CN104912525B - 用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置及方法，装置包括：岩心夹持器、水中间容器、恒压恒速泵以及水气分散体系发生器；恒压恒速泵与所述水中间容器相连接，所述的水中间容器通过水气分散体系发生器与岩心夹持器相连接；其中，岩心夹持器用于放置岩心样本，在岩心夹持器内对岩心样本进行气驱；将水气分散体系发生器加热至设定温度，恒压恒速泵将水中间容器中的去离子水的压力施加到设定压力，将达到设定压力的去离子水注入水气分散体系发生器形成水气分散体系，利用所述水气分散体系对岩心夹持器中的岩心样本进行驱油实验。本发明实现原理简单，可明显提高渗流阻力，封堵气窜通道，提高低渗透岩心的采出程度。

Description

用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置及方法

技术领域

本发明涉及石油开发技术，具体的讲是一种用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置及方法。

背景技术

低渗透砂岩储层具有巨大的资源潜力，同时也存在巨大的勘探与开发难度，是目前国内外石油地质和石油工程专家们关注的焦点。在我国，“低渗透”资源占有越来越重要的地位，如何合理高效的开发低渗透油田显得日益重要。但是，由于低渗透油田天然能量不充足，为了获得较高速度的稳产和较高的采收率，靠注入流体向地层补充能量驱替开采是一种自然的思路。

现有技术中，我国低渗透油田注水开发普遍存在吸水能力低，启动压力和注水压力高，稳产困难大等问题，影响着低渗油藏的注水开发效果；与注水开发相比，注气采油技术具备注入性好，降低原油黏度，降低界面张力的作用，是开发低渗透油田的有效手段。但是，现有技术中，由于注入的气体的粘度远远低于原油粘度，流度较大，一旦形成指进，在地层中更容易发生窜逸等现象，严重影响开发效果。

发明内容

为了解决低渗透砂岩油藏注气开发中气体流度大，容易窜流的问题，本发明提供一种用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置，驱油实验装置包括：岩心夹持器、水中间容器、恒压恒速泵以及水气分散体系发生器；恒压恒速泵与所述水中间容器相连接，所述的水中间容器通过水气分散体系发生器与岩心夹持器相连接；其中，

所述岩心夹持器用于放置岩心样本，在所述岩心夹持器内对岩心样本进行气驱；将所述水气分散体系发生器加热至设定温度，所述恒压恒速泵将水中间容器中的去离子水的压力施加到设定压力，将达到设定压力的去离子水注入水气分散体系发生器形成水气分散体系，利用所述水气分散体系对岩心夹持器中的岩心样本进行驱油实验。

本发明实施例中的驱油实验装置，还包括：氮气瓶，所述氮气瓶连接到岩心夹持器，用于对岩心样本进行气驱。

本发明实施例中，所述的水气分散体系发生器具有进气通道和进水通道，所述进气通与氮气瓶相连接，以实现氮气瓶与岩心夹持器的连接，所述水中间容器通过进水通道与水气分散体系发生器相连接；

进行气驱时，关闭所述进水通道开启进气通道。

本发明实施例中的驱油实验装置，还包括：回压阀和产液量计量试管，所述回压阀设置于所述岩心夹持器和产液量计量试管之间，所述的回压阀和产液量计量试管均连接到一气体流量计。

本发明实施例中的驱油实验装置，还包括：加热器和加热套；

进行水气分散体系驱油时，所述加热器用于对进气通道和进水通道进行加热；

所述加热套用于对水气分散体系发生器进行加热。

本发明实施例中的驱油实验装置还包括：油中间容器，分别与所述恒压恒速泵和岩心夹持器相连接。

同时，本发明还公开一种用于低渗透砂岩油藏的驱油实验方法，所述的方法利用上述的驱油实验装置进行驱油实验，所述的方法包括：

将预处理的岩心样本置入岩心夹持器；

对所述岩心样本进行气驱并确定气驱稳定后的压力；

根据气驱稳定后的压力确定水气分散体系发生器的设定温度；

将所述水气分散体系发生器的温度加热至所述设定温度；

利用所述恒压恒速泵为水中间容器中的去离子水加压，将所述水中间容器的压力施加到气驱稳定后的压力；

开启水气分散体系发生器的进水通道，生成水气分散体系；

利用所述的水气分散体系对气驱后的岩心样本进行驱油实验。

本发明实施例中，根据气驱稳定后的压力确定水气分散体系发生器的设定温度包括：

根据气驱稳定后的压力确定当前压力下的去离子水沸点；

根据所述当前压力下的去离子水沸点确定水气分散体系发生器的设定温度。

本发明实施例中，根据所述当前压力下的去离子水沸点确定水气分散体系发生器的设定温度包括：

将当前压力下的去离子水的沸点温度加20℃的温度设为水气分散体系发生器的设定温度。

本发明实施例中，所述的方法包括对岩心样本进行预处理，所述的预处理包括：

对所述岩心样本进行抽真空、饱和水及原油驱替预处理。

本发明的实验装置和方法，实现原理简单，动态制备并向岩心注入水气分散体系，且可明显提高渗流阻力，控制气体流度，提高低渗透岩心的采出程度。只需在常规气驱室内实验装置的基础上接入水气分散体系发生器，并增加几个装置就可以实现。本发明驱油体系可以控制气体流度，降低气相渗透率，扩大气驱波及体积，提高采出程度。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置的示意图；

图2为本发明公开的水气分散体系水气分散体系驱油实验装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中蒸发-冷凝式水气分散体系水气分散体系发生器的结构示意图；

图4为本发明公开的驱油实验方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术存在的问题，本发明通过对低渗透油藏渗流环境特征的分析，结合气驱与水驱的特点，设计出能控制注气开发低渗透油藏气体流度的水气分散驱油体系。

如图1所示，为本发明提供的一种用于低渗透砂岩油藏的驱油实验装置，驱油实验装置包括：岩心夹持器40、水中间容器20、恒压恒速泵10以及水气分散体系发生器30；恒压恒速泵10与所述水中间容器20相连接，所述的水中间容器20通过水气分散体系发生器30与岩心夹持器40相连接；其中，

所述岩心夹持器40用于放置岩心样本，在岩心夹持器40内对岩心样本进行气驱，将水气分散体系发生器30加热至设定温度；所述恒压恒速泵10将水中间容器20中的去离子水的压力施加到设定压力，将达到设定压力的去离子水注入水气分散体系发生器30形成水气分散体系，利用所述水气分散体系对岩心夹持器40中的岩心样本进行驱油实验。

本发明提供的驱油实验装置采用蒸发-冷凝的方式将水和注入气体混合，形成水气微分散体系，利用形成的水气分散体系进行驱油，并控制气体流度。本发明实施例中所制取的水气分散体系从宏观上表现为控制注入气体流度，封堵气窜，扩大波及体积从而提高采收率的机制。

本发明可以模拟低渗透油藏注气驱油过程，研究水气分散体系驱控制气体流度，扩大波及体积和提高采收率效果的能力。

具体的，本发明实施例是通过如下技术方案实现的：本发明实施例中的水气分散体系驱油实验装置，包括氮气瓶、恒压恒速计量泵、高压中间容器、气体质量流量计、单向阀、蒸发-冷凝式水气分散体系发生器、岩心夹持器、压力变送器及转换模块、压力表、手动计量泵、回压阀、六通阀、两通阀门若干、自控高温恒温箱、计量试管若干以及计算机；

驱油实验所用实验材料，包括去离子水、高纯氮气、煤油、低渗透露头岩心、轻质原油等。其中，恒压恒速计量泵、高纯氮气瓶、气体质量流量计、手动计量泵、计算机位于自控高温恒温箱外，水气分散体系发生器、高压中间容器、单向阀、岩心夹持器、压力变送器、各类阀门、计量试管位于自控高温恒温箱内。

所述去离子水装入高压中间容器的入口端与恒压恒速计量泵相连接，出口端与水气分散体系发生器相的入口端连接；高纯氮气通过气体质量流量计和单向阀，与水气分散体系发生器的入口端相连接；水气分散体系发生器出口端与岩心夹持器入口相连接；压力变送器接入岩心夹持器入口端，压力变送器通过转换模块接入计算机；岩心夹持器环压由手动计量泵提供；岩心夹持器出口端通过单向阀，经过气液分离装置，液体连接计量试管，气体通过气体质量流量计。

在使用水气分散体系驱油前做如下前期工作，设定恒温箱温度为实验所需温度，待温度升高到设定值并保持一定时间后，对已置入岩心的岩心夹持器施加环压，依次进行抽真空、饱和水、饱和油，而后进入气驱过程，以一定流量进行气驱，记录压力、出口端油水体积和气体流量。以上工作完成之后，开始使用水气分散体系驱油，首先根据前一步骤的气驱压力，将设定水气分散体系发生器的加热温度，待温度升高到设定值并保持一段时间后，打开水气分散体系发生器的进水通道，以一定的流量注去离子水，维持气液比并根据当前压力随时调整水气分散体系发生器的设定温度，记录压力、出口端油水体积和气体流量。

下面结合图2所示的驱油实验装置对本发明实施例做进一步详细说明，本实施例的驱油实验装置包括：氮气瓶101、恒压恒速泵102、手动计量泵103、气体流量计104、压力表105、压力变送器109、气体流量计113和计算机114位于恒温箱外；中间容器106、中间容器107、水气分散体系发生器108、岩心夹持器110、回压阀111和计量试管112位于恒温箱(本实施例中通过虚线框指代恒温箱)内，回压阀111设置于岩心夹持器110和产液量计量试管112之间，回压阀111和产液量计量试管112均连接到一气体流量计。回压阀111的作用是防止气窜，维持驱替压差，回压不应高于岩心夹持器环压。

其中，图3所示为上述的水气分散体系发生器108，氮气和去离子水分别通过1和2管线，经过电热丝3充分预热至设定温度，其中去离子水蒸发为水蒸气，氮气和水蒸气进入加热混合腔5，经由加热套6保持温度，机械搅拌机9充分进行混合(搅拌机和加热混合腔内壁均涂有为疏水材料)，热电偶7监测温度，压力传感器8监测腔内压力，混合液体经过管线空气冷凝从出口10通入岩心。气驱时关闭加热器3、6和进水通道2，开启进气通道1和出口10；水气分散体系驱油时开启加热器3、6，和恒压恒速泵，待温度升高到设定值，泵压升高到岩心入口压力时，开启进水通道2。驱替结束后，关闭阀门1、2、10，关闭加热器3、6，等到冷却到室温后开启排水阀门4，将未能进入岩心的水排出，并记录体积。

驱油前准备工作包括，将渗透率、孔隙度适宜的岩心放入岩心夹持器110，通过手动计量泵103对其施加环压，环压数值通过压力表105监测；利用真空泵对岩心进行抽真空，之后用手动计量泵饱和水，测量孔隙体积和孔隙度；通过恒压恒速泵102将中间容器106中的轻质原油注入岩心进行饱和油，建立原始含油饱和度，老化原油48小时。

调节回压阀111的开启压力为适宜值，设定气体流量计104流量为适宜值，开启氮气瓶101，开启水气分散体系发生器108的进气通道，同时关闭进水通道，进行气驱油实验，压力变送器109的压力数值和气体流量计113的流量数值通过计算机114监测和记录，产液量直接通过计量试管112读取。至出口端不再出油，流量计113的流量数值稳定并和流量计104的设定值接近时，记录当前压力值，停止气驱。

根据刚才记录的压力数值，设定水气分散体系发生器108的加热温度为该压力下去离子水沸点+20℃，当温度升高到设定值之后，通过恒压恒速泵102为中间容器107中的去离子水施加压力，当压力达到刚才记录的压力值后，开启水气分散体系发生器108的进水通道，将去离子水注入水气分散体系发生器108中，则生成的水气分散体系从108进入岩心夹持器110，注入岩心中。监测和记录压力和出口端流量的变化，产液量直接通过计量试管112读取，随时调整水气分散体系发生器108的温度，以适应压力的变化。至出口端不再出油，流量计113的流量数值稳定并和流量计104的设定值接近时，停止驱油。

经过本发明实施例的水气分散体系发生器所制备的水气分散体系，其初始冷凝液滴半径多分布在3～12nm之间，而低渗透岩心孔隙半径在数十到数百纳米的范围内，即表明初始冷凝的水滴可以完全进入低渗透岩心孔隙。

分散在氮气中的水以小液滴和水蒸气两种形式存在。分散体系注入岩心的过程中，在孔隙喉道中运移的水滴会因两种原因而长大：其一，气体介质中存在的水蒸气冷凝而附着在已经存在的液滴上，核化生长；其二，不同液滴间接触发生团聚，生成更大的液滴。

同时，形成的水气分散体系中的小液滴还会因为三种原因而滞留于孔隙之中：其一，重力的作用，由于水气比重的差异，气体多通过孔道，而水滴更倾向于受重力而停留；其二，空间位阻的作用，长大的液滴尺寸可能大于等于孔隙尺寸，从而产生空间阻碍使之滞留；其三，岩石表面对液滴的吸附作用，使得试图通过孔隙的液滴附着在岩石内表面，尤其是在亲水地层中。

在水气分散体系注入岩心时携带着小液滴的气流首先进入优势通道，利用液滴发生的生长和滞留封堵优势通道，阻止气窜，迫使气体进入未波及的细小孔道，达到提高微观波及效率、控制气体流度的作用。

此外，本发明还提供了一种驱油实验方法，利用上述的驱油实验装置进行驱油实验，如图4所示，该方法包括：

步骤S101，将预处理的岩心样本置入岩心夹持器；所述的预处理包括：对所述岩心样本进行抽真空、饱和水及原油驱替预处理。

步骤S102，对所述岩心样本进行气驱并确定气驱稳定后的压力；

步骤S103，根据气驱稳定后的压力确定水气分散体系发生器的设定温度；

步骤S104，将所述水气分散体系发生器的温度加热至所述设定温度；

步骤S105，利用所述恒压恒速泵为水中间容器中的去离子水加压，将所述水中间容器的压力施加到气驱稳定后的压力；

步骤S106，开启水气分散体系发生器的进水通道，生成水气分散体系；

步骤S107，利用所述的水气分散体系对气驱后的岩心样本进行驱油实验。

本发明实施例中，根据气驱稳定后的压力确定水气分散体系发生器的设定温度包括：

根据气驱稳定后的压力确定当前压力下的去离子水沸点；

根据所述当前压力下的去离子水沸点确定水气分散体系发生器的设定温度。

本发明方法实施的具体包括如下步骤：

a、连接好实验设备，按照实验设计的要求向岩心夹持器中置入干燥的低渗透率岩心，实验开始之前，将恒温箱温度调整至实验设计温度，等到稳定后，用手动计量泵对岩心夹持器施加环压。

b、对岩心进行抽真空、饱和水，测量孔隙体积和孔隙度，在设定温度下用轻质原油驱替，建立原始含油饱和度，老化油48小时。

c、关闭水气分散体系发生器进水通道，开启进气通道，以一定流量进行气驱，同时监测入口压力的变化并记录，观察出口端即时出油、出水体积以及出口气体流量并记录，直到不再出油为止。

d、根据气驱稳定后的压力数值，设定水气分散体系发生器加热温度为该压力下去离子水沸点+20℃，当温度升高到设定值之后，开启恒压恒速泵和水气分散体系发生器进水通道，以实验设计要求流速注入去离子水，随时监测并记录压力升高情况，并根据压力调整发生器设计温度，记录出口端油水体积和即时气体流量，直到出口端不再出油为止。

本发明水气分散体系发生器耐温上限400℃，耐压上限40MPa。利用去离子水蒸发形成水蒸汽，在发生器内与注入气体充分混合均匀，而后冷凝成为小液滴分散在气体中，形成氮气为分散介质、水滴为分散相的水气分散体系，所以在使用时必须保证设定温度高于当时压力下水的沸点，否则无法形成均匀的分散体系。发生器内壁为疏水材料，以减弱水蒸气在容器内壁上冷凝滞留。

本发明在气驱结束后才进行注分散体系，在注水时先要开启恒压恒速泵，待泵压大于等于驱替入口压力后才可打开进水阀门，这样才能使分散体系进入岩心。在水气分散体系注入岩心时携带着小液滴的气流首先进入优势通道，在其中液滴发生生长和滞留，从而封堵优势通道，阻止气窜，迫使气体进入未波及的细小孔道，达到提高微观波及效率、控制气体流度的作用。

驱替过程中要保持环压高于驱替入口压力3～4MPa以防注入流体出现壁流现象。

本发明的有益效果在于，以最简单的原理，动态制备并向岩心注入水气分散体系，且可明显提高渗流阻力，封堵气窜通道，提高低渗透岩心的采出程度。而且只需在常规气驱室内试验装置的基础上接入水气分散体系发生器，并增加几个装置即可实现。

一实施例中，采用本发明公开的装置可进行流度控制能力测试：

实验用多孔介质为露头砂岩岩心，长6.6cm，直径2.5cm，孔隙体积6.8cm³，孔隙度21.0％。45℃恒温条件下，以恒定流速20ml/min注入高纯氮气驱替该干燥岩心至压力稳定，稳定值为1018.1kPa，计算该岩心气相渗透率为0.154×10^-3μm²。设定水气分散体系发生器温度为190℃，注入水气分散体系，恒定氮气流速20ml/min，去离子水流速0.2ml/min，根据压力升高情况调整设定温度，至压力稳定，稳定值为1938.2kPa，计算阻力系数为1.9037；监测出口端气体流速，至压力稳定后出口端气体流速在4.2ml/min～8.55ml/min之间波动。

一实施例中，采用本发明公开的装置可提高采收率效果评价：

实验用多孔介质为露头砂岩岩心，长6.6cm，直径2.5cm，孔隙体积6.2cm³，孔隙度19.1％。45℃恒温条件下，测量气相渗透率为0.132×10^-3μm²。对岩心抽真空、饱和水后进行油驱水，原始含油饱和度为43.54％，老化48小时。45℃恒温条件下，以恒定流速20ml/min注入高纯氮气驱替该岩心至压力稳定，稳定值为7864.0kPa，采出程度为48.10％。设定水气分散体系发生器温度为305℃，注入水气分散体系，恒定氮气流速20ml/min，去离子水流速0.1ml/min，根据压力升高情况调整设定温度，至压力稳定，稳定值为14273.1kPa，且出口端气体流速接近气体流量设定值，出口端不再出油，计算采出程度为51.80％，提高采收率3.70％。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种用于低渗透砂岩油藏的驱油实验方法，该方法所使用的驱油实验装置包括岩心夹持器、水中间容器、恒压恒速泵以及水气分散体系发生器；恒压恒速泵与所述水中间容器相连接，所述的水中间容器通过水气分散体系发生器与岩心夹持器相连接；其中，所述岩心夹持器用于放置岩心样本，在所述岩心夹持器内对岩心样本进行气驱；将所述水气分散体系发生器加热至设定温度，所述恒压恒速泵将水中间容器中的去离子水的压力施加到设定压力，将达到设定压力的去离子水注入水气分散体系发生器形成水气分散体系，利用所述水气分散体系对岩心夹持器中的岩心样本进行驱油实验；该方法包括：

将预处理的岩心样本置入岩心夹持器；

对所述岩心样本进行气驱并确定气驱稳定后的压力；

根据气驱稳定后的压力确定水气分散体系发生器的设定温度；

将所述水气分散体系发生器的温度加热至所述设定温度；

利用所述恒压恒速泵为水中间容器中的去离子水加压，将所述水中间容器的压力施加到气驱稳定后的压力；

开启水气分散体系发生器的进水通道，生成水气分散体系；

利用所述的水气分散体系对气驱后的岩心样本进行驱油实验。

2.如权利要求1所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的根据气驱稳定后的压力确定水气分散体系发生器的设定温度包括：

根据气驱稳定后的压力确定当前压力下的去离子水沸点；

根据所述当前压力下的去离子水沸点确定水气分散体系发生器的设定温度。

3.如权利要求2所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的根据所述当前压力下的去离子水沸点确定水气分散体系发生器的设定温度包括：

将当前压力下的去离子水的沸点温度加20℃的温度设为水气分散体系发生器的设定温度。

4.如权利要求3所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的方法包括对岩心样本进行预处理，所述的预处理包括：

对所述岩心样本进行抽真空、饱和水及原油驱替预处理。

5.如权利要求1所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的驱油实验装置还包括：氮气瓶，所述氮气瓶连接到岩心夹持器，用于对岩心样本进行气驱。

6.如权利要求5所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的水气分散体系发生器具有进气通道和进水通道，所述进气通道与氮气瓶相连接，以实现氮气瓶与岩心夹持器的连接，所述水中间容器通过进水通道与水气分散体系发生器相连接；

进行气驱时，关闭所述进水通道开启进气通道。

7.如权利要求6所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的驱油实验装置还包括：回压阀和产液量计量试管，所述回压阀设置于所述岩心夹持器和产液量计量试管之间，所述的回压阀和产液量计量试管均连接到一气体流量计。

8.如权利要求7所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的驱油实验装置还包括：加热器和加热套；

进行水气分散体系驱油时，所述加热器用于对进气通道和进水通道进行加热；

所述加热套用于对水气分散体系发生器进行加热。

9.如权利要求8所述的驱油实验方法，其特征在于，所述的装置还包括：

油中间容器，分别与所述恒压恒速泵和岩心夹持器相连接。