CN103048246A - 一种测定岩心-地层水-co2润湿性变化的装置及方法 - Google Patents

一种测定岩心-地层水-co2润湿性变化的装置及方法 Download PDF

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本发明提供了一种CO2驱油过程中测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置及方法，属于油气田勘探、开发领域所用测试方法领域。所述方法首先将岩心放入高温高压釜内，调整好位置，以确保地层水能够准确的滴到岩心上，然后将地层水滴在岩心上形成液滴，再充入CO2来调整压力到第一个压力点，测量第一个压力点下的液滴的接触角，然后充入CO2使岩心上的液滴完全消失，再调整压力到第二个压力点，重复上述过程直到完成所有压力点下的液滴的接触角的测量，最后得到润湿性变化规律。利用本发明可以连续测定地层温度、不同CO2压力条件下的岩心-地层水-CO2接触角，模拟了真实油藏的CO2驱替过程中岩石润湿性的变化。

Description

一种测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置及方法
技术领域
本发明属于油气田勘探、开发领域所用测试方法领域，具体涉及一种测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置及方法。 
背景技术
CO2驱油是最有前途的提高原油采收率(EOR)的方法之一。当CO2注入油藏之后，会形成许多新的相界面，研究CO2驱替过程中的相界面特性具有重要的理论和实践意义。其中岩石润湿性的变化影响着毛管压力、相对渗透率和流体的流动特性。 
目前评价润湿性的方法分为两类：一类是Amott指数法和USBM指数法，该类方法可以测定岩心的平均润湿性；第二类是接触角法，该类方法可以测定岩心表面润湿性，并且第一类方法测得的润湿性是定性数据，将岩心的润湿性分为亲水、亲油和中性润湿，第二类方法即接触角法可以定量决定岩石润湿性。 
油藏条件下岩心-地层水-CO2接触角可以直接定量决定岩石润湿性，通过测定接触角的变化规律可以认识CO2驱油过程中岩石润湿性的变化规律，进而指导油田开发过程。 
现有的接触角的测定方法大体分为三类： 
①角度测量法，观测液滴或气泡在固体表面上的外形，并在固、液、气三相交点处作切线，用量角器直接量角度； 
②长度测量法，通过对在固体表面上液滴的高度、宽度等的测量，计算出接触角，如液滴最大高度法、吊片法等； 
③重量法，利用吊片法测定液体表面张力的原理，可以测定液体对固体(吊片)的接触角。 
其中角度测量法可以直接量出精确的角度，成为最常采用的方法。 
目前，采用角度测量法测定岩石的接触角，尤其是测定CO2驱油过程中岩心-地层水-CO2的接触角存在难度，因为CO2驱油过程是一个多参数连续变化的过程，传统的接触角测定物理模拟方法不能准确的反应CO2驱油过程中岩石润湿性的变化规律。 
现有文献中，Daoyong Yang等采用接触角法测定CO2驱油过程中岩心-地层水-CO2润湿性变化(Daoyong Yang，Yongan Gu，Paitoon Tontiwachwuthikul.Wettability Determination of the Reservoir Brine-Reservoir Rock System with Dissolution of CO2 at High Pressures and Elevated Temperatures.Energy & Fuels，2008，22，504-509)，其方法为首先测定第一个压力点的岩心-地层水-CO2的接触角，进行第二个压力点测试时，加入3-5mm3的地层水滴到第一个压力点残存的液滴上，该方法虽然可以粗略的模拟CO2驱油过程中岩心-地层水-CO2润湿性变化，但没有克服前一个压力点残存的液滴对下一个压力点测试精度的影响。在接触角测定的过程中，每一个压力点的测试必须保证岩心表面光滑平整，不能残存任何的液滴，所以现有的测定方法并不精确，存在很大误差。 
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种CO2驱油过程中测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置及方法，能够连续测定地层温度、不同CO2压力条件下岩心-地层水-CO2接触角，模拟真实油藏条件下CO2驱油过程中接触角变化，进而得出岩石润湿性的变化规律。 
本发明是通过以下技术方案实现的： 
一种测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置，所述装置包括地层水供给系统、测定室、二氧化碳供给系统、光源、放大摄像系统和计算机图像处理系统； 
所述地层水供给系统、二氧化碳供给系统分别与测定室连接；所述光源和 放大摄像系统分别设置在所述测定室的两侧；所述放大摄像系统与所述计算机图像处理系统连接。 
所述地层水供给系统包括地层水手动转样泵和地层水进样泵，所述地层水手动转样泵的出口通过阀门与地层水进样泵的入口连接，所述地层水进样泵的出口通过阀门接入测定室。 
所述二氧化碳供给系统包括二氧化碳手动转样泵、二氧化碳容器和二氧化碳气瓶，所述二氧化碳手动转样泵的出口通过阀门与二氧化碳容器的入口连接，所述二氧化碳气瓶的出口通过阀门与二氧化碳容器的另一个入口连接，所述二氧化碳容器的出口通过阀门和压力表接入测定室。 
所述测定室包括高温高压釜和保温套，所述高温高压釜装在保温套内，在所述高温高压釜内装有针和岩心，所述针垂直设置在岩心的上方，地层水从地层水进样泵出来后通过针滴落到岩心上；CO2通过二氧化碳供给系统接入高温高压釜内。 
所述高温高压釜开有对称的两个视窗，光源和放大摄像系统装在高温高压釜外面，光源对准一个视窗，放大摄像系统对准另一个视窗； 
所述高温高压釜的出口处装有阀门。 
一种利用所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置来测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的方法，所述方法首先将岩心放入高温高压釜内，调整好位置，以确保地层水能够准确的滴到岩心上，然后将地层水滴在岩心上形成液滴，再充入CO2来调整压力到第一个压力点，测量第一个压力点下的液滴的接触角，然后充入CO2使岩心上的液滴完全消失，再调整压力到第二个压力点，再将地层水滴在岩心上，测量第二个压力点下的液滴的接触角，重复此过程直到完成所有压力点下的液滴的接触角的测量，最后通过分析接触角在不同压力下的变化得到润湿性变化规律。 
所述方法包括以下步骤： 
(1)准备步骤，包括以下步骤： 
(11)将岩心切成规定的形状，并将岩心的表面打磨平整； 
(12)把切好的岩心置于所述高温高压釜内，调整好位置，以确保地层水能够准确的滴到岩心上； 
(13)连接好装置，并检验其密封性； 
(2)测量步骤，包括以下步骤： 
(21)测量第一个压力点下的接触角，包括以下步骤： 
(A)对所述装置中的高温高压釜抽真空，并恒温到设定温度； 
(B)向高温高压釜内充入CO2，使其压力达到第一个压力点的设定值； 
(C)稳定一段时间，直到压力稳定，然后将地层水引入高温高压釜内，通过高温高压釜内的针头准确地将地层水滴到高温高压釜内的岩心上，再拍摄岩心上液滴的照片，然后测量出接触角； 
(22)测量第二个压力点下的接触角：充入CO2直到高温高压釜内岩心上的液滴全部溶解到CO2中，即让岩心表面残存的液滴消失，然后再充入CO2或者排出CO2，使高温高压釜内CO2的压力达到第二个压力点的设定值，重复步骤(21)中的步骤(C)； 
(23)连续对其它各个压力点进行与步骤(22)同样的过程，直到测试完成所有的压力点。 
该发明可以连续测定地层温度、不同CO2压力条件下岩心-地层水-CO2接触角，反映在CO2驱油的过程中，CO2、地层水和岩石之间相互作用对接触角的影响，这些影响主要包括三个方面：第一，压力对接触角的影响；第二，饱和CO2的地层水与岩石的相互作用对接触角的影响；第三，饱和水的CO2与岩石的相互作用对接触角的影响。 
与现有技术相比，本发明的有益效果是： 
(1)利用本发明可以连续测定地层温度、不同CO2压力条件下的岩心-地层水-CO2接触角，模拟了真实油藏的CO2驱替过程中岩石润湿性的变化，省去了复杂的拆卸仪器和繁琐的检验仪器密封性步骤，节省了实验的时间； 
(2)本发明中，各个压力点之间利用CO2对水的溶解作用，消除了前一个压力点残存的液滴对下一个压力点的测试的影响，减小了实验的误差，提高了实验精度； 
(3)利用本发明可以测定利用CO2提高石油采收率和CO2埋存过程中岩石-地层水-CO2的接触角变化，得出CO2注入过程中润湿性的变化规律，优化CO2提高石油采收率矿场方案设计，在CO2EOR过程和CO2埋存过程具有非常重要的应用和广阔的前景。 
附图说明
图1是本发明测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置的结构示意图，其中，1、地层水供给系统；2、地层水手动转样泵；3、地层水进样泵；4、测定室；5、保温套；6、高温高压釜；7、视窗；8、光源；9、二氧化碳供给系统；10、二氧化碳手动转样泵；11、二氧化碳容器；12、压力表；13、二氧化碳气瓶；14、放大摄像系统；15、计算机图像处理系统；16、排空口；17、18、19、20、21、22、阀门；23、岩心；24、针。 
图2是本发明方法实施例中所用的测试岩心样品的示意图。 
图3是本发明方法实施例中利用本发明方法连续测定的岩心-地层水- CO2接触角与CO2压力的关系曲线。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述： 
本发明测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置的结构如图1所示，包括地层水供给系统1，测定室4，二氧化碳供给系统9、光源8、放大摄像系统14和计算机图像处理系统15。 
所述地层水供给系统1包括地层水手动转样泵2和地层水进样泵3，所述地层水手动转样泵2的出口通过阀门17与地层水进样泵3的入口连接，所述地层 水进样泵3的出口通过阀门18接入测定室。 
所述二氧化碳供给系统9包括二氧化碳手动转样泵10、二氧化碳容器11和二氧化碳气瓶13，所述二氧化碳手动转样泵10的出口通过阀门19与二氧化碳容器11的入口连接，所述二氧化碳气瓶13的出口通过阀门21与二氧化碳容器11的另一个入口连接，所述二氧化碳容器11的出口通过阀门20和压力表12接入测定室。 
所述测定室包括高温高压釜6和保温套5，图1中的圆圈就是高温高压釜，它有两个入口和一个出口，地层水和CO2的引入是通过管线进行的，管线是通过接头接到高温高压釜的。所述高温高压釜6装在保温套5内，在所述高温高压釜6内装有针24和岩心23，所述针24垂直设置在岩心23的上方，地层水从地层水进样泵3出来后通过针24滴落到岩心23上；CO2通过二氧化碳供给系统9接入高温高压釜6内。 
所述高温高压釜6开有对称的两个视窗7，光源8和放大摄像系统14装在高温高压釜6外面，光源8对准一个视窗7，放大摄像系统14对准另一个视窗7； 
所述高温高压釜的出口处装有阀门22，其与排空口16连接。 
本发明的一个具体实施例如下： 
某油田的地层水矿化度为14224.2mg/L，所用的测试岩心样品如图2所示，该油田的地层温度为97.53℃，连续测定地层温度下不同CO2压力下岩心-地层水- CO2接触角。 
利用本发明方法进行实验，具体步骤如下： 
仪器安装步骤： 
(1)将岩心切成规定的形状，表面打磨十分平整，如图2所示；因为高温高压釜的入口很小，只有将岩心切成小块才可以放入，同时润湿性测试时样品不能太薄，可以选择小立方体，比如9mm×9mm×9mm等； 
(2)把切好的岩心置于高温高压釜内的平台上，调整好位置，以确保地层 水能够准确的滴到岩心上； 
(3)连接实验装置中的各个部件，如图1所示，检验其密封性。 
实验步骤： 
第-步，测量达到第一个压力点(0.194MPa)时的接触角，包括以下步骤： 
(1)对高温高压釜抽真空； 
(2)恒温到设定温度97.53℃； 
(3)充入CO2，使压力达到设定值0.194MPa； 
(4)稳定一段时间，直到压力稳定； 
(5)打开阀门1，用地层水进样泵将地层水引入高温高压釜，通过针头准确的滴到釜内的岩心上； 
(6)利用放大摄像系统拍摄滴到岩心上的液滴的照片，通过角度测量仪量出接触角。 
第二步，测量达到第二个压力点(2.059MPa)时的接触角，包括以下步骤： 
由于此时岩心表面有前一个压力点的液滴，会影响第二个液滴的测量结果，所以利用CO2对水的溶解作用，此时充入足够的CO2，直到釜内岩心上的液滴全部溶解到CO2中，使得岩心表面残存的液滴消失，然后将压力调整到2.059MPa，重复第一步中的(4)(5)(6)的步骤； 
第三步，连续对其它各个压力点进行与第二步同样的过程，直到测试完成所有的压力点，结果如表1所示，表1给出的是连续测定的岩心-地层水-CO2接触角与CO2压力关系数据表。 
  压力/MPa   接触角/°   压力/MPa   接触角/°
  0.194   85.02   18.546   47.12
  2.059   88.13   22.372   42.78
  4.109   76.8   26.121   42.53
  6.186   53.08   30.076   58.12
  9.992   61.06   34.461   42.85
  14.008   45.62    
表1 
本实施例得到的连续测定的岩心-地层水-CO2接触角与CO2压力的关系曲线如图3所示。从图3中可以看出，接触角的测定结果表明：在CO2驱油的过程中，随着压力的升高，岩石的润湿性由中性湿(接触角为75°-105°)变为水湿(0-75°)，该结果可以应用到油田开发过程中，为其提高理论和数据支持。 
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。 

Claims (7)

1.一种测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置，其特征在于：所述装置包括地层水供给系统、测定室、二氧化碳供给系统、光源、放大摄像系统和计算机图像处理系统；
所述地层水供给系统、二氧化碳供给系统分别与测定室连接；所述光源和放大摄像系统分别设置在所述测定室的两侧；所述放大摄像系统与所述计算机图像处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置，其特征在于：所述地层水供给系统包括地层水手动转样泵和地层水进样泵，所述地层水手动转样泵的出口通过阀门与地层水进样泵的入口连接，所述地层水进样泵的出口通过阀门接入测定室。
3.根据权利要求2所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置，其特征在于：所述二氧化碳供给系统包括二氧化碳手动转样泵、二氧化碳容器和二氧化碳气瓶，所述二氧化碳手动转样泵的出口通过阀门与二氧化碳容器的入口连接，所述二氧化碳气瓶的出口通过阀门与二氧化碳容器的另一个入口连接，所述二氧化碳容器的出口通过阀门和压力表接入测定室。
4.根据权利要求3所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置，其特征在于：所述测定室包括高温高压釜和保温套，所述高温高压釜装在保温套内，在所述高温高压釜内装有针和岩心，所述针垂直设置在岩心的上方，地层水从地层水进样泵出来后通过针滴落到岩心上；CO2通过二氧化碳供给系统接入高温高压釜内。
5.根据权利要求4所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置，其特征在于：所述高温高压釜开有对称的两个视窗，光源和放大摄像系统装在高温高压釜外面，光源对准一个视窗，放大摄像系统对准另一个视窗；
所述高温高压釜的出口处装有阀门。
6.一种利用权利要求1-5之一所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的装置来测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的方法，其特征在于：所述方法首先将岩心放入高温高压釜内，调整好位置，以确保地层水能够准确的滴到岩心上，然后将地层水滴在岩心上形成液滴，再充入CO2来调整压力到第一个压力点，测量第一个压力点下的液滴的接触角，然后充入CO2使岩心上的液滴完全消失，再调整压力到第二个压力点，再将地层水滴在岩心上，测量第二个压力点下的液滴的接触角，重复此过程直到完成所有压力点下的液滴的接触角的测量，最后通过分析接触角在不同压力下的变化得到润湿性变化规律。
7.根据权利要求6所述的测定岩心-地层水-CO2润湿性变化的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)准备步骤，包括以下步骤：
(11)将岩心切成规定的形状，并将岩心的表面打磨平整；
(12)把切好的岩心置于所述高温高压釜内，调整好位置，以确保地层水能够准确的滴到岩心上；
(13)连接好装置，并检验其密封性；
(2)测量步骤，包括以下步骤：
(21)测量第一个压力点下的接触角，包括以下步骤：
(A)对所述装置中的高温高压釜抽真空，并恒温到设定温度；
(B)向高温高压釜内充入CO2，使其压力达到第一个压力点的设定值；
(C)稳定一段时间，直到压力稳定，然后将地层水引入高温高压釜内，通过高温高压釜内的针头准确地将地层水滴到高温高压釜内的岩心上，再拍摄岩心上液滴的照片，然后测量出接触角；
(22)测量第二个压力点下的接触角：充入CO2直到高温高压釜内岩心上的液滴全部溶解到CO2中，即让岩心表面残存的液滴消失，然后再充入CO2或者排出CO2，使高温高压釜内CO2的压力达到第二个压力点的设定值，重复步骤(21)中的步骤(C)；
(23)连续对其它各个压力点进行与步骤(22)同样的过程，直到测试完成所有的压力点。
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