CN105158439A - 一种碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，包括反应釜、搅拌装置、供气装置及数据采集仪，反应釜包括釜体和釜盖，在釜体外周的夹套上设有导热介质入口和导热介质出口；夹套内还设有电加热器及第一测温探头；釜盖上设有进气口、出气口、出水口、排空管和第二测温探头；搅拌装置包括电机、磁力驱动器、搅拌轴和搅拌叶片，磁力驱动器设于釜盖上，其传动轴与搅拌轴的一端连接，电机的输出轴与磁力驱动器的外磁转子同轴连接，搅拌叶片固接于搅拌轴的另一端，在搅拌轴上设有多个载物台；数据采集仪包括温度传感器和转速传感器；第一测温探头和第二测温探头均与温度传感器电连接，测速探头与转速传感器电连接。

Description

一种碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置

技术领域

本发明涉及一种溶蚀试验模拟装置，具体涉及一种用于沉积盆地油气田碳酸盐岩在不同水化学特征、不同温度、不同压力及不同水动力条件下的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置。

背景技术

海相碳酸盐岩岩溶储层是世界级难题，全世界迄今已发现的碳酸盐岩油气藏有279个，储量约占油气资源总量的50％，产量占60％以上。我国中、下奥陶统碳酸盐岩地层为古岩溶发育和海相缝洞型油气藏分布的主要层位。因此，掌握碳酸盐岩溶蚀机理对岩溶储层预测具有重要意义。

碳酸盐岩储层经历了多期次、多类型的漫长古岩溶作用过程，既有地质历史时期地表、近地表环境下的岩溶作用，又经历了埋藏过程及深部岩溶作用的叠加与改造，造成储层的油气储集规律十分复杂，给储层预测及勘探开发带来难度。

传统的碳酸盐岩溶蚀机理研究大多局限在常温常压开放或封闭环境条件，只能模拟地表或者近地表条件下碳酸盐岩溶蚀机理，不能满足深埋藏过程或者深部环境岩溶储层作用机制。如公开号为CN102590070A的发明专利，公开了一种耐压多层空腔溶蚀试验装置及其试验方法。该发明的耐压多层空腔溶蚀试验装置包括耐压仓以及与该耐压仓进水口和出水口分别连接的供水装置和尾水装置，在耐压仓内垂直于其进水口平行布置一组耐腐蚀托盘，各耐腐蚀托盘与耐压仓侧壁之间均留有过水通道，且相邻两过水通道错位布置。该发明通过将碳酸盐岩样试片放入该装置的空腔内，让空腔内承压岩溶水接触碳酸盐岩样试片的表面，摸拟地下碳酸盐岩岩溶作用过程。但是，该发明装置温度依然在25℃以下变温；压力仅靠高压泵增加水压来改变腔体内的压力，为液-固两项环境状态，然而油气储层岩溶作用是漫长的地质时期溶蚀过程，由于无外界CO₂及其它酸性气体的补充，随着反应进行H⁺浓度减小；且环境岩溶水为静止状态，不能满足岩溶作用水的流动性条件；而实际油气田盆地奥陶系深部岩溶水-岩相互作用环境温度可达150～200℃，水溶液具有一定的流动性，为气-液-固三相环境，即CO₂-H₂O-CaCO₃。因此上述发明所述装置不适于应用到沉积盆地深部碳酸盐岩储层溶蚀机理研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于沉积盆地油气田碳酸盐岩在不同水化学特征、不同温度、不同压力及不同水动力条件下的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置。该试验装置不仅可以通过调整体系的温度、压力、水化学特征的方式来改变试验参数指标，还可以通过调整水动力条件的方式来改变试验参数指标，进而模拟沉积盆地油气田碳酸盐岩溶蚀环境，并且在整个试验过程中提供恒定的酸性环境，可满足模拟不同温度、不同压力、不同水动力条件及不同水化学特征下的碳酸盐岩溶蚀机理试验要求。

本发明所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，包括一可以承受压力的反应釜、搅拌装置、供气装置以及数据采集仪，其中：

所述反应釜包括釜体和与该釜体气密连接的釜盖，在釜体的外周设有夹套，夹套上设置有导热介质入口和导热介质出口；夹套内填充导热介质，在夹套内还设置有电加热器及第一测温探头；

所述釜盖上设有进气口、出气口、出水口、排空管和第二测温探头，所述的进气口与供气装置的供气出气口连通，在排空管上设置有压力表和安全阀；

所述搅拌装置包括电机、磁力驱动器、搅拌轴和搅拌叶片，所述的磁力驱动器设置于釜盖上，其传动轴穿过釜盖通过联轴器与搅拌轴的一端连接，所述电机的输出轴与磁力驱动器的外磁转子同轴连接，所述的搅拌叶片固接于搅拌轴的另一端，在搅拌轴上设置有多个载物台；

所述的数据采集仪包括温度传感器和转速传感器；

所述的第一测温探头和第二测温探头均与温度传感器电连接，所述的测速探头与转速传感器电连接。

上述技术方案中，所述的载物台为金属材质制成的薄片，其上均匀分布有若干个通孔。所述载物台用于放置试片(或试样)，具体可以是圆形或方形等形状，布设在载物台上的通孔可以供釜体内的液体自由地通过，为釜内不同的水动力条件提供通道。

上述技术方案中，所述的供气装置可以是能够提供高压CO₂气体的装置，如二氧化碳钢瓶或二氧化碳储罐。通过设置供气装置，向釜体内不断充入高纯CO₂气体，一方面可以保持反应器内压力恒定，另一方面，由于釜体内体系的酸性会随着碳酸盐岩与水溶液中H⁺的反应而减小，充入的CO₂气体不断溶解于釜体内的水溶液中，从而使体系维持在一个恒定的酸性环境，保证溶蚀试片、弱酸性水溶液与CO₂气体保持平衡状态。

在供气装置的供气出气口与釜盖上进气口的连通路径上设置一压力表。

本发明所述技术方案中，为保证釜体和釜盖之间的气密性，可以在釜体和釜盖之间设置垫片等现有常规的防止漏气的密封件，所述釜体和釜盖两者通常通过螺栓与螺母连接。所述釜体和釜盖均采用可承受高温、高压的材料制成。

本发明所述技术方案中，夹套内填充导热介质的种类选择与填充量与现有技术相同，通常选用高温导热油作为导热介质。

当反应釜的容积大且釜盖较重时，为了能较为省力地将釜盖打开，本发明所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置还可以包括一釜盖提升装置，该釜盖提升装置具体包括一立柱及固定在该立柱上的第一滑轮、第二滑轮和第三滑轮，在第一滑轮的中心轴上固接有手柄，钢丝绳的一端固定于第一滑轮上，另一端依次穿第一滑轮的导向槽、第二滑轮的导向槽和第三滑轮的导向槽，其端头处连接有挂钩，该挂钩与设置于釜盖上的钢丝绳相连接。

为了固定反应釜，本发明所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置还可以包括一支撑装置，该支撑装置包括用于放置反应釜的支撑架和设置于支撑架下方的若干个支撑脚，所述的釜体可以通过铆钉或其它固接方式固定于所述支撑架上。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

1、采用特殊结构的搅拌装置，将磁力驱动器与釜体内搅拌轴联动，通过控制转速即可为釜体内密闭环境提供持续、恒定或者多跨度的水动力条件。

2、通过设置供气装置，向釜体内不断充入高纯CO₂气体，一方面可以保持反应器内压力恒定，另一方面，由于釜体内体系的酸性会随着碳酸盐岩与水溶液中H⁺的反应而降低，充入的CO₂气体不断溶解于釜体内的水溶液中，从而使体系维持在一个恒定的弱酸性环境，保证溶蚀试片、弱酸性水溶液与CO₂气体保持平衡状态。

3、本发明所述装置溶蚀试验区为密封环境，可通过温控传感器自动加热，以保持恒温的目的。

4、可通过调配水溶液的水化学特征，模拟沉积盆地油气田井下实际水化学环境碳酸盐岩储层溶蚀作用机理，对储层预测及勘探开发具有重要意义。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图中标号为：

1第一滑轮；2第二滑轮；3排气管；4第二测温探头；5排水管；6第三滑轮；7手柄；8立柱；9导热介质入口；10搅拌轴；11电加热器；12搅拌叶片；13支撑架；14支撑脚；15导热介质出口；16夹套；17釜体；18载物台；19第一测温探头；20釜盖；21螺栓；22进气管；23排空管；24压力表；25磁力驱动器；26安全阀；27电机；28钢丝；29二氧化碳钢瓶；30数据采集仪；31转速传感器；32温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容。

在图1所示的实施方式中，本发明所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，包括一可以承受压力的反应釜、搅拌装置、供气装置、数据采集仪30、釜盖20提升装置和支撑装置，其中：

所述的反应釜包括釜体17和釜盖20，在釜体17和釜盖20之间设置垫片以保证两者之间的气密性，所述釜体17和釜盖20通过螺栓21与螺母进行连接。在釜体17的外周设有夹套16，该夹套16采用保温材料制作，在夹套16上设置有导热介质入口9和导热介质出口15；夹套16内填充导热介质，在夹套16内还设置有电加热器11及第一测温探头19，所述第一测温探头19用于检测夹套16内的温度；

所述釜盖20上设有进气口、出气口、出水口、排空管23和第二测温探头4，所述进气口上设有进气管22，该进气管22伸入釜体17的底部，以更有利于CO₂气体溶于釜体17内的体系中，使体系保持恒定的酸性环境；所述出气口上设有排气管3，便于在需要的时候或试验完成后排出釜体17内的气体；所述的出水口上设有排水管5，该排水管5伸入釜体17的底部，以便釜体17内的液体全部排出；在进气管22、排气管3和排水管5上均设置有控制气路或液路通断的控制阀；所述第二测温探头4用于检测釜体17内的温度，所述的进气口与供气装置的供气出气口管路连通，在该管路路径上设置有压力表24，通过该压力表24观察由供气装置向釜体17内注入气体的压力情况；所述排空管23上设置有压力表24和安全阀26，通过压力表24监测釜体17内的压力，当压力过大时，安全阀26自动排气进行减压到安全值范围；

所述搅拌装置包括电机27、磁力驱动器25、搅拌轴10和搅拌叶片12，所述的磁力驱动器25固定于釜盖20上，其传动轴穿过釜盖20通过联轴器与搅拌轴10的一端连接，所述的搅拌叶片12固接于该搅拌轴10的另一端，所述电机27的输出轴与磁力驱动器25的外磁转子同轴连接，以使电机27带动磁力驱动器25并最终带动搅拌轴10及搅拌叶片12转动，使釜体17内得以形成不同的水动力；在磁力驱动器25上还设置有一个测速探头，在搅拌轴10上设置有多个用于放置试片的载物台18；

所述的数据采集仪30包括温度传感器32和转速传感器31，所述置于夹套16内的第一测温探头19和釜盖20上的第二测温探头4均与温度传感器32电连接，所述的测速探头与转速传感器31电连接；

所述的釜盖20提升装置，包括一立柱8及固定在该立柱8上的第一滑轮1、第二滑轮2和第三滑轮6，在第一滑轮1的中心轴上固接有手柄6，钢丝28绳的一端固定于第一滑轮1上，另一端依次穿第一滑轮1的导向槽、第二滑轮2的导向槽和第三滑轮6的导向槽，其端头处连接有挂钩，该挂钩与设置于釜盖20上的钢丝28绳相连接；通过转动第一滑轮1上的手柄6，可以较为省力地提升起釜盖20；

所述的支撑装置用于支撑反应釜，具体包括用于放置反应釜的支撑架13和设置于支撑架13下方的四个支撑脚14，所述的釜体17铆钉或其它固接方式固定于所述支撑架13上。

上述实施方式中，所述的载物台18为金属材质制成的薄片，其上均匀分布有若干个通孔。载物台18的形状具体可以是圆形或方形等，布设在载物台18上的通孔可以供釜体17内的液体自由地通过，为提供不同的水动力条件创造条件。试片放置于所述载物台18上时，通常先在试片上打孔，用细绳穿试片上及载物台18上的孔以将试片固定于载物台18上。

上述实施方式中，所述的供气装置可以是能够提供高压CO₂气体的装置，如二氧化碳钢瓶29或二氧化碳储罐，本实施方式中为二氧化碳钢瓶29。

上述实施方式中，所述釜体17和釜盖20均采用可承受高温、高压的材料制成，所述的导热介质可以是高温导热油。

具体进行试验时，先用扳手拧开釜盖20上所有的螺栓21，转动手柄6将釜盖20打开，然后将事先根据沉积盆地油气田井下水化学特征配制好的具有一定水化学特征的反应水溶液倒入釜体17，并将溶蚀试片固定在载物台18上，再慢慢转动手柄6盖上釜盖20，拧紧所有螺栓21；之后将第一测温探头19和第二测温探头4分别与温控传感器连接，测速探头与转速传感器31连接，将二氧化碳钢瓶29的供气出气口与釜盖20上的进气口连接；再接通电加热器11电源和数据采集仪30电源，调整试验所需转速和温度，最后打开二氧化碳钢瓶29的阀门逐渐充入高压CO₂气体开始试验。根据拟定的试验方案进而可以模拟不同水化学特征、不同温度、不同压力及不同水动力条件下的碳酸盐岩储层溶蚀机理研究。

Claims (5)

1.一种碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，包括一可以承受压力的反应釜、搅拌装置、供气装置以及数据采集仪(30)，其特征在于：

所述反应釜包括釜体(17)和与该釜体(17)气密连接的釜盖(20)，在釜体(17)的外周设有夹套(16)，夹套(16)上设置有导热介质入口(9)和导热介质出口(15)；夹套(16)内填充导热介质，在夹套(16)内还设置有电加热器(11)及第一测温探头(19)；

所述釜盖(20)上设有进气口、出气口、出水口、排空管(23)和第二测温探头(4)，所述的进气口与供气装置的供气出气口连通，在排空管(23)上设置有压力表(24)和安全阀(26)；

所述搅拌装置包括电机(27)、磁力驱动器(25)、搅拌轴(10)和搅拌叶片(12)，所述的磁力驱动器(25)设置于釜盖(20)上，其传动轴穿过釜盖(20)通过联轴器与搅拌轴(10)的一端连接，所述电机(27)的输出轴与磁力驱动器(25)的外磁转子同轴连接，所述的搅拌叶片(12)固接于搅拌轴(10)的另一端，在搅拌轴(10)上设置有多个载物台(18)；

所述的数据采集仪(30)包括温度传感器(32)和转速传感器(31)；

所述的第一测温探头(19)和第二测温探头(4)均与温度传感器(32)电连接，所述的测速探头与转速传感器(31)电连接。

2.根据权利要求1所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，其特征在于：所述的载物台(18)为金属材质的薄片，其上均匀分布有若干个通孔。

3.根据权利要求1所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，其特征在于：所述的供气装置为能够提供高压CO₂气体的装置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，其特征在于：还包括一釜盖(20)提升装置，该釜盖(20)提升装置包括一立柱(8)及固定在该立柱(8)上的第一滑轮(1)、第二滑轮(2)和第三滑轮(6)，在第一滑轮(1)的中心轴上固接有手柄(6)，钢丝(28)绳的一端固定于第一滑轮(1)上，另一端依次穿第一滑轮(1)的导向槽、第二滑轮(2)的导向槽和第三滑轮(6)的导向槽，其端头处连接有挂钩，该挂钩与设置于釜盖(20)上的钢丝(28)绳相连接。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置，其特征在于：还包括一支撑装置，该支撑装置包括用于放置反应釜的支撑架(13)和设置于支撑架(13)下方的若干个支撑脚(14)。