CN109403930B - 水驱油模拟装置 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种水驱油模拟装置，属于油气层开采技术领域。水驱油模拟装置包括泵1、平板模型2、计量容器3、负压控制器4、底座5、支架6和紫外光光源7。紫外光光源7位于平板模型2上方；平板模型2包括岩心201、防渗层202和浇筑层203，防渗层202设置在岩心201外层，浇筑层203设置在防渗层202外层；平板模型2上设置有注入通孔和采出通孔，注入通孔和采出通孔贯穿岩心201；计量容器3上端设置有封堵塞，封堵塞上设置有第一通孔，计量容器3侧壁设置有第二通孔；第一通孔与采出通孔相通；负压控制器4与第二通孔相通。采用本发明，可以有效解决现有的水驱油模拟装置无法模拟储层的弹性能量的技术问题。

Description

水驱油模拟装置

技术领域

本发明涉及石油天然气开采技术领域，具体涉及一种水驱油模拟装置。

背景技术

水驱油模拟装置，用来模拟向油田注水从而驱替出原油的采油作业。在实际进行采油作业前，通过实施水驱油实验可以预测和评价要实施的生产方案的效果。

相关技术中的水驱油模拟装置包括平流泵和岩心。在实验过程中，由平流泵提供动力推动水将饱和在岩心中的模拟油驱替出来。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术中的水驱油模拟装置的动力由平流泵提供，当平流泵未启动时，就不会有模拟油采出。而在实际采油作业中，当钻井完成后，由于储层具有弹性能量，即使没有开始注水，也会有原油采出。所以相关技术中的水驱油模拟装置无法模拟储层具有的弹性能量，影响水驱油实验的效果。

发明内容

为了解决相关技术中存在的技术问题，本发明实施例提供了一种水驱油模拟装置。所述水驱油模拟装置的技术方案如下：

本公开实施例提供了一种水驱油模拟装置，所述水驱油模拟装置包括泵1、平板模型2、计量容器3、负压控制器4、底座5、支架6和紫外光光源7，其中：

平板模型2设置在底座5上；

支架6包括竖直杆段和水平杆段，所述竖直杆段上端与所述水平杆段固定连接，所述竖直杆段下端与底座5固定连接；

紫外光光源7固定在所述水平杆段上，位于平板模型2上方；

平板模型2包括岩心201、防渗层202和浇筑层203，防渗层202设置在岩心201外层，浇筑层203设置在防渗层202外层；

防渗层202和浇筑层203为透明材质；

平板模型2上设置有注入通孔和采出通孔，所述注入通孔和所述采出通孔贯穿岩心201，且所述注入通孔和所述采出通孔未贯穿平板模型2；

泵1与注入管线第一端连接，所述注入管线第二端与所述注入通孔相通；

计量容器3上端设置有封堵塞，所述封堵塞上设置有第一通孔，计量容器3侧壁设置有第二通孔；

所述第一通孔与采出管线第一端相通，所述采出管线第二端与所述采出通孔相通；

负压控制器4与压力控制管线第一端连接，所述压力控制管线第二端与所述第二通孔相通。

可选的，所述水驱油模拟装置还包括录像机8；

录像机8固定在所述水平杆段上，位于平板模型2上方。

可选的，所述竖直杆段下端与底座5之间螺纹连接。

可选的，所述水平杆段与录像机8之间螺纹连接。

可选的，所述水平杆段上具有向下的凸起，所述凸起具有外螺纹，录像机8上设置有内螺纹，录像机8与所述凸起螺纹连接。

可选的，所述水驱油模拟装置还包括恒温箱9，平板模型2、底座5、支架6、紫外光光源7和录像机8设置在恒温箱9内部。

可选的，所述水驱油模拟装置还包括活塞容器10；

所述注入管线包括第一管线段和第二管线段，所述第一管线段第一端与泵1连接，所述第一管线段第二端与活塞容器10第一端连接；

活塞容器10第二端与所述第二管线段第一端连接，所述第二管线段第二端与所述注入通孔相通；

活塞容器10内部设置有活塞，所述活塞将活塞容器10内部分为不相通的两部分。

可选的，所述水驱油模拟装置还包括三通11和压力传感器12；

三通11第一端与所述第二管线段第二端连接，三通11第二端与压力传感器12相通；

所述注入管线还包括第三管线段，三通11第三端与所述第三管线段第一端连接，所述第三管线段第二端与所述注入通孔相通。

可选的，所述水驱油模拟装置还包括注入阀门13，注入阀门13第一端固定在平板模型2上，注入阀门13第一端与所述注入通孔相通；

注入阀门13第二端与所述注入管线第二端连接。

可选的，所述水驱油模拟装置还包括采出阀门14，采出阀门14第一端固定在平板模型2上，采出阀门14第一端与所述采出通孔相通；

采出阀门14第二端与所述采出管线第二端连接。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的水驱油模拟装置由泵1提供动力，向岩心201中注入水，将岩心201中的模拟油驱替到计量容器3中。同时，负压控制器4为计量容器3内部提供恒定的负压。泵1开启前，由于计量容器3内的负压，岩心201内的模拟油在压力的作用下会流入到计量容器3内。从而，泵1开启前，就有部分模拟油采出。因此，本公开的实施例提供的水驱油模拟装置可以模拟储层具有的弹性能量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是水驱油模拟装置的结构示意图；

图2是平板模型2的结构示意图；

图3是支架6的结构示意图；

图4是底座5的结构示意图。

图例说明

1、泵，2、平板模型，3、计量容器，4、负压控制器，5、底座，6、支架，7、紫外光光源，8、录像机，9、恒温箱，10、活塞容器，11、三通，12、压力传感器，13、注入阀门，14、采出阀门，201、岩心，202、防渗层，203、浇筑层。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种水驱油模拟装置，如图1所示，水驱油模拟装置包括泵1、平板模型2、计量容器3、负压控制器4、底座5、支架6和紫外光光源7，其中，平板模型2设置在底座5上。支架6包括竖直杆段和水平杆段，竖直杆段上端与水平杆段固定连接，竖直杆段下端与底座5固定连接。紫外光光源7固定在水平杆段上，位于平板模型2上方。平板模型2包括岩心201、防渗层202和浇筑层203，防渗层202设置在岩心201外层，浇筑层203设置在防渗层202外层。防渗层202和浇筑层203为透明材质。平板模型2上设置有注入通孔和采出通孔，注入通孔和采出通孔贯穿岩心201，且注入通孔和采出通孔未贯穿平板模型2。泵1与注入管线第一端连接，注入管线第二端与注入通孔相通。计量容器3上端设置有封堵塞，封堵塞上设置有第一通孔，计量容器3侧壁设置有第二通孔。第一通孔与采出管线第一端相通，采出管线第二端与采出通孔相通。负压控制器4与压力控制管线第一端连接，压力控制管线第二端与第二通孔相通。

其中，泵1可以为平流泵。岩心201可以为人造岩心，也可以为天然岩心，岩心201的渗透率和孔隙度与实验模拟的岩层相近。计量容器3外壁标记有刻度，以便于快捷的计量出流入到计量容器3内的液体的体积。负压控制器4，用于为计量容器3内部提供负压。防渗层202和浇筑层203具有很好的透光性，透过防渗层202和浇筑层203可以很清晰的观察岩心201的状况。

在实施中，平板模型2的制作过程，可以如下所示：将由环氧树脂和固化剂按一定比例(例如环氧树脂：固化剂为100:1)混合而成的密封剂，均匀涂抹在岩心201外表面，待其完全固化后形成防渗层202。然后，将由环氧树脂和固化剂按一定比例(例如环氧树脂：固化剂为100:5)混合而成的浇筑液，均匀浇筑在防渗层202外表面，待其固化后形成具有一定厚度，且可承受一定压力的浇筑层203。其中，防渗层202的作用是，防止浇筑液渗入岩心201，影响实验效果。然后，在平板模型2的相应位置钻注入通孔和采出通孔，注入通孔和采出通孔应当位于平板模型2两侧。例如，平板模型2的长为30cm，宽为30cm，高为4.5cm，注入通孔和采出通孔分别位于平板模型2的对角线的两个端点附近，如图1所示。

可以在平板模型2上均匀的钻多个孔，在每个孔中均设置一个压力监测装置，以便于获得在水驱油实验过程中平板模型2内部的压力场，更加有效地了解水驱油实验过程中平板模型2内部的特征。

第二通孔应在计量容器3的上部，以避免计量容器3内的液体，顺着压力控制管线上升到负压控制器4而损害负压控制器4。

通过负压控制器4为计量容器3内部提供恒定的负压，泵1开启前，由于计量容器3内的负压，岩心201内的模拟油在压力的作用下会流入到计量容器3内。从而，泵1开启前，就有部分模拟油采出。从而，模拟出了储层具有的弹性能量。

紫外光光源7照射的紫外光穿过透明的防渗层202和浇筑层203，照射到岩心201上。由于石油在紫外光照射下具有发出荧光的特性，在水驱油实验过程中，在紫外光光源7的照射下，模拟油(含有石油)发出荧光，模拟油和水可以很清晰的被区分开，从而，可以更直观的对整个水驱油实验过程进行观察和研究。而且，通过利用石油在紫外光照射下具有发出荧光的特性，来区分模拟油和水，不必利用不同的染色剂对模拟油和水进行染色，减少了染色剂对水驱油实验的影响。

可选的，为了实时记录水驱油的动态过程，水驱油模拟装置还包括录像机8，录像机8固定在水平杆段上，位于平板模型2上方。

在实施中，将录像机8设置在平板模型2正上方，如图1所示。在水驱油实验过程中，录像机8可以将整个水驱油过程记录下来，便于重复观察和研究。

可选的，为了支架6与底座5之间拆装方便，竖直杆段下端与底座5之间螺纹连接。

在实施中，为了便于加工，支架6的竖直杆段下端设置有外螺纹(如图3所示)，底座5上设置有内螺纹(如图4所示)。基于螺纹连接，支架6和底座5之间可以方便的拆装，从而，也便于水驱油模拟装置的拆卸搬运。

可选的，为了支架6与录像机8之间拆装方便，水平杆段与录像机8之间螺纹连接。

在实施中，水平杆段上具有向下的凸起，凸起具有外螺纹(如图3所示)，录像机8上设置有内螺纹，录像机8与凸起螺纹连接。基于螺纹连接，支架6和录像机8之间可以方便的拆装，从而，也便于水驱油模拟装置的拆卸搬运。

可选的，为了维持岩心201处的温度在恒定实验温度，水驱油模拟装置还包括恒温箱9，平板模型2、底座5、支架6、紫外光光源7和录像机8设置在恒温箱9内部。

在实施中，恒温箱9内部的温度，应当根据实验目的层所处位置的温度来设置。基于恒温箱9，可以保证岩心201所处位置的温度，与实验模拟的岩层所处位置的温度相同或相近。从而，可以更好地对储层中流体渗流状况进行描述。

可选的，当泵1驱动的液体为油时，水驱油模拟装置还包括活塞容器10。注入管线包括第一管线段和第二管线段，第一管线段第一端与泵1连接，第一管线段第二端与活塞容器10第一端连接。活塞容器10第二端与第二管线段第一端连接，第二管线段第二端与注入通孔相通。活塞容器10内部设置有活塞，活塞将活塞容器10内部分为不相通的两部分。

在实施中，泵1通过第一管线与活塞容器10第一部分相通，活塞容器10第二部分装有模拟油或水。泵1驱动液体流入活塞容器10内部的第一部分，第一部分内压强上升，推动活塞向第二部分运动，活塞压缩第二部分的模拟油或水注入到岩心201中。基于活塞容器10，泵1的选择种类更加广泛，可以选择驱动液体为油的泵。

可选的，为了观测注入到岩心201的液体的压力，水驱油模拟装置还包括三通11和压力传感器12。三通11第一端与第二管线段第二端连接，三通11第二端与压力传感器12相通。注入管线还包括第三管线段，三通11第三端与第三管线段第一端连接，第三管线段第二端与注入通孔相通。

其中，压力传感器12，用于检测注入到岩心201的液体的压力。

在实施中，进行水驱油实验时，需要控制注入到岩心201的液体的压力。基于压力传感器12，可以方便的观察该处液体的压力。当压力传感器12显示的压力与要求的压力不一致时，可以进行相应的操作来调节压力，直到显示的压力达到要求值。

可选的，为了控制注入管线的通断，水驱油模拟装置还包括注入阀门13，注入阀门13第一端固定在平板模型2上，注入阀门13第一端与注入通孔相通。注入阀门13第二端与注入管线第二端连接。

在实施中，在平板模型2上钻完注入通孔后，将注入阀门13安装在注入通孔中。基于注入阀门13，当注入阀门13关闭时，注入阀门13第二端的液体就不能注入岩心201中，注入阀门13可以方便的控制注入管线的通断。

假设要求注入到岩心201的液体具有一定的压力，则启动泵1，关闭注入阀门13，泵1推动活塞压缩活塞容器10第二部分，活塞容器10第二部分的压力不断上升，当观测到压力传感器12显示的压力达到要求值时，再打开注入阀门13，将压力符合要求的液体注入到岩心201中。

同时，注入阀门13还起到了管线接头的作用。

可选的，为了控制采出管线的通断，水驱油模拟装置还包括采出阀门14，采出阀门14第一端固定在平板模型2上，采出阀门14第一端与采出通孔相通。采出阀门14第二端与采出管线第二端连接。

在实施中，在平板模型2上钻完采出通孔后，将采出阀门14安装在采出通孔中。采出阀门14可以方便的控制采出管线的通断，采出阀门14还起到了管线接头的作用。

在实际工作中，水驱油实验的实施过程如下：

第一步：选取长为30cm，宽为30cm，高为4.5cm的岩心201。岩心201对角线上有一条高渗透条带，该高渗透条带宽为10cm，渗透率为3500mD。岩心201其他部位渗透率为1500mD。将由环氧树脂和固化剂按100:1的比例混合而成的密封剂，均匀涂抹在选取的岩心201外表面，待其完全固化后形成防渗层202。然后，将由环氧树脂和固化剂按100:5的比例混合而成的浇筑液，均匀浇筑在防渗层202外表面，待其固化后形成具有一定厚度，且可承受一定压力的浇筑层203。防渗层202和浇筑层203具有很好的透光性，透过防渗层202和浇筑层203可以很清晰的观察岩心201的状况。然后，在平板模型2的相应位置钻注入通孔和采出通孔，在注入通孔中安装注入阀门13，在采出通孔中安装采出阀门14。

第二步：将处理好的平板模型2抽真空，具体操作如下所述：关闭注入阀门13，利用抽真空装置，通过采出阀门14一端，将岩心201抽成真空。然后，通过泵1和活塞容器10，向岩心201中饱和未染色的实验用水，饱和进去的水量即为岩心201的孔隙体积。例如，饱和进岩心201的水量为1383.61mL，则岩心201的孔隙体积1383.61mL。

第三步：打开紫外光光源7，通过泵1和活塞容器10，将模拟油饱和进岩心201中。在这一过程中驱替出水量的多少，即为饱和进原油量的多少。从而，可以计算出原始含油饱和度。例如，打开紫外光光源7，通过泵1和活塞容器10，以2mL/min的速度将模拟油饱和进岩心201中，至采出阀门14处不再有水产出(即采出阀门14处流出的液体发出荧光)，此时饱和油过程中驱替出的水量为957.31mL，从而可以计算出原始含油饱和度69.19％。

第四步：给泵1设定一定的速度或压力，通过活塞容器10将水注入到岩心201中，开展水驱油实验。同时，打开紫外光光源7和录像机8实时记录水驱油动态过程。水驱油实验过程中，利用负压控制器4将计量容器3内部维持在特定的负压水平(根据实验方案不同而不同)，用以模拟储层的弹性能量，使得水驱油实验所模拟出的波及程度更加逼近真实状况。例如，给泵1设定3mL/min的速度，通过活塞容器10将蒸馏水注入到岩心201中，开展水驱油实验。同时打开紫外光光源7和录像机8，实时记录水驱油动态过程。实验过程中，利用负压控制器4将计量容器3内部的压力维持在-0.05Mpa，用以模拟储层的弹性能量。水驱油实验持续至采出阀门14处采出的液体的含水率达98％时停止，停止时岩心201累产油为198.56mL，整个水驱油实验过程水驱采收率为20.74％。利用录像机8记录的结果，得到最终水驱波及效率为34％。

水驱油实验完成后，利用水驱油实验得到的数据和结论，预测和评价要实施的生产方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置包括泵(1)、平板模型(2)、计量容器(3)、负压控制器(4)、底座(5)、支架(6)和紫外光光源(7)，其中：

平板模型(2)设置在底座(5)上，所述平板模型(2)上均匀分布多个钻孔，每个所述钻孔设置一个压力监测装置；

支架(6)包括竖直杆段和水平杆段，所述竖直杆段上端与所述水平杆段固定连接，所述竖直杆段下端与底座(5)固定连接；

紫外光光源(7)固定在所述水平杆段上，位于平板模型(2)上方；

平板模型(2)包括岩心(201)、防渗层(202)和浇筑层(203)，防渗层(202)设置在岩心(201)外层，浇筑层(203)设置在防渗层(202)外层；

防渗层(202)和浇筑层(203)为透明材质；

平板模型(2)上设置有注入通孔和采出通孔，所述注入通孔和所述采出通孔贯穿岩心(201)，且所述注入通孔和所述采出通孔未贯穿平板模型(2)；

泵(1)与注入管线第一端连接，所述注入管线第二端与所述注入通孔相通；

计量容器(3)上端设置有封堵塞，所述封堵塞上设置有第一通孔，计量容器(3)侧壁设置有第二通孔；

所述第一通孔与采出管线第一端相通，所述采出管线第二端与所述采出通孔相通；

负压控制器(4)与压力控制管线第一端连接，所述压力控制管线第二端与所述第二通孔相通，所述负压控制器(4)为所述计量容器(3)内部提供恒定的负压。

2.根据权利要求1所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置还包括录像机(8)；

录像机(8)固定在所述水平杆段上，位于平板模型(2)上方。

3.根据权利要求2所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述竖直杆段下端与底座(5)之间螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水平杆段与录像机(8)之间螺纹连接。

5.根据权利要求2所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水平杆段上具有向下的凸起，所述凸起具有外螺纹，录像机(8)上设置有内螺纹，录像机(8)与所述凸起螺纹连接。

6.根据权利要求2所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置还包括恒温箱(9)，平板模型(2)、底座(5)、支架(6)、紫外光光源(7)和录像机(8)设置在恒温箱(9)内部。

7.根据权利要求1所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置还包括活塞容器(10)；

所述注入管线包括第一管线段和第二管线段，所述第一管线段第一端与泵(1)连接，所述第一管线段第二端与活塞容器(10)第一端连接；

活塞容器(10)第二端与所述第二管线段第一端连接，所述第二管线段第二端与所述注入通孔相通；

活塞容器(10)内部设置有活塞，所述活塞将活塞容器(10)内部分为不相通的两部分。

8.根据权利要求7所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置还包括三通(11)和压力传感器(12)；

三通(11)第一端与所述第二管线段第二端连接，三通(11)第二端与压力传感器(12)相通；

所述注入管线还包括第三管线段，三通(11)第三端与所述第三管线段第一端连接，所述第三管线段第二端与所述注入通孔相通。

9.根据权利要求1所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置还包括注入阀门(13)，注入阀门(13)第一端固定在平板模型(2)上，注入阀门(13)第一端与所述注入通孔相通；

注入阀门(13)第二端与所述注入管线第二端连接。

10.根据权利要求1所述的水驱油模拟装置，其特征在于，所述水驱油模拟装置还包括采出阀门(14)，采出阀门(14)第一端固定在平板模型(2)上，采出阀门(14)第一端与所述采出通孔相通；

采出阀门(14)第二端与所述采出管线第二端连接。

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