CN106703764A - 多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置，该装置包括微量泵、空气泵、阀门、第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明模型、取样器、真空泵、鼓泡塔、计算机、三维视频显微镜、热水循环加热器和恒温循环水浴。本发明实现了微生物与空气交替驱油过程中剩余油分布图像的实时观察和采集及定量分析；实现了微生物与空气交替驱油过程中注入压力的实时测量；实现了微生物与空气交替驱含水率、产油量的计量和分析。设计的微观可视化透明石英砂模型可以反映真实油藏岩石的孔喉特征，同时由于该模型利用透明石英砂填制而成，清洗方便，可以重复填制使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置，属于石油技术领域。
背景技术
微生物采油对开采砂岩油藏和碳酸岩油藏十分有效，另外也适用于其他类型油藏。微生物采油技术与其它三次采油方法相比，具有现场施工简单、没有环境污染，易于操作、廉价高效、风险小等特点。但是，微生物采油也有其自身的不足和局限性：目前微生物驱菌种多为兼性厌氧微生物，在有氧条件下进行有氧呼吸，生长繁殖水平高；在无氧的环境一般不繁殖，仅维持生存。由于油层中氧气浓度很低，使微生物繁殖效率低，这是目前在油田中应用的注微生物提高采收率方式驱油效果不理想的重要原因。注空气开采轻质油油藏是注气提高采收率技术的新领域，特别是对于低渗油田，空气易于注入且不引起粘土膨胀，在低渗油田提高采收率中有良好的发展前景。空气来源广，成本低廉，施工的费用低，是目前提高稀油油藏采收率最廉价最高效的提高低渗透油田原油采收率方法之一，有广阔的发展前景，但由于空气中氧的存在造成安全隐患，其应用受到限制，同时连续注空气也易产生气窜，波及效率不够理想。
大量的现场试验表明，微生物及空气均具有较好的驱油效果，是具有发展潜力的新型提高采收率技术。然而，单独微生物驱存在代谢和波及面积不高的难题，单独空气驱存在不安全的隐患和气窜弊端，采用微生物与空气交替驱可以克服两种驱油方式的短板，充分发挥微生物驱与空气驱的协同驱油优势。
微生物与空气交替驱油在多孔介质中的渗流是一个极其复杂的过程，它涉及到微生物和空气在多孔介质中的运移机理，还涉及到其与原油、岩石间的相互作用。决定微生物与空气交替驱技术应用前景的关键问题是：科学合理地描述微生物与空气交替驱在多孔介质中的运移机制和提高采收率机理。因此，开展多孔介质中微生物与空气交替驱的孔隙级模拟研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实际价值。
为了全面揭示微生物与空气交替驱中空气的调剖作用机制和提高采收率机理，就需要借助可视化模型。目前，最常用的可视化模型是微观刻蚀模型。微观刻蚀模型是采用光刻蚀技术将放大后的岩石孔喉特征光刻在玻璃等材料上，经氢氟酸刻蚀后高温烧结成型而成。但是，该模型是二维模型，刻蚀在玻璃等材料上的是放大后的岩石孔喉特征，不能准确反映真实油藏岩石的多孔介质特征；同时，由于微观刻蚀模型的孔喉尺寸的原因，致使驱油剂注入微观刻蚀模型后，很难清洗，重复性较差，而且无法实现定量测量。
因此，要全面地揭示微生物与空气交替驱提高采收率机理，就需要从真实油藏岩石孔喉特征出发，构建新的可视化模型及模拟系统。
发明内容
针对现有技术的上述缺点，本发明提供一种多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置。本发明的目的是根据真实油藏岩石的孔喉特征，设计一种微生物与空气交替驱的微观可视化透明石英砂模型，并构建图像实时采集及数据分析系统，通过显微摄像观察和定量分析相结合的方法，从本质上认识微生物与空气交替驱提高采收率机制，从而为微生物与空气交替驱技术的大规模工业化应用提供理论指导。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这样实现的：
一种多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置，该装置包括微量泵、空气泵、阀门、第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明模型、取样器、真空泵、鼓泡塔、计算机、三维视频显微镜、热水循环加热器和恒温循环水浴，所述微量泵和空气泵通过管线依次与第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明石英砂模型、取样器、真空泵、鼓泡塔相连；第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器分别用于存放模拟地层水、模拟油和驱油菌液；压力传感器通过数据线与计算机相连；三维视频显微镜置于微观可视化透明石英砂模型的上方，三维视频显微镜通过数据线与计算机相连；三维视频显微镜配套有图像采集分析软件，能进行录像和拍照，也可以对长、宽、直径、角度、面积等参数进行准确测量；热水循环加热器置于微观可视化透明石英砂模型的下面，通过进水管和出水管与恒温循环水浴相连，调整恒温循环水浴的温度，能控制微观可视化透明石英砂模型中流体的温度；取样器中放置有取样杯，取样杯用于分离和计量产出流体；真空泵通过三通接头与取样器和鼓泡塔相连，真空泵用来对微观可视化透明石英砂模型进行抽真空饱和模拟地层水。空气泵通过三通接头与压力传感器、微观可视化透明石英砂模型相连，空气泵用来对微观可视化透明石英砂模型进行注入空气进行调剖驱油。
进一步地，微观可视化透明模型采用透明有机玻璃加工制作而成，具体制作步骤如下：
(1)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明模型底板；
(2)用专用切割刀具将直径为0.3cm的毛细玻璃管切割为长5cm的小段共3段，长4cm的小段共4段，长3cm的小段共1段，长27cm小段共1段；
(3)用专用切割刀具将直径为0.1cm的毛细玻璃管切割为长6cm的小段共2段，长4cm的小段共3段；
(4)用专用熔融工具将长为直径为0.3cm长为5cm和直径为0.1cm长为6cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(5)用专用熔融工具将长为直径为0.3cm长为3cm和直径为0.1cm长为4cm以及直径为0.3cm长为4cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(6)用专用熔融工具将长为5cm和6cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(7)用塑料螺丝钉封堵微观可视化透明石英砂模型上盖板上的出口，然后从入口往微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板形成的空间中充填透明石英砂，透明石英砂通过不同目数的分样筛进行制备，充填过程中，轻轻敲打模型，确保透明石英砂充填密实、均匀。
该装置工作时，首先将模拟地层水、模拟油和驱油菌液分别置于第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器，并设置恒温循环水浴温度，待温度稳定后，设定微量泵和空气泵流量，进行微生物与空气交替驱油驱实验。将驱油菌液和空气交替注入到微观可视化透明石英砂模型中，通过三维视频显微镜的录像和拍照功能，实时观察和采集微生物与空气交替驱油过程和分布状态图像以及剩余油分布图像；通过三维视频显微镜的测量功能，分析微生物与空气交替驱油过程的剩余油分布图像；通过压力传感器，实时测量微生物与空气交替驱油过程中注入压力的变化规律；通过取样器中的取样杯分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律。通过显微观察和定量分析相结合的方法，研究微生物与空气交替驱及提高采收率机理。
本发明是在真实油藏岩石孔喉特征的基础上，在一定的温度条件下，将驱油用菌液以及空气交替注入到微观可视化透明石英砂模型中，实现菌液运移过程和分布状态图像以及剩余油分布图像的实时观察和采集及定量分析；通过压力传感器，实现微生物与空气交替驱运移和驱油过程中注入压力的实时测量；通过取样器中的取样杯分离和计量产出流体，实现微生物与空气交替驱产出浓度、含水率、产油量的计量和分析。通过显微观察和定量分析相结合的方法，研究微生物与空气交替驱的提高采收率机理。
该发明有益效果在于：本发明提供了一种微生物与空气交替驱模拟实验装置，本发明的优点在于：本发明针对真实油藏岩石的孔喉特征及微生物与空气交替驱特点，设计了一种适用于微生物与空气交替驱的微观可视化透明石英砂模型，并构建了图像实时采集及数据分析系统，实现了微生物与空气交替驱油过程中剩余油分布图像的实时观察和采集及定量分析；实现了微生物与空气交替驱油过程中注入压力的实时测量；实现了微生物与空气交替驱含水率、产油量的计量和分析。设计的微观可视化透明石英砂模型可以反映真实油藏岩石的孔喉特征，同时由于该模型利用透明石英砂填制而成，清洗方便，可以重复填制使用。因此，本发明是一种实用的多孔介质中微生物与空气交替驱的模拟实验装置。
附图说明
图1为微生物与空气交替驱微观可视化透明石英砂模型俯视图。
图2为本发明的一种微生物与空气交替驱模拟实验装置结构示意图。
图3为本发明实施例中微生物与空气交替驱运移示意图。
图4为本发明实施例中绘制的采收率、含水率与注入孔隙体积倍数的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例中的微生物与空气交替驱模拟实验装置，如图2所示。该装置由微量泵1、阀门2、第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6、压力传感器7、微观可视化透明石英砂模型8、取样器9、真空泵11、鼓泡塔12、计算机14、三维视频显微镜16、热水循环加热器17、恒温循环水浴19和空气泵20组成；微量泵1通过管线依次与第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6、压力传感器7、微观可视化透明石英砂模型8、取样器9、真空泵11、鼓泡塔12相连；微量泵1流速的可调范围为0.001～1200mL/h；第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6分别用于存放模拟地层水、模拟油和驱油用菌液；压力传感器7通过数据线13与计算机14相连，压力传感器6的测量精度为0.001kPa，采集频率为5次/s；三维视频显微镜16置于微观可视化透明石英砂模型8的上方，三维视频显微镜16通过数据线15与计算机14相连；三维视频显微镜14配套有图像采集分析软件，可以进行录像和拍照，录像速度上限为360帧/s、拍照功能像素上限为1200万。热水循环加热器17置于微观可视化透明石英砂模型8的下面，通过进水管20和出水管18与恒温循环水浴19相连，调整恒温循环水浴19的温度，可以控制微观可视化透明石英砂模型8中流体的温度；取样器9中放置有取样杯21，取样杯用于分离和计量产出流体；真空泵11通过三通接头10与取样器9和鼓泡塔12相连，真空泵11用来对微观可视化透明石英砂模型8进行抽真空饱和模拟地层水；鼓泡塔12中的液体为去离子水。图1为微生物与空气交替驱微观可视化透明石英砂模型俯视图。微观可视化透明模型采用透明有机玻璃加工制作而成，具体制作步骤如下：
(1)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明模型底板；
(2)用专用切割刀具将直径为0.3cm的毛细玻璃管切割为长5cm的小段共3段，长4cm的小段共4段，长3cm的小段共1段，长27cm小段共1段；
(3)用专用切割刀具将直径为0.1cm的毛细玻璃管切割为长6cm的小段共2段，长4cm的小段共3段；
(4)用专用熔融工具将长为直径为0.3cm长为5cm和直径为0.1cm长为6cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(5)用专用熔融工具将长为直径为0.3cm长为3cm和直径为0.1cm长为4cm以及直径为0.3cm长为4cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(6)用专用熔融工具将长为5cm和6cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(7)用塑料螺丝钉封堵微观可视化透明石英砂模型上盖板上的出口，然后从入口往微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板形成的空间中充填透明石英砂，透明石英砂通过不同目数的分样筛进行制备，充填过程中，轻轻敲打模型，确保透明石英砂充填密实、均匀。
图3为本发明实施例中微生物与空气交替驱运移示意图。本发明工作时，首先将模拟地层水、模拟油和驱油菌液分别置于第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6，并设置恒温循环水浴19温度，待温度稳定后，设定微量泵1和空气泵20流量，进行微生物与空气交替驱油驱实验。将驱油菌液和空气交替注入到微观可视化透明石英砂模型8中，通过三维视频显微镜14的录像和拍照功能，实时观察和采集微生物与空气交替驱油过程和分布状态图像以及剩余油分布图像；通过三维视频显微镜14的测量功能，分析微生物与空气交替驱油过程的剩余油分布图像；通过压力传感器7，实时测量微生物与空气交替驱油过程中注入压力的变化规律；通过取样器9中的取样杯21分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律。通过显微观察和定量分析相结合的方法，研究微生物与空气交替驱及提高采收率机理。图4为本发明实施例中绘制的采收率、含水率与注入孔隙体积倍数的关系曲线。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置，其特征在于：该装置包括微量泵、空气泵、阀门、第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明模型、取样器、真空泵、鼓泡塔、计算机、三维视频显微镜、热水循环加热器和恒温循环水浴，所述微量泵和空气泵通过管线依次与第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明石英砂模型、取样器、真空泵、鼓泡塔相连；第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器分别用于存放模拟地层水、模拟油和驱油菌液；压力传感器通过数据线与计算机相连；三维视频显微镜置于微观可视化透明石英砂模型的上方，三维视频显微镜通过数据线与计算机相连；三维视频显微镜配套有图像采集分析软件，能进行录像和拍照，也可以对长、宽、直径、角度、面积等参数进行准确测量；热水循环加热器置于微观可视化透明石英砂模型的下面，通过进水管和出水管与恒温循环水浴相连，调整恒温循环水浴的温度，能控制微观可视化透明石英砂模型中流体的温度；取样器中放置有取样杯，取样杯用于分离和计量产出流体；真空泵通过三通接头与取样器和鼓泡塔相连，真空泵用来对微观可视化透明石英砂模型进行抽真空饱和模拟地层水；空气泵通过三通接头与压力传感器、微观可视化透明石英砂模型相连，空气泵用来对微观可视化透明石英砂模型进行注入空气进行调剖驱油。
2.根据权利要求1所述的多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置，其特征在于：所述微观可视化透明模型采用透明有机玻璃加工制作而成，具体制作步骤如下：
(1)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明模型底板；
(2)用专用切割刀具将直径为0.3cm的毛细玻璃管切割为长5cm的小段共3段，长4cm的小段共4段，长3cm的小段共1段，长27cm小段共1段；
(3)用专用切割刀具将直径为0.1cm的毛细玻璃管切割为长6cm的小段共2段，长4cm的小段共3段；
(4)用专用熔融工具将长为直径为0.3cm长为5cm和直径为0.1cm长为6cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(5)用专用熔融工具将长为直径为0.3cm长为3cm和直径为0.1cm长为4cm以及直径为0.3cm长为4cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(6)用专用熔融工具将长为5cm和6cm的毛细管交替焊接为长27cm的变径透明毛细管；
(7)用塑料螺丝钉封堵微观可视化透明石英砂模型上盖板上的出口，然后从入口往微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板形成的空间中充填透明石英砂，透明石英砂通过不同目数的分样筛进行制备，充填过程中，轻轻敲打模型，确保透明石英砂充填密实、均匀。
3.根据权利要求1所述的多孔介质中微生物与空气交替驱油的孔隙级模拟实验装置，其特征在于：所述装置具体工作时，首先将模拟地层水、模拟油和驱油菌液分别置于第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器，并设置恒温循环水浴温度，待温度稳定后，设定微量泵和空气泵流量，进行微生物与空气交替驱油驱实验；将驱油菌液和空气交替注入到微观可视化透明石英砂模型中，通过三维视频显微镜的录像和拍照功能，实时观察和采集微生物与空气交替驱油过程和分布状态图像以及剩余油分布图像；通过三维视频显微镜的测量功能，分析微生物与空气交替驱油过程的剩余油分布图像；通过压力传感器，实时测量微生物与空气交替驱油过程中注入压力的变化规律；通过取样器中的取样杯分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律；通过显微观察和定量分析相结合的方法，研究微生物与空气交替驱及提高采收率机理。
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