CN103216222B - 一种模拟微生物驱油的高温高压可视化装置以及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是在高温高压试验条件下，模拟油藏高温、高压条件下微观仿真可视模型中，微观剩余油被采出的过程，研究微生物驱油技术在水驱后提高采收率技术的可行性，进行可视化的微观驱油实验研究的实验方法及装置，具体涉及的是一种模拟微生物驱油的高温高压可视化装置以及模拟方法，所述装置包括夹持有微观可视模型的模型夹持器、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统以及图像采集系统；该装置控制温度和压力简便，使用空间小，安全性能优越，操作简便，便于在可视化条件下观察微生物与石油烃的作用机理，及微生物对残余油的启动机理，对微观实验在石油行业中的广泛应用和推广具有重要意。

Description

一种模拟微生物驱油的高温高压可视化装置以及模拟方法

技术领域

本发明涉及的是在高温高压试验条件下，模拟油藏高温、高压条件下微观仿真可视模型中，微观剩余油被采出的过程，研究微生物驱油技术在水驱后提高采收率技术的可行性，进行可视化的微观驱油实验研究的实验方法及装置，具体涉及的是一种模拟微生物驱油的高温高压可视化装置以及模拟方法。

背景技术

藏环境孔隙介质中微生物与石油烃作用技术研究，是一项利用微生物的有益活动及代谢产物改变石油烃的组成和流动性，进而提高原油采收率的一项综合性技术。经过近年来的不断研究和现场试验，微生物在油田中的应用有了长足的发展，用微生物在高含蜡油井和有机质沉淀堵塞油井中进行吞吐，已成为一种常规的增产技术；微生物驱油提高采收率也有了较强的技术积累，特别是空气辅助微生物驱和本源微生物驱的研究与初步实验表明微生物驱油将在高含水油田、聚合物驱后的油田提高采收率中起到非常重要的作用。

微生物采油技术与其他三次采油技术相比，具有适用范围广、工艺简单、投资少、见效快、功能多、费用低、无污染等优点，是目前最具发展前景的一项三次采油技术。但是由于实际油藏黏度高、温度高和压力高的特性，目前已有的理论研究成果不能满足油田生产对理论的需求，尤其缺少高温、高压条件下可视化的微生物微观驱油过程及微生物对残余油启动过程的机理分析。因此，亟需研究能够调整温度和压力的微生物驱油可视化微观实验方法及装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可高温高压微生物驱油可视化微观实验方法及装置，也就是说模拟微生物驱油的可视化装置以及模拟方法。，这种可视化模拟驱油实验研究装置（模拟微生物驱油的可视化装置）用于解决目前尚不能模拟高温高压条件下进行微生物驱油的研究问题。本发明涉及石油天然气流动实验装置，可以利用普通玻璃微观实验模型进行压力在25MPa以下的，压差在8MPa以下、温度在150℃以下的各种微观实验，实验模型的大小为6.5cm×6.5cm，可以完成高温高压条件下微生物对水驱后剩余油作用机理的研究工作。

1.    本发明的技术方案是：一种模拟微生物驱油的高温高压可视化装置，该装置包括微观可视模型、用于夹持所述微观可视模型的模型夹持器、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统和图像采集系统；

所述微观可视模型上两端设有进口和出口；

所述模型夹持器由缸体、夹持器上密封盖、夹持器下密封盖、上石英玻璃和下石英玻璃组成；所述缸体为圆筒状，在所述缸体内壁中部有环状台阶，所述缸体的外壁上设有流体流入孔、流体流出孔、环压孔以及测温孔；所述缸体与所述夹持器上密封盖、夹持器下密封盖螺纹连接，所述上密封盖内部设置所述上石英玻璃，所述下密封盖内部设置下石英玻璃；

所述图像采集系统其用于实时显示和记录微观可视模型中的流动状态，该系统包括平面光源、CDD录像仪、图像显示器和支架；

所述回压系统用于调节所述夹持器内部的压力，该系统包括第一手动泵和第一储液罐；

所述环压系统用于保持所述夹持器内部的压力，该系统包括第二手动泵和第二储液罐；

所述压力监视系统用于监测环压、微观可视模型进口的压力和出口的压力，该系统包括多个压力表；

所述温度控制系统用于控制所述模型夹持器内部的温度，该系统包括温度控制器；

所述驱替系统包括驱替泵、调节阀、第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器；

其中，所述缸体安装在所述支架上，所述支架的底座上设置有所述平面光源，所述CDD录像仪设置在所述缸体的上端，所述图像显示器与CDD录像仪数据连接，

所述微观可视模型固定安装所述缸体内部的环状台阶上，所述流体流入孔与所述进口相联通，所述流体流出孔与所述出口相联通；

所述驱替泵分别与所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的一端连接，所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的另一端通过管路均与所述流体流入孔相连通，所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器内均设有活塞, 所述调节阀分别设置所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的两端；所述第一手动泵的一端与所述第一储液罐相连接，另一端通过管路与所述流体流出孔相连接，所述第二手动泵的一端与所述第二储液罐相连接，另一端通过管路与所述环压孔相连接，所述温度控制器通过管线与所述测温孔相连接；所述管路上均设有压力表。

进一步，所述驱替系统还包括回压阀和微量计量器，所述回压阀设置在所述流体流出孔和第一手动泵之间，所述回压阀的两端设置有所述压力表，所述微量计量器与所述回压阀相连接。

进一步，所述微观可视模型为透明的二维平面模型，其通过把天然岩心的孔隙系统光刻蚀到平面玻璃上并烧结成型而制成。

本发明的另一目的是提供一种采用上述的装置的模拟微生物驱油的方法，其包括如下步骤：

步骤1、打开微观模型夹持器的上密封盖，将微观模型夹持器的下缸体内加满自来水，将微观可视模型放置在夹持器缸体内壁中部环状台阶上，且微观可视模型的进口、出口与流体流入孔和流体流出孔相对并且相通，再将上缸体内添加自来水2cm高度，放空状态下缓慢拧紧夹持器上密封盖，保证气泡完全排除后，关闭放空，使驱替系统中的驱替泵、第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、微观可视模型与回压系统组合成一个密闭流动空间；

步骤2、打开温度控制器，对所述微观可视模型进行定温加热；通过驱替泵将第二中间容器中的水泵入到微观可视模型中，在加热过程中，通过环压系统和回压系统调整所述夹持器内部的环压与微观可视模型的出口压力都达到预定压力；

步骤3、分别关闭第三中间容器和第二中间容器两侧的调节阀，打开第一中间容器两侧的调节阀，通过驱替泵将第一中间容器中的油泵入到微观可视模型中，对所述微观可视模型进行饱和油，直到所述微观可视模型的出口无水流出为止；通过CDD录像仪实时显示和记录微观可视模型内饱和油的状态；

步骤4、关闭第一中间容器两侧的调节阀，并打开第二中间容器两侧的调节阀，通过驱替泵将第二中间容器中的含有微生物的地层水以第一预定速度泵入到微观可视模型中，进行微生物驱替模拟；当含有微生物的地层水注入量达到第一预定PV数值后，微生物驱替模拟结束，通过CDD录像仪对微生物驱替模拟过程以及所述微观可视模型中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域进行显示和记录；

步骤5、关闭第二中间容器两侧的调节阀，保证微观可视模型在预定压力下以及定温下培养1-2周,并且每天通过CDD录像仪对所述微观可视模型中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域进行显示和记录，以观察微生物发育情况；

步骤6、打开第三中间容器的两侧的调节阀，并通过驱替泵将第一水泵入机构中的水以第二预定速度泵入到微观可视模型，对微观可视模型进行后续水驱；当注入量达到第二预定PV数值时，水驱结束，通过图像采集系统对水驱过程以及所述模型中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域进行显示和记录。

所述定温为80℃。

所述第一和第二预定速度均为0.003mL/min。

所述第一和第二预定PV数值均为1.5PV。

所述预定压力为10MPa。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能够在高温高压条件下进行微生物驱油可视化微观实验，能便捷和有效的根据实际油藏温度和压力条件选择微生物驱油可视化微观模型的实验温度和环压大小。

2、本实验装置根据实际油藏条件，控制温度和压力技术简便，使用空间小，安全性能优越，操作简便，便于在可视化条件下观察微生物与石油烃的作用机理，及微生物对残余油的启动机理，对微观实验在石油行业中的广泛应用和推广具有重要意义。

附图说明

图1是本发明可视化装置的结构示意图。

图2是本发明模型夹持器的结构示意图。

图中，1、温度控制器； 2、CDD录像仪； 3、放空阀； 4、模型夹持器； 5、图像显示器； 6、第二储液罐； 7、第二手动泵；8、驱替泵； 9、调节阀 ；10、活塞 ；11、第一中间容器；12、压力表；13、烧杯；14、第二中间容器；15、 第三中间容器；16、支架； 17 、平面光源； 18、微观可视模型； 19、微量计量器； 20、回压阀； 21、第一储液罐； 22、第一手动泵； 23、流体流入孔；24、测温孔； 25、上石英玻璃； 26、夹持器上密封盖 ；27、环压孔； 28、流体流出孔； 29、缸体； 30、夹持器下密封盖 ；31、下石英玻璃；181、入口；182、出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1和2所示，本发明一种模拟微生物驱油的高温高压可视化装置（微生物驱油可视化实验研究装置）由模型夹持器4、微观可视模型18、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统、图像采集系统组成。

微观可视模型18是一种透明的二维平面模型。采用光刻蚀工艺技术把天然岩心的真实孔隙系统光刻到平面光学玻璃上烧结成型。并在模型的相对两角处分别打一小孔，分别为所述模型的进口181和出口182，微观可视模型18具有透明性，可直接观察驱油过程；且具有仿真性，可根据油藏天然岩心的孔隙结构，实现几何形态和驱替过程的仿真；

模型夹持器4是高温高压微观实验系统的核心，其主要作用是为微观可视模型18提供高压外部环境，以及合适的恒温条件，同时，提供外接管线与模型18的接口，该模型夹持器4主要由夹持器上密封盖26、夹持器下密封盖30、上石英玻璃25、下石英玻璃31以及具有容器壁的缸体29构成，通过上石英玻璃25、下石英玻璃31可观察到微观可视模型18中流体流动情况。缸体29为圆筒状，在缸体内壁中部有环状台阶，环状台阶作为微观可视模型18的固定架，缸体29的外壁设有流体流入孔23、流体流出孔28、测温孔24以及环压孔27，流体流入孔23和流体流出孔28；

驱替系统作为整个高温高压装置的动力源，主要包括驱替泵8、第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15、回压阀20和微量计量器19。第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15内均含活塞10，将实验用流体（模拟油、自来水、含有微生物的地层水）分别储存在第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15的活塞10上部，驱替泵8作用把压力流体泵入中间容器下部并推动活塞10上移，实验用流体（模拟油、自来水、含有微生物的地层水）通过管线以预定压力，比如10MPa流入夹持器流体流入孔23，进入微观可视模型18的进口181，流经微观可视模型18后，通过出口182，经模型夹持器4的流体流出孔28流出，再经过回压阀20流入微量计量器19。

回压系统主要由第一手动泵22和第一储液罐21组成。第一储液罐21中充满自来水，第一手动泵22将液体直接打入微观可视模型18，使微观可视模型18出口增压到预定压力 10MPa，保证微观可视模型18的进口181、出口182的压力相等，进而维护微观可视模型18的完整性；

第一储液罐6中充满自来水，通过第一手动泵7将自来水通过环压孔27注入到模型夹持器环空中，能为空间提供压力源，这个压力能为微观可视模型18外部提供环压，比如10Mpa。保证微观可视模型的流动模拟地层环境，在一个高温高压环境下进行；且可以为微观可视模型18紧紧压在缸体29中部的固定架上，保证密封。

压力监视系统由六个精密压力表12组成。用于监测中间容器中流体注入微观可视模型18的进口压力、微观可视模型18的出口压力、环压压力以及回压压力，保证整个高温高压实验过程的运行性和安全性。

温度控制系统为温度控制器1通过管线连接模型夹持器4上的测温孔24，为模型夹持器4内部水浴加热，进而为微观可视模型18提供一个预定的恒温环境。

所述图像采集系统其用于实时显示和记录微观可视模型18中的流动状态，该系统包括平面光源17、CDD录像仪2、图像显示器5和支架16；

环压系统用于保持模型夹持器4内部的压力，该系统包括第二手动泵7和第二储液罐6；

其中，缸体29安装在支架16上，支架16的底座上设置有平面光源17， CDD录像仪2设置在缸体29的上端，图像显示器5与CDD录像仪2数据连接，

微观可视模型18固定安装缸体29内部的环状台阶上，流体流入孔23与进口181相联通，流体流出孔28与出口182相联通；

驱替泵8通过管线分别与第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15的一端连接，所述第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15的另一端通过管路均与所述流体流入孔23相连通，所述管路上均设有压力表12，所述第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15内均设有活塞10, 所述调节阀9分别设置第一中间容器11、第二中间容器14和第三中间容器15的两端；第一手动泵22的一端与第一储液罐21相连接，另一端通过管路和压力表12与所述流体流出孔28相连接，所述第二手动泵7的一端与所述第二储液罐6相连接，另一端通过管路和压力表12与所述环压孔27相连接，温度控制器1通过管线与的测温孔24相连接；所述管路上均设有压力表9，回压阀20设置在流体流出孔28和第一手动泵22之间，回压阀20的两端设有所述压力表9，微量计量器19与所述回压阀20连接。

本发明装置的模拟微生物驱油的方法，具体包括以下步骤：

第一步：打开微观模型夹持器4的上密封盖26，将微观模型夹持器4的下缸体内加满自来水，保证微观可视模型18进出口处没有气体的情况下，将微观可视模型18放置在夹持器缸体29内壁中部环状台阶上，过程中避免下缸体与模型之间出现气泡，且微观可视模型18的进口、出口与流体流入孔23和流体流出孔28相对并且相通；模型18放置好后，再将上缸体内添加自来水约2cm高度，放空状态下缓慢拧紧夹持器上密封盖26，保证气泡完全排除后，关闭夹持器放空阀3。此时，驱替系统中的驱替泵8、第一中间容器11、第二中间容器14、第三手管中间容器15、微观可视模型18与回压系统中的回压阀20、微量计量器19组合成一个密闭流动空间。

第二步：打开温度控制器1，对微观模型夹持器4进行定温加热至80℃，随着温度的上升，通过第一手压泵7将第一储液罐6中的自来水通过环压孔27注入微观模型夹持器4的中空中，因此将环压压力值也逐渐升高；同时，打开第二中间容器14的左边调节阀9，当驱替泵8压力显示10MPa后，打开第二中间容器14的右调节阀9，通过驱替泵8把第二中间容器14中的自来水注入微观可视模型18 (注入速度根据环压改变:环压快速升高，速度调快；环压缓慢升高，速度调慢），随着环压的升高，调整回压阀20，通过第二手摇泵22增加回压，保证第二中间容器14注入微观模型夹持器4的压力与回压的压力相等，即保证微观可视模型18的进口181、出口182的压力值相等。直到温度达到80℃，环压稳定，环压达到10Mpa，这时模型18进、出口的压力也为10Mpa；

第三步：关闭第二中间容器14和第三中间容器15的左右两侧的调节阀9，打开第一中间容器11的左侧调节阀9，当驱替泵8压力显示10MPa后，打开第一中间容器11的右侧调节阀9，通过驱替泵8向微观可视模型18中注入第一中间容器11中的模拟油，对微观可视模型18进行饱和油，至微观可视模型18的出口182处无水流出为止。并通过CDD录像仪2和图像显示器5，对微观可视物理模型18进行观测和录像，记录模型饱和模拟油的状况。

第四步：关闭第一中间容器11的左右两侧调节阀9，打开第三中间容器15的左侧调节阀9，当驱替泵8压力显示10MPa后，打开第三中间容器15的右册调节阀9，以0.003mL/min的速度把第三中间容器15中含有微生物的地层水注入微观可视模型18中，进行微生物驱替实验，并记录微生物注入过程。当含有微生物的地层水的注入量达到1.5PV（PV，孔隙体积倍数）后，微生物驱结束，对微观可视模型18中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域拍照记录。

第五步：关闭第三中间容器15的右侧调节阀9，保证微观可视模型18在10MPa和80℃下恒温培养1-2周。每天通过CDD录像仪2和图像显示器5观察记录微生物在模型18中培养过程中的每个阶段的剩余油分布、剩余油状态，及重点区域发育情况。在此期间随时观察温度控制器1和压力表，保证微观可视模型18始终处于恒定的高温高压环境。

第六步：关闭第三中间容器15的左右两侧调节阀9，打开第二中间容器14左侧的调节阀9，对微观可视模型18进行后续水驱，当驱替泵8压力显示10MPa后，打开第二中间容器14的右侧调节阀9，以0.003mL/min的速度把第二中间容器14中自来水注入微观可视模型18中，当水注入量达到1.5PV（PV，孔隙体积倍数）后，后续水驱结束，同样通过CDD录像仪2和图像显示器5记录后续水驱过程以及水驱后的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域情况。

第七步：实验结束后，通过温度控制器1缓慢降低微观可视模型18的温度，待温度降到室温后缓慢降压，保证微观可视模型18的环压、进出口压力同时降低。对实验结果整理、分析 。

Claims (3)

1.一种采用模拟微生物驱油的高温高压可视化装置的模拟微生物驱油的方法，该模拟微生物驱油的高温高压可视化装置包括微观可视模型（18）、用于夹持所述微观可视模型（18）的模型夹持器（4）、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统和图像采集系统；

所述微观可视模型（18）上两端设有进口（181）和出口（182）；

所述模型夹持器（4）由缸体（29）、夹持器上密封盖（26）、夹持器下密封盖（30）、上石英玻璃（25）和下石英玻璃（31）组成；

所述图像采集系统其用于实时显示和记录微观可视模型（18）中的流动状态，所述图像采集系统包括平面光源（17）、CDD录像仪（2）、图像显示器（5）和支架（16）；

所述回压系统用于调节模型夹持器（4）内部的压力，所述回压系统包括第一手动泵（22）和第一储液罐（21）；

所述环压系统用于保持模型夹持器（4）内部的压力，所述环压系统包括第二手动泵（7）和第二储液罐（6）；

所述压力监视系统用于监测环压、微观可视模型进口的压力和出口的压力，所述压力监视系统包括多个压力表（12）；

所述温度控制系统用于控制所述模型夹持器（4）内部温度，所述温度控制系统包括温度控制器（1）；

所述驱替系统包括驱替泵（8）、调节阀（9）、第一中间容器（11）、第二中间容器（14）和第三中间容器（15）；

其中，所述缸体（29）呈圆筒状，在缸体（29）内壁中部有环状台阶，所述缸体（29）的外壁上设有流体流入孔（23）、流体流出孔（28）、环压孔（27）、以及测温孔（24）；所述缸体（29）与所述夹持器上密封盖（26）、夹持器下密封盖（30）螺纹连接，所述上密封盖（26）内部设置所述上石英玻璃（25），所述下密封盖（30）内部设置下石英玻璃（31）；

所述缸体（29）安装在所述支架（16）上，所述支架（16）的底座上设置有所述平面光源(17)，所述CDD录像仪(2)设置在所述缸体（29）的上端，所述图像显示器（5）与CDD录像仪（2）数据连接，

所述微观可视模型（18）固定安装所述缸体（29）内部的环状台阶上，所述流体流入孔（23）与所述进口（181）相联通，所述流体流出孔（28）与所述出口（182）相联通；

所述驱替泵(8)分别与所述第一中间容器（11）、第二中间容器（14）和第三中间容器（15）的一端连接，所述第一中间容器（11）、第二中间容器（14）和第三中间容器（15）的另一端通过第一管路均与所述流体流入孔（23）相连通，所述第一管路上均设有压力表（12），所述第一中间容器（11）、第二中间容器（14）和第三中间容器（15）内均设有活塞（10）, 所述调节阀（9）分别设置所述第一中间容器（11）、第二中间容器（14）和第三中间容器（15）的两端；所述第一手动泵（22）的一端与所述第一储液罐（21）的一端相连接，所述第一储液罐（21）的另一端通过第二管路和压力表（12）与所述流体流出孔（28）相连接，所述第二手动泵（7）的一端与所述第二储液罐（6）的一端相连接，所述第二储液罐（6）的另一端通过第三管路和压力表（12）与所述环压孔（27）相连接，所述温度控制器（1）通过管线与所述的测温孔（24）相连接；所述第三管路上设有压力表（12）；其特征在于，

所述方法包括如下步骤：

步骤1、打开模型夹持器（4）的夹持器上密封盖（26），缸体（29）包括上缸体和下缸体，将模型夹持器（4）的下缸体内加满自来水，将微观可视模型（18）放置在缸体（29）内壁中部环状台阶上，且微观可视模型（18）的进口（181）、出口（182）与流体流入孔（23）和流体流出孔（28）相对并且相通，再将模型夹持器（4）的上缸体内添加自来水2cm高度，放空状态下缓慢拧紧夹持器上密封盖（26），保证气泡完全排除后，关闭放空阀（3），使驱替系统中的驱替泵（8）、第一中间容器（11）、第二中间容器(14)、第三中间容器(15)、微观可视模型(18)与回压系统组合成一个密闭流动空间;

步骤2、打开温度控制器（1），对模型夹持器（4）进行定温加热；通过驱替泵（8）将第二中间容器（14）中的水泵入到微观可视模型（18）中，在加热过程中，通过环压系统和回压系统调整所述模型夹持器（4）内部的环压与微观可视模型（18）的出口压力都达到预定压力；

步骤3、分别关闭第三中间容器（15）和第二中间容器（14）两侧的调节阀（9），打开第一中间容器（11）两侧的调节阀（9），通过驱替泵（8）将第一中间容器（11）中的油泵入到微观可视模型（18）中，对所述微观可视模型进行饱和油，直到所述微观可视模型（18）的出口（182）无水流出为止；通过CDD录像仪（2）实时显示和记录微观可视模型（18）内饱和油的状态；

步骤4、关闭第一中间容器（11）两侧的调节阀（9），并打开第三中间容器（15）两侧的调节阀（9），通过驱替泵（8）将第三中间容器（15）中的含有微生物的地层水以第一预定速度泵入到微观可视模型（18）中，进行微生物驱替模拟；当含有微生物的地层水注入量达到第一预定注入量后，微生物驱替模拟结束，通过CDD录像仪（2）对微生物驱替模拟过程以及所述微观可视模型（18）中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域进行显示和记录；

步骤5、关闭第三中间容器（15）两侧的调节阀（9），保证微观可视模型（18）在达到步骤2所述预定压力下以及定温下培养1-2周,并且每天通过CDD录像仪（2）对所述微观可视模型（18）中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域进行显示和记录，以观察微生物发育情况；

步骤6、打开第二中间容器（14）的两侧的调节阀（9），并通过驱替泵（8）将第二中间容器（14）中的水以第二预定速度泵入到微观可视模型（18），对微观可视模型进行后续水驱；当注入量达到第二预定注入量时，水驱结束，通过图像采集系统对水驱过程以及所述微观可视模型中的剩余油分布、剩余油形态以及标注的重点区域进行显示和记录。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定速度为0.003mL/min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二预定注入量为1.5倍孔隙体积。