CN105089589A - 一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置及其工作方法，包括流体注入与控制系统、聚合物渗流模拟系统及产出流体计量系统，聚合物渗流模拟系统包括一个低渗平板填砂模型及一个高渗平板填砂模型，连接高渗平板填砂模型的连接管线一及连接低渗平板填砂模型的连接管线二之间设置有二通阀，二通阀关闭，将聚合物分别注入高渗平板填砂模型及低渗平板填砂模型，实验装置进行聚合物分层注入的可视化实验，二通阀开启，将聚合物合层注入高渗平板填砂模型及低渗平板填砂模型，实验装置进行聚合物合层注入的可视化实验，在不中断实验的情况下，本发明实现完成聚合物驱合层注入与聚合物驱分层注入的实验。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置及其工作方法，属于石油化工的技术领域。
背景技术
聚合物驱是一种以聚合物溶液作为驱油剂的采油技术，可以有效地提高原油采收率，目前，该技术是我国东部油田进行原油开采的主力技术之一。然而，受地层渗透率等因素的影响，聚合物驱的开发效果差异较大。依据地层渗透率等地层性质对地层划分不同的层系，实施聚合物分层注入，可以有效地动用地层中的剩余油，进一步提高采收率。借助可视化渗流实验手段，可以对聚合物驱的分层注入驱替过程进行观测，有助于聚合物驱驱油效果评价及驱油机理研究。
目前，平板填砂模型在渗流实验中最为常见。平板填砂模型是由中间填充一定目数配比的真实岩心颗粒的两块透视平板制作而成，应用该平板填砂模型可以直观地观察驱替过程中的油水分布状况。但是，目前该平板填砂模型仅局限于聚合物合层注入驱油实验的应用，尚没有基于平板填砂模型建立的聚合物分层注入模拟实验装置以及对应的工作方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置；
本发明还提供了上述实验装置的工作方法；
本发明依据储层的性质，分别建立不同渗透率的平板填砂模型，然后进行聚合物合层注入与分层注入的模拟实验，并将实验结果进行对比，用以判断分层注入聚合物驱的开发效果，为油田聚合物驱提供技术支持。
本发明的技术方案为：
一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，包括流体注入与控制系统、聚合物渗流模拟系统及产出流体计量系统，所述流体注入与控制系统、所述聚合物渗流模拟系统及所述产出流体计量系统依次连接；
所述聚合物渗流模拟系统包括至少一个低渗平板填砂模型及至少一个高渗平板填砂模型；
所述流体注入与控制系统包括可控制液体合层或分层注入的装置，所述液体为地层水、原油、聚合物、蒸馏水中的任一种；所述流体注入与控制系统中合层或分层流出的液体流入所述聚合物渗流模拟系统中；所述合层是指同一液体源的液体同时注入所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型，所述分层是指不同的液体源的液体分别注入所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型；
所述聚合物渗流模拟系统的底部设置有产出流体计量系统。
根据本发明优选的，所述实验装置还包括图像采集系统，所述图像采集系统包括显微摄像机及与所述显微摄像机连接的计算机，所述显微摄像机设置在所述聚合物渗流模拟系统的上方；
所述显微摄像机用于拍摄所述聚合物渗流模拟系统在驱替过程中的图像，所述计算机用于实时接收和存储所述显微摄像机拍摄的图像。
根据本发明优选的，所述可控制液体合层或分层注入的装置包括：由平流泵一驱动的用于盛装所述液体的容器一和容器二、由平流泵二驱动的用于盛装所述液体的容器三和容器四；所述容器一顶部和所述容器二顶部通过连接管线一连接所述高渗平板填砂模型，所述容器三顶部和容器四顶部通过连接管线二连接所述低渗平板填砂模型，所述连接管线一与所述连接管线二之间并联设置有二通阀。
此处设计的优势在于，所述二通阀用于控制连接管线一与连接管线二的连通性，二通阀关闭，容器一和容器二将聚合物注入高渗平板填砂模型，容器三和容器四将聚合物注入低渗平板填砂模型，实验装置进行聚合物分层注入的可视化实验，二通阀开启，容器一、容器二、容器三和容器四将聚合物合层注入高渗平板填砂模型及低渗平板填砂模型中，实验装置进行聚合物合层注入的可视化实验。
根据本发明优选的，所述平流泵一通过三通阀一连接所述容器一的底部和所述容器二的底部，所述平流泵二通过三通阀二连接所述容器三的底部和所述容器四的底部，所述容器一顶部和容器二顶部通过三通阀三汇合后通过所述连接管线一连接所述高渗平板填砂模型，所述容器三顶部和容器四顶部通过三通阀四汇合后通过所述连接管线二连接所述低渗平板填砂模型。
根据本发明优选的，所述聚合物渗流模拟系统包括一个低渗平板填砂模型及一个高渗平板填砂模型，所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型设置在试验台上，所述连接管线一连接所述高渗平板填砂模型的入口端，所述连接管线二连接所述低渗平板填砂模型的入口端。
根据本发明优选的，所述低渗平板填砂模型包括通过胶黏剂粘合的两层透视平板，所述低渗平板填砂模型的上端设有穿透一层透视平板的通孔一，所述低渗平板填砂模型的入口端连接所述通孔一，所述低渗平板填砂模型的下端设有穿透一层透视平板的通孔二，所述低渗平板填砂模型的出口端连接所述通孔二，所述高渗平板填砂模型与所述低渗平板填砂模型的结构完全相同。
本发明所述实验装置工作过程中，所述通孔一用来模拟注入井，所述通孔二用来模拟生产井。
所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型的具体结构参见以下文献：作者李玉红、萧汉敏、刘卫东、孙灵辉、韩金良于2012年10月出版在《科学技术与工程》第12卷第29期的《非均质条件下聚表二元驱可视化物理模拟研究》。
根据本发明优选的，所述流体计量系统包括产出流体分离计量装置一及产出流体分离计量装置二，所述分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二均为量筒，所述低渗平板填砂模型的出口端连接所述分离计量装置一，所述高渗平板填砂模型的出口端连接所述分离计量装置二。
上述实验装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)模拟储层的地质条件：将60-120目石英砂分别填充所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型，使所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型中的石英砂厚度相等且渗透率不同；
(2)分别测量所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型中石英砂的孔隙度及渗透率，测得：所述低渗平板填砂模型中石英砂的孔隙度为φ1，所述高渗平板填砂模型中石英砂的孔隙度为φ2，所述低渗平板填砂模型中石英砂的渗透率为k1，所述高渗平板填砂模型中石英砂的渗透率为k2；
(3)抽真空：对步骤(2)处理后的所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型抽真空；
(4)饱和地层水：关闭所述二通阀，关闭与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，所述容器二及所述容器四盛装地层水，打开与所述平流泵一连接的所述三通阀一的阀门，打开与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述平流泵二连接的所述三通阀二的阀门，打开与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一将所述容器二中的地层水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型至饱和，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器四中的地层水以速度V泵入所述低渗平板填砂模型至饱和，关闭所述平流泵一及所述平流泵二，所述V的取值范围为(0.2—1.0)mL/min。
(5)饱和原油：所述容器二及所述容器四盛装原油，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一将所述容器二中的原油以速度V泵入所述高渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器四中的原油以速度V泵入所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二不再收集到地层水，关闭所述平流泵一及所述平流泵二；
(6)合层水驱：所述容器一及所述容器三盛装蒸馏水，所述容器二及所述容器四盛装浓度为u的聚合物，打开所述二通阀，打开与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开所述平流泵一及所述平流泵二，打开所述显微摄像机录制视频，通过所述平流泵一将所述容器一中的蒸馏水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器三中的蒸馏水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二的含水率均为97％～99％，所述含水率是指所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二中蒸馏水的总体积与油水总体积的比例，关闭所述平流泵一及所述平流泵二；u的取值范围为(500—3000)mg/L；
(7)合层注入聚合物驱
①关闭与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一以速度V将所述容器二中体积为m倍的孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二以速度V将所述容器四中体积为m倍的孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，所述孔隙体积是指所述高渗平板填砂模型石英砂层的总体积与其孔隙度φ2乘积加上所述低渗平板填砂模型石英砂层的总体积与其孔隙度φ1乘积，所述m的取值范围为(0.1—0.25)；
②打开与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，所述容器一及所述容器三盛装蒸馏水，打开所述二通阀，通过所述平流泵一将所述容器一中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器三中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二的含水率均为97％～99％，关闭所述平流泵一及所述平流泵二；
(8)分层注入聚合物驱
a、关闭与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭所述二通阀，所述容器二及所述容器四盛装浓度为u的聚合物，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一以速度V将所述容器二中的浓度为u、体积为m倍孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二以速度V将所述容器四中的浓度为u、大小为m倍孔隙体积的聚合物泵入所述低渗平板填砂模型中；
b、打开与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，所述容器一及所述容器三盛装蒸馏水，通过所述平流泵一将所述容器一中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器三中的蒸馏水泵入所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二的含水率均为97％～99％，关闭所述平流泵一及所述平流泵二，关闭所述显微摄像机，保存录制视频；
(9)从步骤(8)录制的视频中截取图像，对步骤(6)合层水驱效果、步骤(7)合层注入聚合物驱的驱替效果、步骤(8)分层注入聚合物驱的驱替效果进行对比分析；
(10)对步骤(9)截取的图像进行增强、锐化预处理，增强含油区域与其他区域的对比度，通过去污处理去除图像中的实验污点，最终，将彩色图像转换成只含有亮度信息、不含色彩信息的灰度图像，提取图像的灰度值，获取图像的灰值度分布直方图；
(11)根据步骤(10)得到的图像的灰值度分布直方图，确定二值化阈值，并采用指示克里金方法对步骤(10)得到的灰度图像进行二值化处理，区分灰度图像中被驱替区域和未被驱替区域，得到二值图像；
(12)步骤(11)得到的二值图像中，被驱替区域对应体素的灰度值都为1，未被驱替区域对应体素的灰度值都为0，读出二值图像中所有像素的个数N以及灰度值为1的像素个数n，计算出驱替效率η＝n/N。
所述指示克里金方法为现有方法，具体可参见参考文献：WatsonGS.Smoothingandinterpolationbykrigingandwithsplines.JournaloftheInternationalAssociationforMathematicalGeology,1984,16(6):601-615。
根据本发明优选的，对步骤(2)处理后所述岩心管通过真空机抽真空(2～3)小时，所述真空机负压为0.1MPa。
本发明的有益效果为：
1、本发明实验装置中，二通阀用于控制连接管线一与连接管线二的连通性，二通阀关闭，容器一和容器二将聚合物注入高渗平板填砂模型，容器三和容器四将聚合物注入低渗平板填砂模型，实验装置进行聚合物分层注入的可视化实验，二通阀开启，容器一、容器二、容器三和容器四将聚合物合层注入高渗平板填砂模型及低渗平板填砂模型中，实验装置进行聚合物合层注入的可视化实验，在不中断实验的情况下，实现完成聚合物驱合层注入与聚合物驱分层注入的实验。
2、本发明结合图像处理技术，可以直观地观察低渗平板填砂模型及高渗平板填砂模型的原油驱替情况，进而计算出聚合物的波及面积以及驱替效率，实现了聚合物合层注入与分层注入驱油体系驱替效果的实时动态评价，为聚合物驱合层注入和分层注入提供有效的可视化实验装置。
附图说明
图1为本发明所述实验装置的结构示意图；
图2为本发明所述高渗平板填砂模型或低渗平板填砂模型的俯视图；
图3为本发明所述高渗平板填砂模型或低渗平板填砂模型的入口端剖面图；
图4为本发明所述高渗平板填砂模型或低渗平板填砂模型的出口端剖面图；
图5为本发明实施例2步骤(6)所述合层水驱结束时低渗平板填砂模型的图像示意图；
图6为本发明实施例2步骤(6)所述合层水驱结束时高渗平板填砂模型的图像示意图；
图7为本发明实施例2步骤(7)所述合层注入聚合物驱结束时低渗平板填砂模型的图像示意图；
图8为本发明实施例2步骤(7)所述合层注入聚合物驱结束时高渗平板填砂模型的图像示意图；
图9为本发明实施例2步骤(8)所述分层注入聚合物驱结束时低渗平板填砂模型的图像示意图；
图10为本发明实施例2步骤(8)所述分层注入聚合物驱结束时高渗平板填砂模型的图像示意图；
图11为所述实验装置的工作方法流程示意图。
其中，1、平流泵一，2、平流泵二，3、三通阀一，4、三通阀二，5、容器一，6、容器二，7、容器三，8、容器四，9、三通阀三，10、三通阀四，11、二通阀，12、低渗平板填砂模型，13、高渗平板填砂模型，14、产出流体分离计量装置一，15、产出流体分离计量装置二，16、实验台，17、计算机，18、显微摄像机，19、通孔一，20、石英砂，21、胶黏剂，22、通孔二，23、透视平板，24、连接管线一，25、连接管线二。
具体实施方式
下面根据实施例和说明书附图对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，包括流体注入与控制系统、聚合物渗流模拟系统及产出流体计量系统，所述流体注入与控制系统、所述聚合物渗流模拟系统及所述产出流体计量系统依次连接；
所述聚合物渗流模拟系统包括一个低渗平板填砂模型12及一个高渗平板填砂模型13；
所述流体注入与控制系统包括可控制液体合层或分层注入的装置，所述液体为地层水、原油、聚合物、蒸馏水中的任一种；所述流体注入与控制系统中合层或分层流出的液体流入所述聚合物渗流模拟系统中；所述合层是指同一液体源的液体同时注入所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13，所述分层是指不同的液体源的液体分别注入所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13；
所述聚合物渗流模拟系统的底部设置有产出流体计量系统。
所述实验装置还包括图像采集系统，所述图像采集系统包括显微摄像机18及与所述显微摄像机18连接的计算机17，所述显微摄像机18设置在所述聚合物渗流模拟系统的上方；
所述显微摄像机18用于拍摄所述聚合物渗流模拟系统在驱替过程中的图像，所述计算机17用于实时接收和存储所述显微摄像机18拍摄的图像。
所述可控制液体合层或分层注入的装置包括：由平流泵一1驱动的用于盛装所述液体的容器一5和容器二6、由平流泵二2驱动的用于盛装所述液体的容器三7和容器四8；所述容器一5顶部和所述容器二6顶部通过连接管线一24连接所述高渗平板填砂模型13，所述容器三7顶部和容器四8顶部通过连接管线二25连接所述低渗平板填砂模型12，所述连接管线一24与所述连接管线二25之间并联设置有二通阀11。
此处设计的优势在于，所述二通阀11用于控制连接管线一24与连接管线二25的连通性，二通阀11关闭，容器一5和容器二6将聚合物注入高渗平板填砂模型13，容器三7和容器四8将聚合物注入低渗平板填砂模型12，实验装置进行聚合物分层注入的可视化实验，二通阀11开启，容器一5、容器二6、容器三7和容器四8将聚合物合层注入高渗平板填砂模型13及低渗平板填砂模型12中，实验装置进行聚合物合层注入的可视化实验。
所述平流泵一1通过三通阀一3连接所述容器一5的底部和所述容器二6的底部，所述平流泵二2通过三通阀二4连接所述容器三7的底部和所述容器四8的底部，所述容器一5顶部和容器二6顶部通过三通阀三9汇合后通过所述连接管线一24连接所述高渗平板填砂模型13，所述容器三7顶部和容器四8顶部通过三通阀四10汇合后通过所述连接管线二25连接所述低渗平板填砂模型12。
所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13设置在试验台16上，所述连接管线一24连接所述高渗平板填砂模型13的入口端，所述连接管线二25连接所述低渗平板填砂模型12的入口端。
所述低渗平板填砂模型12包括通过胶黏剂21粘合的两层透视平板23，所述低渗平板填砂模型12的上端设有穿透一层透视平板23的通孔一19，所述低渗平板填砂模型12的入口端连接所述通孔一19，所述低渗平板填砂模型12的下端设有穿透一层透视平板23的通孔二22，所述低渗平板填砂模型12的出口端连接所述通孔二22，所述高渗平板填砂模型13与所述低渗平板填砂模型12的结构完全相同。参见图2、图3及图4。
本发明所述实验装置工作过程中，所述通孔19一用来模拟注入井，所述通孔二22用来模拟生产井。
所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13的具体结构参见以下文献：作者李玉红、萧汉敏、刘卫东、孙灵辉、韩金良于2012年10月出版在《科学技术与工程》第12卷第29期的《非均质条件下聚表二元驱可视化物理模拟研究》。
所述流体计量系统包括产出流体分离计量装置一14及产出流体分离计量装置二15，所述分离计量装置一14及所述产出流体分离计量装置二15均为量筒，所述低渗平板填砂模型12的出口端连接所述分离计量装置一14，所述高渗平板填砂模型13的出口端连接所述分离计量装置二15。
实施例1所述实验装置的结构示意图如图1所示。
实施例2
实施例1所述实验装置的工作方法，具体步骤包括：
(1)模拟储层的地质条件：将120目石英砂填充所述低渗平板填砂模型12，将60目石英砂填充所述高渗平板填砂模型13，石英砂填充厚度均为0.5cm，其中，所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13大小相同，长均为10cm，宽均为10cm、高均为0.5cm；
(2)分别测量所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13中石英砂的孔隙度及渗透率，测得：所述低渗平板填砂模型12中石英砂的孔隙度为φ1＝0.30，所述高渗平板填砂模型13中石英砂的孔隙度为φ2＝0.32，所述低渗平板填砂模型12中石英砂的渗透率为k1＝750mD，所述高渗平板填砂模型13中石英砂的渗透率为k2＝2200mD；
(3)抽真空：对步骤(2)处理后所述低渗平板填砂模型12及所述高渗平板填砂模型13通过真空机抽真空3小时，所述真空机负压为0.1MPa。
(4)饱和地层水：关闭所述二通阀11，关闭与所述容器一5连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，关闭与所述容器三7连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，所述容器二6及所述容器四8盛装地层水，打开与所述平流泵一1连接的所述三通阀一3的阀门，打开与所述容器二6连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，打开与所述平流泵二2连接的所述三通阀二4的阀门，打开与所述容器四8连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，打开所述平流泵一1及所述平流泵二2，通过所述平流泵一1将所述容器二6中的地层水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型13至饱和，与此同时，通过所述平流泵二2将所述容器四8中的地层水以速度V泵入所述低渗平板填砂模型12至饱和，关闭所述平流泵一1及所述平流泵二2，所述V的取值为0.6mL/min。
(5)饱和原油：所述容器二6及所述容器四8盛装原油，打开所述平流泵一1及所述平流泵二2，通过所述平流泵一1将所述容器二6中的原油以速度V泵入所述高渗平板填砂模型13中，与此同时，通过所述平流泵二2将所述容器四8中的原油以速度V泵入所述低渗平板填砂模型12中，直至所述产出流体分离计量装置一14及所述产出流体分离计量装置二15不再收集到地层水，关闭所述平流泵一1及所述平流泵二2；
(6)合层水驱：所述容器一5及所述容器三7盛装蒸馏水，所述容器二6及所述容器四8盛装浓度为u的聚合物，打开所述二通阀11，打开与所述容器一5连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，打开与所述容器三7连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，关闭与所述容器二6连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，关闭与所述容器四8连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，打开所述平流泵一1及所述平流泵二2，打开所述显微摄像机18录制视频，通过所述平流泵一1将所述容器一5中的蒸馏水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型13及所述低渗平板填砂模型12中，与此同时，通过所述平流泵二2将所述容器三7中的蒸馏水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型13及所述低渗平板填砂模型12中，直至所述产出流体分离计量装置一14及所述产出流体分离计量装置二15的含水率均为98％，所述含水率是指所述产出流体分离计量装置一14及所述产出流体分离计量装置二15中蒸馏水的总体积与油水总体积的比例，关闭所述平流泵一1及所述平流泵二2；u的取值为1800mg/L；
(7)合层注入聚合物驱
①关闭与所述容器一5连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，关闭与所述容器三7连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，打开与所述容器二6连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，打开与所述容器四8连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，打开所述平流泵一1及所述平流泵二2，通过所述平流泵一1以速度V将所述容器二6中体积为m倍的孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型13及所述低渗平板填砂模型12中，与此同时，通过所述平流泵二2以速度V将所述容器四8中体积为m倍的孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型13及所述低渗平板填砂模型12中，所述孔隙体积是指所述高渗平板填砂模型13石英砂层的总体积与其孔隙度φ2乘积加上所述低渗平板填砂模型12石英砂层的总体积与其孔隙度φ1乘积，所述m的取值为0.2；
②打开与所述容器一5连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，打开与所述容器三7连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，关闭与所述容器二6连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，关闭与所述容器四8连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，所述容器一5及所述容器三7盛装蒸馏水，打开所述二通阀11，通过所述平流泵一1将所述容器一5中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型13及所述低渗平板填砂模型12中，与此同时，通过所述平流泵二2将所述容器三7中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型13及所述低渗平板填砂模型12中，直至所述产出流体分离计量装置一14及所述产出流体分离计量装置二15的含水率均为98％，关闭所述平流泵一1及所述平流泵二2；
(8)分层注入聚合物驱
a、关闭与所述容器一5连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，关闭与所述容器三7连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，打开与所述容器二6连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，打开与所述容器四8连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，关闭所述二通阀11，所述容器二6及所述容器四8盛装浓度为u的聚合物，打开所述平流泵一1及所述平流泵二2，通过所述平流泵一1以速度V将所述容器二6中的浓度为u、体积为m倍孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型13中，与此同时，通过所述平流泵二2以速度V将所述容器四8中的浓度为u、大小为m倍孔隙体积的聚合物泵入所述低渗平板填砂模型12中；
b、打开与所述容器一5连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，打开与所述容器三7连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，关闭与所述容器二6连接的所述三通阀一3的阀门及所述三通阀三9的阀门，关闭与所述容器四8连接的所述三通阀二4的阀门及所述三通阀四10的阀门，所述容器一5及所述容器三7盛装蒸馏水，通过所述平流泵一1将所述容器一5中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型13中，与此同时，通过所述平流泵二2将所述容器三7中的蒸馏水泵入所述低渗平板填砂模型12中，直至所述产出流体分离计量装置一14及所述产出流体分离计量装置二15的含水率均为98％，关闭所述平流泵一1及所述平流泵二2，关闭所述显微摄像机18，保存录制视频；
(9)从步骤(8)录制的视频中截取图像，截取步骤(6)合层水驱效果图像，即：合层水驱k1及合层水驱k2，参见图5及图6，截取步骤(7)合层注入聚合物驱的驱替效果图像，即：分层注入聚合物驱k1及分层注入聚合物驱k2，参见图7及图8，截取步骤(8)分层注入聚合物驱的驱替效果图像，参见图9及图10，进行对比分析；
(10)对步骤(9)截取的图像进行增强、锐化预处理，增强含油区域与其他区域的对比度，通过去污处理去除图像中的实验污点，最终，将彩色图像转换成只含有亮度信息、不含色彩信息的灰度图像，提取图像的灰度值，获取图像的灰值度分布直方图；
(11)根据步骤(10)得到的图像的灰值度分布直方图，确定二值化阈值为92，并采用指示克里金方法对步骤(10)得到的灰度图像进行二值化处理，区分灰度图像中被驱替区域和未被驱替区域，得到二值图像；
(12)步骤(11)得到的二值图像中，被驱替区域对应体素的灰度值都为1，未被驱替区域对应体素的灰度值都为0，读出二值图像中所有像素的个数N以及灰度值为1的像素个数n，计算出驱替效率η＝n/N，详见表1：
表1
所述指示克里金方法为现有方法，具体可参见参考文献：WatsonGS.Smoothingandinterpolationbykrigingandwithsplines.JournaloftheInternationalAssociationforMathematicalGeology,1984,16(6):601-615。
所述实验装置的工作方法流程示意图参见图11。
Claims (10)
1.一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，包括流体注入与控制系统、聚合物渗流模拟系统及产出流体计量系统，所述流体注入与控制系统、所述聚合物渗流模拟系统及所述产出流体计量系统依次连接；
所述聚合物渗流模拟系统包括至少一个低渗平板填砂模型及至少一个高渗平板填砂模型；
所述流体注入与控制系统包括可控制液体合层或分层注入的装置，所述液体为地层水、原油、聚合物、蒸馏水中的任一种；所述流体注入与控制系统中合层或分层流出的液体流入所述聚合物渗流模拟系统中；所述合层是指同一液体源的液体同时注入所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型，所述分层是指不同的液体源的液体分别注入所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型；
所述聚合物渗流模拟系统的底部设置有产出流体计量系统。
2.根据权利要求1所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括图像采集系统，所述图像采集系统包括显微摄像机及与所述显微摄像机连接的计算机，所述显微摄像机设置在所述聚合物渗流模拟系统的上方；
所述显微摄像机用于拍摄所述聚合物渗流模拟系统在驱替过程中的图像，所述计算机用于实时接收和存储所述显微摄像机拍摄的图像。
3.根据权利要求2所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，所述可控制液体合层或分层注入的装置包括：由平流泵一驱动的用于盛装所述液体的容器一和容器二、由平流泵二驱动的用于盛装所述液体的容器三和容器四；所述容器一顶部和所述容器二顶部通过连接管线一连接所述高渗平板填砂模型，所述容器三顶部和容器四顶部通过连接管线二连接所述低渗平板填砂模型，所述连接管线一与所述连接管线二之间并联设置有二通阀。
4.根据权利要求3所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，所述平流泵一通过三通阀一连接所述容器一的底部和所述容器二的底部，所述平流泵二通过三通阀二连接所述容器三的底部和所述容器四的底部，所述容器一顶部和容器二顶部通过三通阀三汇合后通过所述连接管线一连接所述高渗平板填砂模型，所述容器三顶部和容器四顶部通过三通阀四汇合后通过所述连接管线二连接所述低渗平板填砂模型。
5.根据权利要求4所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，所述聚合物渗流模拟系统包括一个低渗平板填砂模型及一个高渗平板填砂模型，所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型设置在试验台上，所述连接管线一连接所述高渗平板填砂模型的入口端，所述连接管线二连接所述低渗平板填砂模型的入口端。
6.根据权利要求5所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，所述低渗平板填砂模型包括通过胶黏剂粘合的两层透视平板，所述低渗平板填砂模型的上端设有穿透一层透视平板的通孔一，所述低渗平板填砂模型的入口端连接所述通孔一，所述低渗平板填砂模型的下端设有穿透一层透视平板的通孔二，所述低渗平板填砂模型的出口端连接所述通孔二，所述高渗平板填砂模型与所述低渗平板填砂模型的结构完全相同。
7.根据权利要求6所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置，其特征在于，所述流体计量系统包括产出流体分离计量装置一及产出流体分离计量装置二，所述分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二均为量筒，所述低渗平板填砂模型的出口端连接所述分离计量装置一，所述高渗平板填砂模型的出口端连接所述分离计量装置二。
8.上述权利要求7所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置的工作方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)模拟储层的地质条件：将60-120目石英砂分别填充所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型，使所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型中的石英砂厚度相等且渗透率不同；
(2)分别测量所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型中石英砂的孔隙度及渗透率，测得：所述低渗平板填砂模型中石英砂的孔隙度为φ1，所述高渗平板填砂模型中石英砂的孔隙度为φ2，所述低渗平板填砂模型中石英砂的渗透率为k1，所述高渗平板填砂模型中石英砂的渗透率为k2；
(3)抽真空：对步骤(2)处理后的所述低渗平板填砂模型及所述高渗平板填砂模型抽真空；
(4)饱和地层水：关闭所述二通阀，关闭与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，所述容器二及所述容器四盛装地层水，打开与所述平流泵一连接的所述三通阀一的阀门，打开与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述平流泵二连接的所述三通阀二的阀门，打开与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一将所述容器二中的地层水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型至饱和，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器四中的地层水以速度V泵入所述低渗平板填砂模型至饱和，关闭所述平流泵一及所述平流泵二，所述V的取值范围为(0.2—1.0)mL/min。
(5)饱和原油：所述容器二及所述容器四盛装原油，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一将所述容器二中的原油以速度V泵入所述高渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器四中的原油以速度V泵入所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二不再收集到地层水，关闭所述平流泵一及所述平流泵二；
(6)合层水驱：所述容器一及所述容器三盛装蒸馏水，所述容器二及所述容器四盛装浓度为u的聚合物，打开所述二通阀，打开与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开所述平流泵一及所述平流泵二，打开所述显微摄像机录制视频，通过所述平流泵一将所述容器一中的蒸馏水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器三中的蒸馏水以速度V泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二的含水率均为97％～99％，所述含水率是指所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二中蒸馏水的总体积与油水总体积的比例，关闭所述平流泵一及所述平流泵二；u的取值范围为(500—3000)mg/L；
(7)合层注入聚合物驱
①关闭与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一以速度V将所述容器二中体积为m倍的孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二以速度V将所述容器四中体积为m倍的孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，所述孔隙体积是指所述高渗平板填砂模型石英砂层的总体积与其孔隙度φ2乘积加上所述低渗平板填砂模型石英砂层的总体积与其孔隙度φ1乘积，所述m的取值范围为(0.1—0.25)；
②打开与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，所述容器一及所述容器三盛装蒸馏水，打开所述二通阀，通过所述平流泵一将所述容器一中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器三中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型及所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二的含水率均为97％～99％，关闭所述平流泵一及所述平流泵二；
(8)分层注入聚合物驱
a、关闭与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，打开与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭所述二通阀，所述容器二及所述容器四盛装浓度为u的聚合物，打开所述平流泵一及所述平流泵二，通过所述平流泵一以速度V将所述容器二中的浓度为u、体积为m倍孔隙体积的聚合物泵入所述高渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二以速度V将所述容器四中的浓度为u、大小为m倍孔隙体积的聚合物泵入所述低渗平板填砂模型中；
b、打开与所述容器一连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，打开与所述容器三连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，关闭与所述容器二连接的所述三通阀一的阀门及所述三通阀三的阀门，关闭与所述容器四连接的所述三通阀二的阀门及所述三通阀四的阀门，所述容器一及所述容器三盛装蒸馏水，通过所述平流泵一将所述容器一中的蒸馏水泵入所述高渗平板填砂模型中，与此同时，通过所述平流泵二将所述容器三中的蒸馏水泵入所述低渗平板填砂模型中，直至所述产出流体分离计量装置一及所述产出流体分离计量装置二的含水率均为97％～99％，关闭所述平流泵一及所述平流泵二，关闭所述显微摄像机，保存录制视频；
(9)从步骤(8)录制的视频中截取图像，对步骤(6)合层水驱效果、步骤(7)合层注入聚合物驱的驱替效果、步骤(8)分层注入聚合物驱的驱替效果进行对比分析；
(10)对步骤(9)截取的图像进行增强、锐化预处理，增强含油区域与其他区域的对比度，通过去污处理去除图像中的实验污点，最终，将彩色图像转换成只含有亮度信息、不含色彩信息的灰度图像，提取图像的灰度值，获取图像的灰值度分布直方图；
(11)根据步骤(10)得到的图像的灰值度分布直方图，确定二值化阈值，并采用指示克里金方法对步骤(10)得到的灰度图像进行二值化处理，区分灰度图像中被驱替区域和未被驱替区域，得到二值图像；
(12)步骤(11)得到的二值图像中，被驱替区域对应体素的灰度值都为1，未被驱替区域对应体素的灰度值都为0，读出二值图像中所有像素的个数N以及灰度值为1的像素个数n，计算出驱替效率η＝n/N。
9.根据权利要求8所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置的工作方法，其特征在于，对步骤(2)处理后所述岩心管通过真空机抽真空(2～3)小时，所述真空机负压为0.1MPa。
10.根据权利要求8或9所述的一种实现聚合物驱合层与分层注入的可视化实验装置的工作方法，其特征在于，所述V的取值为0.6mL/min，所述u的取值为1800mg/L。
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