CN109252840A - 基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置及方法，该装置包括流体注入机构、冻胶泡沫发生机构、填砂管岩心模拟机构、产出流体收集机构和温度控制机构；该方法包括步骤：一、形成填砂管岩心模拟机构；二、气密性检测；三、获取填砂管岩心模拟机构的孔隙度；四、获取填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率；五、预先设定填砂管岩心模拟机构的初始含油饱和度；六、模拟水驱获取水驱采收率；七、冻胶泡沫的形成；八、冻胶泡沫驱并获取冻胶泡沫驱的采收率；九、后续水驱获取后续水驱采收率；十、获取填砂管岩心模拟机构采收率。本发明采用回压阀解决只有液体进入冻胶泡沫发生器而气体难以进入以及热采方式采收率低的难题。
Description
技术领域
本发明属于提高薄层稠油油藏采收率技术领域，具体涉及一种基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置及方法。
背景技术
稠油资源广泛分布于世界各地，稠油油藏中的原油由于具有较高的粘度，因此都需要用有效的降粘技术进行开采，目前常用的开采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽辅助重力驱油、蒸汽驱、火烧油层法等热力采油技术。但是对于薄层稠油油藏(油层有效厚度小于5m)，由于油层厚度太薄，热损失非常严重，因此上述常规的热力采油方法受到了极大的限制，无法对该类油藏实现经济高效地开发。而且薄层稠油油藏中的原油粘度较高，原油流动能力很差，所以该类油藏的一次采收率仅有6％左右。不仅如此，由于薄层稠油油藏内原油和水的流动能力相差很大，造成不利的水油流度比，所以薄层稠油油藏的水驱采收率(二次采油)也仅能达到8.5％左右。因此，为了能够高效地开采出薄层稠油油藏内剩余的大量稠油(经过一次和二次采油之后，仍有85.5％的原油留存在地下)，迫切需要找到一种经济有效的提高采收率方法。
冻胶泡沫由于具有成本低、注入性能优良和封堵高渗透率地层等优点，已被应用到稀油油藏的油田现场施工中，显著提高了原油采收率并且取得了巨大的经济效益。然而，对于冻胶泡沫在薄层稠油油藏中的应用研究很少。因此，寻找一种结构简单、操作方便、能准确模拟基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置及方法，用以解决薄层稠油油藏应用现有开采技术采收率不高的问题，评价冻胶泡沫驱对薄层稠油油藏的适用性，从而实现薄层稠油油藏的高效开发，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其设计新颖合理，采用回压阀进行冻胶泡沫预混合，使冻胶发泡液和二氧化碳气体交替的进入冻胶泡沫发生器，解决现有冻胶泡沫制作过程中只有液体进入冻胶泡沫发生器而气体难以进入的难题，同时通过冷采油方式，解决了薄层稠油油藏一次、二次采收率低和热力采油方式无法应用的难题，为科学地利用冻胶泡沫来提高薄层稠油油藏采收率及其具体的现场施工提供了重要的理论依据，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：包括用于生成冻胶泡沫的冻胶泡沫发生机构、用于模拟薄层稠油油藏岩心的填砂管岩心模拟机构、用于向冻胶泡沫发生机构和填砂管岩心模拟机构内饱和流体的流体注入机构、用于收集填砂管岩心模拟机构中产出流体的产出流体收集机构、以及用于控制冻胶泡沫发生机构和填砂管岩心模拟机构温度的温度控制机构；所述冻胶泡沫发生机构包括回压阀和与回压阀输出端连通的冻胶泡沫发生器，所述填砂管岩心模拟机构包括与冻胶泡沫发生器输出端连通的填砂管和填充在填砂管内的石英砂，填砂管输入端设置有流体流入阀，所述流体注入机构包括与填砂管连通的第一管线、与泡沫发生器连通的第二管线、与回压阀连通的第三管线、并联安装在第一管线上用于装水的第一中间容器和用于装稠油的第二中间容器、安装在第二管线上用于装冻胶发泡液的第三中间容器和安装在第三管线上用于装二氧化碳气体的第四中间容器，第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的进液端设置有第一柱塞泵，第四中间容器的进液端设置有第二柱塞泵，第一中间容器和第二中间容器的出液端与填砂管的输入端连通，第三中间容器的出液端与泡沫发生器的输入端连通，第四中间容器的出气端与回压阀的输入端连通。
上述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述产出流体收集机构包括量筒、连通量筒与填砂管的输出端的流体流出管、以及设置在所述流体流出管上的流体流出阀。
上述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述温度控制机构包括恒温箱，回压阀、冻胶泡沫发生器、填砂管和所述流体流出管均设置在恒温箱内。
上述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述填砂管的输入端上安装有压力传感器，压力传感器与计算机连接。
上述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述石英砂的目数为20目～170目。
上述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述第一中间容器的出液端安装有出水阀，第二中间容器的出液端安装有出油阀，第三中间容器的出液端安装有出液阀，第四中间容器的出气端安装有出气阀。
同时，本发明还公开了一种基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、填砂管岩心模拟机构的形成：利用振动填充法将干燥的石英砂填充到填砂管中，形成填砂管岩心模拟机构，所述石英砂的目数为20目～170目；
步骤二、气密性检测：密封流体流入阀和流体流出阀，通过流体流入阀向填砂管中注入高压氮气，检测填砂管的气密性；
步骤三、获取填砂管岩心模拟机构的孔隙度，过程如下：
步骤301、将真空泵与流体流入阀连接，利用真空泵将填砂管抽真空；
步骤302、关闭流体流入阀，打开流体流出阀，装有蒸馏水的量筒对填砂管饱和蒸馏水；
步骤303、根据公式计算填砂管岩心模拟机构的孔隙度φ，其中，V1为量筒输出的饱和蒸馏水量，单位为ml，V2为填砂管的容积，单位为ml；
步骤四、获取填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率，过程如下：
步骤401、在填砂管的输入端上安装与计算机连接的压力传感器，在第一中间容器的出液端安装出水阀，打开出水阀、流体流入阀和流体流出阀，在室温下设定第一柱塞泵n个不同的驱替速率，n次利用第一柱塞泵使第一中间容器中的水经第一管线对填砂管岩心模拟机构进行驱替，同时n次记录压力传感器采集的压力值，其中，n为不小于3的正整数；
步骤402、根据公式计算填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率k，单位为μm2，其中，ki为步骤401中第一柱塞泵在第i个驱替速率下的填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率且单位为μm2，Qi为步骤401中第一柱塞泵的第i个驱替速率，单位为cm3/s，μ为水的粘度，单位为mPa·s，L为填砂管的长度，单位为cm，A为填砂管的横截面积，单位为cm2，ΔPi＝Pi-P0为步骤401中第一柱塞泵在第i个驱替速率下的填砂管两端的压力差，单位为10-1MPa，Pi为第一柱塞泵在第i个驱替速率下的压力传感器采集的压力值，单位为10-1MPa，P0为大气压，单位为10-1MPa；
步骤五、预先设定饱和油后的填砂管岩心模拟机构的初始含油饱和度：在第二中间容器的出液端安装出油阀，打开出油阀，关闭出水阀，调节恒温箱的温度为60℃，在温度60℃下应用第一柱塞泵驱动装满稠油的第二中间容器，对填砂管岩心模拟机构饱和稠油至填砂管岩心模拟机构的初始原油饱和度达到预先设定值；关闭流体流入阀和流体流出阀并将填砂管岩心模拟机构恒温老化3天；
步骤六、模拟水驱获取水驱采收率：调节恒温箱的温度为21℃，关闭出油阀，打开出水阀、流体流入阀和流体流出阀，利用第一柱塞泵将第一中间容器中的水注入到填砂管中模拟水驱过程，当填砂管输出端的含水率达到99％时，关闭第一柱塞泵、出水阀、流体流入阀和流体流出阀，根据公式计算水驱采收率γ1，其中，G2为量筒中的产出油量，单位为ml，G1为步骤五中第二中间容器输出的中的稠油油量，单位为ml；
步骤七、冻胶泡沫的形成：在第三中间容器的出液端安装出液阀，在第四中间容器的出气端安装出气阀，打开第一柱塞泵、第二柱塞泵、出液阀、出气阀和回压阀，设定第一柱塞泵的驱替速度为v1驱动装有冻胶发泡液的第三中间容器，v1的单位为ml/min，设定第二柱塞泵的驱替速度为v2驱动装有二氧化碳气体的第四中间容器，v2的单位为ml/min，其中，v1<v2；回压阀的压力设定值为填砂管出口端压力的2倍～3倍，当第四中间容器中的气体压力大于回压阀设定的压力值时，二氧化碳气体从回压阀中流出，使回压阀出口端的气体压力大于第三中间容器出口端的冻胶发泡液的压力，使二氧化碳气体进入泡沫发生器；随着气体从第四中间容器中流出，第四中间容器中的压力不断降低，当第四中间容器的气体压力值低于回压阀设定的压力时，回压阀关闭，然后冻胶发泡液进入泡沫发生器；当第四中间容器中的气体压力逐渐恢复升高且其压力大于回压阀设定的压力值时，重复二氧化碳气体进入泡沫发生器的过程，使冻胶发泡液和二氧化碳气体交替进入泡沫发生器，形成冻胶泡沫；
步骤八、冻胶泡沫驱并获取冻胶泡沫驱的采收率：打开流体流入阀和流体流出阀，使冻胶泡沫发生器中的冻胶泡沫进入填砂管，从而进行冻胶泡沫驱；当冻胶泡沫注入量达到设定数值时，关闭第一柱塞泵、第二柱塞泵、出液阀、出气阀、回压阀、流体流入阀和流体流出阀，停止冻胶泡沫驱，并将填砂管放置4天使冻胶液成冻形成冻胶，根据公式计算冻胶泡沫驱的采收率γ2，G3为填砂管注入冻胶泡沫后其输出端产出的稠油和水进入量筒中，量筒中的产油量，单位为ml；
步骤九、后续水驱获取后续水驱采收率：打开第一柱塞泵、出水阀、流体流入阀和流体流出阀，利用第一柱塞泵驱动装满水的第一中间容器对填砂管进行后续水驱，当填砂管输出端的含水率达到99％时，关闭第一柱塞泵、出水阀、流体流入阀和流体流出阀，停止后续水驱，根据公式计算后续水驱采收率γ3，其中，G4为后续水驱中量筒中的产出油量，单位为ml；
步骤十、获取填砂管岩心模拟机构采收率：根据公式γ＝γ1+γ2+γ3，计算填砂管岩心模拟机构采收率γ。
上述的方法，其特征在于：步骤七中第一柱塞泵的驱替速度v1和第二柱塞泵的驱替速度v2满足：
上述的方法，其特征在于：步骤八中冻胶泡沫注入量的设定数值为填砂管岩心模拟机构的0.1倍～3倍孔隙体积。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用的装置，利用第一柱塞泵驱动第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器中的液体，利用第二柱塞泵驱动第四中间容器中的气体，简化装置的结构，连接简单，节省成本，同时又通过控制回压阀使冻胶发泡液和二氧化碳气体交替地进入泡沫发生器，可快速、连续地产生性能稳定的冻胶泡沫，便于推广使用。
2、本发明采用的装置，通过设置利用回压阀解决了在实验过程中制备冻胶泡沫时，由于液体和气体不同的压缩性造成只有液体进入冻胶泡沫发生器而气体难以进入的难题，同时还解决了蠕动泵无法预混合粘度较高的冻胶发泡液和二氧化碳气体的难题，从而使冻胶发泡液和二氧化碳气体以“一段液一段气”的形式交替地进入泡沫发生器，使液体和气体以设定的体积比进入泡沫发生器，进而产生稳定的冻胶泡沫，使用效果好。
3、本发明采用的方法，步骤简单，通过改变石英砂的目数，模拟不同渗透率的薄层稠油油藏，使冻胶发泡液和二氧化碳气体以“一段液一段气”的形式交替的进入冻胶泡沫发生器，使液体和气体以设定的体积比进入冻胶泡沫发生器，进而产生稳定的冻胶泡沫，利用水驱、冻胶泡沫驱和后续水驱的顺序对稠油油藏进行采收，通过冷采油方式进行薄层稠油油藏采收，避免薄层稠油油藏一次、二次采收率低以及热力采油方式由于在薄层稠油油藏中热损失严重造成稠油油藏采收率低、无法实现经济高效地开发，可靠稳定，便于推广使用。
综上所述，本发明设计新颖合理，采用回压阀使冻胶发泡液和二氧化碳气体交替的进入冻胶泡沫发生器，解决现有冻胶泡沫制作过程中只有液体进入冻胶泡沫发生器而气体难以进入的难题，同时通过冷采油方式，解决了薄层稠油油藏一次、二次采收率低和热力采油方式无法有效应用的难题，为科学地利用冻胶泡沫来提高薄层稠油油藏采收率及其具体的现场施工提供了重要的理论依据，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明采用的装置的结构连接示意图。
图2为本发明方法的流程框图。
附图标记说明:
1—第一柱塞泵； 2—第二柱塞泵； 3—第一中间容器；
4—第二中间容器； 5—第三中间容器； 6—第四中间容器；
7—出水阀； 8—出油阀； 9—出液阀；
10—出气阀； 11—回压阀； 12—冻胶泡沫发生器；
13—流体流入阀； 14—填砂管； 15—流体流出阀；
16—量筒； 17—恒温箱； 18—压力传感器；
19—计算机； 20—第一管线； 21—第二管线；
21—第三管线。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，包括用于生成冻胶泡沫的冻胶泡沫发生机构、用于模拟薄层稠油油藏岩心的填砂管岩心模拟机构、用于向冻胶泡沫发生机构和填砂管岩心模拟机构内饱和流体的流体注入机构、用于收集填砂管岩心模拟机构中产出流体的产出流体收集机构、以及用于控制冻胶泡沫发生机构和填砂管岩心模拟机构温度的温度控制机构；所述冻胶泡沫发生机构包括回压阀11和与回压阀11输出端连通的冻胶泡沫发生器12，所述填砂管岩心模拟机构包括与冻胶泡沫发生器12输出端连通的填砂管14和填充在填砂管14内的石英砂，填砂管14输入端设置有流体流入阀13，所述流体注入机构包括与填砂管14连通的第一管线20、与泡沫发生器12连通的第二管线21、与回压阀11连通的第三管线22、并联安装在第一管线20上用于装水的第一中间容器3和用于装稠油的第二中间容器4、安装在第二管线21上用于装冻胶发泡液的第三中间容器5和安装在第三管线22上用于装二氧化碳气体的第四中间容器6，第一中间容器3、第二中间容器4和第三中间容器5的进液端设置有第一柱塞泵1，第四中间容器6的进液端设置有第二柱塞泵2，第一中间容器3和第二中间容器4的出液端与填砂管14的输入端连通，第三中间容器5的出液端与泡沫发生器12的输入端连通，第四中间容器6的出气端与回压阀11的输入端连通。
需要说明的是，设置冻胶泡沫发生机构是为了生成冻胶泡沫用于驱替填砂管岩心模拟机构从而产出油量，冻胶泡沫发生机构包括回压阀11和冻胶泡沫发生器12，通过设置利用回压阀11解决了在实验过程中制备冻胶泡沫时，由于液体和气体不同的压缩性造成只有液体进入冻胶泡沫发生器12而气体难以进入的难题，回压阀11解决了蠕动泵无法预混合粘度较高的冻胶发泡液和二氧化碳气体的难题，使冻胶发泡液和二氧化碳气体以“一段液一段气”的形式交替的进入冻胶泡沫发生器，使液体和气体以设定的体积比进入冻胶泡沫发生器12，进而产生稳定的冻胶泡沫，使用效果好，流体注入机构采用第一柱塞泵1驱动第一中间容器3、第二中间容器4和第三中间容器5中的液体，利用第二柱塞泵2驱动第四中间容器6中的气体，简化装置的结构，连接简单，节省成本，可快速、连续地产生性能稳定的冻胶泡沫。
实际使用中，所述冻胶发泡液包括冻胶液、表面活性剂和水，优选的所述冻胶液采用有机铬冻胶、有机锆冻胶等交联聚合物型冻胶。
本实施例中，所述产出流体收集机构包括量筒16、连通量筒16与填砂管14的输出端的流体流出管、以及设置在所述流体流出管上的流体流出阀15。
本实施例中，所述温度控制机构包括恒温箱17，回压阀11、冻胶泡沫发生器12、填砂管14和所述流体流出管均设置在恒温箱17内。
实际使用中，回压阀11、冻胶泡沫发生器12、填砂管14和所述流体流出管均设置在恒温箱17内的目的是保持实验恒温环境，避免环境的温差给冻胶泡沫的产生、输送以及稠油的输送带来阻力，为实验的正常进行提供可靠的环境。
本实施例中，所述填砂管14的输入端上安装有压力传感器18，压力传感器18与计算机19连接。
本实施例中，所述石英砂的目数为20目～170目。
实际使用中，通过更换不同目数的石英砂来模拟不同渗透率的稠油油藏。
本实施例中，所述第一中间容器3的出液端安装有出水阀7，第二中间容器4的出液端安装有出油阀8，第三中间容器5的出液端安装有出液阀9，第四中间容器6的出气端安装有出气阀10。
如图2所示的一种基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的方法，包括以下步骤：
步骤一、填砂管岩心模拟机构的形成：利用振动填充法将干燥的石英砂填充到填砂管14中，形成填砂管岩心模拟机构，所述石英砂的目数为20目～170目；
步骤二、气密性检测：密封流体流入阀13和流体流出阀15，通过流体流入阀13向填砂管14中注入高压氮气，检测填砂管14的气密性；
步骤三、获取填砂管岩心模拟机构的孔隙度，过程如下：
步骤301、将真空泵与流体流入阀13连接，利用真空泵将填砂管14抽真空；
步骤302、关闭流体流入阀13，打开流体流出阀15，装有蒸馏水的量筒16对填砂管14饱和蒸馏水；
步骤303、根据公式计算填砂管岩心模拟机构的孔隙度φ，其中，V1为量筒16输出的饱和蒸馏水量，单位为ml，V2为填砂管14的容积，单位为ml；
步骤四、获取填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率，过程如下：
步骤401、在填砂管14的输入端上安装与计算机19连接的压力传感器18，在第一中间容器3的出液端安装出水阀7，打开出水阀7、流体流入阀13和流体流出阀15，在室温下设定第一柱塞泵1的n个不同的驱替速率，n次利用第一柱塞泵1使第一中间容器3中的水经第一管线20对填砂管岩心模拟机构进行驱替，同时n次记录压力传感器17采集的压力值，其中，n为不小于3的正整数；
步骤402、根据公式计算填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率k，单位为μm2，其中，ki为步骤401中第一柱塞泵1在第i个驱替速率下的填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率且单位为μm2，Qi为步骤401中第一柱塞泵1的第i个驱替速率，单位为cm3/s，μ为水的粘度，单位为mPa·s，L为填砂管14的长度，单位为cm，A为填砂管14的横截面积，单位为cm2，ΔPi＝Pi-P0为步骤401中第一柱塞泵1在第i个驱替速率下的填砂管14两端的压力差，单位为10-1MPa，Pi为第一柱塞泵1在第i个驱替速率下的压力传感器17采集的压力值，单位为10-1MPa，P0为大气压，单位为10-1MPa；
步骤五、预先设定饱和油后的填砂管岩心模拟机构的初始含油饱和度：在第二中间容器4的出液端安装出油阀8，打开出油阀8，关闭出水阀7，调节恒温箱17的温度为60℃，在温度60℃下应用第一柱塞泵1驱动装满稠油的第二中间容器4，对填砂管岩心模拟机构饱和稠油至填砂管岩心模拟机构的初始原油饱和度达到预先设定值；关闭流体流入阀13和流体流出阀15并将填砂管岩心模拟机构恒温老化3天；
步骤六、模拟水驱获取水驱采收率：调节恒温箱17的温度为21℃，关闭出油阀8，打开出水阀7、流体流入阀13和流体流出阀15，利用第一柱塞泵1将第一中间容器3中的水注入到填砂管14中模拟水驱过程，当填砂管14输出端的含水率达到99％时，关闭第一柱塞泵1、出水阀7、流体流入阀13和流体流出阀15，根据公式计算水驱采收率γ1，其中，G2为量筒16中的产出油量，单位为ml，G1为步骤五中第二中间容器4输出的中的稠油油量，单位为ml；
步骤七、冻胶泡沫的形成：在第三中间容器5的出液端安装出液阀9，在第四中间容器6的出气端安装出气阀10，打开第一柱塞泵1、第二柱塞泵2、出液阀9、出气阀10和回压阀11，设定第一柱塞泵1的驱替速度为v1驱动装有冻胶发泡液的第三中间容器5，v1的单位为ml/min，设定第二柱塞泵2的驱替速度为v2驱动装有二氧化碳气体的第四中间容器6，v2的单位为ml/min，其中，v1<v2；回压阀11的压力设定值为填砂管14出口端压力的2倍～3倍，当第四中间容器6中的气体压力大于回压阀设定的压力值时，二氧化碳气体从回压阀中流出，使回压阀11出口端的气体压力大于第三中间容器5出口端的冻胶发泡液的压力，使二氧化碳气体进入泡沫发生器12；随着气体从第四中间容器6中流出，第四中间容器6中的压力不断降低，当第四中间容器6的气体压力值低于回压阀11设定的压力时，回压阀11关闭，然后冻胶发泡液进入泡沫发生器12；当第四中间容器6中的气体压力逐渐恢复升高且其压力大于回压阀设定的压力值时，重复二氧化碳气体进入泡沫发生器12的过程，使冻胶发泡液和二氧化碳气体交替进入泡沫发生器12，形成冻胶泡沫；
本实施例中，步骤七中第一柱塞泵1的驱替速度v1和第二柱塞泵2的驱替速度v2满足：
实际使用中，第二柱塞泵2的驱替速度v2大于第一柱塞泵1的驱替速度v1的目的是满足二氧化碳气体与冻胶发泡液的气液比大于1，当二氧化碳气体与冻胶发泡液的气液比大于1时，冻胶泡沫的封堵能力较强、冻胶泡沫稳定性也较强，本实施例中优选的选择第一柱塞泵1的驱替速度v1和第二柱塞泵2的驱替速度v2满足：避免只有液体进入冻胶泡沫发生器12而气体难以进入的问题。
步骤八、冻胶泡沫驱并获取冻胶泡沫驱的采收率：打开流体流入阀13和流体流出阀15，使冻胶泡沫发生器12中的冻胶泡沫进入填砂管14，从而进行冻胶泡沫驱；当冻胶泡沫注入量达到设定数值时，关闭第一柱塞泵1、第二柱塞泵2、出液阀9、出气阀10、回压阀11、流体流入阀13和流体流出阀15，停止冻胶泡沫驱，并将填砂管14放置4天使冻胶液成冻形成冻胶，根据公式计算冻胶泡沫驱的采收率γ2，G3为填砂管14注入冻胶泡沫后其输出端产出的稠油和水进入量筒16中，量筒16中的产油量，单位为ml；
本实施例中，步骤八中冻胶泡沫注入量的设定数值为填砂管岩心模拟机构的0.1倍～3倍孔隙体积。
步骤九、后续水驱获取后续水驱采收率：打开第一柱塞泵1、出水阀7、流体流入阀13和流体流出阀15，利用第一柱塞泵1驱动装满水的第一中间容器3对填砂管14进行后续水驱，当填砂管14输出端的含水率达到99％时，关闭第一柱塞泵1、出水阀7、流体流入阀13和流体流出阀15，停止后续水驱，根据公式计算后续水驱采收率γ3，其中，G4为后续水驱中量筒16中的产出油量，单位为ml；
步骤十、获取填砂管岩心模拟机构采收率：根据公式γ＝γ1+γ2+γ3，计算填砂管岩心模拟机构采收率γ。
需要说明的是，步骤六至步骤九依次利用水驱、冻胶泡沫驱和后续水驱的顺序对稠油油藏进行采收，通过冷采油方式进行薄层稠油油藏采收，避免薄层稠油油藏一次、二次采收率低以及热力采油方式在薄层稠油油藏中热损失严重，导致稠油油藏采收受到极大的限制，无法对该类油藏实现经济高效地开发，可靠稳定。
本发明使用时，采用目数为40目～140目的石英砂填充填砂管14，形成填砂管岩心模拟机构，其绝对渗透率为4.98达西，在冻胶泡沫驱的过程中，当冻胶泡沫的注入量为填砂管岩心模拟机构的一倍孔隙体积，当冻胶发泡液中所用的聚合物浓度为3％时，水驱、冻胶泡沫驱和后续水驱的采收率值分别为28.1％、6.8％和8.4％，此时稠油总采收率为43.3％，相比于水驱采收率提高了15.2％；
当冻胶发泡液中所用的聚合物浓度为5％时，水驱、冻胶泡沫驱和后续水驱的采收率值分别为28.2％、8.9％和17.0％，此时稠油总采收率为54.1％，相比于水驱采收率提高了25.9％；可见利用水驱、冻胶泡沫驱和后续水驱的冷采油方式对稠油油藏进行采收，有效的提高采收率，为科学地利用冻胶泡沫来提高薄层稠油油藏采收率及其具体的现场施工提供了重要的理论依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：包括用于生成冻胶泡沫的冻胶泡沫发生机构、用于模拟薄层稠油油藏岩心的填砂管岩心模拟机构、用于向冻胶泡沫发生机构和填砂管岩心模拟机构内饱和流体的流体注入机构、用于收集填砂管岩心模拟机构中产出流体的产出流体收集机构、以及用于控制冻胶泡沫发生机构和填砂管岩心模拟机构温度的温度控制机构；所述冻胶泡沫发生机构包括回压阀(11)和与回压阀(11)输出端连通的冻胶泡沫发生器(12)，所述填砂管岩心模拟机构包括与冻胶泡沫发生器(12)输出端连通的填砂管(14)和填充在填砂管(14)内的石英砂，填砂管(14)输入端设置有流体流入阀(13)，所述流体注入机构包括与填砂管(14)连通的第一管线(20)、与泡沫发生器(12)连通的第二管线(21)、与回压阀(11)连通的第三管线(22)、并联安装在第一管线(20)上用于装水的第一中间容器(3)和用于装稠油的第二中间容器(4)、并联安装在第二管线(21)上用于装冻胶发泡液的第三中间容器(5)和用于装二氧化碳气体的第四中间容器(6)，第一中间容器(3)、第二中间容器(4)和第三中间容器(5)的进液端设置有第一柱塞泵(1)，第四中间容器(6)的进液端设置有第二柱塞泵(2)，第一中间容器(3)和第二中间容器(4)的出液端与填砂管(14)的输入端连通，第三中间容器(5)的出液端和第四中间容器(6)的出气端与回压阀(11)的输入端连通。
2.按照权利要求1所述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述产出流体收集机构包括量筒(16)、连通量筒(16)与填砂管(14)的输出端的流体流出管、以及设置在所述流体流出管上的流体流出阀(15)。
3.按照权利要求2所述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述温度控制机构包括恒温箱(17)，回压阀(11)、冻胶泡沫发生器(12)、填砂管(14)和所述流体流出管均设置在恒温箱(17)内。
4.按照权利要求1所述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述填砂管(14)的输入端上安装有压力传感器(18)，压力传感器(18)与计算机(19)连接。
5.按照权利要求1所述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述石英砂的目数为20目～170目。
6.按照权利要求1所述的基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的装置，其特征在于：所述第一中间容器(3)的出液端安装有出水阀(7)，第二中间容器(4)的出液端安装有出油阀(8)，第三中间容器(5)的出液端安装有出液阀(9)，第四中间容器(6)的出气端安装有出气阀(10)。
7.一种利用如权利要求3所述装置进行基于冻胶泡沫驱的提高薄层稠油油藏采收率的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、填砂管岩心模拟机构的形成：利用振动填充法将干燥的石英砂填充到填砂管(14)中，形成填砂管岩心模拟机构，所述石英砂的目数为20目～170目；
步骤二、气密性检测：密封流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，通过流体流入阀(13)向填砂管(14)中注入高压氮气，检测填砂管(14)的气密性；
步骤三、获取填砂管岩心模拟机构的孔隙度，过程如下：
步骤301、将真空泵与流体流入阀(13)连接，利用真空泵将填砂管(14)抽真空；
步骤302、关闭流体流入阀(13)，打开流体流出阀(15)，装有蒸馏水的量筒(16)对填砂管(14)饱和蒸馏水；
步骤303、根据公式计算填砂管岩心模拟机构的孔隙度φ，其中，V1为量筒(16)输出的饱和蒸馏水量，单位为ml，V2为填砂管(14)的容积，单位为ml；
步骤四、获取填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率，过程如下：
步骤401、在填砂管(14)的输入端上安装与计算机(19)连接的压力传感器(18)，在第一中间容器(3)的出液端安装出水阀(7)，打开出水阀(7)、流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，在室温下设定第一柱塞泵(1)n个不同的驱替速率，n次利用第一柱塞泵(1)使第一中间容器(3)中的水经第一管线(20)对填砂管岩心模拟机构进行驱替，同时n次记录压力传感器(17)采集的压力值，其中，n为不小于3的正整数；
步骤402、根据公式计算填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率k，单位为μm2，其中，ki为步骤401中第一柱塞泵(1)在第i个驱替速率下的填砂管岩心模拟机构的绝对渗透率且单位为μm2，Qi为步骤401中第一柱塞泵(1)的第i个驱替速率，单位为cm3/s，μ为水的粘度，单位为mPa·s，L为填砂管(14)的长度，单位为cm，A为填砂管(14)的横截面积，单位为cm2，ΔPi＝Pi-P0为步骤401中第一柱塞泵(1)在第i个驱替速率下的填砂管(14)两端的压力差，单位为10-1MPa，Pi为第一柱塞泵(1)在第i个驱替速率下的压力传感器(17)采集的压力值，单位为10-1MPa，P0为大气压，单位为10-1MPa；
步骤五、预先设定饱和油后的填砂管岩心模拟机构的初始含油饱和度：在第二中间容器(4)的出液端安装出油阀(8)，打开出油阀(8)，关闭出水阀(7)，调节恒温箱(17)的温度为60℃，在温度60℃下应用第一柱塞泵(1)驱动装满稠油的第二中间容器(4)，对填砂管岩心模拟机构饱和稠油至填砂管岩心模拟机构的初始原油饱和度达到预先设定值；关闭流体流入阀(13)和流体流出阀(15)并将填砂管岩心模拟机构恒温老化3天；
步骤六、模拟水驱获取水驱采收率：调节恒温箱(17)的温度为21℃，关闭出油阀(8)，打开出水阀(7)、流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，利用第一柱塞泵(1)将第一中间容器(3)中的水注入到填砂管(14)中模拟水驱过程，当填砂管(14)输出端的含水率达到99％时，关闭第一柱塞泵(1)、出水阀(7)、流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，根据公式计算水驱采收率γ1，其中，G2为量筒(16)中的产出油量，单位为ml，G1为步骤五中第二中间容器(4)输出的中的稠油油量，单位为ml；
步骤七、冻胶泡沫的形成：在第三中间容器(5)的出液端安装出液阀(9)，在第四中间容器(6)的出气端安装出气阀(10)，打开第一柱塞泵(1)、第二柱塞泵(2)、出液阀(9)、出气阀(10)和回压阀(11)，设定第一柱塞泵(1)的驱替速度为v1驱动装有冻胶发泡液的第三中间容器(5)，v1的单位为ml/min，设定第二柱塞泵(2)的驱替速度为v2驱动装有二氧化碳气体的第四中间容器(6)，v2的单位为ml/min，其中，v1<v2；回压阀(11)的压力设定值为填砂管(14)出口端压力的2倍～3倍，当第四中间容器(6)中的气体压力大于回压阀设定的压力值时，二氧化碳气体从回压阀中流出，使回压阀(11)出口端的气体压力大于第三中间容器(5)出口端的冻胶发泡液的压力，使二氧化碳气体进入泡沫发生器(12)；随着气体从第四中间容器(6)中流出，第四中间容器(6)中的压力不断降低，当第四中间容器(6)的气体压力值低于回压阀(11)设定的压力时，回压阀(11)关闭，然后冻胶发泡液进入泡沫发生器(12)；当第四中间容器(6)中的气体压力逐渐恢复升高且其压力大于回压阀设定的压力值时，重复二氧化碳气体进入泡沫发生器(12)的过程，使冻胶发泡液和二氧化碳气体交替进入泡沫发生器(12)，形成冻胶泡沫；
步骤八、冻胶泡沫驱并获取冻胶泡沫驱的采收率：打开流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，使冻胶泡沫发生器(12)中的冻胶泡沫进入填砂管(14)，从而进行冻胶泡沫驱；当冻胶泡沫注入量达到设定数值时，关闭第一柱塞泵(1)、第二柱塞泵(2)、出液阀(9)、出气阀(10)、回压阀(11)、流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，停止冻胶泡沫驱，并将填砂管(14)放置4天使冻胶液成冻形成冻胶，根据公式计算冻胶泡沫驱的采收率γ2，G3为填砂管(14)注入冻胶泡沫后其输出端产出的稠油和水进入量筒(16)中，量筒(16)中的产油量，单位为ml；
步骤九、后续水驱获取后续水驱采收率：打开第一柱塞泵(1)、出水阀(7)、流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，利用第一柱塞泵(1)驱动装满水的第一中间容器(3)对填砂管(14)进行后续水驱，当填砂管(14)输出端的含水率达到99％时，关闭第一柱塞泵(1)、出水阀(7)、流体流入阀(13)和流体流出阀(15)，停止后续水驱，根据公式计算后续水驱采收率γ3，其中，G4为后续水驱中量筒(16)中的产出油量，单位为ml；
步骤十、获取填砂管岩心模拟机构采收率：根据公式γ＝γ1+γ2+γ3，计算填砂管岩心模拟机构采收率γ。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤七中第一柱塞泵(1)的驱替速度v1和第二柱塞泵(2)的驱替速度v2满足：
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤八中冻胶泡沫注入量的设定数值为填砂管岩心模拟机构的0.1倍～3倍孔隙体积。
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