CN107420095B - 室内振动驱油模拟实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是室内振动驱油模拟实验装置及实验方法，其中这种室内振动驱油模拟实验装置的上半岩心、电磁振动器、下半岩心均置于实验套筒内，电磁振动器设置于上半岩心与下半岩心之间，电磁振动器与下半岩心之间设置下带孔圆板，电磁振动器与上半岩心之间设置上带孔圆板，岩心夹持器将实验套筒夹持在内；下端盖设置在支座上，支座下设置减震装置；上带孔圆板和下带孔圆板均设置有模拟油通道和均匀分布的圆柱形孔，岩心夹持器设置有模拟油入口，模拟油入口分叉形成两个模拟油分支通道，两个模拟油分支通道分别与上带孔圆板的模拟油通道和下带孔圆板的模拟油通道相通；电磁振动器连接计算机。本发明能够使振动驱油的作用效果大大增强。
Description
技术领域
本发明涉及以原油为渗流介质进行室内振动模拟实验，室内模拟振动试验过程中，得到提高原油采收率的技术，具体涉及室内振动驱油模拟实验装置及实验方法。
背景技术
石油是我国的主要能源之一。油田合理开发，实现稳产高产，是一个极为重要的问题。随着石油的开采，地层压力逐渐下降，油层能量随之减少，因而，油层能量的供应与消耗及其转化是油田合理开发的核心问题。目前，油田采用的相应措施是通过地层注水、油井中挤酸、水压致裂、水洗井等来补充地下油层的能量损失，改变地下渗流环境条件，起到了一定的作用。
人工地震处理大面积油藏的应用研究，国内外已有报道并取得了可喜的进展。吉林油田和国家地震局工程力学研究所合作，于1990年开始先后在扶余油田、新立油田三个区域进行了增产试验，效果显著，表现为增油降水。同时，大庆、玉门、克拉玛依也开展了试验，效果也比较好。辽河油田从1994年以来,使用偏心式可控震源，取得了明显的经济效益，我国大多数油田已进入中晚期开发阶段，由于注水开发有其局限性仍有大部分储量不能开采出来，化学驱油成本高，施工不便并且存在二次污染风险，并且会对环境造成破坏。
在油水井开采过程中由于压力、温度、含水等条件不断变化势必会形成油井堵塞物从而影响油品流入井筒中，所以开发一种作用效率高又不会对环境及油品造成污染的技术越来越受到人们的重视。
机械振动是近年来提高油田采收率的有效手段。机械振动具有工艺简单、施工方便、成本低、见效快等特点。机械振动可以有效的减轻各种堵塞并且提高原油的渗透率降低原油的粘度，并且不会对油品造成污染，更不会污染环境。但是对振动增产提高水驱油藏的采收率,以及振动特性与增产的关系等问题国内外尚无研究。
目前存在的问题：
1.振动器所在工作地层的不均匀性以及差异性，加之振动器时间工作，地层弹性有限，导致了振动器和地层的分离，引起振动传导效率下降，在脱离后，振动器有害的冲击空振，产生噪音干扰，降低了壳体抗冲击疲劳的能力，减少了振动器的使用寿命。
2.目前振动器种类多样：开发设计并选用适合模拟室内驱油的的振动装置，结合现有的振动设备的基础上，借以辅助设备其他结构加以设计振动器，研发出适合地层中的多方位的可调控的多点振动装置。
3.在实验室内模拟振动波在地层的衰减，靠测量振动装置的边缘振动幅度H来测定，在高速振动时和在小幅度振动时，边缘振动幅度H测量方法和精确度有待提高。
4.振动器的真实输出能量取决于输出力，由于振动器的偏转机构，壳体的变形，传递能量的损耗，导致了振动器输出力实际和理论有所偏差。
发明内容
本发明的一个目的是提供室内振动驱油模拟实验装置，这种室内振动驱油模拟实验装置用于解决目前通过振动增产提高水驱油藏的采收率尚无法研究的问题，本发明的另一个目的是提供这种室内振动驱油模拟实验装置的实验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种室内振动驱油模拟实验装置包括实验套筒、电磁振动器、岩心夹持器、支座、减震装置，上半岩心、电磁振动器、下半岩心均置于实验套筒内，电磁振动器设置于上半岩心与下半岩心之间，电磁振动器与下半岩心之间设置下带孔圆板，电磁振动器与上半岩心之间设置上带孔圆板，实验套筒的内壁设置密封垫层，岩心夹持器将实验套筒夹持在内，上端盖、下端盖分别固定在岩心夹持器两端；下端盖设置在支座上，支座下设置减震装置；上带孔圆板和下带孔圆板均设置有模拟油通道和均匀分布的圆柱形孔，岩心夹持器设置有模拟油入口，模拟油入口分叉形成两个模拟油分支通道，两个模拟油分支通道分别与上带孔圆板的模拟油通道和下带孔圆板的模拟油通道相通；上端盖设置有流体出口，下端盖设置有地下水注入口；电磁振动器连接计算机。
上述方案中模拟油入口与模拟油箱通过管线连接，管线上设置有油泵、测油压力表，构成模拟地下油管路；地下水注入口与地下水箱通过管线连接，该管线上设置水泵、测水压力表，构成模拟地下水管路；流体出口通过出口管线连接量筒，构成流体流出管路。
上述方案中上半岩心与上端盖之间设置O型密封圈，上半岩心与上带孔圆板之间设置O型密封圈，下半岩心与下带孔圆板之间设置O型密封圈，下半岩心与下端盖之间设置O型密封圈。
上述方案中电磁振动器连接高低压输油管路，构成振动系统，高低压输油管路包括高压油、低压油、伺服阀。
上述室内振动驱油模拟实验装置的实验方法：
步骤一、取下上端盖，在下端盖上放置O型密封圈；
步骤二、将下半岩心装入实验套筒中，将密封垫层放置于实验套筒内壁，保持岩心周围压力；
步骤三、将下带孔圆板放置在下半岩心上，然后放置电磁振动器，再放置上半岩心；
步骤四、将岩心夹持器固定在实验套筒外，盖上上端盖，通过固定销钉紧固，调好松紧度，保证密封性；
步骤五、连接模拟地下水管路和水泵，将测水压力表安装在水泵的出口，使加载在岩心上的地下水压力与需模拟地层的水静压力相同；
步骤六、连接模拟地下油管路和油泵，将测油压力表安装在油泵的出口，使加载在岩心上的地下油压力与需模拟地层的地藏压力相同；
步骤六、连接流体流出管路；
步骤七、开启振动系统的高低压输油管路，控制伺服阀，每作用半小时间歇10min,当量筒中油品达到标准体积时 ，关闭振动装置，关闭水泵，关闭油泵，记录电磁振动器的工作时间。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明在现有岩心夹持器装置上进行改进，将带孔圆板放置在岩心中间，能够均匀的使油品流入岩心，使流入岩心的压力均匀分布，能够模拟各个方向的油品渗透作用，能够使振动驱油的作用效果大大增强。
2.本发明在振动装置上选用了电磁振动器，电磁振动器的的频率方便调节，振动的频率范围更加广泛，适应地下环境能力强。结构也相对简单，振动作用效果好。
3.本发明在单点多点振动方面也有所创新，结合了多点振动技术，可以在不同位置对一个点或者一个区域进行多方位振动，也可以对某一个范围进行单点振动模拟，大大增加实验变量的可操控性。
4.本发明通过地面的激振，改变岩心中流体的物性，尤其对稠油产生了强烈的剪切降粘作用，降低渗流流体的粘度，减少地层中的渗流的阻力，增加了岩心的渗透率；利用振动的横波纵波的性质振动驱出缝隙中的原油，增加岩石的渗透性，提高原油采收率。
5.本发明首次提出了振动和水驱耦合的关系，通过控制振动频率和振动振幅条件下，改变注水速度从而确定不同振动条件下的注水速度相关的参数。
6.本发明在通过支座上的减震装置，通过固定螺栓，改变弹簧的松紧，调节不同的夹持力度，来模拟振动波在地层中的衰减，在岩心夹持边缘设置一个测距装置，通过测定夹持岩心边缘的振幅H，确定振动波在地层地衰减程度，H越小，波在地层的衰减越迅速。
7.本发明首次提出了不同振动频率下相渗透率的曲线测试方法，当夹持的岩心受到振动波的作用时，其内部会产生一些直流定向力，其中最主要的是振动压力和伯努利力。直流定向力的产生破坏了油层原有的压力平衡，使毛管半径发生时大时小的变化。当毛管力变大时，束缚在毛细管中的残余油就会在重力与震动力作用下流入井内。实验通过改变振动发生器的震动频率和振幅，测震动作用后岩心渗透率，筛选驱油效果最佳的震动频率及功率，使用优选出的最佳组合值处理岩心，将渗透率数据传输至计算机，绘制出相渗曲线。
附图说明
图1 是本发明的示意图。
图中：1模拟油箱；2油泵；3测油压力表；4模拟油分支通道；5上带孔圆板；6下带孔圆板；7支座；8减振装置；9流体出口；10固定销钉；11测水压力表；12量筒；13伺服阀；14上半岩心；15下半岩心；16地下水注入口；17水泵；18上端盖；19下端盖；20高压油；21低压油；22电磁振动器；23地下水箱；24岩心夹持器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，这种室内振动驱油模拟实验装置包括实验套筒、电磁振动器22、岩心夹持器24、支座7、减震装置8，上半岩心14、电磁振动器22、下半岩心15均置于实验套筒内，电磁振动器22设置于上半岩心14与下半岩心15之间，电磁振动器22与下半岩心15之间设置下带孔圆板6，下半岩心15与下带孔圆板6之间设置O型密封圈；电磁振动器22与上半岩心14之间设置上带孔圆板5，上半岩心14与上带孔圆板5之间设置O型密封圈；实验套筒的内壁设置密封垫层，岩心夹持器24将实验套筒夹持在内，上端盖18、下端盖19分别固定在岩心夹持器24两端，上半岩心14与上端盖18之间设置O型密封圈，下半岩心15与下端盖19之间设置O型密封圈；上端盖18设置有流体出口9，下端盖19设置有地下水注入口16。上盖板设计成凸台状，是方便上半岩心14和O型密封圈之间的紧固，还可以调整轴向夹持力的大小模拟所需要的地层压力。下盖板同理。下端盖19设置在支座7上，支座7下设置减震装置8，减震器安装支座7的底部起到防震的效果，保护实验的环境安全和其他装置的稳定运行，也减少实验地面对实验装置的减震作用，达到更好的实验效果。
上带孔圆板5和下带孔圆板6均设置有模拟油通道和均匀分布的圆柱形孔，岩心夹持器24设置有模拟油入口，模拟油入口分叉形成两个模拟油分支通道4，两个模拟油分支通道4分别与上带孔圆板5的模拟油通道和下带孔圆板6的模拟油通道相通；模拟油入口与模拟油箱1通过管线连接，管线上设置有油泵2、测油压力表3，构成模拟地下油管路。
地下水注入口16与地下水箱23通过管线连接，该管线上设置水泵17、测水压力表11，构成模拟地下水管路，水泵17安装在岩心下侧；流体出口9通过出口管线连接量筒12，构成流体流出管路。
电磁振动器22连接高低压输油管路，构成振动系统，高低压输油管路包括高压油20、低压油21、伺服阀13。电磁振动器22上均匀分布有规格相同的圆柱形小孔。将电磁振动器22垂直放置孔圆板上方，并且使得电磁振动器22下的O型密封圈和岩心之间紧密接触，不漏液体，保证的了振动的同方向的传播和对油形成一定压力的密封。电磁振动器22安置在中间，这是因为从中间发出震源，上下传播驱油的作用效果越好，同时起到一定的传播效果，减少振动在传播过程中的能量损耗。电磁振动器22连接计算机，通过改变振动发生器的震动频率和振幅，测震动作用后岩心渗透率，筛选驱油效果最佳的震动频率及功率，使用优选出的最佳组合值处理岩心，将渗透率数据传输至计算机，绘制出相渗曲线。
本发明中上带孔圆板5、下带孔圆板6均具有导流功能，二者上都均匀分布大小相同的的圆柱形孔，在圆柱形孔和圆柱形孔之间设立模拟油通道便于流体均匀流动；模拟油入口进入的流体可以均匀的流入岩心中部，让流体可以均衡的从上半岩心14、下半岩心15渗透。
密封垫层将岩心（岩心由上半岩心和下半岩心构成）包裹在内，可以将压力测量装置均匀安装在岩心周围，可以使加载在岩心上的压力更下细致的反应出来，为进一步研究做准备。
油田未开发以前，地下油藏处于平衡状态，油层中液体承受巨大的地层压力，这种压力就是开采过程中的油层中流体流动的动力，但含油层非均质，空隙大小不一，空隙通道杂乱无章，表面粗糙，流动阻力过大，不断消耗能量，油层能量供应与流动消耗就是一对矛盾，提高采收率，最好的方法就是改变地下流体物性。通过电磁振动器22振动，改变地下流体的粘度，增加地层的渗透率，减少地层流动阻力，达到增加原油参量，提高采收率。
这种室内振动驱油模拟实验装置的实验方法：
步骤一、取下上盖板，在下端盖19上放置O型密封圈；
步骤二、将下半岩心15装入实验套筒中，将实验套筒的密封垫层放入岩心周围保持岩心周围压力；
步骤三、将下带孔圆板6放置在下半岩心装置上，再放一个O型密封圈，然后放好电磁振动器22对称的再放一个O型密封圈，放置上半岩心14；
步骤四、将实验套筒用岩心夹持器24固定好，再放一个O型密封圈盖上上端盖18，用固定销钉10将上端盖18紧固在岩心夹持器24上，调好松紧度，保证好密封性；
步骤五、连接模拟地下水管路和水泵17，将测水压力表11安装在水泵17的出口，使加载在岩心上的地下水压力与需模拟地层的水静压力相同；
步骤六、连接模拟地下油管路和油泵2，将测油压力表3安装在油泵2的出口，使加载在岩心上的地下油压力与需模拟地层的地藏压力相同；
步骤六、连接流体流出管路和放置好量筒12；
步骤七、开启振动系统的高低压输油管路，控制伺服阀13，每作用半小时间歇10min,当量筒12中油品达到标准体即时 ，关闭振动装置，关闭水泵17，关闭油泵2，记录振动器的工作时间。
Claims (5)
1.一种室内振动驱油模拟实验装置，其特征在于：这种室内振动驱油模拟实验装置包括实验套筒、电磁振动器（22）、岩心夹持器（24）、支座（7）、减震装置，上半岩心（14）、下半岩心（15）均置于实验套筒内，电磁振动器（22）设置于上半岩心（14）与下半岩心（15）之间，电磁振动器（22）与下半岩心（15）之间设置下带孔圆板，电磁振动器（22）与上半岩心（14）之间设置上带孔圆板，实验套筒的内壁设置密封垫层，岩心夹持器（24）将实验套筒夹持在内，上端盖（18）、下端盖（19）分别固定在岩心夹持器（24）两端；下端盖（19）设置在支座（7）上，支座（7）下设置减震装置（8）；上带孔圆板（5）和下带孔圆板（6）均设置有模拟油通道和均匀分布的圆柱形孔，岩心夹持器（24）设置有模拟油入口，模拟油入口分叉形成两个模拟油分支通道（4），两个模拟油分支通道（4）分别与上带孔圆板（5）的模拟油通道和下带孔圆板（6）的模拟油通道相通；上端盖（18）设置有流体出口（9），下端盖（19）设置有地下水注入口（16）；电磁振动器（22）连接计算机。
2.根据权利要求1所述的室内振动驱油模拟实验装置，其特征在于：所述的模拟油入口与模拟油箱（1）通过管线连接，管线上设置有油泵（2）、测油压力表（3），构成模拟地下油管路；地下水注入口（16）与地下水箱（23）通过管线连接，该管线上设置水泵（17）、测水压力表（11），构成模拟地下水管路；流体出口（9）通过出口管线连接量筒（12），构成流体流出管路。
3.根据权利要求2所述的室内振动驱油模拟实验装置，其特征在于：所述的上半岩心（14）与上端盖（18）之间设置O型密封圈，上半岩心（14）与上带孔圆板（5）之间设置O型密封圈，下半岩心（15）与下带孔圆板（6）之间设置O型密封圈，下半岩心（15）与下端盖（19）之间设置O型密封圈。
4.根据权利要求3所述的室内振动驱油模拟实验装置，其特征在于：所述的电磁振动器（22）连接高低压输油管路，构成振动系统，高低压输油管路包括高压油管路（20）、低压油管路（21）、伺服阀（13）。
5.一种权利要求4所述的室内振动驱油模拟实验装置的实验方法，其特征在于：
步骤一、取下上端盖（18），在下端盖（19）上放置O型密封圈；
步骤二、将下半岩心（15）装入实验套筒中，将密封垫层放置于实验套筒内壁，保持岩心周围压力；
步骤三、将下带孔圆板（6）放置在下半岩心（15）上，然后放置电磁振动器（22），再放置上半岩心（14）；
步骤四、将岩心夹持器（24）固定在实验套筒外，盖上上端盖（18），通过固定销钉（10）紧固，调好松紧度，保证密封性；
步骤五、连接模拟地下水管路和水泵（17），将测水压力表（11）安装在水泵（17）的出口，使加载在岩心上的地下水压力与需模拟地层的水静压力相同；
步骤六、连接模拟地下油管路和油泵（2），将测油压力表（3）安装在油泵（2）的出口，使加载在岩心上的地下油压力与需模拟地层的地藏压力相同；
步骤六、连接流体流出管路；
步骤七、开启振动系统的高低压输油管路，控制伺服阀（13），每作用半小时间歇10分钟,当量筒（12）中油品达到标准体积时，关闭振动装置，关闭水泵（17），关闭油泵（2），记录振动器的工作时间。
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