CN105242029B - 一种流体相态分析装置及其分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种流体相态分析装置及其分析方法，该流体相态分析装置包括至少一组分析单元，所述分析单元包括：第一容器、第二容器和样品转移器，样品转移器通过自身内部空间的体积变化实现测试样品的精确转移，并测得样品的相应参数的变化。该装置在宏观上可直接观察到原油的单相和两相状态，微观上可进行不同相态条件下的P‑V关系分析和闪蒸实验测试，且通过多组精细体积变化的测量，准确获取地层油的泡点压力、气油比、地层体积系数等地层参数。针对高成本的烃类分析纯样品的相态研究问题，该装置及其分析方法解决了微量样品基础相态参数测试的难题，节约了油气田现场取样操作成本。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种流体相态分析装置及其分析方法。
背景技术
油气藏流体物性参数是油气田储量计算、开发方案编制的重要基础资料。高温高压油气相态测试一直是评价地层油性质的一种不可缺少的基础测试，同时是获取油气藏流体关键相态参数不可或缺的重要测试装置。而准确地、真实地获取油藏中的油气相态参数离不开高温高压油气藏流体相态测试分析仪(简称PVT仪)。现有PVT仪主要包括两种结构：活塞式和柱塞式。活塞式PVT仪为一个运动的活塞介于样品与工作介质之间，工作介质受温度和压力的影响较大，对样品体积的测试存在较大误差；加之活塞采用O型圈密封，运动过程中存在一定阻力，会对样品内部的压力测试产生一定的影响。柱塞式PVT仪为活塞与丝杠直接连接，由电机带动丝杠做往复运动，活塞周围采用8个聚四氟类密封圈通过金属形变进行密封，在活塞运动过程中对筒内壁产生较大的摩擦，筒内部的温度影响较大。同时，以上两种方式均需要至少100-150mL的油气藏流体样品。
然而，随着CO2混相驱油技术的在国内外油田现场应用，CO2-地层油混相或近混相状态复杂多变，油气混相或近混相区域种类较多，试验区井下取样困难且无法保证样品量，且难以通过一次性测量确定，需要精细的体积变化来确定泡点压力附近的压力变化。因此，现存的测试分析装置已经不能满足实际测试要求，急需一种新型的流体相态分析装置及分析方法来克服以上诸多不足。
发明内容
为解决上述问题，本申请的目的是提供一种流体相态分析装置，该装置可通过多组精细体积变化的测量，获取地层油的相关物性参数。
本申请的另一目的是使用上述流体相态分析装置进行流体相态分析的方法。
为达到上述目的，本申请提供了一种流体相态分析装置，该装置包括至少一组分析单元，所述分析单元包括：第一容器、第二容器和样品转移器：
所述第一容器的体积与第二容器的体积相同；
所述第一容器的顶部设有第一管线，所述第一管线上沿向外延伸的方向上依次设有第一阀门和气量计，所述第一容器设有与样品转移器连通的第二管线，所述第二管线上设有第二阀门，用于测量所述第一容器压力的第二压力表设于所述第一容器、第一管线或第二管线上；
所述第二容器设有与样品转移器连通的第三管线，所述第三管线上设有第三阀门，所述第二容器设有第四管线，所述第四管线上设有第四阀门，用于测量所述第二容器压力的第一压力表设于所述第二容器、第三管线或第四管线上；
所述样品转移器包括本体、内部空间和活动件，所述活动件配置为可通过移动使所述内部空间稳定在一定体积状态或最小体积状态，并可由上述一种体积状态逐渐转换为另一种体积状态，在体积状态转换过程中流体通过所述第二管线和/或第三管线进入或离开所述内部空间。
在上述装置中，第二容器起到储存初始测试样品的作用，第二容器中测试样品通过样品转移器定量(每次转移的样品量可由活动件移动形成的内部空间控制，在进行P-V测试时需保证每次转移的样品体积相等)的转移入第一容器，在这个过程中获得一系列P、V数值，满足相态分析的需要；气量计用于测量气体的体积；压力表用于读取相应压力数值；各管线作为油气样品流动的通道，其中，第二管线为样品转移器中的样品进入第一容器的通道，第三管线为第二容器中的样品转移入样品转移器的通道，第四管线为油样的初始进样管线；各管线在第一容器、第二容器或样品转移器上的位置以满足相应的功能即可；在各管线上设置阀门，用于控制管线与容器的连通状态。
在上述样品转移器中，活动件与本体共同构成了内部空间，为使内部空间实现储存或完全排出样品，活动件与本体接触的面设有必要的常规密封件，且二者的表面形状设置为相适配；活动件的移动通过常规驱动机构实现，例如电机驱动。
在上述样品转移器中，所述最小体积状态是指活动件移动到与对向的本体面紧密接触时的状态，此时内部空间的体积接近于0，可使原内部空间中的样品完全排出(第二管线和第三管线一般设于与活动件移动方向相对的本体面的壁面上，第二管线和第三管线也可共同通过一个设于本体壁面的管线与样品转移器实现连通)；所述一定体积状态是指活动件移动到使内部空间具有一定体积时的状态。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述一定体积状态的体积范围为0.1-0.2mL，优选为0.1mL。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述一定体积状态为内部空间达到最大体积时的状态。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第三管线设于所述第二容器上的位置以满足至少可转移出充满液体状态下的第二容器内液体体积的二分之一为准。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第一容器的周壁设有用于测量液体体积的刻度。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第二压力表设于所述第二管线上。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第一压力表设于所述第三管线上。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第二阀门和第三阀门设置于靠近样品转移器的一端。这种设置方式可尽量减少由于管线内残存样品带来的误差，同时，必要时还可使第二管线和第四管线尽量短些。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第一容器和第二容器顶部的材质为蓝宝石玻璃。通过蓝宝石玻璃可实现宏观上分别直接观察到原油的单相和两相状态。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第一容器和第二容器的体积为5-7mL。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述分析单元的数量为3组。
在上述流体相态分析装置中，优选地，所述第一容器和第二容器的底部分别设有排样管线。测试结束后，可通过排样管线排出样品，相比不另设排样管线的装置使用更加方便。
本发明还提供了一种利用上述流体相态分析装置进行流体相态分析的方法，该方法包括P-V测试或闪蒸测试；
其中，进行所述P-V测试的步骤包括：
(1)粗测原油A泡点压力记为Pb0，将第一容器、第二容器和样品转移器恒温至原油A的地层温度T，各阀门保持关闭，移动样品转移器的活动件使内部空间处于体积最小状态；
(2)打开第四阀门引入加压后的原油，在原油充满第二容器后继续加压注入直至第二容器内的压力大于Pb0，关闭第四阀门；
(3)打开第三阀门，移动活动件使内部空间从体积最小状态逐渐转为体积最大状态，当原油充满内部空间后关闭第三阀门，读取第一压力表读数记为P11；
(4)打开第二阀门，移动样品转移器的活动件使内部空间从体积最大状态逐渐转为体积最小状态，此时原油从内部空间转移入第一容器，然后关闭第二阀门，读取第二压力表读数记为P21；
(5)重复步骤(3)和(4)的操作直至第二容器中剩余的原油体积小于第二容器体积的二分之一时结束测量，期间分别记录第一压力表和第二压力表的度数；
其中，进行所述闪蒸测试的步骤包括：
(1)将第一容器、第二容器和样品转移器恒温至原油A的地层温度T，各阀门保持关闭，移动样品转移器的活动件使内部空间处于体积最小状态；
(2)打开第四阀门引入加压后的原油，当原油充满第二容器后打开第三阀门，移动活动件使样品转移器的内部空间从体积最小状态逐渐转为体积最大状态，在原油充满内部空间后继续加压注入直至第二容器内的压力达到原油的地层压力P后，关闭第三阀门和第四阀门；
(3)打开第一阀门和第二阀门，移动活动件使内部空间从体积最大状态逐渐转为体积最小状态，此时原油从内部空间转移入第一容器，读取气量计读数记为Vg，测量容器1内油样体积记为Vo，结束测量。
在上述流体相态分析的方法中，优选地，当分析单元为多个时，各分析单元可同步进行相态分析测试，且各分析单元可设置为相同或不同的测试参数。因各分析单元的测试相对独立，因此可按照实际情况安排具体操作步骤，由于以上特征，各分析单元可同时对同一油样进行测试，也可同时对不同的油样进行测试。
本发明提供的流体相态分析装置，可对油气藏进行不同相态条件下的P-V关系分析或闪蒸实验测试，其通过多组精细体积变化的测量，可准确获取地层油的泡点压力、气油比、地层体积系数等地层参数。在一种优选方式中，宏观上可通过蓝宝石玻璃直接观察到原油的单相和两相状态。针对高成本的烃类分析纯样品的相态研究问题，本发明提供的流体相态分析装置解决了微量样品基础相态参数测试的难题，节约了油气田现场取样操作成本，并可以实现现场在线测试，体积小，携带方便。同时本发明提供的流体相态分析装置和相态方法为分析气驱过程中的气驱前缘动态变化提供一条新途径。
附图说明
图1为实施例1中提供的流体相态分析装置第一分析单元的正视图；
图2为实施例1中提供的流体相态分析装置第一分析单元的侧视图；
图3为实施例1中样品转移器的内部空间处于体积最小状态的示意图；
图4为实施例1中样品转移器的内部空间处于体积最大状态的示意图；
图5为实施例1中P-V测试得到的P-V曲线图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种流体相态分析装置。该装置其包括三组分析单元，分别为第一分析单元(图1为第一分析单元的正视图，图2为第一分析单元的侧视图)、第二分析单元和第三分析单元；
每个分析单元包括：第一容器、第二容器和样品转移器：
第一容器的体积与第二容器的体积相同为5mL，两个容器顶部的材质都为蓝宝石玻璃；
第一容器的顶部设有第一管线，第一管线上沿向外延伸的方向上依次设有第一阀门和气量计，第一容器的中部设有与样品转移器连通的第二管线，第二管线上沿向样品转移器延伸的方向上依次设有第二压力表和第二阀门，第一容器的底部设有用于排液的第五管线，第五管线上设有第五阀门，第一容器上设有用于测量液体体积的刻度；
第二容器的下部设有与样品转移器连通的第三管线，第三管线上沿向样品转移器延伸的方向上依次设有第一压力表和第三阀门，第二容器的中部设有用于进样的第四管线，第四管线上设有第四阀门，第二容器的底部设有用于排样的第六管线，第六管线上设有第六阀门；
样品转移器包括圆柱形本体、内部空间和活动件，圆柱形本体的顶壁设有两个通孔，其中一个与第二管线连通，另一个与第三管线连通；活动件设于圆柱形本体内部并与本体的内壁构成体积可变的内部空间，当内部空间处于体积最大状态时，其体积为0.1mL；活动件的形状为圆柱状，在移动时可与圆柱形本体的侧壁紧密接触，在二者的接触面上设有O型密封圈；活动件的顶面为一平面，顶面与圆柱形本体的顶壁紧密接触时为内部空间的体积最小状态；活动件的底部设有可使活动件沿本体内壁垂直移动的电机；
三个分析单元中的第四管线分别与一条外设的原油进样管线连通，第五管线和第六管线分别与一条外设的总排样管线连通。
实施例2
本实施例提供了使用实施例1的流体相态分析装置进行P-V测试的过程。
对第一分析单元进行P-V测试的过程为：
(1)粗测原油A泡点压力Pb0为6.7MPa，将第一容器、第二容器和样品转移器恒温至原油A的地层温度T为83.08℃，各阀门保持关闭，电机驱动样品转移器的活动件使内部空间处于体积最小状态(如图3所示)；
(2)打开第四阀门引入加压后的原油，在原油充满第二容器后继续加压注入直至第二容器内的压力P0＝32MPa，关闭第四阀门；
(3)打开第三阀门，电机驱动样品转移器的活动件使内部空间从体积最小状态逐渐转为体积最大状态(如图4所示，此时容积为0.1mL)，当原油充满内部空间后关闭第三阀门，此时第二容器中原油的转出体积为0.1mL，读取第一压力表读数记为P11；
(4)打开第二阀门，电机驱动样品转移器的活动件使内部空间从体积最大状态转为体积最小状态，此时原油从内部空间转移入第一容器，然后关闭第二阀门，此时第一容器中转入原油所占的体积为5mL，读取第二压力表读数记为P21；
(5)重复步骤(3)和(4)的操作直至第二容器中剩余的原油体积为第二容器体积的二分之一时结束测量(第一容器中为单相P-V关系，第二容器中为两相P-V关系)，期间分别记录第一压力表的度数(P12、P13、P14…)和第二压力表的度数(P22、P23、P24…)，具体测试数据见表1；
(6)测量结束后，打开第五阀门和第六阀门，将第一容器和第二容器中的原油排出；
(7)在进行上述第一分析单元测试期间，按照上述步骤(1)-(6)的操作同步进行第二分析单元和第三分析单元的测试，三个测试单元测试的不同之处在于：步骤(2)中第二容器注入原油注满后所达到的压力P0不同，第二分析单元的P0为35MPa，第三分析单元的P0为25MPa；
(8)根据得到三组P-V关系数据绘制P-V曲线图(如图5所述)，得到泡点压力Pb＝6.6MPa。
表1第一分析单元P-V测试数据
实施例3
本实施例提供了使用实施例1的流体相态分析装置进行闪蒸测试的过程。
使用第一分析单元进行闪蒸测试的过程为：
(1)将第一容器、第二容器和样品转移器恒温至原油A的地层温度T(83.08℃)，各阀门保持关闭，移动样品转移器的活动件使内部空间处于体积最小状态；
(2)打开第四阀门引入加压后的原油，当原油充满第二容器后打开第三阀门，移动活动件使样品转移器的内部空间从体积最小状态逐渐转为体积最大状态，在原油充满内部空间后继续加压注入直至第二容器内的压力达到原油的地层压力P(18.33MPa)后，关闭第三阀门和第四阀门；
(3)打开第一阀门和第二阀门，移动活动件使内部空间从体积最大状态逐渐转为体积最小状态，此时原油从内部空间转移入第一容器，读取气量计读数Vg＝3.2mL，测量容器1内油样体积Vo＝0.08mL，结束测量；
(4)测量结束后，打开第五阀门和第六阀门，将第一容器和第二容器中的原油排出；
(5)根据测量数据，得到溶解气油比GOR＝Vg/Vo＝40m3/m3，地层体积系数B0(T,P)＝0.1mL/V＝1.25o。
Claims (12)
1.一种流体相态分析装置，该装置包括至少一组分析单元，所述分析单元包括：第一容器、第二容器和样品转移器：
所述第一容器的体积与第二容器的体积相同；
所述第一容器的顶部设有第一管线，所述第一管线上沿向外延伸的方向上依次设有第一阀门和气量计，所述第一容器设有与样品转移器连通的第二管线，所述第二管线上设有第二阀门，用于测量所述第一容器压力的第二压力表设于所述第一容器、第一管线或第二管线上；
所述第二容器设有与样品转移器连通的第三管线，所述第三管线上设有第三阀门，所述第二容器设有第四管线，所述第四管线上设有第四阀门，用于测量所述第二容器压力的第一压力表设于所述第二容器、第三管线或第四管线上；
所述样品转移器包括本体、内部空间和活动件，所述活动件配置为可通过移动使所述内部空间稳定在一定体积状态或最小体积状态，并可由上述一种体积状态逐渐转换为另一种体积状态，在体积状态转换过程中流体通过所述第二管线和/或第三管线进入或离开所述内部空间。
2.根据权利要求1所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述一定体积状态的体积范围为0.1mL-0.2mL。
3.根据权利要求2所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述一定体积状态的体积为0.1mL。
4.根据权利要求1-3任一项所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述一定体积状态为内部空间达到最大体积时的状态。
5.根据权利要求1所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述第三管线设于所述第二容器上的位置以满足至少可转移出充满液体状态下的第二容器内液体体积的二分之一为准。
6.根据权利要求1-3任一项所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述第二压力表设于所述第二管线上，所述第一压力表设于所述第三管线上。
7.根据权利要求1所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述第一容器和第二容器顶部的材质为蓝宝石玻璃。
8.根据权利要求1所述的流体相态分析装置，其特征在于，所述分析单元的数量为3组。
9.根据权利要求8所述的流体相态分析装置，其特征在于，各分析单元中第二容器的第四管线分别与一条外设的原油进样管线连通。
10.根据权利要求1所述的流体相态分析装置，其特征在于，在所述第一容器和第二容器的底部分别设有排样管线。
11.一种利用权利要求1-10任一项所述的流体相态分析装置进行流体相态分析的方法，该方法包括P-V测试或闪蒸测试；
其中，进行所述P-V测试的步骤包括：
(1)粗测原油A泡点压力记为Pb0，将第一容器、第二容器和样品转移器恒温至原油A的地层温度T，各阀门保持关闭，移动样品转移器的活动件使内部空间处于体积最小状态；
(2)打开第四阀门引入加压后的原油，在原油充满第二容器后继续加压注入直至第二容器内的压力大于Pb0，关闭第四阀门；
(3)打开第三阀门，移动活动件使内部空间从体积最小状态逐渐转为体积最大状态，当原油充满内部空间后关闭第三阀门，读取第一压力表读数记为P11；
(4)打开第二阀门，移动样品转移器的活动件使内部空间从体积最大状态逐渐转为体积最小状态，此时原油从内部空间转移入第一容器，然后关闭第二阀门，读取第二压力表读数记为P21；
(5)重复步骤(3)和(4)的操作直至第二容器中剩余的原油体积小于第二容器体积的二分之一时结束测量，期间分别记录第一压力表和第二压力表的度数；
其中，进行所述闪蒸测试的步骤包括：
(1)将第一容器、第二容器和样品转移器恒温至原油A的地层温度T，各阀门保持关闭，移动样品转移器的活动件使内部空间处于体积最小状态；
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(3)打开第一阀门和第二阀门，移动活动件使内部空间从体积最大状态逐渐转为体积最小状态，此时原油从内部空间转移入第一容器，读取气量计读数记为Vg，测量容器1内油样体积记为Vo，结束测量。
12.根据权利要求11所述的流体相态分析的方法，其中，当分析单元为多个时，
各分析单元同步进行相态分析测试，并各分析单元设置相同或不同的测试参数。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |