CN103196796B - 研究超临界二氧化碳在地层中粘度特性的实验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研究超临界二氧化碳在地层中粘度特性的实验装置及方法。该装置包括液态二氧化碳储罐、第一容积泵、岩心夹持器、混合罐、增粘剂储罐、计量泵、恒温油浴系统、压差传感器、环压发生装置;液态二氧化碳储罐通过第一管线连接第一容积泵,管汇三通通过第二管线、第三管线、第四管线分别连接第一容积泵、岩心夹持器的入口、混合罐的二氧化碳注入口,混合罐的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口通过第五管线与第三管线相连,增粘剂储罐通过第七管线与混合罐的增粘剂注入口相连,岩心夹持器的出口通过第六管线与第一管线相连。本实验装置可以研究添加增粘剂的超临界二氧化碳在地层中的有效粘度随流速、流动距离及温度、压力的变化规律。

Description

研究超临界二氧化碳在地层中粘度特性的实验装置及方法
技术领域
本发明属于非常规油气增产技术领域,具体地,涉及一种研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置及方法,用于研究添加了增粘剂的超临界二氧化碳在地层中流动时的粘度特性。
背景技术
超临界二氧化碳(SC-CO2)压裂是一种新型的非常规油气藏储层改造技术,具有常规水力压裂技术不可比拟的一系列优势,是提高非常规油气储层导流能力,实现非常规油气资源商业开采的重要手段。
但是,SC-CO2具有粘度低、携砂能力差的缺点。要实现SC-CO2的加砂压裂,必须采取增粘措施来提高其携砂能力。增粘的有效途径是向SC-CO2中添加高分子增粘剂,将SC-CO2与高分子增粘剂混合用作压裂液。
然而,作为高分子溶液,SC-CO2压裂液在地层多孔介质中的流动与在管道中的流动有显著不同,既有剪切流动,又有拉伸流动,表现出明显的粘弹效应,其粘度既随剪切速率的变化而变化,也与地层渗透率、流动距离、增粘剂浓度、增粘剂类型及地层的温度、压力有关。因此,使用粘度计所测得的SC-CO2压裂液的表观粘度,并不能反映其在地层中的有效粘度。须针对实际地层条件展开SC-CO2压裂液的粘度特性研究,为SC-CO2压裂施工提供技术支撑。目前国内尚未有针对SC-CO2在地层中粘度特性的实验研究。
发明内容
为克服现有技术的缺陷,本发明的目的是提供一种研究超临界二氧化碳在地层中粘度特性的实验装置及方法,用于测量添加了增粘剂的超临界二氧化碳在地层多孔介质中的有效粘度,研究增粘剂类型、增粘剂浓度不同的超临界二氧化碳在地层多孔介质中流动时的粘度随流速、流动距离及地层温度、压力的变化规律,为超临界二氧化碳压裂在非常规油气开发中的应用提供有效的技术支撑。
本发明所采取的技术方案如下:
研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置,包括:液态二氧化碳储罐、第一容积泵、岩心夹持器、混合罐、增粘剂储罐、计量泵、恒温油浴系统、压差传感器、环压发生装置;其特征在于:混合罐设有二氧化碳注入口、增粘剂注入口和超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口,岩心夹持器设有一个入口、一个出口;
液态二氧化碳储罐通过第一管线连接第一容积泵,在第一管线上安装有第一针阀、增压泵、加热系统、第一温度传感器和第一压力传感器;
管汇三通通过第二管线、第三管线、第四管线分别连接第一容积泵、岩心夹持器的入口、混合罐的二氧化碳注入口,混合罐上安装有第二温度传感器;
第三管线上安装有第二针阀、流量计,流量计位于第二针阀和岩心夹持器的入口之间;第四管线上安装有第三针阀;
混合罐的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口通过第五管线与第三管线相连,连接点位于第二针阀和流量计之间,第五管线上安装有第二容积泵和第四针阀,第二容积泵位于混合罐的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口与第四针阀之间;
增粘剂储罐通过第七管线与混合罐的增粘剂注入口相连,增粘剂存储罐上安装有计量泵,第七管线上安装有第五针阀;
岩心夹持器的出口通过第六管线与第一管线相连,连接点位于第一针阀和增压泵之间,第六管线上安装有第六针阀和真空泵;
岩心夹持器内安装有胶筒,岩心夹持器通过第八管线与环压发生装置相连,第八管线上安装有第四压力传感器,混合罐和岩心夹持器置于恒温油浴系统中;
岩心夹持器的入口处和出口处分别安装有第二压力传感器和第三压力传感器,岩心夹持器上安装有压差传感器。
优选地,第一管线、第二管线、第三管线、第四管线、第五管线、第六管线均为内径小于2mm的钢管,外层敷设保温夹层用于保温。
优选地,在第一管线上从液态二氧化碳储罐至第一容积泵方向依次安装有第一针阀、增压泵、加热系统、第一温度传感器和第一压力传感器。
优选地,真空泵位于第六针阀和岩心夹持器的出口之间,第六针阀位于第六管线的岩心夹持器的出口到第六管线与第一管线连接点方向的末端。
研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,利用上述实验装置,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、测量气态二氧化碳流过岩心产生的压降,计算岩心的绝对渗透率
调整第一针阀处于关闭状态,第二针阀、第三针阀、第四针阀、第五针阀、第六针阀处于打开状态,第一容积泵、第二容积泵处于未启动状态,利用真空泵排除实验管路中的空气;
关闭第三针阀、第四针阀、第五针阀、第六针阀,打开第一针阀,启动第一容积泵,使二氧化碳由液态二氧化碳储罐流出,调节增压泵、加热系统和恒温油浴系统,将实验系统的压力、温度调节为使二氧化碳成为气态所需的温度、压力;
打开环压发生装置,调节环压发生装置的压力,使其比第一压力传感器显示的压力高2~5Mpa;
关闭第一针阀,打开第六针阀,通过调节第一容积泵使二氧化碳以一定速率沿轴向流过岩心后在实验管路中循环,待第二压力传感器、第三压力传感器的读数稳定后,记录其数值;气态二氧化碳在确定温度、压力下的粘度已知,因此可根据达西定律计算岩心的绝对渗透率:
K = 2 Q 0 P 0 μ CO 2 L 0 A ( P 1 2 - P 2 2 )
式中,K-岩心的绝对渗透率;
Figure BDA00003050172000042
-实验温度压力条件下气态二氧化碳的粘度;P0-大气压力;Q0-大气压力下的二氧化碳体积流量;L0-岩心长度;A-岩心端面积;P1、P2-分别为岩心夹持器入口处和出口处的压力。
(2)、测量超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液流过岩心产生的压降,计算其在地层多孔介质中的有效粘度
打开第五针阀,关闭第二针阀、第六针阀、第一容积泵,利用计量泵向混合罐内注入一定量的增粘剂(注入量可根据实验温度、压力、增粘剂浓度的设定值,通过混合罐内二氧化碳的真实气体状态方程计算得到);
然后关闭第五针阀,打开第一针阀、第三针阀,启动第一容积泵,使二氧化碳流向混合罐;调节增压泵、加热系统和恒温油浴系统,将实验系统的压力、温度调节为超过二氧化碳临界点的实验设定值,保证二氧化碳达到超临界状态;
待第二温度传感器、第一压力传感器显示的温度、压力达到实验设定值后,关闭第一针阀和第一容积泵;调节环压发生装置的压力,使其比第一压力传感器显示的压力高2~5MPa;
打开第四针阀、第六针阀,启动第二容积泵,通过调节第二容积泵,使混和增粘剂后的超临界二氧化碳以一定流速沿轴向流过岩心后在实验管路中循环,待压差传感器的读数稳定后,记录其数值;由于岩心的绝对渗透率已经计算得到,因此可根据达西定律计算增粘后的超临界二氧化碳在地层多孔介质中的有效粘度:
μ = ΔPK VL
式中,K-岩心的绝对渗透率;μ-增粘后的超临界二氧化碳在地层中的粘度;ΔP-测压点之间的压差;V-超临界二氧化碳的流速;L-测压点之间的距离;
随后通过调节第二容积泵,逐渐提高超临界二氧化碳的流速,记录压差传感器的读数,研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随流速的变化规律。
优选地,通过压差传感器测量岩心上不同测压点之间的压差,可以研究流动距离对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
优选地,通过改变实验系统的温度、压力,可以研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随温度、压力的变化规律。
优选地,使用绝对渗透率不同的岩心来进行实验,可以研究超临界二氧化碳在不同地层中的粘度特性。
优选地,实验中改变增粘剂的注入量以调节超临界二氧化碳中增粘剂的浓度,可以研究增粘剂浓度对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
优选地,在实验中改变增粘剂的类型,可以研究添加不同类型增粘剂的超临界二氧化碳在地层中的粘度特性,以对比不同增粘剂的增粘效果。
本发明的有益效果是:
1、本发明的实验装置的温度、压力可以调节,满足二氧化碳达到超临界状态的高温、高压环境要求,能够较真实地模拟超临界二氧化碳在地层多孔介质中的流动,可以测量超临界二氧化碳在地层中的有效粘度;
2、本发明的实验装置可以研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随地层温度、压力的变化规律;
3、本发明的实验装置可以研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随流速的变化规律;
4、本发明的实验装置可以研究增粘剂类型不同的超临界二氧化碳在地层中的粘度随增粘剂浓度的变化规律;
5、本发明的实验装置可以研究地层绝对渗透率和流动距离对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
附图说明
图1是本发明的实验装置示意图;
图中,1、液态二氧化碳储罐,2a、第一针阀,2b、第二针阀,2c、第三针阀,2d、第四针阀,2e、第五针阀,2f、第六针阀,3、增压泵,4、加热系统,6a、第一容积泵,6b、第二容积泵,7、流量计,8、岩心,9、岩心夹持器,10、混合罐,11、增粘剂储罐,12、计量泵,13、恒温油浴系统,14、压差传感器,15、环压发生装置,16、管汇三通,17、胶筒,18、第一温度传感器,19、第二温度传感器,20、第一压力传感器,21、第二压力传感器,22、第三压力传感器,23、第四压力传感器,24、真空泵,G1、第一管线,G2、第二管线,G3、第三管线,G4、第四管线,G5、第五管线,G6、第六管线,G7、第七管线,G8、第八管线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示,研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置,包括:液态二氧化碳储罐1、第一容积泵6a、岩心夹持器9、混合罐10、增粘剂储罐11、计量泵12、恒温油浴系统13、压差传感器14、环压发生装置15;混合罐10设有二氧化碳注入口、增粘剂注入口和超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口,岩心夹持器9设有一个入口、一个出口;
液态二氧化碳储罐1通过第一管线G1连接第一容积泵6a,在第一管线G1上从液态二氧化碳储罐1至第一容积泵6a方向依次安装有第一针阀2a、增压泵3、加热系统4、第一温度传感器18和第一压力传感器20;液态二氧化碳储罐1用于存储二氧化碳,第一针阀2a用于控制液态二氧化碳储罐1内二氧化碳的流出,增压泵3用于增加二氧化碳的压力至实验所需值,加热系统4用于加热二氧化碳使其温度达到实验所需值,第一温度传感器18和第一压力传感器20分别用于测量第一管线G1内二氧化碳的温度和压力。
管汇三通16通过第二管线G2、第三管线G3、第四管线G4分别连接第一容积泵6a、岩心夹持器9的入口、混合罐10的二氧化碳注入口,混合罐10上安装有第二温度传感器19,第一容积泵6a用于调节向混合罐10或岩心夹持器9中注入二氧化碳的速度。
第三管线G3上安装有第二针阀2b、流量计7,流量计7位于第二针阀2b和岩心夹持器9的入口之间,流量计7用于测量二氧化碳或临界二氧化碳与增粘剂混合溶液流过岩心的流量;第四管线G4上安装有第三针阀2c;
混合罐10的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口通过第五管线G5与第三管线G3相连,连接点位于第二针阀2b和流量计7之间,第五管线G5上安装有第二容积泵6b和第四针阀2d,第二容积泵6b位于混合罐10的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口与第四针阀2d之间,第二容积泵6b用于调节向岩心8中注入超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液的速度;
增粘剂储罐11通过第七管线G7与混合罐10的增粘剂注入口相连,增粘剂储罐11上安装有计量泵12,第七管线G7上安装有第五针阀2e;增粘剂存储罐11用于存储增粘剂,计量泵12用于向混合罐10中注入增粘剂并计量注入的增粘剂的量,以调节超临界二氧化碳中增粘剂的浓度,第五针阀2e用于控制增粘剂存储罐11内增粘剂的流出,混合罐10用于混合超临界二氧化碳与增粘剂,第二温度传感器19用于测量混合罐10内的温度;
岩心夹持器9的出口通过第六管线G6与第一管线G1相连,连接点位于第一针阀2a和增压泵3之间,第六管线上安装有第六针阀2f和真空泵24,真空泵24位于第六针阀2f和岩心夹持器9的出口之间,第六针阀2f位于第六管线G6的岩心夹持器的出口到第六管线与第一管线连接点方向的末端,第六针阀2f用于控制实验管路中二氧化碳的流向,真空泵24用于排除实验管路中的空气;
岩心8置于岩心夹持器9内,岩心夹持器9用于夹持岩心8,岩心夹持器9与岩心8之间安装有胶筒17,岩心夹持器9通过第八管线G8与环压发生装置15相连,环压发生装置15用于为岩心夹持器9提供环压,使胶筒17紧贴岩心以密封岩心8与胶筒17的接触面,避免流动介质在实验中从进口端直接窜至出口端,保证流动介质沿岩心8的轴向流动;第八管线G8上安装有第四压力传感器23,第四压力传感器23用于测量环压的大小;混合罐10和岩心夹持器9置于恒温油浴系统13中,恒温油浴系统13用于控制混合罐10和岩心夹持器9内的温度,使混合罐10内的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液和岩心夹持器9内的岩心8均达到所模拟地层的温度;
岩心夹持器9的入口处和出口处分别安装有第二压力传感器21和第三压力传感器22,岩心夹持器9上安装有压差传感器14,第二压力传感器21和第三压力传感器22分别用于测量岩心夹持器9入口处和出口处的压力,压差传感器14用于测量流动介质流过岩心8时产生的流动压降,可以测量岩心8上不同测压点之间的压差;
第一管线G1、第二管线G2、第三管线G3、第四管线G4、第五管线G5、第六管线G6均为内径小于2mm的细钢管,外层敷设保温夹层用于保温。
第二针阀2b、第三针阀2c和第四针阀2d的作用是,控制这三个针阀的开闭,可以控制二氧化碳及超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液的流向:在第一针阀2a处于开启状态的情况下,打开第二针阀2b,关闭第三针阀2c和第四针阀2d,可以使由液态二氧化碳储罐1流出的二氧化碳,沿第一管线G1、第二管线G2和第三管线G3流向岩心8;在第一针阀2a处于开启状态的情况下,打开第三针阀2c,关闭第二针阀2b和第四针阀2d,可以使由液态二氧化碳储罐1流出的二氧化碳,沿第一管线G1、第二管线G2和第四管线G4流入混合罐10;打开第四针阀2d,关闭第二针阀2b和第三针阀2c,可以使超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液由混合罐10沿第五管线G5、第三管线G3流向岩心8。
实施方式1:超临界二氧化碳在地层中的粘度特性研究实验
利用上述实验装置,主要步骤包括:
1、测量气态二氧化碳流过岩心产生的压降,计算岩心的绝对渗透率
调整第一针阀2a处于关闭状态,第二针阀2b、第三针阀2c、第四针阀2d、第五针阀2e、第六针阀2f处于打开状态,第一容积泵6a、第二容积泵6b处于未启动状态(此时第一容积泵6a、第二容积泵6b与实验管线是联通的),利用真空泵24排除实验管路中的空气;
关闭第三针阀2c、第四针阀2d、第五针阀2e、第六针阀2f,打开第一针阀2a,启动第一容积泵6a(即此时的状态为:第一针阀2a处于打开状态,第二针阀2b处于打开状态,第三针阀2c处于关闭状态,第四针阀2d处于关闭状态,第五针阀2e处于关闭状态,第六针阀2f处于关闭状态,第一容积泵6a处于启动状态,第二容积泵6b处于未启动状态),使二氧化碳由液态二氧化碳储罐1流出,调节增压泵3、加热系统4和恒温油浴系统13,将实验系统的压力、温度调节为使二氧化碳成为气态所需的温度、压力;
打开环压发生装置15,调节环压发生装置15的压力,使其比第一压力传感器20显示的压力高2~5Mpa;
关闭第一针阀2a,打开第六针阀2f,通过调节第一容积泵6a使二氧化碳以一定速率沿轴向流过岩心8后在实验管路中循环(即此时的状态为:第一针阀2a处于关闭状态,第二针阀2b处于打开状态,第三针阀2c处于关闭状态,第四针阀2d处于关闭状态,第五针阀2e处于关闭状态,第六针阀2f处于打开状态,第一容积泵6a处于启动状态,第二容积泵6b处于未启动状态),待第二压力传感器21、第三压力传感器22的读数稳定后,记录其数值;气态二氧化碳在确定温度、压力下的粘度已知,因此可根据达西定律计算岩心8的绝对渗透率:
K = 2 Q 0 P 0 μ CO 2 L 0 A ( P 1 2 - P 2 2 )
式中,K-岩心的绝对渗透率;
Figure BDA00003050172000102
-实验温度压力条件下气态二氧化碳的粘度;P0-大气压力;Q0-大气压力下的二氧化碳体积流量;L0-岩心长度;A-岩心端面积;P1、P2-分别为岩心夹持器入口处和出口处的压力。
2、测量超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液流过岩心产生的压降,计算其在地层多孔介质中的有效粘度
打开第五针阀2e,关闭第二针阀2b、第六针阀2f、第一容积泵6a(即此时的状态为:第一针阀2a处于关闭状态,第二针阀2b处于关闭状态,第三针阀2c处于关闭状态,第四针阀2d处于关闭状态,第五针阀2e处于打开状态,第六针阀2f处于关闭状态,第一容积泵6a处于未启动状态,第二容积泵6b处于未启动状态),利用计量泵12向混合罐10内注入一定量的增粘剂(注入量可根据实验温度、压力、增粘剂浓度的设定值,通过混合罐10内二氧化碳的真实气体状态方程计算得到);
然后关闭第五针阀2e,打开第一针阀2a、第三针阀2c,启动第一容积泵6a(即此时的状态为:第一针阀2a处于打开状态,第二针阀2b处于关闭状态,第三针阀2c处于打开状态,第四针阀2d处于关闭状态,第五针阀2e处于关闭状态,第六针阀2f处于关闭状态,第一容积泵6a处于启动状态,第二容积泵6b处于未启动状态),使二氧化碳流向混合罐10;调节增压泵3、加热系统4和恒温油浴系统13,将实验系统的压力、温度调节为超过二氧化碳临界点(7.38MPa、31.1℃)的实验设定值,保证二氧化碳达到超临界状态;
待第二温度传感器19、第一压力传感器20显示的温度、压力达到实验设定值后,关闭第一针阀2a和第一容积泵6a(即此时的状态为:第一针阀2a处于关闭状态,第二针阀2b处于关闭状态,第三针阀2c处于打开状态,第四针阀2d处于关闭状态,第五针阀2e处于关闭状态,第六针阀2f处于关闭状态,第一容积泵6a处于未启动状态,第二容积泵6b处于未启动状态);调节环压发生装置15的压力,使其比第一压力传感器20显示的压力高2~5MPa;
打开第四针阀2d、第六针阀2f,启动第二容积泵6b(即此时的状态为:第一针阀2a处于关闭状态,第二针阀2b处于关闭状态,第三针阀2c处于打开状态,第四针阀2d处于打开状态,第五针阀2e处于关闭状态,第六针阀2f处于打开状态,第一容积泵6a处于未启动状态,第二容积泵6b处于启动状态),通过调节第二容积泵6b,使混和增粘剂后的超临界二氧化碳以一定流速沿轴向流过岩心8后在实验管路中循环,待压差传感器14的读数稳定后,记录其数值;由于岩心8的绝对渗透率已经计算得到,因此可根据达西定律计算增粘后的超临界二氧化碳在地层多孔介质中的有效粘度:
μ = ΔPK VL
式中,K-岩心的绝对渗透率;μ-增粘后的超临界二氧化碳在地层中的粘度;ΔP-测压点之间的压差;V-超临界二氧化碳的流速;L-测压点之间的距离。
随后通过调节第二容积泵6b,逐渐提高超临界二氧化碳的流速,记录压差传感器14的读数,研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随流速的变化规律。
通过改变实验系统的温度、压力,可以研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随温度、压力的变化规律。
通过压差传感器14测量岩心8上不同测压点之间的压差,可以研究流动距离对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
实施方式2:超临界二氧化碳在不同地层中的粘度特性研究实验
利用如图1所示实验装置,主要步骤与实施方式1相同,只是使用绝对渗透率不同的岩心来进行实验,研究超临界二氧化碳在不同地层中的粘度特性。
实施方式3:增粘剂浓度不同的超临界二氧化碳在地层中的粘度特性研究实验
利用如图1所示实验装置,主要步骤与实施方式1相同,只是在实验中改变增粘剂的注入量以调节超临界二氧化碳中增粘剂的浓度,研究增粘剂浓度对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
实施方式4:添加不同类型增粘剂的超临界二氧化碳在地层中的粘度特性研究实验
利用如图1所示实验装置,主要步骤与实施方式1相同,只是在实验中改变增粘剂的类型,研究添加不同类型增粘剂的超临界二氧化碳在地层中的粘度特性,以对比不同增粘剂的增粘效果。
通过上述实施方式,可以研究在绝对渗透率不同的地层中,增粘剂类型、增粘剂浓度不同的超临界二氧化碳的粘度随流速、流动距离、温度、压力的变化规律,从而根据所需压裂地层的特性优选超临界二氧化碳增粘方案,为超临界二氧化碳压裂施工提供技术支撑。

Claims (10)

1.研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置,包括:液态二氧化碳储罐、第一容积泵、岩心夹持器、混合罐、增粘剂储罐、计量泵、恒温油浴系统、压差传感器、环压发生装置,岩心夹持器设有一个入口、一个出口,在第一管线上安装有第一针阀、增压泵、加热系统、第一温度传感器和第一压力传感器;其特征在于:混合罐设有二氧化碳注入口、增粘剂注入口和超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口;
液态二氧化碳储罐通过第一管线连接第一容积泵;
管汇三通通过第二管线、第三管线、第四管线分别连接第一容积泵、岩心夹持器的入口、混合罐的二氧化碳注入口,混合罐上安装有第二温度传感器;
第三管线上安装有第二针阀、流量计,流量计位于第二针阀和岩心夹持器的入口之间;第四管线上安装有第三针阀;
混合罐的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口通过第五管线与第三管线相连,连接点位于第二针阀和流量计之间,第五管线上安装有第二容积泵和第四针阀,第二容积泵位于混合罐的超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液出口与第四针阀之间;
增粘剂储罐通过第七管线与混合罐的增粘剂注入口相连,增粘剂储罐上安装有计量泵,第七管线上安装有第五针阀;
岩心夹持器的出口通过第六管线与第一管线相连,连接点位于第一针阀和增压泵之间,第六管线上安装有第六针阀和真空泵;
岩心夹持器内安装有胶筒,岩心夹持器通过第八管线与环压发生装置相连,第八管线上安装有第四压力传感器,混合罐和岩心夹持器置于恒温油浴系统中;
岩心夹持器的入口处和出口处分别安装有第二压力传感器和第三压力传感器,岩心夹持器上安装有压差传感器。
2.根据权利要求1所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置,其特征在于:第一管线、第二管线、第三管线、第四管线、第五管线、第六管线均为内径小于2mm的钢管,外层敷设保温夹层用于保温。
3.根据权利要求1或2所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置,其特征在于:在第一管线上从液态二氧化碳储罐至第一容积泵方向依次安装有第一针阀、增压泵、加热系统、第一温度传感器和第一压力传感器。
4.根据权利要求1或2所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的实验装置,其特征在于:真空泵位于第六针阀和岩心夹持器的出口之间,第六针阀位于第六管线的由岩心夹持器的出口到第六管线与第一管线连接点方向的末端。
5.研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,利用权利要求1-4所述的实验装置,其特征在于,包括以下步骤:
(1)、测量气态二氧化碳流过岩心产生的压降,计算岩心的绝对渗透率
调整第一针阀处于关闭状态,第二针阀、第三针阀、第四针阀、第五针阀、第六针阀处于打开状态,第一容积泵、第二容积泵处于未启动状态,利用真空泵排除实验管路中的空气;
关闭第三针阀、第四针阀、第五针阀、第六针阀,打开第一针阀,启动第一容积泵,使二氧化碳由液态二氧化碳储罐流出,调节增压泵、加热系统和恒温油浴系统,将实验系统的压力、温度调节为使二氧化碳成为气态所需的温度、压力;
打开环压发生装置,调节环压发生装置的压力,使其比第一压力传感器显示的压力高2~5Mpa;
关闭第一针阀,打开第六针阀,通过调节第一容积泵使二氧化碳以一定速率沿轴向流过岩心后在实验管路中循环,待第二压力传感器、第三压力传感器的读数稳定后,记录其数值;气态二氧化碳在确定温度、压力下的粘度已知,因此可根据达西定律计算岩心的绝对渗透率:
2 Q 0 P 0 μ C O 2 L 0 A ( P 1 2 - P 2 2 )
式中,K—岩心的绝对渗透率;
Figure FDA0000377182390000032
—实验温度压力条件下气态二氧化碳的粘度;P0—大气压力;Q0—大气压力下的二氧化碳体积流量;L0—岩心长度;A—岩心端面积;P1、P2—分别为岩心夹持器入口处和出口处的压力;
(2)、测量超临界二氧化碳与增粘剂混合溶液流过岩心产生的压降,计算其在地层多孔介质中的有效粘度
打开第五针阀,关闭第二针阀、第六针阀、第一容积泵,利用计量泵向混合罐内注入一定量的增粘剂;
然后关闭第五针阀,打开第一针阀、第三针阀,启动第一容积泵,使二氧化碳流向混合罐;调节增压泵、加热系统和恒温油浴系统,将实验系统的压力、温度调节为超过二氧化碳临界点的实验设定值,保证二氧化碳达到超临界状态;
待第二温度传感器、第一压力传感器显示的温度、压力达到实验设定值后,关闭第一针阀和第一容积泵;调节环压发生装置的压力,使其比第一压力传感器显示的压力高2~5MPa;
打开第四针阀、第六针阀,启动第二容积泵,通过调节第二容积泵,使混和增粘剂后的超临界二氧化碳以一定流速沿轴向流过岩心后在实验管路中循环,待压差传感器的读数稳定后,记录其数值;由于岩心的绝对渗透率已经计算得到,因此可根据达西定律计算增粘后的超临界二氧化碳在地层多孔介质中的有效粘度:
μ = ΔPK VL
式中,K—岩心的绝对渗透率;μ—增粘后的超临界二氧化碳在地层中的粘度;ΔP—测压点之间的压差;V—超临界二氧化碳的流速;L—测压点之间的距离;
随后通过调节第二容积泵,逐渐提高超临界二氧化碳的流速,记录压差传感器的读数,研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随流速的变化规律。
6.根据权利要求5所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,其特征在于,通过压差传感器测量岩心上不同测压点之间的压差,研究流动距离对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
7.根据权利要求5或6所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,其特征在于,通过改变实验系统的温度、压力,研究超临界二氧化碳在地层中的粘度随温度、压力的变化规律。
8.根据权利要求5或6所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,其特征在于,使用绝对渗透率不同的岩心来进行实验,研究超临界二氧化碳在不同地层中的粘度特性。
9.根据权利要求5或6所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,其特征在于,实验中改变增粘剂的注入量以调节超临界二氧化碳中增粘剂的浓度,研究增粘剂浓度对超临界二氧化碳在地层中的粘度的影响。
10.根据权利要求5或6所述的研究超临界二氧化碳在地层中的粘度特性的方法,其特征在于,在实验中改变增粘剂的类型,研究添加不同类型增粘剂的超临界二氧化碳在地层中的粘度特性,以对比不同增粘剂的增粘效果。
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