CN104407022B - 一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法与装置 - Google Patents

一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法与装置 Download PDF

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一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法与装置。主要目的在于提供一种可以在室内有效模拟油层聚合物驱过程中重力分异作用的实验装置和方法。其特征在于：所述装置由重力分异模拟器、第一玻璃夹持筒、第二玻璃夹持筒以及电阻测试仪和计算机组成；本方法使带电单元与聚合物表面官能团紧密联接，当驱替液在位于对应重力分异模拟器内的岩心中沿主流线方向运动时，受到重力分异模拟器内存在的垂直磁场的作用而受到向下的洛仑兹力，利用岩心受到的洛仑兹力来模拟重力作用，从而使得在很薄的岩心内也能够有效模拟重力的作用，并且可以通过调节磁场的强度以控制磁力大小来模拟不同储层条件下的重力分异作用。

Description

一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法与装置
技术领域
本发明涉及一种室内物理实验模拟现场驱油情况的实验方法和装置，特别涉及一种可模拟聚合物驱油中油层重力分异影响作用的实验方法和装置。
背景技术
实际的油藏是三维的孔隙体，相应的实际的驱替过程也是三维的驱替过程，因此驱油过程中重力作用的影响是不可忽视的，在油田厚油层驱替过程中重力造成的影响尤为明显。
早在1933年，R.D.Wyckoff等人就提出了重力对水驱油影响的问题。大庆油田在实际开采中暴露出来的厚油层底部先见水，水淹厚度小等问题，均与重力的影响有关，1973年大庆油田研究院在驱动力的估计及提高注采强度的理论依据一文中，曾认为产生油水重力分离的重力梯度可达驱动力梯度的1/3-1/7。1975年，在厚层试验区葡I1-2油层强注强采油水运动特点的研究中，认为重力是水驱油过程中一个不可忽视的因素。1976年，在河流沉积油砂体模型水驱油实验研究中，也考虑了重力的影响。1978年在比较系统地研究了厚油层内部水淹规律后指出层内水淹状况主要受非均质特点的影响，重力起着一定的作用。1979年对非均质亲油砂岩油层内油水运动规律的数值模拟研究，再次强调指出：“重力是研究层内油水运动问题不可忽略的因素”，同时还认为“底部的高驱油效率不能主要归因于水冲刷的倍数较多，而应肯定油水重力分异对造成底部高驱油效率的重要影响”。1981年对重力在水驱油中的作用的研究中又强调指出，就重力影响本身而言，对水驱油过程基本上是有利的。郭平、徐艳梅通过大量的数值模拟，认为油层底部水洗程度提高并不是冲洗的水量过多造成的，而是重力分异作用造成的。相关重力分异文献表明，注采井之间距离300m时，驱替液在注入后在重力作用下开始向下运动，距注入井90m处驱替液运动到油层底部，使得油层开发过程中扫油厚度系数降低，油层水淹部分的驱油效率提高。由此可见，重力作用的影响在实际储层中是不可忽略的。
然而，当前室内物理模拟实验仍主要局限在采用一维或二维岩心进行模拟实验研究，无论一维岩心还是二维岩心都只能在长度、流态以及流动方向等方面进行有效模拟，无法对重力等三维因素进行有效模拟，人造岩心厚度相比实际油层厚度过于单薄，产生的重力太小，无法反映真实油藏中厚油层驱替过程受到的重力影响，因此目前室内实验在模拟重力分异作用方面还缺乏有效的技术手段。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种可以模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法与装置，该实验方法将聚合物中加入不影响驱油效率的带电单元，利用岩心受到的洛仑兹力来模拟重力作用，从而有效解决了目前室内实验不能有效模拟油层聚合物驱过程中重力分异作用的问题。
本发明的技术方案是：该种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验装置，由重力分异模拟器、第一玻璃夹持筒、第二玻璃夹持筒以及电阻测试仪和计算机组成；
其中，所述重力分异模拟器由绝缘外筒、底座、绝缘内筒、线圈缠绕筒、端盖、铜导线以及电源线构成；绝缘外筒与底座通过螺栓紧密固定，端盖为圆环状，与绝缘内筒、线圈缠绕筒、绝缘外筒具有相同的中心轴线，绝缘内筒与绝缘外筒之间由绝缘连接柱相互固定，线圈缠绕筒位于绝缘内筒的内部，其上致密缠绕铜导线，线圈缠绕筒固定在端盖的内壁上，端盖的中央环形孔的直径略小于线圈缠绕筒的外径，端盖嵌入绝缘内筒的两端以实现紧密连接固定，经过绝缘密封后引出的铜导线的两端与外接电源线相连接；贯穿绝缘外筒、绝缘内筒以及线圈缠绕筒，在绝缘外筒对称侧面的中心位置开有一对六角口，两个六角口的中心线与线圈缠绕筒的中心轴线相交；六角口与绝缘外筒、绝缘内筒以及线圈缠绕筒的接触面通过挡板封闭。
第一玻璃夹持筒的外圆为六角口的内切圆，第一玻璃夹持筒为圆筒状，由有机玻璃制成，橡胶筒位于第一玻璃夹持筒内，橡胶筒的左右两端通过可在玻璃夹持筒内滑动的玻璃活塞固定在第一玻璃夹持筒内，玻璃夹持筒的内壁与橡胶筒的外壁之间形成密闭的围压空间；第一玻璃夹持筒上布设有环压注入孔，环压注入孔的开口位于围压空间中；玻璃活塞的中央埋设有驱替管线；与驱替液入口方向相反处的玻璃活塞外滑动固定有一个顶出柱推动机构，顶出柱推动机构具有一个可由气压推动的柱塞，所述柱塞的顶端固定连接两个顶出柱，通过气泵将空气沿通气管线输送进顶出柱推动机构的气压输入端，以实现将顶出柱推出后推动玻璃活塞的水平移动，完成对橡胶筒内岩心的取出；在第一玻璃夹持筒的下部有一个可拆卸的有机玻璃辅助支撑平台，有机玻璃辅助支撑平台位于线圈缠绕筒内。
第二玻璃夹持筒具有第一玻璃夹持筒的全部结构特征，除此之外，在第二玻璃夹持筒的底部等间隔布设有40到60个测试电极，测试电极的引出端可以通过信号线经过信号转换器与电阻测试仪的对应电极信号输入端口相连接。
利用前面所述装置实施的一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法，该方法由如下步骤构成：
（1）准备两种岩心模型备用，一种是驱替实验所用岩心，即实验岩心，另一种是核准电量用的布设电极的岩心，即测试岩心，分别将两种岩心进行抽空饱和水和饱和油处理后备用；
（2）将权利要求1所述室内实验装置中的重力分异模拟器连接好外部电源后待用；电流的输入方向应该确保由六角口插入的岩心受到垂直向下的洛仑兹力作用；
（3）按照具体实验方案制备未带电聚合物溶液并测定其粘度 、阻力系数RF1和残余阻力系数RRF1；
（4）制备磁力助剂，该磁力助剂中的带电单元能够与步骤（3）中制备的未带电聚合物溶液中聚合物表面官能团紧密联接；所述磁力助剂采用带电二氧化硅纳米颗粒制备；
（5）将步骤（4）中制得的带电二氧化硅纳米颗粒与步骤（3）中制备的未带电聚合物溶液搅拌混合得到混合磁性驱替液，测得所述混合磁性驱替液的粘度为 ，，通过流动性实验测量所述混合磁性驱替液的阻力系数RF2与残余阻力系数RRF2；制备完成的混合磁性驱替液需要同时满足驱油实验条件和条件：
条件 <5%；
条件 <10%且<10%；
（6）在满足步骤（5）所述全部条件的基础上，通过调节混合磁性驱替液中带电二氧化硅纳米颗粒的浓度来配制不同带电量的混合磁性驱替液，共配制至少50组聚合物浓度相同、带电二氧化硅纳米颗粒浓度不同的具有不同带电量的混合磁性驱替液备用；
（7）向重力分异模拟器中的铜导线内通入稳定直流电以产生稳定匀强磁场；
（8）将步骤（1）中准备的测试岩心放入权利要求1所述室内实验装置中的第二玻璃夹持筒内，将测试电极与电阻测试仪相连接，以实时监测岩心内各位置阻值变化；
（9）以实验要求的注入速度对步骤（8）内已饱和油的岩心模型进行驱替，以室内实验所允许的最大电流通入重力分异模拟器中的铜导线（18）内，实时监测岩心模型下部电阻值的变化，记录第一个阻值变化点所在位置，测量该点与注入端距离L重，即驱替液从岩心上端运动至岩心底部所流经的水平距离；
（10）重复步骤（9），但每次需要更换具有不同带电量的混合磁性驱替液，由于不同带电量的驱替液所对应的L重不同，可得最大电流强度条件下，不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线图；
（11）按照现场所实际获得的进行聚合物驱油时，注采井之间距离值与驱替液在注入后在重力作用下开始向下运动到油层底部的水平距离值之比，而从步骤（10）中获得的不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线图中确定哪一种带电量下的混合磁性驱替液可以最接近模拟实际地层的重力分异作用；
（12）将步骤（1）中所制备的实验岩心放入权利要求1所述室内实验装置中的第一玻璃夹持筒内，将第一玻璃夹持筒插入六角口内，实验用的电流强度及驱替液带电量以步骤（11）中所得的数据为准，在磁场模拟重力作用的情况下进行化学驱油实验。
本发明具有如下有益效果：本技术方案创造性的引入磁场作用，有效地解决了室内实验无法模拟聚合物驱重力分异作用的问题，使得实验室内的驱替液在岩心中驱替及油水作用中可以更加接近真实储层中的情况，突破室内驱油实验的瓶颈，得到的实验结果更加准确而有说服力，从而更加有效的指导油田生产。本发明方法将聚合物中加入不影响驱油效率的带电单元，使带电单元与聚合物表面官能团紧密联接，当驱替液在位于对应装置内的岩心中沿主流线方向运动时，受到装置内存在的垂直磁场的作用而受到向下的洛仑兹力，利用岩心受到的洛仑兹力来模拟重力作用，从而使得在很薄的岩心内也能够有效模拟重力的作用，并且可以通过调节磁场的强度以控制磁力大小来模拟不同地层条件下的重力值。从而使室内实验能够更加有效地模拟油层聚合物驱过程中重力分异作用，使获得的实验数据更加真实可靠。
附图说明：
图1是本发明所述重力分异模拟器和第一玻璃夹持筒联接后的剖面结构示意图。
图2是本发明所述重力分异模拟器的结构示意图。
图3是本发明所述第二玻璃夹持筒固定于重力分异模拟器内后与电阻测试仪联接后的结构示意图。
图4 是本发明所涉及的COOH-MSN合成图。
图5 是本发明所涉及的二氧化硅纳米颗粒与聚合物分子链吸附示意图。
图6是重力分异效果测试示意图。
图7是混合磁性驱替液带电量与运动距离关系曲线图。
图8是一个具体实施例下展示重力分异效果的测试示意图。
图中1-玻璃活塞，2-围压空间，3-第一玻璃夹持筒，4-环压注入孔，5-绝缘内筒，6-线圈缠绕筒，7-顶出柱，8-驱替管线，9-顶出柱推动机构，10-通气管线，11-气泵，12-绝缘连接柱，13-有机玻璃辅助支撑平台，14-底座，15-绝缘外筒，16-橡胶筒，17-挡板，18-铜导线，19-六角口，20-电源线，21-端盖，22-卡簧，23-第二玻璃夹持筒，24-数据转换器，25-信号线，26-电阻测试仪，27-计算机数据传输线，28-计算机，29-电极接线端子，30-测试电极。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1结合图2、图3所示，该种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验装置，由重力分异模拟器、第一玻璃夹持筒3、第二玻璃夹持筒23以及电阻测试仪26和计算机28组成。
其中，所述重力分异模拟器由绝缘外筒15、底座14、绝缘内筒5、线圈缠绕筒6、端盖21、铜导线18以及电源线20构成。绝缘外筒15与底座14通过螺栓紧密固定，端盖21为圆环状，与绝缘内筒5、线圈缠绕筒6、绝缘外筒15具有相同的中心轴线，绝缘内筒5与绝缘外筒15之间由绝缘连接柱12相互固定，线圈缠绕筒6位于绝缘内筒5的内部，其上致密缠绕铜导线18，线圈缠绕筒6固定在端盖21的内壁上，端盖21的中央环形孔的直径略小于线圈缠绕筒6的外径，端盖21嵌入绝缘内筒5的两端以实现紧密连接固定，经过绝缘密封后引出的铜导线18的两端与外接电源线20相连接；贯穿绝缘外筒15、绝缘内筒5以及线圈缠绕筒6，在绝缘外筒15对称侧面的中心位置开有一对六角口19，两个六角口19的中心线与线圈缠绕筒6的中心轴线相交；六角口19与绝缘外筒15、绝缘内筒5以及线圈缠绕筒6的接触面通过挡板17封闭。
第一玻璃夹持筒3的外圆为六角口19的内切圆，第一玻璃夹持筒3为圆筒状，由有机玻璃制成，橡胶筒16位于第一玻璃夹持筒3内，橡胶筒16的左右两端通过可在玻璃夹持筒3内滑动的玻璃活塞1固定在第一玻璃夹持筒3内，玻璃夹持筒3的内壁与橡胶筒16的外壁之间形成密闭的围压空间2；第一玻璃夹持筒3上布设有环压注入孔4，环压注入孔4的开口位于围压空间2中；玻璃活塞1的中央埋设有驱替管线8；与驱替液入口方向相反处的玻璃活塞1外滑动固定有一个顶出柱推动机构9，顶出柱推动机构9具有一个可由气压推动的柱塞，所述柱塞的顶端固定连接两个顶出柱7，通过气泵11将空气沿通气管线10输送进顶出柱推动机构9的气压输入端，以实现将顶出柱7推出后推动玻璃活塞1的水平移动，完成对橡胶筒16内岩心的取出。在第一玻璃夹持筒3的下部有一个可拆卸的有机玻璃辅助支撑平台13，有机玻璃辅助支撑平台13位于线圈缠绕筒6的内腔中。
绝缘外筒与底座可以通过螺栓紧密固定，确保重力分异模拟器保持稳定。铜导线匝数可根据需要进行适当调整，线圈缠绕筒通过卡簧固定在端盖上，六角口要保证岩心的顺利进出。玻璃夹持筒为圆筒状，由有机玻璃制成，其上布设有环压注入孔以及相应的密封堵头，内设固定橡胶筒，两端设有两个玻璃活塞A和B，玻璃活塞在玻璃夹持筒内滑动，且玻璃活塞与玻璃夹持筒内的橡胶筒可形成密闭的围压空间，玻璃活塞A固定在六角口，紧靠线圈缠绕筒，活塞中央埋设驱替管线。玻璃活塞B紧靠顶出柱推动机构，顶出柱推动机构内嵌两个顶出柱，通过气泵将空气沿通气管线输送进顶出柱推动装置，可将顶出柱推出，从而推动玻璃活塞B，以完成岩心的取出回收。
在具体实施时要注意岩心放置与主流线确定：将岩心放入重力分异模拟器，使岩心完全处于匀强磁场之中，选定驱替过程主流线方向，使驱替液主流线与磁场方向水平垂直。主流线方向确定后将岩心固定。其中铜导线内电流方向确定要注意如下事项：由于带负电的复合驱替液在驱替过程中必须确保受到方向向下的洛伦兹力，结合主流线方向以及驱替液所带电性，可以通过左手定则判断出所需磁场的方向，再通过右手定则及线圈缠绕方式确定出通电螺线管电流方向，向铜导线中通入稳定直流电以产生稳定匀强磁场。
第二玻璃夹持筒23具有第一玻璃夹持筒3的全部结构特征，除此之外，在第二玻璃夹持筒23的底部等间隔布设有40到60个测试电极30，测试电极30的引出端可以通过信号线29经过信号转换器24与电阻测试仪26的对应电极信号输入端口相连接。
若采用测试岩心进行实验时，将有机玻璃辅助支撑平台拆卸下来，将第一玻璃夹持筒3替换为第二玻璃夹持筒23，并用螺栓将其固定在挡板17上，将信号线29插入测试电极30的引出端。
下面介绍利用前面所述装置进行实验的方法：一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法，该方法由如下步骤构成：
（1）准备两种岩心模型备用，一种是驱替实验所用岩心，即实验岩心，另一种是核准电量用的布设电极的岩心，即测试岩心，分别将两种岩心进行抽空饱和水和饱和油处理后备用；
（2）将权利要求1所述室内实验装置中的重力分异模拟器连接好外部电源后待用；电流的输入方向应该确保由六角口插入的岩心受到垂直向下的洛仑兹力作用；
（3）按照具体实验方案制备未带电聚合物溶液并测定其粘度、阻力系数RF1和残余阻力系数RRF1；
（4）制备磁力助剂，该磁力助剂中的带电单元能够与步骤（3）中制备的未带电聚合物溶液中聚合物表面官能团紧密联接；所述磁力助剂采用带电二氧化硅纳米颗粒制备；
（5）将步骤（4）中制得的带电二氧化硅纳米颗粒与步骤（3）中制备的未带电聚合物溶液搅拌混合得到混合磁性驱替液，测得所述混合磁性驱替液的粘度为 ，，通过流动性实验测量所述混合磁性驱替液的阻力系数RF2与残余阻力系数RRF2；制备完成的混合磁性驱替液需要同时满足驱油实验条件和条件：
条件 <5%；
条件 <10%且<10%；
（6）在满足步骤（5）所述全部条件的基础上，通过调节混合磁性驱替液中带电二氧化硅纳米颗粒的浓度来配制不同带电量的混合磁性驱替液，共配制至少50组聚合物浓度相同、带电二氧化硅纳米颗粒浓度不同的具有不同带电量的混合磁性驱替液备用；
（7）向重力分异模拟器中的铜导线内通入稳定直流电以产生稳定匀强磁场；
（8）将步骤（1）中准备的测试岩心放入权利要求1所述室内实验装置中的第二玻璃夹持筒（23）内，将测试电极与电阻测试仪相连接，以实时监测岩心内各位置阻值变化；
（9）以实验要求的注入速度对步骤（8）内已饱和油的岩心模型进行驱替，以室内实验所允许的最大电流通入重力分异模拟器中的铜导线（18）内，实时监测岩心模型下部电阻值的变化，记录第一个阻值变化点所在位置，测量该点与注入端距离L重，即驱替液从岩心上端运动至岩心底部所流经的水平距离；如图6所示。
（10）重复步骤（9），但每次需要更换具有不同带电量的混合磁性驱替液和提供新的岩心，由于不同带电量的驱替液所对应的L重不同，可得最大电流强度条件下，不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线图；如图7所示。
（11）按照现场所实际获得的进行聚合物驱油时，注采井之间距离值与驱替液在注入后在重力作用下开始向下运动到油层底部的水平距离值之比，而从步骤（10）中获得的不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线图中确定哪一种带电量下的混合磁性驱替液可以最接近模拟实际地层的重力分异作用；
（12）将步骤（1）中所制备的实验岩心放入权利要求1所述室内实验装置中的第一玻璃夹持筒（3）内，将第一玻璃夹持筒（3）插入六角口（19）内，实验用的电流强度及驱替液带电量以步骤（11）中所得的数据为准，在磁场模拟重力作用的情况下进行化学驱油实验。
在实施步骤（4）中所述的制备磁力助剂采用带电二氧化硅纳米颗粒制备，按照以下方式进行：
首先将3种药剂正硅酸乙酯（TEOS）、十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、三乙醇胺（TEA）与水（H2O）按TEOS：CTAC：TEA：H2O=0.71：0.14：7.33：91.82的质量比例制备成混合液，再加入APTMES（Acros公司生产的药剂，无中文名称）与正硅酸乙酯（TEOS）的混合液一同搅拌，再加入乙醇并离心分离，洗去颗粒中的模板分子十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），离心后用乙醇清洗，洗去十六烷基三甲基氯化铵（CTAC），步骤重复3次后得到表面带氨基的多孔二氧化硅纳米颗粒(NH2-MSN)，再将NH2-MSN加入到含过量丁二酸酐的二甲基甲酰胺溶液中反应24h即可得到表面带羧基的阴离子纳米颗粒(COOH-MSN)，如图4所示。
本方法将带电二氧化硅纳米颗粒与聚合物溶液搅拌混合，充分发挥二氧化硅纳米颗粒分散性能好、表面吸附力强的特性，使二者发生自发吸附，带电颗粒将紧紧粘合在主剂聚合物分子表面，与驱替液主剂分子稳定而紧密的结合在一起，此时体系携带稳定负电荷，当带电二氧化硅纳米颗粒在磁场作用下运动时，驱替液主剂分子也会随之运动。由于二氧化硅纳米颗粒优越的稳定性以及自身特性，且纳米颗粒尺寸（纳米级）远小于聚合物分子尺寸（微米级），因此混磁性驱替液的粘度和渗流特性不会受到明显影响，此种颗粒不会对驱油过程造成影响。图5是二氧化硅纳米颗粒与聚合物分子链吸附示意图。
下面是一个具体实施例：
1、本室内物理模拟驱油实验针对大庆一厂某区块厚油层，油层厚度20m。
2、实验条件：原油粘度为7.9mPa•s，地层水矿化度为6778mg/L，实验岩心选取尺寸为4.5×4.5×30cm的人造均质浇铸岩心，渗透率为1000mD，注入速度1ml/min，聚合物溶液浓度1000 mg/L。
3、实验方案：水驱至含水率98%后改为注入聚合物溶液，至采出液含水率98%时实验结束。
4、实验步骤：
（1）岩心模型准备：岩心模型分为两种：一种是驱替实验所用岩心，即实验岩心；一种是核准电量用的布设电极的岩心，即测试岩心。分别将岩心进行抽空饱和水，饱和油处理。
（2）重力分异模拟装置安装与固定：线圈缠绕筒直径50cm。将重力分异模拟装置固定在实验平台上，将处理后的实验岩心从岩心入口插入岩心玻璃夹持筒内，在出口处放入玻璃活塞，用卡簧固定牢固。
（3）未带电聚合物溶液制备与测定：根据具体实验方案确定实验所采用的聚合物。按实验要求配制成1000 mg/L聚合物溶液，对未带电聚合物溶液进行粘度测定，测得粘度为17.3mPa•s，该粘度是符合实验所需的标准。通过流动性实验测量未带电聚合物溶液的阻力系数28.7与残余阻力系数20.4。
（4）磁力助剂制备：采用带电二氧化硅纳米颗粒制备磁力助剂，在烧瓶中加入正硅酸乙酯（TEOS）(1.92 g，9.22 mmol)，三乙醇胺（TEA）(14.3 g，95.6 mmol)，油浴加热到90◦C并保持20 min得到A液，再将十六烷基三甲基氯化铵（CTAC） (2.33 g， 7.29 mmol)溶解到超纯水(21.7 g，1.21 mol)中加热到60◦C得到B液。将B液加入到A液中，得到的混合液中各组分的摩尔比例为TEOS：CTAC：TEA：H2O=1：0.2：10.4：130.2。将混合液在90◦C下以500 r/min的速度搅拌30 min，加入APTMES (16.3 µL，0.0922 mmol)和TEOS (20.6 µL，0.0922 mmol)的混合液，并且在室温下以500 r/min的速度搅拌24 h。然后加入100 mL乙醇并离心分离，将得到的颗粒分散到含15 mL浓盐酸的120 mL乙醇溶液中，60◦C加热至少2 h，洗去颗粒中的模板分子CTAC，离心后用乙醇清洗。洗去CTAC的步骤重复3次后得到表面带氨基的多孔二氧化硅纳米颗粒(NH2-MSN)。带羧基的二氧化硅纳米颗粒的合成如图6所示：将NH2-MSN (45mg)加入到30 mL含过量丁二酸酐的二甲基甲酰胺中反应24 h即可得到表面带羧基的阴离子纳米颗粒(COOH-MSN)。
（5）混合磁性驱替液的制备与检测：将带电二氧化硅纳米颗粒与聚合物溶液搅拌混合，使二者发生自发吸附，带电颗粒将紧紧粘合在主剂聚合物分子表面，与驱替液主剂分子稳定而紧密的结合在一起，此时体系携带稳定负电荷。
对混合驱替剂进行粘度测量，测得粘度为17.6mPa•s，结合第（3）步中所测粘度17.3mPa•s分析， =1.7%<5%，满足实验要求①。
通过流动性实验测量混合驱替液的阻力系数30.5与残余阻力系数21.8。若二者的流动性实验阻力系数与残余阻力系数差异需满足：=6.3%<10% ， =6.9%<10%，满足实验要求②。
实验要求①、②同时满足，该混合磁性驱替液满足驱油实验条件。
（6）岩心放置与主流线确定：将岩心放入重力分异装置，使岩心完全处于匀强磁场之中。
选定驱替过程主流线方向：由于混合磁性驱替液需要保证受力方向向下，因此驱替液主流线与磁场方向水平垂直，主流线方向确定后将岩心固定。
（7）螺线管电流方向确定：由于带负电的复合驱替液在驱替过程中必须确保受到方向向下的洛伦兹力，结合主流线方向以及驱替液所带电性，可以通过左手定则判断出所需磁场的方向，再通过右手定则及线圈缠绕方式确定出通电螺线管电流方向，向螺线管中通入稳定直流电以产生稳定匀强磁场。
（8）根据重力分异效果确定电流电量参数：
选取步骤（1）中的测试岩心，将其放置在重力分异模拟装置内，注入端紧贴岩心顶部位置布设注入点，在岩心下部布设单排电极测量点，电极间距0.6cm，电极测量点连接电阻测试仪，可实时监测岩心内各位置阻值变化。
通过调节混合磁性驱替液中带电二氧化硅纳米颗粒的浓度来配制不同带电量的混合磁性驱替液，共配制50组聚合物浓度相同、带电二氧化硅纳米颗粒浓度不同的不同带电量的混合磁性驱替液。
取50块相同参数的测试岩心，按步骤（1）中方式处理待用，逐一进行不同带电量的混合磁性驱替液驱替实验，以实验要求的注入速度（1ml/min）对已饱和油的岩心模型进行驱替，以室内实验所允许的最大电流（I=50A）通入重力分异模拟装置内的螺线圈，实时监测岩心模型下部电阻值的变化，记录第一个阻值变化点所在位置，测量该点与注入端距离L重，即驱替液从岩心上端运动至岩心底部所流经的水平距离。50组不同组驱替液带电量及运动距离实验数据如表1所示。
带电颗粒浓度（mg/L） 电量（C） L距（cm）
2500 0.0005330 4.80
2450 0.0005207 4.81
2400 0.0005099 4.89
2350 0.0004980 5.30
2300 0.0004829 5.06
2250 0.0004685 5.30
2200 0.0004586 5.47
2150 0.0004468 5.39
2100 0.0004297 5.64
2050 0.0004160 5.90
2000 0.0004027 5.80
1950 0.0003937 5.97
1900 0.0003757 6.05
1850 0.0003667 5.88
1800 0.0003590 6.40
1750 0.0003423 6.13
1700 0.0003081 6.63
1650 0.0002946 6.30
1600 0.0002710 6.80
1550 0.0002613 7.38
1500 0.0002514 7.04
1450 0.0002240 7.30
1400 0.0002144 7.79
1350 0.0002045 8.12
1300 0.0001940 7.90
1250 0.0001856 8.62
1200 0.0001720 8.70
1150 0.0001613 8.95
1100 0.0001450 9.40
1050 0.0001340 10.20
1000 0.0001252 10.94
950 0.0001040 11.90
900 0.0000892 12.10
850 0.0000757 13.01
800 0.0000586 13.84
750 0.0000523 14.17
700 0.0000430 14.80
650 0.0000387 15.58
600 0.0000350 16.30
550 0.0000210 18.50
500 0.0000130 20.80
450 0.0000126 22.38
400 0.0000090 24.70
350 0.0000081 23.40
300 0.0000072 25.61
250 0.0000063 27.85
200 0.0000062 26.70
150 0.0000045 29.60
100 0.0000045 28.92
50 0.0000027 30.00
表1
由于不同带电量的驱替液所对应的L重不同，可得最大电流强度条件下，不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线，如图7所示。
由关系曲线拟合出公式：
y =-4.927ln(x) - 33.255， x为混合磁性驱替液带电量，根据研究表明，现场实际注采井之间距离300m时，驱替液在注入后在重力作用下开始向下运动，距注入井90m处驱替液运动到油层底部，如图8所示，因此，对照等比例模型实验所得q-L重关系曲线拟合公式，当混合磁性驱替液从注入端运动至岩心底部的水平距离为9cm时，此时模拟实际重力作用效果所需混合磁性驱替液的带电量q终=0.00019C。
（9）进行有磁模拟重力的驱替实验：将磁力发生装置中的测试岩心替换为处理后的实验岩心，以实验室最大电流强度（I=50A）通入通电螺线管，混合磁性驱替液带电量q终=0.00019C，由步骤（8）可知此条件可模拟实际重力分异作用效果。以注入速度1ml/min进行恒速驱替实验，按实验方案在磁场模拟重力作用的情况下进行聚合物驱油实验。

Claims (3)

1.一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验装置，由重力分异模拟器、第一玻璃夹持筒(3)、第二玻璃夹持筒(23)以及电阻测试仪(26)和计算机(28)组成；
其中，所述重力分异模拟器由绝缘外筒(15)、底座(14)、绝缘内筒(5)、线圈缠绕筒(6)、端盖(21)、铜导线(18)以及电源线(20)构成；绝缘外筒(15)与底座(14)通过螺栓紧密固定，端盖(21)为圆环状，与绝缘内筒(5)、线圈缠绕筒(6)、绝缘外筒(15)具有相同的中心轴线，绝缘内筒(5)与绝缘外筒(15)之间由绝缘连接柱(12)相互固定，线圈缠绕筒(6)位于绝缘内筒(5)的内部，其上致密缠绕铜导线(18)，线圈缠绕筒(6)固定在端盖(21)的内壁上，端盖(21)的中央环形孔的直径略小于线圈缠绕筒(6)的外径，端盖(21)嵌入绝缘内筒(5)的两端以实现紧密连接固定，经过绝缘密封后引出的铜导线(18)的两端与外接电源线(20)相连接；贯穿绝缘外筒(15)、绝缘内筒(5)以及线圈缠绕筒(6)，在绝缘外筒(15)对称侧面的中心位置开有一对六角口(19)，两个六角口(19)的中心线与线圈缠绕筒(6)的中心轴线相交；六角口(19)与绝缘外筒(15)、绝缘内筒(5)以及线圈缠绕筒(6)的接触面通过挡板(17)封闭；
第一玻璃夹持筒(3)的外圆为六角口(19)的内切圆，第一玻璃夹持筒(3)为圆筒状，由有机玻璃制成，橡胶筒(16)位于第一玻璃夹持筒(3)内，橡胶筒(16)的左右两端通过可在第一玻璃夹持筒(3)内滑动的玻璃活塞(1)固定在第一玻璃夹持筒(3)内，第一玻璃夹持筒(3)的内壁与橡胶筒(16)的外壁之间形成密闭的围压空间(2)；第一玻璃夹持筒(3)上布设有环压注入孔(4)，环压注入孔(4)的开口位于围压空间(2)中；玻璃活塞(1)的中央埋设有驱替管线(8)；与驱替液入口方向相反处的玻璃活塞(1)外滑动固定有一个顶出柱推动机构(9)，顶出柱推动机构(9)具有一个可由气压推动的柱塞，所述柱塞的顶端固定连接两个顶出柱(7)，通过气泵(11)将空气沿通气管线(10)输送进顶出柱推动机构(9)的气压输入端，以实现将顶出柱(7)推出后推动玻璃活塞(1)的水平移动，完成对橡胶筒(16)内岩心的取出；在第一玻璃夹持筒(3)的下部有一个可拆卸的有机玻璃辅助支撑平台(13)，有机玻璃辅助支撑平台(13)位于线圈缠绕筒(6)内；
第二玻璃夹持筒(23)具有第一玻璃夹持筒(3)的全部结构特征，除此之外，在第二玻璃夹持筒(23)的底部等间隔布设有40到60个测试电极(30)，测试电极(30)的引出端可以通过信号线(29)经过信号转换器(24)与电阻测试仪(26)的对应电极信号输入端口相连接。
2.一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法，该方法由如下步骤构成：
(1)准备两种岩心模型备用，一种是驱替实验所用岩心，即实验岩心，另一种是核准电量用的布设电极的岩心，即测试岩心，分别将两种岩心进行抽空饱和水和饱和油处理后备用；
(2)将权利要求1所述室内实验装置中的重力分异模拟器连接好外部电源后待用；电流的输入方向应该确保由六角口(19)插入的岩心受到垂直向下的洛仑兹力作用；
(3)按照具体实验方案制备未带电聚合物溶液并测定其粘度μ1、阻力系数RF1和残余阻力系数RRF1；
(4)制备磁力助剂，该磁力助剂中的带电单元能够与步骤(3)中制备的未带电聚合物溶液中聚合物表面官能团紧密联接；所述磁力助剂采用带电二氧化硅纳米颗粒制备；
(5)将步骤(4)中制得的带电二氧化硅纳米颗粒与步骤(3)中制备的未带电聚合物溶液搅拌混合得到混合磁性驱替液，测得所述混合磁性驱替液的粘度为μ2，，通过流动性实验测量所述混合磁性驱替液的阻力系数RF2与残余阻力系数RRF2；制备完成的混合磁性驱替液需要同时满足驱油实验条件①和条件②：
条件①
条件②且
(6)在满足步骤(5)所述全部条件的基础上，通过调节混合磁性驱替液中带电二氧化硅纳米颗粒的浓度来配制不同带电量的混合磁性驱替液，共配制至少50组聚合物浓度相同、带电二氧化硅纳米颗粒浓度不同的具有不同带电量的混合磁性驱替液备用；
(7)向重力分异模拟器中的铜导线(18)内通入稳定直流电以产生稳定匀强磁场；
(8)将步骤(1)中准备的测试岩心放入权利要求1所述室内实验装置中的第二玻璃夹持筒(23)内，将测试电极与电阻测试仪相连接，以实时监测岩心内各位置阻值变化；
(9)以实验要求的注入速度对步骤(8)内已饱和油的岩心模型进行驱替，以室内实验所允许的最大电流通入重力分异模拟器中的铜导线(18)内，实时监测岩心模型下部电阻值的变化，记录第一个阻值变化点所在位置，测量该点与注入端距离L重，即驱替液从岩心上端运动至岩心底部所流经的水平距离；
(10)重复步骤(9)，但每次需要更换具有不同带电量的混合磁性驱替液，由于不同带电量的驱替液所对应的L重不同，可得最大电流强度条件下，不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线图；
(11)按照现场所实际获得的进行聚合物驱油时，注采井之间距离值与驱替液在注入后在重力作用下开始向下运动到油层底部的水平距离值之比，而从步骤(10)中获得的不同混合磁性驱替液带电量q与驱替液运动距离L重的关系曲线图中确定哪一种带电量下的混合磁性驱替液可以最接近模拟实际地层的重力分异作用；
(12)将步骤(1)中所制备的实验岩心放入权利要求1所述室内实验装置中的第一玻璃夹持筒(3)内，将第一玻璃夹持筒(3)插入六角口(19)内，实验用的电流强度及驱替液带电量以步骤(11)中所得的数据为准，在磁场模拟重力作用的情况下进行化学驱油实验。
3.根据权利要求2所述的一种模拟储层内聚驱重力分异作用的室内实验方法，其特征在于步骤(4)中所述的制备磁力助剂采用带电二氧化硅纳米颗粒制备，按照以下方式进行：
首先将3种药剂正硅酸乙酯(TEOS)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、三乙醇胺(TEA)与水(H2O)按TEOS：CTAC：TEA：H2O＝0.71：0.14：7.33：91.82的质量比例制备成混合液，再加入APTMES与正硅酸乙酯(TEOS)的混合液一同搅拌，再加入乙醇并离心分离，洗去颗粒中的模板分子十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)，离心后用乙醇清洗，洗去十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)，步骤重复3次后得到表面带氨基的多孔二氧化硅纳米颗粒(NH2-MSN)，再将NH2-MSN加入到含过量丁二酸酐的二甲基甲酰胺溶液中反应24h即可得到表面带羧基的阴离子纳米颗粒(COOH-MSN)。
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