CN109883917A - 一种模拟基质-裂缝静动态渗吸排油的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟基质‑裂缝静/动态渗吸排油的实验装置及方法，包括高压气瓶、注入泵、中间容器、岩心夹持器、回压泵，所述中间容器的下端连接注入泵，上端连接高压气瓶，所述岩心夹持器内底部设有致密岩心，致密岩心的上端设有压裂支撑剂压实带，压裂支撑剂压实带的左右端面处的岩心夹持器筒壁端面上分别设有左通孔、右通孔；所述第一通孔和左通孔均和中间容器的上端相连，第二通孔和右通孔均和回压泵的右端相连，回压泵的上端设有油气分离与计量器。本发明用于研究高温高压条件下注入流体从裂缝向致密基质中渗吸、扩散现象，通过装置和实验方法，明确裂缝型致密油藏中基质‑裂缝间的传质规律，为致密油藏提高采收率提供参考和借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发工程技术领域，具体涉及一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置及方法。
背景技术
致密油气资源已成为全球勘探开发的亮点领域。但是，由于致密油藏低孔、低渗的特征，常规注水无法有效补充地层能力，原油产量递减快。因此，如何有效地提高致密油藏的采收率成为是目前急需解决的关键问题。
对于天然裂缝或人工缝发育的致密油藏，通过单井注入水(含活性剂)或气体(天然气、二氧化碳、氮气等)可以有效地补充地层能力，提高原油采收率，注入的流体通过渗吸或扩散作用由裂缝进入基质，从而将基质原油排出至裂缝。所以，注入流体和原油在致密基质与裂缝间的相互作用是影响采收率的核心因素。
因此，本发明提供一种模拟注入流体在致密基质-裂缝系统中静/动态渗吸排油效果的实验装置，可研究油藏条件(高温高压)下注入流体在致密基质-裂缝系统中传质过程和提高采收率效果，以期为致密油藏提高采收率技术提供一定的借鉴与参考。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种模拟油藏条件下基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置及方法，其目的在于研究注入流体从裂缝向致密基质中渗吸、扩散现象及基质原油排驱至裂缝的过程。
本发明采用下述的技术方案：
一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置及，包括高压气瓶、注入泵、中间容器、岩心夹持器、回压泵，恒温箱，所述中间容器的下端连接注入泵，上端连接高压气瓶，所述岩心夹持器内底部设有致密岩心，致密岩心的上端设有压裂支撑剂压实带，所述压裂支撑剂压实带上方的岩心夹持器筒壁端面上设有第一通孔和第二通孔，压裂支撑剂压实带的左右端面处的岩心夹持器筒壁端面上分别设有左通孔、右通孔；所述第一通孔和左通孔均和中间容器的上端相连，第二通孔和右通孔均和回压泵的右端相连，回压泵的上端设有油气分离与计量器，所述岩心夹持器上设有压力传感器和围压泵。
优选的，所述注入泵为恒速恒压泵，所述压力传感器通过数据采集卡和电脑相连；所述压裂支撑剂压实带为高渗岩心或者陶粒的一种。
优选的，所述高压气瓶与中间容器连接的管路上设有第一阀门；中间容器与左通孔、第一通孔连接的管路上分别设有第三阀门和第二阀门；第二通孔、右通孔与回压泵连接的管路上分别设有第五阀门和第六阀门；压力传感器与岩心夹持器连接的管路上设有第四阀门。
优选的，所述中间容器和岩心夹持器均设置在恒温箱内。
优选的，所述油气分离与计量器包括：气液分离器和气体计量器，气液分离器与气体计量器通过管路相连，所述气液分离器为带有刻度的量筒，顶端橡胶塞密封。
优选的，所述岩心夹持器的底部设有下通孔，所述下通孔下端设有第七阀门；所述第二阀门、第五阀门、第一通孔、第二通孔、下通孔、第七阀门均用于岩心饱和水实验。
一种利用一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置的方法，包括如下步骤：
1)、静态渗吸排油实验步骤：
A、对实验装置中的管路进行清洗并干燥，连接好实验装置并检查装置的气密性，使所有阀门处于关闭状态；
B、调节恒温箱的温度至75℃-85℃；
C、将致密岩心抽真空后饱和原油并计量饱和的原油体积，然后将其放置于岩心夹持器内底部，将根据致密油藏实际压裂工艺设计中支撑剂尺度折算所需渗透率的压裂支撑剂压实带置于致密岩心顶部，其直径与致密岩心相同；
D、将实验流体导入中间容器中，使中间容器的压力达到实验指定压力并保持稳定，回压泵压力与中间容器压力设置相同，岩心夹持器的围压较中间容器压力高2MPa,防止泄露；
E、打开第三阀门，通过注入泵恒速向岩心夹持器注入实验流体，使岩心夹持器的压力达到指定压力后，关闭阀门，进入焖井阶段，通过电脑在线记录岩心夹持器的压力变化，当岩心夹持器的压力逐步降低并保持稳定后焖井结束；
F、打开第六阀门，通过回压泵将岩心夹持器的压力逐步降低，记录采出原油和气体的体积。打开第三阀门，继续注入实验流体，快速冲洗支撑剂压实带 12滞留的原油，直至无原油产出，记录总原油体积；
G、重复步骤E-F，模拟注入实验流体的多轮次吞吐过程，直至无原油产出后，通过油气分离与计量器记录每次吞吐原油体积。关闭第六阀门，实验结束，打开第四阀门，卸载岩心夹持器的压力后清洗装置；
2)、动态渗吸排油实验步骤：
J、重复步骤A-D，打开第三阀门和第六阀门，通过注入泵恒速向向岩心夹持器注入实验流体，当岩心夹持器压力略高于回压泵压力时，流体从回压泵进入油气分离与计量器，记录原油和气体的体积；
K、待原油体积不再增加时，关闭第三阀门和第六阀门，打开第四阀门，卸载岩心夹持器的压力后清洗装置。
优选的，所述实验流体为二氧化碳、氮气、天然气、表面活性剂的一种。
优选的，所述压裂支撑剂压实带左右端面的中心分别与左通孔、右通孔对齐。
优选的，所述实验指定压力为0.1-35MPa。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置及方法，该装置结构简单，操作方便，其目的在于可以用于研究高温高压条件下注入流体从裂缝向致密基质中渗吸、扩散现象，通过上述实验方法，明确裂缝型致密油藏中基质-裂缝间的传质规律，主要特点如下：
1、在静/动态实验过程中，流体注入方式为“侧面进侧面出”，和传统“上端进上端出”方式相比，可以更准确的模拟实际基质-裂缝系统注入流体和基质 (致密岩心)原油的流动方向，同时减少注入过程压力对基质端面处的冲击，导致基质端面附近原油被挤入基质深部，影响渗吸或扩散实验精度。
2、根据实际压裂工艺参数，选择支撑剂，模拟油藏裂缝，实验条件更接近真实油藏条件。
3、该装置和方法可以评价注水(含活性水)、注气提高致密油藏采收率效果，为致密油藏提高采收率的现场实施提供一定的参考和借鉴。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为静态实验(表面活性剂吞吐)时压力和原油采收率变化示意图；
图3为动态实验(连续注入表面活性剂)时原油采收率示意图；
图4为静态实验(CO2吞吐)时压力和原油采收率变化示意图；
图5为动态实验(连续注入CO2)时原油采收率变化示意图。
图中所示：
其中，1-高压气瓶，2-注入泵，3-中间容器，4-第一阀门，5-第二阀门， 6-第三阀门，7-第四阀门，8-第五阀门，9-第六阀门，10-岩心夹持器，11-致密岩心，12-压裂支撑剂压实带，13-压力传感器，14-围压泵，15-回压泵，16- 油气分离与计量器，17-恒温箱，18—左通孔，19—右通孔，20—第一通孔，21 —第二通孔，22—下通孔，23—第七阀门。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，包括高压气瓶1、注入泵2、中间容器3、岩心夹持器10、回压泵15，恒温箱17，所述中间容器3的下端通过管路连接注入泵2，注入泵2为恒速恒压泵，上端通过管路连接高压气瓶1，所述岩心夹持器10内底部设有致密岩心11，致密岩心11 的上端设有压裂支撑剂压实带12，所述压裂支撑剂压实带12为高渗岩心或陶粒的一种，所述压裂支撑剂压实带12上方的岩心夹持器10的筒壁端面上设有第一通孔20和第二通孔21，压裂支撑剂压实带12的左右端面处的岩心夹持器10 筒壁端面上分别设有左通孔18、右通孔19；所述第一通孔20、第二通孔21、左通孔18、右通孔19均贯穿于岩心夹持器10的筒壁；所述第一通孔20和左通孔18均通过管路和中间容器3的上端相连，第二通孔21和右通孔19均通过管路和回压泵15的右端相连，回压泵15的上端设有油气分离与计量器16，所述油气分离与计量器16气液分离器和气体计量器，气液分离器与气体计量器通过管路相连，所述气液分离器为带有刻度的量筒，顶端橡胶塞密封。所述岩心夹持器10上设有压力传感器13和围压泵14，所述所述压力传感器13通过数据采集卡和电脑相连；
所述高压气瓶1与中间容器3连接的管路上设有第一阀门4；中间容器3与左通孔18、第一通孔20连接的管路上分别设有第三阀门6和第二阀门5；第二通孔21、右通孔19与回压泵15连接的管路上分别设有第第五阀门8和第六阀门9；压力传感器13与岩心夹持器10连接的管路上设有第四阀门7。所述中间容器3和岩心夹持器10均设置在恒温箱17内。所述岩心夹持器10的底部设有下通孔22，所述下通孔22下端设有第七阀门23。所述第二阀门5、第五阀门8、第一通孔20、第二通孔21、下通孔22、第七阀门23均用于岩心饱和水实验，实验时，从第一通孔20向岩心饱和水或者油，可以模拟岩心束缚水状态，原油或者水从第二通孔21或下通孔22排出。
利用一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置的方法，包括如下步骤：
1)、静态渗吸排油实验步骤：
A、对实验装置中的管路进行清洗并干燥，连接好实验装置并检查装置的气密性，使所有阀门处于关闭状态，用丝堵将下通孔22封死；
B、调节恒温箱17的温度至85℃并保持恒定；
C、将致密岩心11抽真空后饱和原油并计量饱和的原油体积，然后将其放置于岩心夹持器10内底部，将根据致密油藏实际压裂工艺设计中支撑剂尺度折算所需渗透率的压裂支撑剂压实带12(陶粒)置于致密岩心11顶部，其直径与致密岩心11相同，所述陶粒左右端面的中心分别与左通孔18、右通孔19对齐；
D、将CO2导入中间容器3中，使中间容器3的压力逐步达到35MPa并保持稳定，回压泵15压力设置为35MPa，岩心夹持器10的围压较中间容器3的压力高2MPa,防止泄露；
E、打开第三阀门6，通过注入泵2恒速向岩心夹持器10注入CO2，使岩心夹持器10的压力达到35MPa后，关闭第三阀门6，进入焖井阶段，通过电脑在线记录岩心夹持器10的压力变化，当岩心夹持器10的压力逐步降低并保持稳定后焖井结束；
F、打开第六阀门9，通过回压泵15将岩心夹持器10的压力逐步降低(压差越大出油越多)，记录采出原油和气体的体积。打开第三阀门6，继续注入 CO2，快速冲洗陶粒滞留的原油，直至无原油产出，记录总原油体积。
G、重复步骤E-F，模拟注入实验流体的多轮次吞吐过程，直至无原油产出后，通过油气分离与计量器16记录吞吐原油体积。关闭第六阀门9，实验结束，打开第四阀门7，卸载岩心夹持器10的压力后清洗装置；
2)、动态渗吸排油实验步骤：
H、重复步骤A-D，打开第三阀门6和第六阀门9，通过注入泵2恒速向向岩心夹持器10注入CO2，当岩心夹持器10压力略高于回压泵15压力时，CO2从回压泵15进入油气分离与计量器16，记录原油和气体的体积；
I、待原油体积不再增加时，关闭第三阀门6和第六阀门9，打开第四阀门 7，卸载岩心夹持器10的压力后清洗装置。
如图2所示，为表面活性剂吞吐静态实验中岩心夹持器10压力和原油采收率变化规律。首先向岩心夹持器10中注入表面活性剂溶液使岩心夹持器10的压力从0.1MPa逐步上升至35MPa,然后关闭第三阀门6进入焖井阶段,随后将岩心夹持器10的压力衰竭至10MPa,共计三轮次吞吐(实验步骤和CO2吞吐实验相同)。焖井过程中发现，岩心夹持器10的压力缓慢下降，说明裂缝(陶粒)中表面活性剂溶液进去致密岩心(基质)中，裂缝(陶粒)和致密岩心11(基质) 之间发生置换作用。第一轮至第三轮次采收率分别为11.1％、9.6％、5.3％，三轮总体采收率为27％。表面活性剂溶液主要通过毛管力作用，从裂缝(陶粒)渗吸至致密岩心11(基质)，随后将致密岩心11(基质)原油至裂缝(陶粒)，且随着吞吐轮次的增加，致密岩心11(基质)采收率增幅变缓。
如图3所示，描述的是动态实验(连续注入表面活性剂)时原油采收率的变化规律，实验回压(回压泵15压力)为35MPa。从图中可以看出，随着表面活性剂溶液流经裂缝(陶粒)，原油采收率逐渐增加，说明裂缝(陶粒)中表面活性剂缓慢进去致密岩心11(基质)中，使致密岩心11(基质)原油流入裂缝(陶粒)，随即被采出。动态实验最终采收率为25％左右。
如图4所示，为静态实验(CO2吞吐)时压力和原油采收率变化规律。首先向岩心夹持器10中注入CO2使岩心夹持器10的压力从0.1MPa逐步上升至35MPa, 然后关闭第三阀门6进入焖井阶段,随后将岩心夹持器10的压力衰竭至10MPa, 共计三轮次吞吐。从图可以看出，原油采收率在不同焖井阶段都有明显的上升，第一轮至第三轮次采收率分别为18.1％、11.6％、5.3％，三轮总体采收率为35％，说明致密岩心11中原油在CO2扩散作用下排至裂缝(陶粒)中，致密岩心(基质)中的原油和裂缝(陶粒)中CO2间发生显著的相互作用；且随着吞吐轮次的增加，致密岩心(基质)采收率增幅变缓。
如图5所示，为动态实验(连续注入CO2)时原油采收率变化规律。从图可以看出，随着CO2的不断注入，CO2分子扩散进入致密岩心11(基质)中的原油，通过膨胀、降粘、萃取等作用将致密岩心11(基质)原油排至裂缝(陶粒)，进而被CO2携带出裂缝(陶粒)。原油采收率随注入时间增加而升高， 60小时后采收率基本保持稳定，裂缝(陶粒)中CO2和致密岩心11(基质)中的相互作用减弱。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，其特征在于，包括高压气瓶(1)、注入泵(2)、中间容器(3)、岩心夹持器(10)、回压泵(15)，恒温箱(17)，所述中间容器(3)的下端连接注入泵(2)，上端连接高压气瓶(1)，所述岩心夹持器(10)内底部设有致密岩心(11)，致密岩心(11)的上端设有压裂支撑剂压实带(12)，所述压裂支撑剂压实带(12)上方的岩心夹持器(10)筒壁端面上设有第一通孔(20)和第二通孔(21)，压裂支撑剂压实带(12)的左右端面处的岩心夹持器(10)筒壁端面上分别设有左通孔(18)、右通孔(19)；所述第一通孔(20)和左通孔(18)均和中间容器(3)的上端相连，第二通孔(21)和右通孔(19)均和回压泵(15)的右端相连，回压泵(15)的上端设有油气分离与计量器(16)，所述岩心夹持器(10)上设有压力传感器(13)和围压泵(14)。
2.根据权利要求1所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，其特征在于，所述注入泵(2)为恒速恒压泵，所述压力传感器(13)通过数据采集卡和电脑相连；所述压裂支撑剂压实带(12)为高渗岩心或者陶粒的一种。
3.根据权利要求1所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，其特征在于，所述高压气瓶(1)与中间容器(3)连接的管路上设有第一阀门(4)；中间容器(3)与左通孔(18)、第一通孔(20)连接的管路上分别设有第三阀门(6)和第二阀门(5)；第二通孔(21)、右通孔(19)与回压泵(15)连接的管路上分别设有第五阀门(8)和第六阀门(9)；压力传感器(13)与岩心夹持器(10)连接的管路上设有第四阀门(7)。
4.根据权利要求1所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，其特征在于，所述中间容器(3)和岩心夹持器(10)均设置在恒温箱(17)内。
5.根据权利要求1所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，其特征在于，所述油气分离与计量器(16)包括：气液分离器和气体计量器，气液分离器与气体计量器通过管路相连，所述气液分离器为带有刻度的量筒，顶端橡胶塞密封。
6.根据权利要求1所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器(10)的底部设有下通孔(22)，所述下通孔(22)下端设有第七阀门(23)；所述第二阀门(5)、第五阀门(8)、第一通孔(20)、第二通孔(21)、下通孔(22)、第七阀门(23)均用于岩心饱和水实验。
7.一种利用权利要求1所述的模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)、静态渗吸排油实验步骤：
A、对实验装置中的管路进行清洗并干燥，连接好实验装置并检查装置的气密性，使所有阀门处于关闭状态；
B、调节恒温箱(17)的温度至75℃-85℃；
C、将致密岩心(11)抽真空后饱和原油并计量饱和的原油体积，然后将其放置于岩心夹持器(10)内底部，将根据致密油藏实际压裂工艺设计中支撑剂尺度折算所需渗透率的压裂支撑剂压实带(12)置于致密岩心(11)顶部，其直径与致密岩心(11)相同；
D、将实验流体导入中间容器(3)中，使中间容器(3)的压力达到实验指定压力并保持稳定，回压泵(15)压力与中间容器(3)压力设置相同，岩心夹持器(10)的围压较中间容器(3)的压力高2MPa，防止泄露；
E、打开第三阀门(6)，通过注入泵(2)恒速向岩心夹持器(10)注入实验流体，使岩心夹持器(10)的压力达到实验指定压力后，关闭阀门6，进入焖井阶段，通过电脑在线记录岩心夹持器(10)的压力变化，当岩心夹持器(10)的压力逐步降低并保持稳定后焖井结束；
F、打开第六阀门(9)，通过回压泵(15)将岩心夹持器(10)的压力逐步降低，记录采出原油和气体的体积。打开第三阀门(6)，继续注入实验流体，快速冲洗支撑剂压实带(12)滞留的原油，直至无原油产出，记录总原油体积；
G、重复步骤E-F，模拟注入实验流体的多轮次吞吐过程，直至无原油产出后，通过油气分离与计量器(16)记录每次吞吐原油体积。关闭第六阀门(9)，实验结束，打开第四阀门(7)，卸载岩心夹持器(10)的压力后清洗装置；
2)、动态渗吸排油实验步骤：
H、重复步骤A-D，打开第三阀门(6)和第六阀门(9)，通过注入泵(2)恒速向向岩心夹持器(10)注入实验流体，当岩心夹持器(10)压力略高于回压泵(15)压力时，流体从回压泵(15)进入油气分离与计量器(16)，记录原油和气体的体积；
I、待原油体积不再增加时，关闭第三阀门(6)和第六阀门(9)，打开第四阀门(7)，卸载岩心夹持器(10)的压力后清洗装置。
8.根据权利要求7所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验方法，其特征在于，所述实验流体为二氧化碳、氮气、天然气、表面活性剂的一种。
9.根据权利要求7所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验方法，其特征在于，所述压裂支撑剂压实带(12)左右端面的中心分别与左通孔(18)、右通孔(19)对齐。
10.根据权利要求7所述的一种模拟基质-裂缝静/动态渗吸排油的实验方法，其特征在于，所述实验指定压力为0.1-35MPa。
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