CN105422079B - 用于驱替实验的动态可视化观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱替实验的动态可视化观测装置，包括流体泵入装置、中间活塞容器Ⅰ、中间活塞容器Ⅱ、岩芯薄片、集液容器、动态可视化微观模型和观测组件，所述中间活塞容器Ⅰ和中间活塞容器Ⅱ并联在流体泵入装置与岩芯薄片之间，所述岩芯薄片放置在动态可视化微观模型的内部；微观模型由聚二甲基硅氧烷制成，模型上体中心两侧且与中心等距离的部位分别设置油水注入口和液体排出口，模型下体的中心部位压嵌岩芯薄片，形成与岩芯薄片的形状和尺寸一致的凹槽。该装置结构简单，操作方便，通过对模型下体加热软化固定岩芯薄片，通过不同的岩芯薄片观测不同储层类型的油水动态运移规律和分布情况，进而有针对性地制定油藏开采和提高采收率的方案。

Description

用于驱替实验的动态可视化观测装置

技术领域

本发明属于油藏开采技术领域，具体涉及一种用于驱替实验的动态可视化观测装置。

背景技术

目前，关于油藏开发的室内实验主要为流动性实验，该实验能够测试岩芯的渗透率、采收率等参数，实验中所采用的微观方法能够静态观测驱替前或驱替后的静态油水分布情况。然而流动性实验和微观方法并不能动态观测驱替过程中油水（水：泛指驱油体系）运移及其分布规律。如果能够掌握驱替过程中的油水运移规律，明确其运移通道和油水分布情况，将有利于提出针对性的油藏开采方案，从而大幅提高油藏采收率。因此，急需开发一种动态可视化观测装置，用于实时观测驱替过程中油水的动态运移规律和油水分布情况，为开发油藏和提高采收率提供指导和依据。

授权公告号为CN203499659U的实用新型专利公开了一种用于驱替实验的刻蚀填砂微观玻璃模型，包括底板和面板，在面板上开有注液口，在底板上有被腐蚀出来的凹槽，在凹槽中填充一定目数的天然岩芯粉末或石英砂，底板和面板胶结在一起。该玻璃模型虽然能够模拟驱替过程中油水的分布情况，但是由于凹槽内填充的是岩芯粉末或石英砂，而并不是真实的岩芯，所以观测结果不符合真实情况，不能用于指导油藏开采；被腐蚀出来的凹槽不规则，即便在凹槽内放入岩芯，岩芯也不固定，容易移动，这将导致观测结果不准确，产生严重误差；模型采用玻璃制作，很难形成与岩芯大小一致的凹槽，难以保证岩芯固定，因此影响观测结果。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于驱替实验的动态可视化观测装置，其目的在于：通过该动态可视化观测装置实时观测驱替过程中油水的动态运移规律和油水的分布情况。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种用于驱替实验的动态可视化观测装置，包括流体泵入装置、中间活塞容器Ⅰ、中间活塞容器Ⅱ、岩芯薄片和集液容器，所述中间活塞容器Ⅰ和所述中间活塞容器Ⅱ并联在所述流体泵入装置与所述岩芯薄片之间，还包括动态可视化微观模型和观测组件，所述岩芯薄片放置在所述动态可视化微观模型的内部。

通过动态可视化微观模型将岩芯薄片固定住，模拟微观储层条件。中间活塞容器Ⅰ中装入油，中间活塞容器Ⅱ中装入驱油体系（水或聚合物溶液）。流体泵入装置可选择平流泵。通过平流泵和中间活塞容器Ⅰ将油从油水注入口注入动态可视化微观模型中；通过平流泵和中间活塞容器Ⅱ将驱油体系以一定速度从油水注入口注入动态可视化微观模型中，控制驱替体系的注入速度，能够更清楚地观测油水运移情况，结果更加准确、可靠。在液体排出口连接集液容器，用于收集排出的液体。将动态可视化微观模型放置在观测组件下方，可以观测驱替过程中油水的运移及其分布情况，进而分析油水的运动规律。对显微镜放大倍数的要求较高，能够清晰的分辨出岩芯的孔隙结构，停止驱油后，观测油水的分布情况。对观测得到的图像进行软件处理后，即可得到油水运移的过程图像。

优选的是，所述流体泵入装置通过六通阀与所述中间活塞容器Ⅰ和所述中间活塞容器Ⅱ连接。六通阀用于控制油或驱油体系的注入；平流泵用于控制油或驱油体系注入动态可视化微观模型的速度。

在上述任一方案中优选的是，所述动态可视化微观模型的上方设置所述观测组件，所述动态可视化微观模型的下方设置光源。

在上述任一方案中优选的是，所述动态可视化微观模型包括模型上体、模型下体和固定组件。

在上述任一方案中优选的是，所述模型上体和所述模型下体均为正方形薄板，其四角部位分别设置螺栓孔。

在上述任一方案中优选的是，所述模型上体中心两侧且与中心等距离的部位分别设置油水注入口和液体排出口。

在上述任一方案中优选的是，所述油水注入口和所述液体排出口设置在所述岩芯薄片的上方。

在上述任一方案中优选的是，所述油水注入口与所述中间活塞容器Ⅰ和所述中间活塞容器Ⅱ连接。

在上述任一方案中优选的是，所述液体排出口与所述集液容器连接。

在上述任一方案中优选的是，所述模型下体的中心部位压嵌所述岩芯薄片，形成与所述岩芯薄片的形状和尺寸一致的凹槽。将模型下体加热，材料受热后变软，然后将岩芯薄片压嵌在模型下体的中心部位，形成一个凹槽，凹槽的形状与岩芯薄片的形状相同，凹槽的深度与岩芯薄片的厚度相同。

在上述任一方案中优选的是，所述模型上体和所述模型下体均由聚二甲基硅氧烷制成。该材料的透明度很高、成本低、使用简单，与硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点，可广泛用于微流控等领域。

在上述任一方案中优选的是，所述固定组件包括螺栓和螺母。

在上述任一方案中优选的是，所述螺栓穿过螺栓孔，并通过所述螺母紧固。

在上述任一方案中优选的是，所述岩芯薄片的厚度为0.05-0.1mm。岩芯薄片磨削到0.05-0.1mm时，才能保证良好的透光性，可充分看清岩芯的孔隙结构，有利于观测油水在岩芯中的动态运移情况。

在上述任一方案中优选的是，所述观测组件包括高倍显微镜、摄像头和计算机。

本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其结构简单，操作方便，价格低廉；微观模型采用聚二甲基硅氧烷材料制成，易于成型，通过对模型下体加热软化来固定岩芯薄片，操作简单；通过不同的岩芯薄片观测不同储层类型的油水动态运移情况，通过改变注入体系观测不同注入体系驱替过程中油水的动态运移情况，还可观测驱替结束后残余油和剩余油的分布情况，进而有针对性地制定油藏开采和提高采收率的方案，从而提高经济效益。

本发明还提供一种用于驱替实验的动态可视化观测方法，使用了上述任一种用于驱替实验的动态可视化观测装置，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将动态可视化微观模型的模型下体加热，并将岩芯薄片压嵌在模型下体的中心部位，冷却固化；

步骤二：将动态可视化微观模型的模型上体与模型下体压合，并通过固定组件紧固在一起；

步骤三：将中间活塞容器Ⅰ和中间活塞容器Ⅱ并联在流体泵入装置与动态可视化微观模型之间；

步骤四：向中间活塞容器Ⅰ中装入油，向中间活塞容器Ⅱ中装入驱油体系，通过六通阀的开关向动态可视化微观模型中注入油；

步骤五：通过六通阀的开关向已饱和的动态可视化微观模型中注入驱油体系，并通过观测组件实时观测油水运移规律和油水分布情况。

优选的是，所述步骤一中，模型下体以2-4℃/s的升温速率加热至80-90℃并保温2-4h，再以2-5℃/s的降温速率冷却至常温。

在上述任一方案中优选的是，所述步骤一中，压嵌后岩芯薄片的上表面与模型下体的上表面在同一水平面上。

本发明采用将模型下体加热软化后再将岩芯薄片压嵌在中心部位的方式固定岩芯薄片。根据实验结果，模型下体的加热温度、保温时间、升温速率和降温速率的限定对岩芯薄片的固定作用是很重要的。在岩芯薄片的固定过程中，模型下体的变化分三个阶段，第一阶段为升温阶段，第二阶段为保温阶段，第三阶段为降温阶段。模型下体以2-4℃/s的升温速率逐渐加热至80-90℃，可确保模型下体加热均匀，易于成型，且有利于与岩芯薄片粘结；当模型下体加热至80-90℃后，保温2-4h，确保岩芯薄片平整地压嵌入中心部位，与模型下体充分接触，避免产生空隙；当岩芯薄片压嵌结束后，再以2-5℃/s的降温速率逐渐冷却至常温，避免直接冷却对岩芯薄片造成损坏，从而影响实验结果。

在岩芯薄片压入模型下体后，也可直接用模型上体压在岩芯薄片上，直至模型上体与模型下体压合在一起。

本发明的用于驱替实验的动态可视化观测方法，其工艺简单，操作方便，可通过不同的岩芯薄片观测不同储层类型的油水动态运移情况，还可通过改变注入体系观测不同注入体系驱替过程中油水的动态运移情况，进而有针对性地制定油藏开采和提高采收率的方案。

附图说明

图1为按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的一优选实施例结构示意图；

图2为按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的图1所示实施例的动态可视化微观模型结构示意图；

图3为按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的图1所示实施例的模型上体结构示意图；

图4为按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的图1所示实施例的模型下体结构示意图；

图5为按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的图1所示实施例的动态可视化观测方法的工艺流程图。

图中标注说明：1-流体泵入装置，2-中间活塞容器Ⅰ，3-中间活塞容器Ⅱ，4-岩芯薄片，5-集液容器，6-动态可视化微观模型，7-观测组件，8-六通阀，9-光源，61-模型上体，62-模型下体，63-固定组件，611-螺栓孔，612-油水注入口，613-液体排出口，621-螺栓孔，622-凹槽。

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，按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的一实施例，包括流体泵入装置1、中间活塞容器Ⅰ2、中间活塞容器Ⅱ3、岩芯薄片4和集液容器5，所述中间活塞容器Ⅰ2和所述中间活塞容器Ⅱ3并联在所述流体泵入装置1与所述岩芯薄片4之间，还包括动态可视化微观模型6和观测组件7，所述岩芯薄片4放置在所述动态可视化微观模型6的内部。

通过动态可视化微观模型将岩芯薄片固定住，模拟微观储层条件。中间活塞容器Ⅰ中装入油，中间活塞容器Ⅱ中装入驱油体系（水）。流体泵入装置为平流泵。通过平流泵和中间活塞容器Ⅰ将油从油水注入口注入动态可视化微观模型中；通过平流泵和中间活塞容器Ⅱ将驱油体系以一定速度从油水注入口注入动态可视化微观模型中，控制驱替体系的注入速度，能够更清楚地观测油水运移情况，结果更加准确、可靠。在液体排出口连接集液容器，用于收集排出的液体。将动态可视化微观模型放置在观测组件下方，可以观测驱替过程中油水的运移及其分布情况，进而分析油水的运动规律。对显微镜放大倍数的要求较高，能够清晰的分辨出岩芯的孔隙结构，停止驱油后，观测油水的分布情况。对观测得到的图像进行软件处理后，即可得到油水运移的过程图像。

所述流体泵入装置1通过六通阀8与中间活塞容器Ⅰ2和中间活塞容器Ⅱ3连接。六通阀用于控制油或驱油体系的注入；平流泵用于控制油或驱油体系注入动态可视化微观模型的速度。所述动态可视化微观模型6的上方设置观测组件7，下方设置光源9。

如图2-4所示，所述动态可视化微观模型6包括模型上体61、模型下体62和固定组件63。所述模型上体61和模型下体62均由聚二甲基硅氧烷制成，该材料的透明度很高、成本低、使用简单，与硅片之间具有良好的粘附性，而且具有良好的化学惰性等特点。所述模型上体61和模型下体62均为正方形薄板，长度均为80mm，宽度均为80mm，厚度均为5mm，模型上体61的四角部位分别设置一个螺栓孔611，模型下体62的四角部位也分别设置一个螺栓孔621，螺栓孔的直径均为8mm。

所述模型上体61中心两侧且与中心等距离的部位分别设置油水注入口612和液体排出口613，油水注入口612和液体排出口613的直径均为1mm，且距离模型上体61中心均为10mm。油水注入口612和液体排出口613设置在岩芯薄片4上方的区域。油水注入口612与中间活塞容器Ⅰ2和中间活塞容器Ⅱ3连接，液体排出口613与集液容器5连接。

所述模型下体62的中心部位压嵌岩芯薄片4，形成与岩芯薄片4的形状和尺寸一致的凹槽622。将模型下体加热，材料受热后变软，然后将岩芯薄片压嵌在模型下体的中心部位，形成一个凹槽，凹槽的形状与岩芯薄片的形状相同，凹槽的深度与岩芯薄片的厚度相同。压嵌后形成的凹槽622形状为圆形，其直径为25mm、深度为0.05mm。所述岩芯薄片4的厚度为0.05mm。

所述固定组件63包括螺栓和螺母，螺栓穿过螺栓孔，并通过螺母紧固，确保微观模型的密闭性。所述观测组件7包括高倍显微镜、摄像头和计算机。

如图5所示，本实施例的用于驱替实验的动态可视化观测方法，使用了上述动态可视化观测装置，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：将动态可视化微观模型的模型下体加热，并将岩芯薄片压嵌在模型下体的中心部位，冷却固化；

步骤二：将动态可视化微观模型的模型上体与模型下体压合，并通过固定组件紧固在一起；

步骤三：将中间活塞容器Ⅰ和中间活塞容器Ⅱ并联在流体泵入装置与动态可视化微观模型之间；

步骤四：向中间活塞容器Ⅰ中装入油，向中间活塞容器Ⅱ中装入驱油体系，通过六通阀的开关向动态可视化微观模型中注入油；

步骤五：通过六通阀的开关向已饱和的动态可视化微观模型中注入驱油体系，并通过观测组件实时观测油水运移规律和油水分布情况。

所述步骤一中，模型下体以2℃/s的升温速率加热至80℃并保温4h，再以2℃/s的降温速率冷却至常温。压嵌后岩芯薄片的上表面与模型下体的上表面在同一水平面上。具体的，通过注射器或移液器从PDMS预聚物入口注入PDMS预聚物，直至PDMS预聚物液面高度与模型下体的下表面平齐，所述PDMS预聚物由硅橡胶单体与硅酮树脂塑化剂按照重量比10:1的比例混合均匀而成，待PDMS预聚物固化后，将模型下体与制备模型下体的模具分离。模型上体也采用同样的方法制备。

本实施例采用将模型下体加热软化后再将岩芯薄片压嵌在中心部位的方式固定岩芯薄片。在岩芯薄片的固定过程中，模型下体的变化分三个阶段，第一阶段为升温阶段，第二阶段为保温阶段，第三阶段为降温阶段。模型下体以2℃/s的升温速率逐渐加热至80℃，可确保模型下体加热均匀，易于成型，且与岩芯薄片充分粘结；当模型下体加热至80℃后，保温4h，确保岩芯薄片平整地压嵌入中心部位，与模型下体充分接触，避免产生空隙；当岩芯薄片压嵌结束后，再以2℃/s的降温速率逐渐冷却至常温，避免直接冷却对岩芯薄片造成损坏，从而影响实验结果。

本实施例的用于驱替实验的动态可视化观测装置和方法，简单易懂，操作方便，价格低廉；微观模型采用聚二甲基硅氧烷材料制成，易于成型，通过对模型下体加热软化来固定岩芯薄片，操作简单；通过不同的岩芯薄片观测不同储层类型的油水动态运移情况，通过改变注入体系观测不同注入体系驱替过程中油水的动态运移情况，还可观测驱替结束后残余油和剩余油的分布情况，进而有针对性地制定油藏开采和提高采收率的方案，从而提高经济效益。

实施例二：

按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置的另一实施例，其结构、各部件之间的连接关系、工作原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：模型上体和模型下体的长度均为150mm，宽度均为150mm，厚度均为10mm，模型上体和模型下体的螺栓孔直径均为15mm。油水注入口和液体排出口的直径均为5mm，且距离模型上体中心均为20mm。岩芯薄片压嵌后，在模型下体中心部位形成的凹槽形状为圆形，其直径为60mm、深度为0.1mm。岩芯薄片的厚度为0.1mm。

本实施例的用于驱替实验的动态可视化观测方法，其工艺步骤、工作原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：步骤一中，模型下体以4℃/s的升温速率加热至90℃并保温2h，再以5℃/s的降温速率冷却至常温。

实施例三：

按照本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置和方法的另一实施例，其结构、工艺步骤、工作原理和有益效果等均与实施例一相同，不同的是：在岩芯薄片压入模型下体后，直接用模型上体压在岩芯薄片上，直至模型上体与模型下体压合在一起。

本领域技术人员不难理解，本发明的用于驱替实验的动态可视化观测装置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 (8)

1.一种用于驱替实验的动态可视化观测装置，包括流体泵入装置、中间活塞容器Ⅰ、中间活塞容器Ⅱ、岩芯薄片和集液容器，所述中间活塞容器Ⅰ和所述中间活塞容器Ⅱ并联在所述流体泵入装置与所述岩芯薄片之间，其特征在于：还包括动态可视化微观模型和观测组件，所述动态可视化微观模型的上方设置所述观测组件，所述动态可视化微观模型的下方设置光源，所述岩芯薄片放置在所述动态可视化微观模型的内部；所述动态可视化微观模型包括模型上体、模型下体和固定组件，模型上体和模型下体均为正方形薄板，且均由聚二甲基硅氧烷制成；所述模型上体中心两侧且与中心等距离的部位分别设置油水注入口和液体排出口，油水注入口和液体排出口设置在岩芯薄片的上方；所述模型下体的中心部位压嵌岩芯薄片，形成与岩芯薄片的形状和尺寸一致的凹槽，在岩芯薄片压入模型下体后，直接用模型上体压在岩芯薄片上，直至模型上体与模型下体压合在一起，压嵌后岩芯薄片的上表面与模型下体的上表面在同一水平面上；在岩芯薄片压嵌之前，先将模型下体以2-4℃/s的升温速率加热至80-90℃并保温2-4h，在岩芯薄片压嵌之后，再将模型下体以2-5℃/s的降温速率冷却至常温；所述岩芯薄片的厚度为0.05-0.1mm。

2.如权利要求1所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述流体泵入装置通过六通阀与所述中间活塞容器Ⅰ和所述中间活塞容器Ⅱ连接。

3.如权利要求1所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述模型上体和所述模型下体的四角部位分别设置螺栓孔。

4.如权利要求1所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述油水注入口与所述中间活塞容器Ⅰ和所述中间活塞容器Ⅱ连接。

5.如权利要求1所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述液体排出口与所述集液容器连接。

6.如权利要求1所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述固定组件包括螺栓和螺母。

7.如权利要求6所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述螺栓穿过螺栓孔，并通过所述螺母紧固。

8.如权利要求1所述的用于驱替实验的动态可视化观测装置，其特征在于：所述观测组件包括高倍显微镜、摄像头和计算机。