的所受影响较大。

实施例3：

温度T = 38.7℃时，直径为10、15和20 μm、总长均为L = 210.3mm的三管束内水-油-气三相互驱实验，设定不同的外压，从而改变压力梯度，得到驱替速率随压力梯度的变化，如图7。可以看出，驱替速率随压力梯度成线性变化，且管径越大，其流速随压力梯度的改变也越大。

实施例4：

温度T = 76.8℃时，分别进行直径为10μm的单管束油水两相驱替实验、直径为10μm和1.8μm的双管束油水两相驱替实验，以及直径为10μm、1.8μm和180μm的三管束油水两相驱替实验，总长均为L = 223.7mm。根据渗流力学理论，通过测得的外压、流速计算得到微管束的数目等因素对毛管力的影响，如图8。可以看出，外界有其他管束存在时，其毛管力变化的范围会有所扩大。

实施例5：

分别在温度T = 20℃和50℃时，在内壁上附有残余油膜的管束内进行甜菜碱表面活性剂水溶液自发驱气的实验（外压压力差为0时），管束的直径为5μm，随着驱替的进行，水-气界面会刮起油膜，形成油柱。根据管束的直径、界面移动的距离和刮起油柱的长度，可以得到能够刮起的油膜的平均厚度。20℃时刮起油膜的厚度为3.16nm，50℃刮起油膜的厚度为2.94nm。温度对流速的影响见图9，由图可见，温度对甜菜碱表面活性剂的刮油作用主要体现在提高刮油的速率上。

综上所述，本发明可实现不同管径的单根或多根微米级管束内两相或三相不相容流体间进行相互驱替驱时动态原位观测，拓展了管束模拟的研究对象，由毫米级的管道精细到微米的微管道，两相驱替扩展到三相流动，突破了以往方法的研究极限，直观可视，考察外压、温度、管束的半径等因素对驱替的速率的影响；根据渗流力学理论，可以计算得到多相驱替时的毛管力并考察微管束的数目对毛管力的影响；通过流型相态的变化测量得到管内残余油膜厚度等。因此，这种特低渗透油藏水平微管束模拟仪对于模拟特低渗流油藏及其相关研究十分有效。

Claims

1.一种特低渗透油藏水平微管束模拟仪，其特征在于，包括水平排列的1~3根直径为0.5~1mm的微管束和两个以上的流体储罐，所述微管束的两端与流体储罐密封连接；

还包括成像检测单元。

2.根据权利要求1所述的特低渗透油藏水平微管束模拟仪，其特征在于，所述压力调控单元包括储气瓶、缓冲罐、压力检测器、压力显示器四个部分。

3.根据权利要求1或2所述的特低渗透油藏水平微管束模拟仪，其特征在于，所述温度调控单元由温度计、红外灯和变压器组成。

4.根据权利要求1或2所述的特低渗透油藏水平微管束模拟仪，其特征在于，所述成像检测单元由具高速摄像功能的显微镜、CCD图像传感器和计算机组成。

5.根据权利要求1或2所述的特低渗透油藏水平微管束模拟仪，其特征在于，所述微管束的多根管束的半径相同或相异。