CN103383378B - 一种油气吸附脱附驱替实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油气吸附脱附驱替实验装置，主要由四大部分组成：压力系统、岩心室、监控系统、计量系统，其特征是采用钛合金材质的岩心管置于恒温水浴箱，岩心管底部放置一耐高压的钛合金材质金属网，用于防止岩心在高压下破碎堵塞管道和对岩心加压的作用，在岩心管的内壁设有液压囊，起到密封岩心的作用，岩心管的两端由一导管接通，导管中部接有7号耐高压阀，在岩心管上部接有带8号耐高压阀的导管与外界接通，在岩心管下部接有压控球阀，压控球阀的阀口接有量筒。本装置可通过对岩心管两端施压实现对岩心中吸附、游离油气量的评价，特别是页岩岩心，以及岩心在不同压力、温度、时间等参数条件下的吸附、游离油气可动能力的评价。

Description

一种油气吸附脱附驱替实验装置

技术领域

 本发明涉及一种对泥页岩油可动性进行评价的实验油气吸附脱附驱替实验装置。

背景技术

目前，国内页岩气的勘探开发正在起步，而页岩油的勘探开发还在探索。页岩具有致密、低孔、尤其是低渗的特征，加上油相对气密度、粘度大，地下更难以流动，可以说，制约页岩油勘探开发成效的关键不是页岩中油的蕴含量，而是在其中多少具有可流动性（可采性），因此，页岩油可动性的评价十分关键。前人对砂岩中可动油/可动油饱和度的研究，主要包括3个方面：①通过核磁共振技术测定岩石的T2弛豫时间谱来反映可动油的饱和度。②通过实验室驱替实验来评价岩石中的可动油。③通过分析冲洗带和原状地层含水饱和度来评价可动油，若岩石中可动油量大，则冲洗带含水饱和度将大于原状地层含水饱和度。上述方法中存在一个共性问题，不能反映低渗泥页岩的可动性，以及地下泥页岩压裂后的可动性情况。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种油气吸附脱附驱替实验装置，该种油气吸附脱附驱替实验装置包括压力系统、岩心室、监控系统和计量系统；在吸附、脱附和驱替实验过程中，能够实现岩心两端带压驱替，岩心两端的压力均可调，另外，岩心管下部的金属网通过4个长螺钉与岩心管固定，形成金属网与岩心之间的压力实现岩石压力与流体压力区别开来，实现地层超压、欠压条件下的吸附-脱附-驱替实验。

本发明的技术方案是：该种油气吸附脱附驱替实验仪，包括压力系统、岩心室、监控系统和计量系统，所述计量系统主要由量筒组成；其独特之处在于：所述压力系统由驱替液瓶、驱替气瓶、进压系统和泄压系统组成，所述进压系统包括1、2号耐高压单向针阀，以及依序连接的进压驱替泵、进压过滤器、5号耐高压单向针阀、进压压力表和连接管件；所述泄压系统包括3、4号耐高压单向针阀，以及依序连接的泄压驱替泵、泄压过滤器、6号耐高压单向针阀、泄压压力表、压控球阀和连接管件；

所述岩心室包括恒温水浴箱、岩心管、7、8号耐高压阀和导管线；所述水浴箱主体是由水箱体组成，其中，所述水箱体底部接有带出水阀的出水管，水箱体的顶部接有带进水阀的进水管，水箱体的底部设有带密封圈的导管孔，尾部带压控球阀的导管穿过导管孔与密封圈紧旋固定密封，水箱体的内壁铺有热电偶线圈，所述热电偶线圈由电线供电，所述水箱体内悬设有温度传感器；所述岩心管的内壁嵌有带液压接头的空心柱状液压囊，岩心管的上下两端接通有带7号耐高压阀的导管，岩心管下部与内置有金属网的金属网漏斗通过四个螺栓与岩心管的螺孔咬合，岩心管与金属网之间嵌有压力传感器；所述岩心管上部导管接有8号耐高压阀，8号耐高压阀与岩心管之间的导管上接进压导管，所述岩心管下部导管接有压控球阀，压控球阀与岩心管之间的导管上接泄压导管；岩心管置于恒温水浴箱内，在岩心管的上部接有带8号耐高压阀门的导管与外界接通，用以加入润湿液；进压导管连接驱替物瓶和8号耐高压阀门与岩心管之间的导管，在进压导管上设有进压驱替泵、进压过滤器、5号耐高压单向针阀和进压压力表，用以调节进压大小；泄压导管连接驱替物瓶和压控球阀与岩心管之间的导管，在泄压导管上有3、4号耐高压单向针阀，以及依序连接的泄压驱替泵、泄压过滤器、6号耐高压单向针阀以及泄压压力表等，用以调节泄压大小；所述驱替物瓶由驱替液瓶和驱替气瓶组成。

所述监控系统由控制电脑、进压信号、泄压信号、温度信号线、压力传感线组成，所述控制电脑分别接入进压信号，泄压信号，温度信号及压力传感线。

另外，所述压控球阀由壳体、阀球、弹簧、调节栓、压力刻度板和活动塞组成；所述调节栓在壳体内的旋紧与旋出控制着弹簧的压缩程度，所述活动塞固定连接有阀球，所述阀球在弹簧的压力下紧密压住凡尔座，抑制流体通过阀球流出阀口，所述压力刻度板上标记有调节栓旋紧与旋出时阀球的最小开启压力的刻度标记；压控球阀的阀口接有量筒。其中，所有的耐高压单向针阀中的流体均指向岩心管。

本发明具有如下有益效果： 

本装置与现有技术相比具有以下优点：该驱替装置系统中可以实现不同压裂效果下真实岩心吸附、脱附和驱替对比实验，驱替物质可以是液体或气体；在吸附、脱附和驱替实验过程中，能够实现岩心两端带压驱替，岩心两端的压力均可调；另外，岩心管下部的金属网通过4个长螺钉与岩心管固定，形成金属网与岩心之间的压力实现岩石压力与流体压力区别开来，实现地层超压、欠压条件下的吸附脱附驱替实验；其次，控制电脑可以实现温度和压力的在线监控；再次，该种油气吸附脱附驱替实验仪还具有结构紧凑简洁，密封性良好的特点。

附图说明：

图1是本发明的主体原理图。

图2是本发明岩心管结构示意图。

图3是本发明的压控球阀结构示意图。

图4是本发明的恒温水浴箱结构示意图。

图中1-进压驱替泵，2-泄压驱替泵，3-驱替液瓶，4-驱替气瓶，5-进压过滤器，6-泄压过滤器，7-进压压力表，8-岩心管，9-金属网漏斗，10-恒温水浴箱，11-泄压压力表，12-量筒，13-液压接头，14-液压囊，15-螺孔，16-压力传感器，17-金属网，18-螺栓，19-泄压导管，20-导管，21-岩心，22-进压导管，23-压力传感线，24-凡尔座，25-阀球，26-壳体，27-弹簧，28-调节栓，29-压力刻度板，30-活动塞，31-阀口,32-热电偶线圈，33-温度传感器，34-温度信号线，35-电线，36-进水阀，37-出水阀，38-水箱体，39-进压信号，40-泄压信号，41-进压传感线，42-泄压传感线，43-导管孔，44-密封圈，v1-1号耐高压单向针阀，v2-2号耐高压单向针阀，v3-3号耐高压单向针阀，v4-4号耐高压单向针阀，v5-5号耐高压单向针阀，v6-6号耐高压单向针阀，v7-7号耐高压阀，v8-8号耐高压阀，v9-压控球阀。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1结合图2、图3和图4所示，该种油气吸附脱附驱替实验仪，包括压力系统、岩心室、监控系统和计量系统，所述计量系统主要由量筒12组成；其独特之处在于：所述压力系统由驱替液瓶3、驱替气瓶4、进压系统和泄压系统组成，所述进压系统包括1、2号耐高压单向针阀v1、v2，以及依序连接的进压驱替泵1、进压过滤器5、5号耐高压单向针阀v5、进压压力表7和连接管件；所述泄压系统包括3、4号耐高压单向针阀v3、v4，以及依序连接的泄压驱替泵2、泄压过滤器6、6号耐高压单向针阀v6、泄压压力表11、压控球阀v9和连接管件；

所述岩心室包括恒温水浴箱10、岩心管8、7、8号耐高压阀v7、v8和导管线；所述水浴箱10主体是由水箱体38组成，其中，所述水箱体38底部接有带出水阀37的出水管，水箱体38的顶部接有带进水阀36的进水管，水箱体38的底部设有带密封圈44的导管孔43，尾部带压控球阀v9的导管穿过导管孔43与密封圈44紧旋固定密封，水箱体38的内壁铺有热电偶线圈32，所述热电偶线圈32由电线35供电，所述水箱体38内悬设有温度传感器33；所述岩心管8的内壁嵌有带液压接头13的空心柱状液压囊14，岩心管8的上下两端接通有带7号耐高压阀v7的导管20，岩心管8下部与内置有金属网17的金属网漏斗9通过四个螺栓18与岩心管8的螺孔15咬合，岩心管8与金属网17之间嵌有压力传感器16；所述岩心管8上部导管接有8号耐高压阀v8，8号耐高压阀v8与岩心管8之间的导管上接进压导管22，所述岩心管8下部导管接有压控球阀v9，压控球阀v9与岩心管8之间的导管上接泄压导管19；岩心管8置于恒温水浴箱10内，在岩心管8的上部接有带8号耐高压阀门v8的导管与外界接通，用以加入润湿液；进压导管22连接驱替物瓶和8号耐高压阀门v8与岩心管之间的导管，在进压导管22上设有进压驱替泵1、进压过滤器5、5号耐高压单向针阀v5和进压压力表7，用以调节进压大小；泄压导管19连接驱替物瓶和压控球阀v9与岩心管之间的导管，在泄压导管19上有3、4号耐高压单向针阀v3、v4，以及依序连接的泄压驱替泵2、泄压过滤器6、6号耐高压单向针阀v6以及泄压压力表11等，用以调节泄压大小；所述驱替物瓶由驱替液瓶3和驱替气瓶4组成。

所述监控系统由控制电脑、进压信号39、泄压信号40、温度信号线34、压力传感线23组成，所述控制电脑分别接入进压信号39，泄压信号40，温度信号34及压力传感线23。

其次，所述压控球阀v9由壳体26、阀球25、弹簧27、调节栓28、压力刻度板29和活动塞30组成；其中，所述调节栓28在壳体26内的旋紧与旋出控制着弹簧27的压缩程度，所述活动塞30固定连接有阀球25，所述阀球25在弹簧27的压力下紧密压住凡尔座24，抑制流体通过阀球25流出阀口31，所述压力刻度板29上标记有调节栓28旋紧与旋出时阀球25的最小开启压力的刻度标记。压控球阀v9的阀口接有量筒12。

再次，所有的耐高压单向针阀中的流体均指向岩心管8。

实际上，本装置主要由四大部分组成：压力系统、岩心室、监控系统、计量系统。其中压力系统由耐高压单向针阀v1至v6、耐高压压力表、驱替泵、驱替物瓶、管件、过滤器等组成；岩心室主要由恒温水浴箱、岩心管、耐高压阀v7和v8、压控球阀v9以及管线等组成；监控系统由控制电脑、进压信号、泄压信号、温度信号以及相应的温压传感器等组成；计量系统主要由量筒组成。采用钛合金材质的岩心管置于恒温水浴箱，岩心管底部放置一耐高压的钛合金材质金属网，用于防止岩心在高压下破碎堵塞管道和对岩心加压的作用，紧贴岩心管内壁设有带液压接头的空心柱状液压囊，岩心管的两端由一导管接通，导管中部接有耐高压阀门v7，使得岩心管两端的压差得以形成与释放，在岩心管上部接有带耐高压阀门v8的导管与外界接通，用以加入润湿液，如煤油等。进压导管连接驱替物瓶（重水/气）和耐高压阀门v8与岩心管之间的导管，在进压导管上设有驱替泵、过滤器、压力表、以及单向针阀等，用以调节进压大小。泄压导管连接驱替物瓶（重水/气）和压控球阀v9与岩心管之间的导管，在泄压导管上有驱替泵、过滤器、精密压力表、以及单向针阀等，用以调节泄压大小。恒温水浴箱的温度感应器与控制电脑连接，实时动态调节恒温水浴箱的水温，使得水温稳定，进（泄）压导管有压力传感器与控制电脑连接，在岩心管下部接有压控球阀v9的导管，压控球阀v9的阀口设有量筒。导管以及岩心室均固定在支架上，但保持耐高压阀v8、压控球阀v9、耐高压阀v8的上端导管口以及压控球阀v9的阀口出露于恒温水浴箱的水体，以免保温水进入压力系统内。

在进行恒压重水驱替实验时，将岩心置入岩心管，由液压接头向岩心管的液压囊内注入液压，密封固定岩心（可用不同长度形态的铁钉打入岩心，模拟压裂条件下驱替特征），将金属网通过4个螺栓与岩心管的螺孔固定，将密封固定的岩心管置于水浴箱中，控制水浴箱的温度达到预定值，调节压控球阀v9的刻度设为预定泄压值，通过驱替泵向进压导管以及泄压导管快速注液增压，直到压力达到设定进压和泄压值，微调进/泄压管线上的驱替泵，稳定进压与泄压管线上的精密压力表数值，记录在定压实验驱替过程中的量筒收到的煤油量、时间。

下面，再结合具体使用例说明所述发明的使用方法：

一、（重水）恒压驱替实验

（1）首先对岩心进行洗油、烘干，饱和煤油，记录饱和前后岩心质量分别为m1，m2，并测定饱和煤油状态下核磁共振T2谱图；

（2）将岩心21置入岩心管8，由液压接头13向岩心管8的液压囊14内注入液压，使得岩心围压接近地下压力，用岩心长度1/2（或者1/3、1/4的钉子钉入岩心模拟压裂效果），通过四个螺栓18与岩心管8上的螺孔15咬合，并将压力传感器16夹在中间，旋紧螺栓18与螺孔15，直到压力传感器16的压力信号达到预定压力值P1（岩石骨架压力大小，如40mPa）；

（3）将连接密封好的岩心管8及连接导管小心置入恒温水浴箱10中，打开进水阀36，关闭出水阀37向恒温水浴箱10注水，当岩心管8以及相应的导管均浸入液面后，关闭进水阀36停止注水，通过热电偶线圈32加热水体，直至预定实验温度（如80℃），并保持水浴箱温度为目的温度（如80℃）；

（4）关闭5、6号耐高压单向针阀v5、v6，打开7、8号耐高压阀v7、v8以及压控球阀v9，从8号耐高压阀v8上方入口注入一定量煤油，压控球阀v9的阀口31无煤油流出为止，目的是消除管线沾油的影响和煤油润湿管线的作用；

（5）关闭2、3号耐高压单向针阀v2、v3、8号耐高压阀v8，打开1号耐高压单向针阀v1，打开4、6号耐高压单向针阀v4、v6，将压控球阀v9的调节栓28旋出使其压力标记指示在压力刻度板29的压力为室压，在室压下向岩心室供驱替液（重水），直至压控球阀v9的阀口31有重水流出即可，表明系统充满驱替液（重水）；

（6）关闭6号耐高压单向针阀v6，将压控球阀v9调预定泄压P2（如10mPa，将压控球阀v9的调节栓28旋紧使其压力标记指示在压力刻度板29的压力为10mPa），快速升高进压驱替泵1的和泄压驱替泵2的转速，使进压压力表7的压力升至地层压力P0（如30mPa），调节进压驱替泵1和泄压驱替泵2的转速，保持压力P0和P2恒定；

（7）记录岩心管的出液量、时间、驱替压力P0、P2；

（8）驱替至无煤油流出后，取出岩心，记录出油量V1，进行核磁共振T2谱图测定；

二、（煤油）吸附-脱附实验

（1）首先将岩心样品洗油，烘干，常压下饱和煤油，记录饱和前后岩心质量分别为m1，m2；

(2) 将岩心21置入岩心管8，由液压接头13向岩心管8的液压囊14内注入液压，使得岩心围压接近地下压力，用岩心长度1/2（或者1/3、1/4的钉子钉入岩心模拟压裂效果），通过四个螺栓18与岩心管8上的螺孔15咬合，并将压力传感器16夹在中间，旋紧螺栓18与螺孔15，直到压力传感器16的压力信号达到预定压力值P1（岩石骨架压力大小，如40mPa）；

(3) 将连接密封好的岩心管8及连接导管小心置入恒温水浴箱10中，打开进水阀36，关闭出水阀37向恒温水浴箱10注水，当岩心管8以及相应的导管均浸入液面后，关闭进水阀36停止注水，通过热电偶线圈32加热水体，直至预定实验温度（如80℃），并保持水浴箱温度为目的温度（如80℃）；

(4) 关闭5、6号耐高压单向针阀v5、v6，打开7、8号耐高压阀v7、v8，调节压控球阀v9的调节栓28，直到阀球25出离凡尔座24，保证压控球阀v9处于开启状态，从8号耐高压阀v8上方导管入口注入煤油，当压控球阀v9的阀口31见煤油时，记录加入煤油量（体积）V1，关闭7、8号耐高压阀v7，v8，静至一段时间，至压控球阀v9阀口31处无煤油流出时为止，目的是保证将过量煤油注入驱替系统；

(5) 耐高压下岩心饱和煤油，过程为：关闭1、4号耐高压单向针阀v1、v4，打开2、6号耐高压单向针阀v2、v6，调压控球阀v9的压力至预定压力P1（如25mPa，将压控球阀v9的调节栓28旋紧使其压力标记指示在压力刻度板29的压力为25mPa），迅速提高进压驱替泵1与泄压驱替泵2的泵速，稳定泄压压力表11的压力为25mPa，进压压力表7压力为P2（如30mPa），至出口见煤油滴出，关闭进压驱替泵1和泄压驱替泵2，及5、6号耐高压单向针阀v5、v6，打开7号耐高压阀v7，静置至压控球阀v9阀口31处无油滴出时，记录此时量筒煤油体积V2，此时岩心在P1压力下达到吸附饱和，实现高压下吸附饱和；

(6) 降压脱附，调节压控球阀v9调节栓28刻度值降低预定压差（如5mPa，将压控球阀v9的调节栓28旋出使其压力标记指示在压力刻度板29的压差为5mPa），记录压力为P11，静置压控球阀v9阀口31处无煤油滴出，记录出油量V11及时间t11；

(7) 重复第（5）步至常压状态，依次记录控压球阀v9压力P12……，出油量V12……，时间t12……。

Claims (1)

1.一种油气吸附脱附驱替实验装置，包括压力系统、岩心室、监控系统和量筒（12），其特征在于：

所述压力系统由驱替液瓶（3）、驱替气瓶（4）、进压系统和泄压系统组成，所述进压系统包括1、2号耐高压单向针阀（v1，v2），以及依序连接的进压驱替泵（1）、进压过滤器（5）、5号耐高压单向针阀（v5）、进压压力表（7）和连接管件；所述泄压系统包括3、4号耐高压单向针阀（v3、v4），以及依序连接的泄压驱替泵（2）、泄压过滤器（6）、6号耐高压单向针阀（v6）、泄压压力表（11）、压控球阀（v9）和连接管件；

所述岩心室包括恒温水浴箱（10）、岩心管（8）、导管线以及7、8号耐高压阀（v7，v8）；所述恒温水浴箱（10）的主体是由水箱体（38）组成，其中，所述水箱体（38）底部接有带出水阀（37）的出水管，水箱体（38）的顶部接有带进水阀（36）的进水管，水箱体（38）的底部设有带密封圈（44）的导管孔（43），尾部带压控球阀（v9）的导管穿过导管孔（43）与密封圈（44）紧旋固定密封；水箱体（38）的内壁铺有热电偶线圈（32），所述热电偶线圈（32）由电线（35）供电，所述水箱体（38）内悬设有温度传感器（33）；所述岩心管（8）的内壁嵌有带液压接头（13）的空心柱状液压囊（14），岩心管（8）的上下两端接通有带7号耐高压阀（v7）的导管（20），岩心管（8）下部与内置有金属网（17）的金属网漏斗（9）通过四个螺栓（18）与岩心管（8）的螺孔（15）咬合，岩心管（8）与金属网（17）之间嵌有压力传感器（16）；所述岩心管（8）上部导管接有8号耐高压阀（v8），8号耐高压阀（v8）与岩心管（8）之间的导管上接进压导管（22），所述岩心管（8）下部导管接有压控球阀（v9），压控球阀（v9）与岩心管（8）之间的导管上接泄压导管（19）；

岩心管（8）置于恒温水浴箱（10）内，在岩心管（8）的上部接有带8号耐高压阀门（v8）的导管与外界接通，用以加入润湿液；进压导管（22）连接驱替物瓶和8号耐高压阀门（v8）与岩心管之间的导管，在进压导管（22）上设有进压驱替泵（1）、进压过滤器（5）、5号耐高压单向针阀（v5）和进压压力表（7），用以调节进压大小；泄压导管（19）连接驱替物瓶和压控球阀（v9）与岩心管之间的导管，在泄压导管（19）上有3、4号耐高压单向针阀（v3、v4），以及依序连接的泄压驱替泵（2）、泄压过滤器（6）、6号耐高压单向针阀（v6）以及泄压压力表（11），用以调节泄压大小；所述驱替物瓶由驱替液瓶（3）和驱替气瓶（4）组成；

所有的耐高压单向针阀中的流体均指向岩心管（8）；

所述压控球阀（v9）由壳体（26）、阀球（25）、弹簧（27）、调节栓（28）、压力刻度板（29）和活动塞（30）组成；其中，所述调节栓（28）在壳体（26）内的旋紧与旋出控制着弹簧（27）的压缩程度，所述活动塞（30）固定连接有阀球（25），所述阀球（25）在弹簧（27）的压力下紧密压住凡尔座（24），抑制流体通过阀球（25）流出阀口（31），所述压力刻度板（29）上标记有调节栓（28）旋紧与旋出时阀球（25）的最小开启压力的刻度标记；压控球阀（v9）的阀口接有量筒（12）；

所述监控系统由控制电脑、进压信号(39)、泄压信号(40)、温度信号线(34)以及压力传感线（23）组成，所述控制电脑分别接入进压信号(39)、泄压信号(40)、温度信号(34)以及压力传感线（23）。