CN104963664A - 大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，按照先后顺序包括以下步骤：安装并检测大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置；向水容器Ⅰ内加水并除去溶解气；向水容器Ⅱ内加水并除去溶解气；对岩芯进行饱和油过程；对岩芯进行水驱油过程；对驱替出来的油和液体进行计量。所述实验装置包括自动加水装置Ⅰ、自动加水装置Ⅱ、加油装置、除杂装置Ⅰ、除杂装置Ⅱ、压力采集装置、油水计量装置和岩芯夹持装置；所述自动加水装置包括真空泵，还设置了加水控制按键和驱替控制按键。该实验方法的自动化程度高，可操作性强，同时集多项功能于一体，可实现自动上水，同时满足大液量驱替使用，还可有效去除水和油中的杂质，同时去除水中的溶解气。

Description

大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法

技术领域

    本发明属于油气田开发技术领域，涉及一种岩芯驱替模拟实验方法，尤其涉及一种大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法。

背景技术

在油气田开发技术领域中，通常采用岩芯驱替实验模拟油气田实际开采原油的过程。该实验有时需要注入大量的驱替液（通常为水），整个实验一般需要驱替至少半个月以上，在驱替过程中需要不断地向中间容器中补充驱替液，这将大大增加科研人员的劳动强度，而且影响实验进度。在进行大液量驱替实验时，驱替液中的杂质和气体（在添加驱替液时，驱替液不断震荡，使得气体在驱替液中溶解）不断地在岩芯中累积，杂质和气体进入岩芯，对油水两相的渗流影响很大，从而导致水驱渗流规律和驱油效果产生异常，严重时还会造成岩芯堵塞，使驱替实验失败。在进行大液量驱替实验时，驱替时间和PV数远远大于常规的水驱油实验，若仍采用普通试管计量油水产出量，则存在较大的累积误差。因此，急需开发一种大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，以实现能够自动添加驱替液、有效去除杂质和溶解气、有效分离油水和精确计量产油量等功能。

现有的岩芯驱替方法和装置虽然可以模拟室内驱替实验，但通常是模拟小液量的驱替实验，若进行大液量驱替实验，则需要不断地补充驱替液，而且在每次添加驱替液时，都需要将中间容器顶部的盖子拧开，加满驱替液后，再将盖子拧紧，这不仅增加工作强度，而且影响实验进度；在大液量驱替实验中，杂质和驱替液中的溶解气产生的影响不断累积，这对实验结果的影响比一般驱替实验大得多，现有技术解决沉淀及结垢物进入岩芯的方法主要是采用不锈钢材质的中间容器，或者在中间容器的内壁上涂覆防腐层，以防止中间容器腐蚀和生锈，但是容器中的驱替液本身产生的沉淀及结垢物是无法阻止的，这仍然会造成岩芯堵塞。公布号为CN102536180A的发明专利公开了一种防止杂质进入岩芯的方法及其装置，该方法和装置能有效避免沉淀及结垢物进入岩芯，但是仍存在很多缺陷，无法解决现有技术中存在的问题，该专利在岩芯的管线入口端包裹一层过滤膜以去除杂质，但是在实际操作过程中，仅依靠简单的包裹是无法保证该专利所述的陶瓷和胶结石英砂等硬质材料与管线充分接触而不留大空隙的，因此不能有效去除杂质和溶解气；该专利中包裹有过滤膜的管线设置在中间容器的底部，一方面使得更换过滤膜存在困难，另一方面当中间容器的活塞运移到底部时，要么造成活塞被包裹有过滤膜的管线卡死，要么造成包裹有过滤膜的管线折断，因此操作性很差。此外，在进行大液量驱替实验时，需要精确计量油水的体积，而现有技术中多采用试管接液计量，每次读数产生的误差不断累积，造成最终结果的误差很大，整个实验至少驱替半个月以上，需要不断更换试管，工作量很大；在驱替实验中，向中间容器添加驱替液时容易发生震荡，大量气体在液体中溶解，现有技术没有对此采取任何措施，这将对实验结果产生很大影响。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其目的在于：实现大液量驱替过程中自动加水、有效去除杂质和水中的溶解气、降低油水计量误差及提高可操作性等功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：安装并检测大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置；

步骤二：开启自动加水装置Ⅰ，向水容器Ⅰ内加水，并除去水中的溶解气；

步骤三：开启自动加水装置Ⅱ，向水容器Ⅱ内加水，并除去水中的溶解气；

步骤四：开启加油装置和除杂装置Ⅱ，对岩芯进行饱和油过程；

步骤五：通过自动加水装置Ⅰ、自动加水装置Ⅱ和除杂装置Ⅰ，对岩芯进行水驱油过程；

步骤六：通过油水计量装置对驱替出来的油和液体进行计量。

优选的是，所述大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置包括自动加水装置、加油装置、除杂装置、压力采集装置、油水计量装置和岩芯夹持装置，所述自动加水装置包括自动加水装置Ⅰ和自动加水装置Ⅱ，所述除杂装置包括除杂装置Ⅰ和除杂装置Ⅱ，所述自动加水装置Ⅰ和自动加水装置Ⅱ均与除杂装置Ⅰ连接，所述加油装置与除杂装置Ⅱ连接。

本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置中，采用两套自动加水装置，可为大液量恒压驱替实验提供充足的水源，在驱替过程中，当水容器Ⅰ中的水不充分或者用完时，水容器Ⅱ中的水开始进行驱替工作，此时水容器Ⅰ开始上水，当水容器Ⅱ中的水不充分或者用完时，水容器Ⅰ中的水又开始进行驱替工作，以此类推，确保水源充足，不影响实验进度。此外，本发明还采用两套除杂装置，除杂装置Ⅰ用于除去水中的杂质，除杂装置Ⅱ用于除去油中的杂质。

在上述任一方案中优选的是，所述自动加水装置Ⅰ包括控制装置、水源Ⅰ、水源Ⅰ电磁开关、水容器Ⅰ、水容器Ⅰ电磁开关、液位传感器Ⅰ、换向阀门电磁开关Ⅰ、换气电磁开关、真空泵、气源Ⅰ、气源Ⅰ电磁开关、管线和数据线。气源Ⅰ为水容器Ⅰ中的水进入岩芯提供动力；液位传感器Ⅰ测量并传输水容器Ⅰ中的水面高度；真空泵一方面为水容器Ⅰ上水提供动力，另一方面通过抽真空除去水中的溶解气，从而减少水中的溶解气对驱替实验的影响；数据线用于传输数据和给相关设备供电；管线可作为流体流动的通道。所述换向阀门可采用六通阀门，至少留出一个通孔以确保空气进入水容器Ⅰ中。所述水容器Ⅰ由不锈钢材料制成，所述换向阀门由不锈钢材料制成，所述管线由聚四氟乙烯或者不锈钢材料制成。

在上述任一方案中优选的是，所述控制装置、水源Ⅰ、水源Ⅰ电磁开关、水容器Ⅰ、水容器Ⅰ电磁开关、换向阀门电磁开关Ⅰ、换气电磁开关和真空泵依次连接。

在上述任一方案中优选的是，所述气源Ⅰ、气源Ⅰ电磁开关和水容器Ⅰ依次连接。

在上述任一方案中优选的是，所述液位传感器Ⅰ设置在所述水容器Ⅰ内。

在上述任一方案中优选的是，所述自动加水装置Ⅱ包括控制装置、水源Ⅱ、水源Ⅱ电磁开关、水容器Ⅱ、水容器Ⅱ电磁开关、液位传感器Ⅱ、换向阀门电磁开关Ⅱ、换气电磁开关、真空泵、气源Ⅱ、气源Ⅱ电磁开关、管线和数据线。气源Ⅱ为水容器Ⅱ中的水进入岩芯提供动力；液位传感器Ⅱ测量并传输水容器Ⅱ中的水面高度；真空泵一方面为水容器Ⅱ上水提供动力，另一方面通过抽真空除去水中的溶解气，从而减少水中的溶解气对驱替实验的影响；数据线用于传输数据和给相关设备供电；管线可作为流体流动的通道。所述换向阀门可采用六通阀门，至少留出一个通孔以确保空气进入水容器Ⅱ中。所述水容器Ⅱ由不锈钢材料制成，所述换向阀门由不锈钢材料制成，所述管线由聚四氟乙烯或者不锈钢材料制成。

在上述任一方案中优选的是，所述控制装置、水源Ⅱ、水源Ⅱ电磁开关、水容器Ⅱ、水容器Ⅱ电磁开关、换向阀门电磁开关Ⅱ、换气电磁开关和真空泵依次连接。

在上述任一方案中优选的是，所述气源Ⅱ、气源Ⅱ电磁开关和水容器Ⅱ依次连接。

在上述任一方案中优选的是，所述液位传感器Ⅱ设置在所述水容器Ⅱ内。

在上述任一方案中优选的是，所述控制装置上设置加水控制按键、驱替控制按键和显示屏。控制装置是整个加水过程和驱替过程的中枢系统。

在上述任一方案中优选的是，所述加油装置包括气源Ⅲ、气源Ⅲ阀门、油容器、油容器阀门和管线。气源Ⅲ为油容器中的油进入岩芯提供动力；管线可作为流体流动的通道。所述油容器由不锈钢材料制成，所述管线由聚四氟乙烯或者不锈钢材料制成。

在上述任一方案中优选的是，所述气源Ⅲ、气源Ⅲ阀门、油容器和油容器阀门依次连接。

在上述任一方案中优选的是，所述除杂装置Ⅰ包括夹持装置Ⅰ和过滤器Ⅰ。

在上述任一方案中优选的是，所述过滤器Ⅰ设置在所述夹持装置Ⅰ内，并通过夹持装置Ⅰ固定。所述过滤器Ⅰ由微孔滤膜或者多孔介质材料制成，可有效除去水中的杂质。

在上述任一方案中优选的是，所述除杂装置Ⅰ还包括两个除杂装置Ⅰ阀门，并分别设置在所述夹持装置Ⅰ的两端。

在上述任一方案中优选的是，所述除杂装置Ⅱ包括夹持装置Ⅱ和过滤器Ⅱ。

在上述任一方案中优选的是，所述过滤器Ⅱ设置在所述夹持装置Ⅱ内，并通过夹持装置Ⅱ固定。所述过滤器Ⅱ由微孔滤膜或者多孔介质材料制成，可有效除去油中的杂质。

在上述任一方案中优选的是，所述除杂装置Ⅱ还包括两个除杂装置Ⅱ阀门，并分别设置在所述夹持装置Ⅱ的两端。

在上述任一方案中优选的是，所述压力采集装置包括压力采集器Ⅰ、压力采集器Ⅱ和计算机。

在上述任一方案中优选的是，所述压力采集器Ⅰ和压力采集器Ⅱ通过数据线分别与计算机连接。压力采集器Ⅰ和压力采集器Ⅱ的精度很高，可达到0.001MPa，最高压力为3MPa。

在上述任一方案中优选的是，所述压力采集器Ⅰ用于采集饱和油过程中的压力，所述压力采集器Ⅱ用于采集驱替过程中的压力。

在上述任一方案中优选的是，所述油水计量装置包括油水计量分离器、收集容器和电子天平。油水计量分离器用于收集驱替出来的油，并精确计量其体积；收集容器用于收集驱替出来的液体，通常可使用烧杯；电子天平用于计量驱替出来的液体的质量。

在上述任一方案中优选的是，所述油水计量分离器的下端开口处放置所述收集容器，所述收集容器放置在所述电子天平上。

在上述任一方案中优选的是，所述油水计量分离器的上下两端分别设置上端阀门和下端阀门。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯夹持装置包括岩芯夹持器和岩芯。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯设置在所述岩芯夹持器内，并通过岩芯夹持器固定。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯夹持装置还包括两个岩芯夹持装置阀门，并分别设置在所述岩芯夹持器的两端。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯夹持装置的一端通过管线和换向阀门分别与除杂装置Ⅰ和除杂装置Ⅱ连接，所述岩芯夹持装置的另一端与油水计量装置连接。所述管线可作为流体流动的通道。所述岩芯夹持器与其连接的换向阀门之间的管线为死体积，即在排空过程中这段管线中的油排不掉，体积一定，而且这段管线越短越好，以减小误差。所述换向阀门可采用三通阀门，起到部件连接的作用。

在上述任一方案中优选的是，所述管线和换向阀门的下方设置放空管线和放空管线阀门。放空管线用于排出管线中不需要的流体，饱和油时排出管线中的空气，水驱油时排出管线中的油。所述换向阀门和放空管线阀门均由不锈钢材料制成，所述管线由聚四氟乙烯或者不锈钢材料制成，所述放空管线由聚四氟乙烯材料制成。

在上述任一方案中优选的是，所述大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置还包括报警装置。所述报警装置上设置蜂鸣器和多个报警灯，不同的报警灯对应不同的报警部位，当实验装置中某个部位出现异常或者故障时，蜂鸣器发出报警信号，同时与该部位相对应的报警灯闪烁，在异常现象或者故障没有消失前，蜂鸣器每隔5min鸣声5s，报警灯一直闪烁，当异常现象或者故障消失后，蜂鸣器不再鸣声，报警灯不再闪烁，实验装置继续正常工作。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤一中，将自动加水装置、真空泵和计算机与电源连接，将大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置中的全部电磁开关和阀门关闭，向水源Ⅰ和水源Ⅱ内加满水，向油容器内加满油，通过夹持装置Ⅰ和夹持装置Ⅱ分别将过滤器Ⅰ和过滤器Ⅱ固定住，通过岩芯夹持器将岩芯固定住。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤二中，向水容器Ⅰ内加水并除去水中的溶解气，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：按下控制装置上的加水控制按键；

步骤2：水源Ⅰ电磁开关自动打开，水容器Ⅰ与真空泵之间的水容器Ⅰ电磁开关和换向阀门电磁开关Ⅰ自动打开，真空泵电源开关自动打开，真空泵开始工作；

步骤3：水源Ⅰ中的水在真空泵的抽吸作用下进入水容器Ⅰ内，液位传感器Ⅰ测量并传输水容器Ⅰ内的水面高度，当水容器Ⅰ内的水面高度达到一定高度时，水源Ⅰ电磁开关自动关闭，真空泵继续工作一段时间，除去水容器Ⅰ内的溶解气；真空泵继续工作的时间可以调整，优选为5-15min；

步骤4：除去水容器Ⅰ内的溶解气后，换气电磁开关自动打开，空气进入水容器Ⅰ和真空泵内，真空泵电源开关自动关闭，真空泵停止工作；

步骤5：空气进入水容器Ⅰ和真空泵内一段时间后，换气电磁开关自动关闭。

空气逐渐进入水容器Ⅰ内，避免后续气源Ⅰ电磁开关打开后气源Ⅰ的气体进入水容器Ⅰ中过快而导致驱替用水发生激烈震荡又产生溶解气；空气逐渐进入真空泵内，避免在与真空泵连接的管线内形成负压。空气进入水容器Ⅰ和真空泵内的时间可以调整，优选为1-5min。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，向水容器Ⅱ内加水并除去水中的溶解气，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：向水容器Ⅰ内加水并除去水中的溶解气后，水源Ⅱ电磁开关自动打开，水容器Ⅱ与真空泵之间的水容器Ⅱ电磁开关和换向阀门电磁开关Ⅱ自动打开，真空泵电源开关自动打开，真空泵开始工作；

步骤2：水源Ⅱ中的水在真空泵的抽吸作用下进入水容器Ⅱ内，液位传感器Ⅱ测量并传输水容器Ⅱ内的水面高度，当水容器Ⅱ内的水面高度达到一定高度时，水源Ⅱ电磁开关自动关闭，真空泵继续工作一段时间，除去水容器Ⅱ内的溶解气；真空泵继续工作的时间可以调整，优选为5-15min；

步骤3：除去水容器Ⅱ内的溶解气后，换气电磁开关自动打开，空气进入水容器Ⅱ和真空泵内，真空泵电源开关自动关闭，真空泵停止工作；

步骤4：空气进入水容器Ⅱ和真空泵内一段时间后，换气电磁开关自动关闭。

空气逐渐进入水容器Ⅱ内，避免后续气源Ⅱ电磁开关打开后气源Ⅱ的气体进入水容器Ⅱ中过快而导致驱替用水发生激烈震荡又产生溶解气；空气逐渐进入真空泵内，避免在与真空泵连接的管线内形成负压。空气进入水容器Ⅱ和真空泵内的时间可以调整，优选为1-5min。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤四中，对岩芯进行饱和油过程，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：打开气源Ⅲ，调节压力，打开气源Ⅲ与放空管线之间的气源Ⅲ阀门、油容器阀门、夹持装置Ⅱ两端的除杂装置Ⅱ阀门和放空管线阀门；

步骤2：油容器中的油经过除杂装置Ⅱ中的过滤器Ⅱ除去杂质；

步骤3：当油容器与放空管线之间充满油后，关闭放空管线阀门；

步骤4：打开岩芯夹持器两端的岩芯夹持装置阀门，打开油水计量分离器的上端阀门，对岩芯进行饱和油过程；

步骤5：岩芯饱和油后，关闭气源Ⅲ阀门、油容器阀门、夹持装置Ⅱ两端的除杂装置Ⅱ阀门、岩芯夹持器两端的岩芯夹持装置阀门和油水计量分离器的上端阀门。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤五中，通过自动加水装置Ⅰ、自动加水装置Ⅱ和除杂装置Ⅰ，对岩芯进行水驱油过程，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：按下控制装置上的驱替控制按键，气源Ⅰ电磁开关自动打开，水容器Ⅰ电磁开关自动打开；

步骤2：打开水容器Ⅰ电磁开关与放空管线之间的夹持装置Ⅰ两端的除杂装置Ⅰ阀门和放空管线阀门；

步骤3：水容器Ⅰ中的水经过除杂装置Ⅰ中的过滤器Ⅰ除去杂质；

步骤4：当水容器Ⅰ与放空管线之间充满水后，关闭放空管线阀门；

步骤5：打开岩芯夹持器两端的岩芯夹持装置阀门，打开油水计量分离器的下端阀门，对岩芯进行水驱油过程；

步骤6：当水容器Ⅰ内的水面高度下降到一定高度时，液位传感器Ⅰ将信号传输至控制装置，气源Ⅰ电磁开关自动关闭，水容器Ⅰ电磁开关自动关闭，气源Ⅱ电磁开关自动打开，水容器Ⅱ电磁开关自动打开，由水容器Ⅱ为岩芯的水驱油过程提供水，同时水容器Ⅰ进行自动加水过程；

步骤7：当水容器Ⅱ内的水面高度下降到一定高度时，液位传感器Ⅱ将信号传输至控制装置，气源Ⅱ电磁开关自动关闭，水容器Ⅱ电磁开关自动关闭，气源Ⅰ电磁开关自动打开，水容器Ⅰ电磁开关自动打开，由水容器Ⅰ为岩芯的水驱油过程提供水，同时水容器Ⅱ进行自动加水过程；

步骤8：重复步骤6和步骤7。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤六中，当岩芯内的注水量达到一定量时，停止驱替实验；在整个驱替实验中，饱和油过程中的压力由压力采集器Ⅰ采集，驱替过程中的压力由压力采集器Ⅱ采集；驱替出来的油由油水计量分离器收集并计量，驱替出来的液体由收集容器收集，并由电子天平计量，其体积为                                                ，其中，m₁为驱替实验开始时电子天平的显示示数，m₂为驱替实验结束时电子天平的显示示数，为水的密度。

本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，科学合理，工艺简单，操作便捷，具有自动化程度高、精度高和可操作性强等优点，同时集多项功能于一体。该方法可实现自动上水，同时满足大液量驱替使用，自动化强，减少工作强度，节省大量时间，提高实验进度；还可有效去除水和油中的杂质，同时去除水中的溶解气，过滤器更换方便，可操作性强；油水计量精确，误差小。

附图说明

图1为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的流程图；

图2为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法所采用的实验装置的一优选实施例结构示意图；

图3为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的图2所示实施例的自动加水装置的结构示意图；

图4为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的图2所示实施例的控制装置的结构示意图；

图5为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的图2所示实施例的加油装置的结构示意图；

图6为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的图2所示实施例的除杂装置和压力采集装置的结构示意图；

图7为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的图2所示实施例的油水计量装置和岩芯夹持装置的结构示意图；

图8为按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法所采用的实验装置的另一优选实施例结构示意图。

图中标注说明：

1-自动加水装置，11-自动加水装置Ⅰ，12-自动加水装置Ⅱ，13-控制装置，14-换气电磁开关，15-真空泵，16-管线，17-数据线，111-水源Ⅰ，112-水源Ⅰ电磁开关，113-水容器Ⅰ，114-水容器Ⅰ电磁开关，115-液位传感器Ⅰ，116-换向阀门（六通阀门）电磁开关Ⅰ，117-气源Ⅰ，118-气源Ⅰ电磁开关，121-水源Ⅱ，122-水源Ⅱ电磁开关，123-水容器Ⅱ，124-水容器Ⅱ电磁开关，125-液位传感器Ⅱ，126-换向阀门（六通阀门）电磁开关Ⅱ，127-气源Ⅱ，128-气源Ⅱ电磁开关，131-加水控制按键，132-驱替控制按键，133-显示屏；

2-加油装置，21-气源Ⅲ，22-气源Ⅲ阀门，23-油容器，24-油容器阀门，25-管线；

3-除杂装置，31-除杂装置Ⅰ，32-除杂装置Ⅱ，311-夹持装置Ⅰ，312-过滤器Ⅰ，313-除杂装置Ⅰ阀门，321-夹持装置Ⅱ，322-过滤器Ⅱ，323-除杂装置Ⅱ阀门；

4-压力采集装置，41-压力采集器Ⅰ，42-压力采集器Ⅱ，43-计算机，44-数据线；

5-油水计量装置，51-油水计量分离器，52-收集容器，53-电子天平，54-上端阀门，55-下端阀门；

6-岩芯夹持装置，61-岩芯夹持器，62-岩芯，63-岩芯夹持装置阀门，64-管线，65-换向阀门（三通阀门），66-放空管线，67-放空管线阀门（三通阀门）；

7-报警装置，71-蜂鸣器，72-报警灯。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例详细阐述本发明。

实施例一：

如图1所示，按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的一实施例，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：安装并检测大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置；

步骤二：开启自动加水装置Ⅰ，向水容器Ⅰ内加水，并除去水中的溶解气；

步骤三：开启自动加水装置Ⅱ，向水容器Ⅱ内加水，并除去水中的溶解气；

步骤四：开启加油装置和除杂装置Ⅱ，对岩芯进行饱和油过程；

步骤五：通过自动加水装置Ⅰ、自动加水装置Ⅱ和除杂装置Ⅰ，对岩芯进行水驱油过程；

步骤六：通过油水计量装置对驱替出来的油和液体进行计量。

所述步骤一中，将自动加水装置、真空泵和计算机与电源连接，将大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置中的全部电磁开关和阀门关闭，向水源Ⅰ和水源Ⅱ内加满水，向油容器内加满油，通过夹持装置Ⅰ和夹持装置Ⅱ分别将过滤器Ⅰ和过滤器Ⅱ固定住，通过岩芯夹持器将岩芯固定住。

所述步骤二中，向水容器Ⅰ内加水并除去水中的溶解气，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：按下控制装置上的加水控制按键；

步骤2：水源Ⅰ电磁开关自动打开，水容器Ⅰ与真空泵之间的水容器Ⅰ电磁开关和换向阀门电磁开关Ⅰ自动打开，真空泵电源开关自动打开，真空泵开始工作；

步骤3：水源Ⅰ中的水在真空泵的抽吸作用下进入水容器Ⅰ内，液位传感器Ⅰ测量并传输水容器Ⅰ内的水面高度，当水容器Ⅰ内的水面高度达到一定高度时，水源Ⅰ电磁开关自动关闭，真空泵继续工作一段时间，除去水容器Ⅰ内的溶解气；真空泵继续工作10min；

步骤4：除去水容器Ⅰ内的溶解气后，换气电磁开关自动打开，空气进入水容器Ⅰ和真空泵内，真空泵电源开关自动关闭，真空泵停止工作；

步骤5：空气进入水容器Ⅰ和真空泵内一段时间后，换气电磁开关自动关闭。

空气逐渐进入水容器Ⅰ内，避免后续气源Ⅰ电磁开关打开后气源Ⅰ的气体进入水容器Ⅰ中过快而导致驱替用水发生激烈震荡又产生溶解气；空气逐渐进入真空泵内，避免在与真空泵连接的管线内形成负压。空气进入水容器Ⅰ和真空泵内的时间为2min。

所述步骤三中，向水容器Ⅱ内加水并除去水中的溶解气，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：向水容器Ⅰ内加水并除去水中的溶解气后，水源Ⅱ电磁开关自动打开，水容器Ⅱ与真空泵之间的水容器Ⅱ电磁开关和换向阀门电磁开关Ⅱ自动打开，真空泵电源开关自动打开，真空泵开始工作；

步骤2：水源Ⅱ中的水在真空泵的抽吸作用下进入水容器Ⅱ内，液位传感器Ⅱ测量并传输水容器Ⅱ内的水面高度，当水容器Ⅱ内的水面高度达到一定高度时，水源Ⅱ电磁开关自动关闭，真空泵继续工作一段时间，除去水容器Ⅱ内的溶解气；真空泵继续工作10min；

步骤3：除去水容器Ⅱ内的溶解气后，换气电磁开关自动打开，空气进入水容器Ⅱ和真空泵内，真空泵电源开关自动关闭，真空泵停止工作；

步骤4：空气进入水容器Ⅱ和真空泵内一段时间后，换气电磁开关自动关闭。

空气逐渐进入水容器Ⅱ内，避免后续气源Ⅱ电磁开关打开后气源Ⅱ的气体进入水容器Ⅱ中过快而导致驱替用水发生激烈震荡又产生溶解气；空气逐渐进入真空泵内，避免在与真空泵连接的管线内形成负压。空气进入水容器Ⅱ和真空泵内的时间为2min。

所述步骤四中，对岩芯进行饱和油过程，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：打开气源Ⅲ，调节压力，打开气源Ⅲ与放空管线之间的气源Ⅲ阀门、油容器阀门、夹持装置Ⅱ两端的除杂装置Ⅱ阀门和放空管线阀门；

步骤2：油容器中的油经过除杂装置Ⅱ中的过滤器Ⅱ除去杂质；

步骤3：当油容器与放空管线之间充满油后，关闭放空管线阀门；

步骤4：打开岩芯夹持器两端的岩芯夹持装置阀门，打开油水计量分离器的上端阀门，对岩芯进行饱和油过程；

步骤5：岩芯饱和油后，关闭气源Ⅲ阀门、油容器阀门、夹持装置Ⅱ两端的除杂装置Ⅱ阀门、岩芯夹持器两端的岩芯夹持装置阀门和油水计量分离器的上端阀门。

所述步骤五中，通过自动加水装置Ⅰ、自动加水装置Ⅱ和除杂装置Ⅰ，对岩芯进行水驱油过程，按照先后顺序包括以下步骤：

步骤1：按下控制装置上的驱替控制按键，气源Ⅰ电磁开关自动打开，水容器Ⅰ电磁开关自动打开；

步骤2：打开水容器Ⅰ电磁开关与放空管线之间的夹持装置Ⅰ两端的除杂装置Ⅰ阀门和放空管线阀门；

步骤3：水容器Ⅰ中的水经过除杂装置Ⅰ中的过滤器Ⅰ除去杂质；

步骤4：当水容器Ⅰ与放空管线之间充满水后，关闭放空管线阀门；

步骤5：打开岩芯夹持器两端的岩芯夹持装置阀门，打开油水计量分离器的下端阀门，对岩芯进行水驱油过程；

步骤6：当水容器Ⅰ内的水面高度下降到一定高度时，液位传感器Ⅰ将信号传输至控制装置，气源Ⅰ电磁开关自动关闭，水容器Ⅰ电磁开关自动关闭，气源Ⅱ电磁开关自动打开，水容器Ⅱ电磁开关自动打开，由水容器Ⅱ为岩芯的水驱油过程提供水，同时水容器Ⅰ进行自动加水过程；

步骤7：当水容器Ⅱ内的水面高度下降到一定高度时，液位传感器Ⅱ将信号传输至控制装置，气源Ⅱ电磁开关自动关闭，水容器Ⅱ电磁开关自动关闭，气源Ⅰ电磁开关自动打开，水容器Ⅰ电磁开关自动打开，由水容器Ⅰ为岩芯的水驱油过程提供水，同时水容器Ⅱ进行自动加水过程；

步骤8：重复步骤6和步骤7。

所述步骤六中，当岩芯内的注水量达到一定量时，停止驱替实验；在整个驱替实验中，饱和油过程中的压力由压力采集器Ⅰ采集，驱替过程中的压力由压力采集器Ⅱ采集；驱替出来的油由油水计量分离器收集并计量，驱替出来的液体由收集容器收集，并由电子天平计量，其体积为，其中，m₁为驱替实验开始时电子天平的显示示数，m₂为驱替实验结束时电子天平的显示示数，为水的密度。

如图2所示，本实施例的实验方法采用的大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置，其包括自动加水装置1、加油装置2、除杂装置3、压力采集装置4、油水计量装置5和岩芯夹持装置6，所述自动加水装置1包括自动加水装置Ⅰ11和自动加水装置Ⅱ12，所述除杂装置3包括除杂装置Ⅰ31和除杂装置Ⅱ32，所述自动加水装置Ⅰ11和自动加水装置Ⅱ12均与除杂装置Ⅰ31连接，所述加油装置2与除杂装置Ⅱ32连接。

本实施例采用两套自动加水装置，可为大液量恒压驱替实验提供充足的水源，在驱替过程中，当水容器Ⅰ中的水不充分时，水容器Ⅱ中的水开始进行驱替工作，此时水容器Ⅰ开始上水，当水容器Ⅱ中的水不充分时，水容器Ⅰ中的水又开始进行驱替工作，以此类推，确保水源充足，不影响实验进度。此外，本实施例还采用两套除杂装置，除杂装置Ⅰ用于除去水中的杂质，除杂装置Ⅱ用于除去油中的杂质。

如图3所示，所述自动加水装置Ⅰ11包括控制装置13、水源Ⅰ111、水源Ⅰ电磁开关112、水容器Ⅰ113、水容器Ⅰ电磁开关114、液位传感器Ⅰ115、换向阀门电磁开关Ⅰ116、换气电磁开关14、真空泵15、气源Ⅰ117、气源Ⅰ电磁开关118、管线16和数据线17。气源Ⅰ为水容器Ⅰ中的水进入岩芯提供动力；液位传感器Ⅰ测量并传输水容器Ⅰ中的水面高度；真空泵一方面为水容器Ⅰ上水提供动力，另一方面通过抽真空除去水中的溶解气，从而减少水中的溶解气对驱替实验的影响；数据线用于传输数据和给相关设备供电；管线可作为流体流动的通道。所述换向阀门采用六通阀门，至少留出一个通孔以确保空气进入水容器Ⅰ中。

所述控制装置13、水源Ⅰ111、水源Ⅰ电磁开关112、水容器Ⅰ113、水容器Ⅰ电磁开关114、换向阀门电磁开关Ⅰ116、换气电磁开关14和真空泵15依次连接。所述气源Ⅰ117、气源Ⅰ电磁开关118和水容器Ⅰ113依次连接。所述液位传感器Ⅰ115设置在所述水容器Ⅰ113内。所述水容器Ⅰ、换向阀门和管线均由不锈钢材料制成。

如图3所示，所述自动加水装置Ⅱ12包括控制装置13、水源Ⅱ121、水源Ⅱ电磁开关122、水容器Ⅱ123、水容器Ⅱ电磁开关124、液位传感器Ⅱ125、换向阀门电磁开关Ⅱ126、换气电磁开关14、真空泵15、气源Ⅱ127、气源Ⅱ电磁开关128、管线16和数据线17。气源Ⅱ为水容器Ⅱ中的水进入岩芯提供动力；液位传感器Ⅱ测量并传输水容器Ⅱ中的水面高度；真空泵一方面为水容器Ⅱ上水提供动力，另一方面通过抽真空除去水中的溶解气，从而减少水中的溶解气对驱替实验的影响；数据线用于传输数据和给相关设备供电；管线可作为流体流动的通道。所述换向阀门采用六通阀门，至少留出一个通孔以确保空气进入水容器Ⅱ中。

所述控制装置13、水源Ⅱ121、水源Ⅱ电磁开关122、水容器Ⅱ123、水容器Ⅱ电磁开关124、换向阀门电磁开关Ⅱ126、换气电磁开关14和真空泵15依次连接。所述气源Ⅱ127、气源Ⅱ电磁开关128和水容器Ⅱ123依次连接。所述液位传感器Ⅱ125设置在所述水容器Ⅱ123内。所述水容器Ⅱ、换向阀门和管线均由不锈钢材料制成。

如图4所示，所述控制装置13上设置加水控制按键131、驱替控制按键132和显示屏133。控制装置是整个加水过程和驱替过程的中枢系统。

如图5所示，所述加油装置2包括气源Ⅲ21、气源Ⅲ阀门22、油容器23、油容器阀门24和管线25。气源Ⅲ为油容器中的油进入岩芯提供动力；管线可作为流体流动的通道。所述气源Ⅲ21、气源Ⅲ阀门22、油容器23和油容器阀门24依次连接。所述油容器和管线均由不锈钢材料制成。

如图6所示，所述除杂装置Ⅰ31包括夹持装置Ⅰ311和过滤器Ⅰ312。所述过滤器Ⅰ312设置在所述夹持装置Ⅰ311内，并通过夹持装置Ⅰ311固定。所述除杂装置Ⅰ31还包括两个除杂装置Ⅰ阀门313，并分别设置在所述夹持装置Ⅰ311的两端。所述过滤器Ⅰ312由微孔滤膜制成，可有效除去水中的杂质。

如图6所示，所述除杂装置Ⅱ32包括夹持装置Ⅱ321和过滤器Ⅱ322。所述过滤器Ⅱ322设置在所述夹持装置Ⅱ321内，并通过夹持装置Ⅱ321固定。所述除杂装置Ⅱ32还包括两个除杂装置Ⅱ阀门323，并分别设置在所述夹持装置Ⅱ321的两端。所述过滤器Ⅱ322由微孔滤膜制成，可有效除去油中的杂质。

如图6所示，所述压力采集装置4包括压力采集器Ⅰ41、压力采集器Ⅱ42和计算机43。所述压力采集器Ⅰ41和压力采集器Ⅱ42通过数据线44分别与计算机43连接。所述压力采集器Ⅰ用于采集饱和油过程中的压力，所述压力采集器Ⅱ用于采集驱替过程中的压力。

如图7所示，所述油水计量装置5包括油水计量分离器51、收集容器52和电子天平53。油水计量分离器51用于收集驱替出来的油，并精确计量其体积；收集容器52用于收集驱替出来的液体，通常可使用烧杯；电子天平53用于计量驱替出来的液体的质量。所述油水计量分离器51的下端开口处放置所述收集容器52，所述收集容器52放置在所述电子天平53上。所述油水计量分离器51的上下两端分别设置上端阀门54和下端阀门55。

如图7所示，所述岩芯夹持装置6包括岩芯夹持器61和岩芯62。所述岩芯62设置在所述岩芯夹持器61内，并通过岩芯夹持器61固定。所述岩芯夹持装置6还包括两个岩芯夹持装置阀门63，并分别设置在所述岩芯夹持器61的两端。所述岩芯夹持装置6的一端通过管线64和换向阀门65分别与除杂装置Ⅰ31和除杂装置Ⅱ32连接，所述岩芯夹持装置6的另一端与油水计量装置5连接。所述管线可作为流体流动的通道。所述岩芯夹持器61与其连接的换向阀门65之间的管线64为死体积，即在排空过程中这段管线中的油排不掉，体积一定，而且这段管线越短越好，以减小误差。所述换向阀门65采用三通阀门，设置三个三通阀门，起到部件连接的作用。所述管线64和换向阀门65的下方设置放空管线66和放空管线阀门67，所述放空管线阀门采用三通阀门。放空管线用于排出管线中不需要的流体，饱和油时排出管线中的空气，水驱油时排出管线中的油。所述换向阀门、放空管线阀门和管线均由不锈钢材料制成，所述放空管线由聚四氟乙烯材料制成。

本实施例的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，科学合理，工艺简单，操作便捷，具有自动化程度高、精度高和可操作性强等优点，同时集多项功能于一体。该方法可实现自动上水，同时满足大液量驱替使用，自动化强，减少工作强度，节省大量时间，提高实验进度；还可有效去除水和油中的杂质，同时去除水中的溶解气，过滤器更换方便，可操作性强；油水计量精确，误差小。

实施例二：

    按照本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法的另一实施例，其工艺流程、工作原理、采用的实验装置和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：如图8所示，所采用的大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置还包括报警装置7。所述报警装置上设置蜂鸣器71和多个报警灯72，不同的报警灯对应不同的报警部位，当实验装置中某个部位出现异常或者故障时，蜂鸣器发出报警信号，同时与该部位相对应的报警灯闪烁，在异常现象或者故障没有消失前，蜂鸣器每隔5min鸣声5s，报警灯一直闪烁，当异常现象或者故障消失后，蜂鸣器不再鸣声，报警灯不再闪烁，实验装置继续正常工作。所述过滤器Ⅰ和过滤器Ⅱ均由多孔介质材料制成。所述实验装置中的管线均由聚四氟乙烯材料制成。

 本领域技术人员不难理解，本发明的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法包括上述本发明说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：安装并检测大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置；

步骤二：开启自动加水装置Ⅰ，向水容器Ⅰ内加水，并除去水中的溶解气；

步骤三：开启自动加水装置Ⅱ，向水容器Ⅱ内加水，并除去水中的溶解气；

步骤四：开启加油装置和除杂装置Ⅱ，对岩芯进行饱和油过程；

步骤五：通过自动加水装置Ⅰ、自动加水装置Ⅱ和除杂装置Ⅰ，对岩芯进行水驱油过程；

步骤六：通过油水计量装置对驱替出来的油和液体进行计量。

2.如权利要求1所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述大液量恒压驱替室内物理模拟实验装置包括自动加水装置、加油装置、除杂装置、压力采集装置、油水计量装置和岩芯夹持装置，所述自动加水装置包括自动加水装置Ⅰ和自动加水装置Ⅱ，所述除杂装置包括除杂装置Ⅰ和除杂装置Ⅱ，所述自动加水装置Ⅰ和自动加水装置Ⅱ均与除杂装置Ⅰ连接，所述加油装置与除杂装置Ⅱ连接。

3.如权利要求2所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述自动加水装置Ⅰ包括控制装置、水源Ⅰ、水源Ⅰ电磁开关、水容器Ⅰ、水容器Ⅰ电磁开关、液位传感器Ⅰ、换向阀门电磁开关Ⅰ、换气电磁开关、真空泵、气源Ⅰ、气源Ⅰ电磁开关、管线和数据线。

4.如权利要求3所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述控制装置、水源Ⅰ、水源Ⅰ电磁开关、水容器Ⅰ、水容器Ⅰ电磁开关、换向阀门电磁开关Ⅰ、换气电磁开关和真空泵依次连接。

5.如权利要求4所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述气源Ⅰ、气源Ⅰ电磁开关和水容器Ⅰ依次连接。

6.如权利要求3所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述液位传感器Ⅰ设置在所述水容器Ⅰ内。

7.如权利要求2所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述自动加水装置Ⅱ包括控制装置、水源Ⅱ、水源Ⅱ电磁开关、水容器Ⅱ、水容器Ⅱ电磁开关、液位传感器Ⅱ、换向阀门电磁开关Ⅱ、换气电磁开关、真空泵、气源Ⅱ、气源Ⅱ电磁开关、管线和数据线。

8.如权利要求7所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述控制装置、水源Ⅱ、水源Ⅱ电磁开关、水容器Ⅱ、水容器Ⅱ电磁开关、换向阀门电磁开关Ⅱ、换气电磁开关和真空泵依次连接。

9.如权利要求8所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述气源Ⅱ、气源Ⅱ电磁开关和水容器Ⅱ依次连接。

10.如权利要求7所述的大液量恒压驱替室内物理模拟实验方法，其特征在于：所述液位传感器Ⅱ设置在所述水容器Ⅱ内。