CN110261280A - 一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置及实验方法 - Google Patents

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唐艺文
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Abstract

本发明公开一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置及实验方法，包括储液瓶、柱塞泵、加压液罐、岩心夹持器、围压泵、端盖一、端盖二、核磁共振磁体、微计量管、进液阀、加压管线、卸压管线、围压管线、支架，所述加压液罐、微计量管分别通过加压管线、卸压管线穿过端盖一与岩心夹持器连通；所述岩心夹持器上设有加热装置，外圆周面上设有线圈；所述储液瓶、柱塞泵、进液阀、加压液罐依次连通，所述微计量管固定在支架上。本发明原理可靠，操作简便，能够有效模拟注水吞吐采油过程岩石逆向渗吸作用，且可实时监测微观油水分布变化规律，为注水吞吐采油工艺中岩石逆向渗吸作用过程的在线监测提供技术手段。

Description

一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置及实验方法
技术领域
本发明涉及一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置及实验方法，用于油气开采领域注水吞吐采油工艺中岩心渗吸油水分布变化规律的监测及注水吞吐采油采收率计算。
背景技术
对于致密油藏，采用注水吞吐工艺开采能够有效动用致密油藏基质中的原油，是一种经济有效的致密油开发方式。致密油藏体积压裂后，裂缝对致密油开发产生重要影响。裂缝渗流阻力较小使得注入水主要沿裂缝流动，裂缝附近基质中的原油主要依靠渗吸作用驱动。渗吸作用，尤其是逆向渗吸成为致密油藏水力压裂焖井过程中压裂液渗吸替油和压裂改造后注水吞吐采油等致密油开采方式的重要机理。目前，室内渗吸采油实验多在常温常压条件下利用玻璃瓶采用体积法或质量法计量完成，计量精度难以保证，而在模拟地层高温高压条件下的渗吸出油量无法连续精确地计量，对于岩石逆向渗吸过程中的油水分布变化规律无法实时观测。因此，有必要设计一种操作简单、计量准确的高温高压岩心逆向渗吸实验装置，实现模拟地层高温高压条件下岩心逆向渗吸油水微观分布变化规律的在线实时观测功能。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置及实验方法，本发明原理可靠，操作简便，能够有效模拟注水吞吐采油过程岩石逆向渗吸作用，且可实时监测微观油水分布变化规律，为注水吞吐采油工艺中岩石逆向渗吸作用过程的在线监测提供技术手段。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，包括储液瓶、柱塞泵、加压液罐、岩心夹持器、围压泵、端盖一、端盖二、核磁共振磁体、微计量管、进液阀、加压管线、卸压管线、围压管线、支架；
所述端盖一、端盖二分别连接在所述岩心夹持器的两端，所述岩心夹持器置于所述核磁共振磁体内部，所述加压液罐、微计量管分别通过加压管线、卸压管线穿过端盖一与岩心夹持器连通；所述围压泵通过围压管线连接在岩心夹持器上；所述围压管线上设有围压控制阀；所述岩心夹持器上设有加热装置，外圆周面上设有线圈；
所述加压管线、卸压管线、围压管线上分别设有加压控制阀、卸压控制阀、围压控制阀；
所述储液瓶、柱塞泵、进液阀、加压液罐依次连通，所述微计量管固定在支架上。
进一步的技术方案是，该实验装置还包括数据采集系统，所述线圈与数据采集系统相连，从而实现将磁信号转换为电信号，并由数据采集系统获取岩心核磁共振T2谱及岩心成像。
进一步的技术方案是，所述端盖二上设有用于检测岩心夹持器内部温度的温度计。
进一步的技术方案是，所述加压管线、围压管线上分别设有内压压力表、围压压力表。
进一步的技术方案是，所述加热装置为电加热器。
进一步的技术方案是，所述线圈与岩心夹持器的外圆周面之间设有隔温层，实现夹持器内部恒温条件，并隔离温度使外部的线圈处于磁场温度环境中。
进一步的技术方案是，所述岩心夹持器采用哈氏合金制成，从而具有耐高温耐高压耐腐蚀的功能。
进一步的技术方案是，所述加压液罐内设有密封移动隔板，将内腔分成上腔室、下腔室，所述下腔室与进液阀连通，所述上腔室与岩心夹持器连通。
一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验方法，包括以下步骤：
步骤S1、饱和油的岩心置于岩心夹持器中，保持加压管线及卸压管线开启；
步骤S2、通过柱塞泵将蒸馏水泵入加压液罐的下腔室以推动密封移动隔板上移，将加压液罐上腔室中的模拟地层水推入岩心夹持器中，直至岩心夹持器及管线中的空气全部排出，关闭卸压控制阀，保持模拟地层水继续进入岩心夹持器5并达到地层压力，关闭加压控制阀；
步骤S3、打开电加热器对岩心夹持器进行加温至地层温度，使岩心在设定压力及温度条件下的岩心夹持器5中渗吸一段时间后；
步骤S4、打开卸压控制阀卸载压力并排出岩心夹持器内油水重新分布后的液体，由于油水密度差，油相浮于水相上部，通过微计量管计量，此时对实验岩心进行核磁共振扫描T2谱及岩心成像，获得第一次注水焖井吞吐后岩心微观油水分布状态；
步骤S5、重复步骤S2-S4可获得多次注水焖井吞吐后的岩心微观油水分布状态并进行变化对比。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明可以实现模拟地层高温高压条件下的渗吸实验，模拟注水吞吐采油过程；通过微计量管计量排出油体积可以采用体积法对每次注水吞吐后的采收率进行计算，核磁共振可监测不同注水吞吐次数后岩石微观油水分布，获得微观渗吸规律。
附图说明
图1为本发明的的结构示意图；
图2为渗吸效率的数据示意图；
图3为油湿岩心各吞吐周期T2分布图；
图4为油湿岩心各级孔喉最终渗吸贡献率示意图；
图5为水湿岩心各吞吐周期T2分布图；
图6为水湿岩心各级孔喉最终渗吸贡献率示意图。
图中所示，1-储液瓶；2-柱塞泵；3-加压液罐；4-内压压力表；5-岩心夹持器；6-加热装置；7-围压泵；8-围压压力表；9-温度计；10-线圈；11-端盖二；12-核磁共振磁体；13-数据采集系统；14-微计量管；15-进液阀；16-加压控制阀；17-卸压控制阀；18-围压控制阀；19-加压管线；20-卸压管线；21-围压管线；22-端盖一；23-支架；24-隔温层。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，包括储液瓶1、柱塞泵2、加压液罐3、岩心夹持器5、围压泵7、端盖一22、端盖二11、核磁共振磁体12、数据采集系统13、微计量管14、进液阀15、加压管线19、卸压管线20、围压管线21、支架23；
所述加压液罐3内设有密封移动隔板，将内腔分成上腔室、下腔室；
所述端盖一22、端盖二11分别连接在所述岩心夹持器5的两端，所述岩心夹持器5置于所述核磁共振磁体12内部，所述加压液罐3的上腔室、微计量管14分别通过加压管线19、卸压管线20穿过端盖一22与岩心夹持器5连通；所述端盖二11上设有用于检测岩心夹持器5内部温度的温度计9；
所述围压泵7通过围压管线21连接在岩心夹持器5上；所述围压管线21上设有围压控制阀18；所述岩心夹持器5上设有加热装置6，外圆周面上设有隔温层24、线圈10，其隔温层24可以实现夹持器内部恒温条件，并隔离温度使外部的线圈10处于磁场温度环境中；
所述加压管线19、围压管线21上分别设有内压压力表4、围压压力表8；
所述加压管线19、卸压管线20、围压管线21上分别设有加压控制阀16、卸压控制阀17、围压控制阀18；
所述储液瓶1、柱塞泵2、进液阀15、加压液罐3的下腔室依次连通，所述微计量管14固定在支架23上；
所述线圈10与数据采集系统13相连，从而实现将磁信号转换为电信号，并由数据采集系统13获取岩心核磁共振T2谱及岩心成像。
其中加热装置6的优选实施方式是电加热器。
本实施例中，所述岩心夹持器5采用哈氏合金制成，从而具有耐高温耐高压耐腐蚀的功能。所述储液瓶1用于存储提供压力的蒸馏水；所述加压液罐3上腔室用于存储模拟地层水；所述加压管线20用于运输模拟地层水进入岩心夹持器5；所述微计量管14用于计量焖井吞吐过程中由于油水密度差位于上部的油体积，其精度为0.001ml；所述的核磁共振磁体12用于提供均匀磁场，主磁场频率为12.63MHz。
利用上述装置实现注水吞吐采油过程中岩石渗吸规律的模拟及观测的方法，过程如下：饱和油的岩心置于岩心夹持器5中，保持加压管线20及卸压管线21开启，柱塞泵2将蒸馏水泵入加压液罐3下腔室以推动密封移动隔板上移，将加压液罐3上腔室中的模拟地层水推入岩心夹持器5中，直至岩心夹持器5及管线中的空气全部排出，关闭卸压控制阀17，保持模拟地层水继续进入岩心夹持器5并达到地层压力，关闭加压控制阀16，打开电加热器6对岩心夹持器5进行加温至地层温度，使岩心在设定压力及温度条件下的岩心夹持器5中渗吸一段时间后，打开卸压控制阀17卸载压力并排出岩心夹持器5内油水重新分布后的液体，由于油水密度差，油相浮于水相上部，通过微计量管14计量，此时利用核磁共振磁体12、线圈10和数据采集系统13对实验岩心进行核磁共振扫描T2谱及岩心成像，获得第一次注水焖井吞吐后岩心微观油水分布状态，重复以上操作可获得多次注水焖井吞吐后的岩心微观油水分布状态并进行变化对比。
上述步骤中的饱和油的岩心通过以下步骤制备：测量岩心直径D、长度L，将实验岩心烘干(105℃/24h)、称重m1，测量氦气孔隙度(围压为1.5MPa条件)和氮气渗透率K(稳态法测量，围压为1.5MPa，通过改变入口端气体压力，测量5～6个不同压差条件的氮气渗透率，并进行滑脱校正得到样品的渗透率)；抽真空加压饱和模拟油(连续抽真空加压至25MPa，饱和时间超过48小时，保证岩心初始含油饱和度高于99％以控制实验误差)，称重m2。
岩心初始含油饱和度由下式计算：
式中：D为岩心直径，cm；L为岩心长度，cm；为岩心孔隙度；So为初始含油饱和度；ρo为模拟油密度，g/cm2；m1为干岩心质量，g；m2为饱和模拟油后岩心总质量，g；
上述步骤中模拟地层水是使用重水配置而成。
其具体实验操作步骤为：
(1)将饱和油的岩心放入岩心夹持器5；
(2)打开围压泵7加围压至设定值(围压保持比内压高2MPa)；
(3)打开柱塞泵2向岩心夹持器5内部注入模拟地层水至设定压力，打开电加热器给岩心夹持器5内部加温至设定温度，当温度和压力稳定后测量岩心初始油分布T2谱；
(4)保持实验在恒定压力/温度条件下，静置1天，模拟焖井阶段，在该阶段中岩心内部油水在压力条件下重新分布；
(5)关闭柱塞泵2，打开卸压控制阀17，排出卸压过程中岩心内部喷出的油水至微计量管14，测量此时岩心核磁T2谱，微计量管14静置一段时间待油水分离后读取油体积，从而采用体积法计算渗吸效率：
式中：Voi为第i个吞吐周期渗吸出油量，ml；D为岩心直径，cm；L为岩心长度，cm；为岩心孔隙度；So为初始含油饱和度；ρo为模拟油密度，g/cm2；m1为干岩心质量，g；m2为饱和模拟油后岩心总质量，g；
(6)重复(3)～(5)步骤，模拟注水吞吐多次，获得多个吞吐周期核磁T2信号，分析岩心逆向渗吸效果，采用核磁共振T2谱图分析渗吸效率：
其中当岩心样品中含有油和重水(D2O)时，由于重水对氢原子没有反应，所以T2信号可以完全反映孔隙中油的统计分布。利用同时迭代重建技术反演算法得到T2的整体分布，即T2分布的积分面积等于T2分布幅值之和；
则，核磁共振T2面积法计算渗吸效率：
式中：为岩心初始T2分布积分面积；为岩心第i次吞吐后T2分布积分面积。
如图2所示，上述具体实验步骤采用核磁共振T2谱图计算渗吸效率与体积法相对比，结果相互印证，提高实验准确率。
在步骤(6)中通过核磁共振T2谱图分析不同孔径范围内的渗吸贡献率：
如图3-6所示，孔喉大小与核磁共振横向驰豫时间(T2)值相关，T2值越大，代表孔喉越大，根据T2值将岩心孔喉分为微孔(0.1-1ms)、中孔(1-10ms)、大孔(10-100ms)，T2信号幅值体现对应孔喉含油量。针对油湿岩心，逆向渗吸效率更多由大孔中的油水替换贡献，而针对水湿岩心，则微孔贡献效率更高。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，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变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 (9)

1.一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，包括储液瓶(1)、柱塞泵(2)、加压液罐(3)、岩心夹持器(5)、围压泵(7)、端盖一(22)、端盖二(11)、核磁共振磁体(12)、微计量管(14)、进液阀(15)、加压管线(19)、卸压管线(20)、围压管线(21)、支架(23)；
所述端盖一(22)、端盖二(11)分别连接在所述岩心夹持器(5)的两端，所述岩心夹持器(5)置于所述核磁共振磁体(12)内部，所述加压液罐(3)、微计量管(14)分别通过加压管线(19)、卸压管线(20)穿过端盖一(22)与岩心夹持器(5)连通；所述围压泵(7)通过围压管线(21)连接在岩心夹持器(5)上；所述围压管线(21)上设有围压控制阀(18)；所述岩心夹持器(5)上设有加热装置(6)，外圆周面上设有线圈(10)；
所述加压管线(19)、卸压管线(20)、围压管线(21)上分别设有加压控制阀(16)、卸压控制阀(17)、围压控制阀(18)；
所述储液瓶(1)、柱塞泵(2)、进液阀(15)、加压液罐(3)依次连通，所述微计量管(14)固定在支架(23)上。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，该实验装置还包括数据采集系统(13)，所述线圈(10)与数据采集系统(13)相连，从而实现将磁信号转换为电信号，并由数据采集系统(13)获取岩心核磁共振T2谱及岩心成像。
3.根据权利要求2所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，所述端盖二(11)上设有用于检测岩心夹持器(5)内部温度的温度计(9)。
4.根据权利要求3所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，所述加压管线(19)、围压管线(21)上分别设有内压压力表(4)、围压压力表(8)。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，所述加热装置(6)为电加热器。
6.根据权利要求1所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，所述线圈(10)与岩心夹持器(5)的外圆周面之间设有隔温层(24)，实现夹持器内部恒温条件，并隔离温度使外部的线圈(10)处于磁场温度环境中。
7.根据权利要求6所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器(5)采用哈氏合金制成，从而具有耐高温耐高压耐腐蚀的功能。
8.根据权利要求6所述的一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验装置，其特征在于，所述加压液罐(3)内设有密封移动隔板，将内腔分成上腔室、下腔室，所述下腔室与进液阀(15)连通，所述上腔室与岩心夹持器(5)连通。
9.一种高温高压岩心逆向渗吸在线监测实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、饱和油的岩心置于岩心夹持器(5)中，保持加压管线(19)及卸压管线(20)开启；
步骤S2、通过柱塞泵(2)将蒸馏水泵入加压液罐(3)的下腔室以推动密封移动隔板上移，将加压液罐(3)上腔室中的模拟地层水推入岩心夹持器(5)中，直至岩心夹持器(5)及管线中的空气全部排出，关闭卸压控制阀(17)，保持模拟地层水继续进入岩心夹持器5并达到地层压力，关闭加压控制阀(16)；
步骤S3、打开电加热器对岩心夹持器(5)进行加温至地层温度，使岩心在设定压力及温度条件下的岩心夹持器5中渗吸一段时间后；
步骤S4、打开卸压控制阀(17)卸载压力并排出岩心夹持器(5)内油水重新分布后的液体，由于油水密度差，油相浮于水相上部，通过微计量管(14)计量，此时对实验岩心进行核磁共振扫描T2谱及岩心成像，获得第一次注水焖井吞吐后岩心微观油水分布状态；
步骤S5、重复步骤S2-S4可获得多次注水焖井吞吐后的岩心微观油水分布状态并进行变化对比。
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