CN110320140A - Co2作用下的渗吸实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种CO2作用下的渗吸实验装置及方法，包括：氮气容器；CO2容器；碳酸溶液容器；恒压注入泵，恒压注入泵分别与氮气容器、CO2容器和碳酸溶液容器连接；高压容器，高压容器的顶部设有盖体，盖体上设有第一出口，高压容器的上部侧壁设有第二出口，其下部侧壁设有碳酸溶液入口，第一出口分别与氮气容器、CO2容器连接，碳酸溶液容器与碳酸溶液入口连接；气液分离装置，气液分离装置的碳酸溶液入口与第二出口连接；在高温高压条件下进行低渗、致密岩心的渗吸实验，避免多孔介质饱和岩心渗吸出的油附着于岩心表面，提高渗吸采油研究中体积法的计量精度，用来研究在CO2条件下渗吸作用的提高采收率机理。
Description
技术领域
本发明属于石油开发技术领域，更具体地，涉及一种CO2作用下的渗吸实验装置及方法。
背景技术
随着美国压裂和定向钻井技术的高速发展，页岩油气革命席卷全球，中国页岩油资源储量也很丰富，因此非常规油气资源的地位日益重要，对于低渗、致密储层提高采收率机理的研究日益增多。CO2驱是低渗、致密储层提高采收率的重要方法。由于低渗、致密储层由于孔隙半径较小，存在较强的毛管压力，因此渗吸作用是低渗、致密储层提高采收率的最主要机理之一，因此进行CO2作用下的低渗岩心渗吸实验具有重要意义。
渗吸采油研究方法包括质量法和体积法两类。质量法是计量多孔介质质量来计算多孔介质内流体饱和度的方法，由于质量法自动化程度高和精度较高，应用较广，但这类方法难以适用于地层条件下的渗吸实验。对于高压容器内置的电子天平来说，感应元件体积相对较大，且高温高压及复杂的流体组成条件可能影响感应元件的工作精度；对于外置电子天平，机械传力装置(例如：液压传力装置)可能使检测结果存在延时，甚至影响结果，因此用质量法进行CO2作用下的渗吸实验难度较大。体积法是通过计量渗吸出的油相的质量或体积来计算采油量的方法，由于体积法易于操作，应用较广，但这类方法计量精度较低，且从多孔介质中渗吸出的油相容易附着于岩心表明，从而影响测试精度。此外，还有利于其它岩心检测技术(例如：CT技术)测定岩心内流体饱和度的方法，这些方法操作复杂、成本较高，高压条件下的相关技术不成熟，用于CO2作用下渗吸实验的岩心检测实现难度较大。
发明内容
为了在CO2作用下进行低渗岩心的渗吸实验，本发明提供一种CO2作用下的渗吸实验装置及方法，该装置能够在高温高压条件下进行渗吸实验，通过测定从多孔介质中渗吸出的油的体积计算渗吸采收率，来研究在CO2作用下非常规岩心的渗吸作用。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提出一种CO2作用下的渗吸实验装置，该装置包括：
氮气容器，所述氮气容器用于盛装氮气；
CO2容器，所述CO2容器用于盛装CO2；
碳酸溶液容器，所述碳酸溶液容器用于盛装碳酸溶液；
恒压注入泵，所述恒压注入泵分别与所述氮气容器、CO2容器和碳酸溶液容器连接；
高压容器，所述高压容器的顶部设有盖体，所述盖体上设有第一出口，所述高压容器的上部侧壁设有第二出口，其下部侧壁设有碳酸溶液入口，所述第一出口分别与所述氮气容器、CO2容器连接，所述碳酸溶液容器与所述碳酸溶液入口连接；
气液分离装置，所述气液分离装置的碳酸溶液入口与所述第二出口连接，所述气液分离装置的气体出口设有气体计量计，所述气液分离装置的液体出口设有产液计量计。
优选地，所述高压容器的上部设有柱塞，所述柱塞的上表面与所述盖体的下表面贴合，所述柱塞与所述高压容器的内筒壁之间设有密封圈，所述柱塞上设有通孔，所述通孔与第一出口连通。
优选地，所述高压容器与所述盖体通过螺纹连接。
优选地，所述第一出口和第二出口处分别设有回压阀。
优选地，还包括回压泵，所述回压阀与回压泵连接。
优选地，所述CO2容器与所述碳酸溶液容器连接。
根据本发明的另一方面，提出一种CO2作用下的渗吸实验方法，所述方法包括如下步骤：
准备实验环境：将饱和过油的岩心放入所述高压容器内，通过所述氮气容器向高压容器内通入氮气以驱替其中的空气，将所述高压容器升温至油藏温度，并增压至实验压力不变，通过所述碳酸溶液容器向高压容器内恒压注入碳酸溶液至第二出口的高度，从第一出口向高压容器注入CO2至第二出口高度；
开始渗吸实验，计算渗吸采收率：向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相，计量各个时刻的渗吸产油量，计量累计渗吸产油量，计算渗吸采收率。
优选地，所述向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相包括：
保持高压容器内的温度和压力不变，向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相，直至见气为止；
保持高压容器内的温度和压力不变，从碳酸溶液入口向高压容器注入碳酸溶液，从第二出口排出渗吸出的油相，直至第二出口不再出油为止。
优选地，还包括：
根据实验要求建立岩心含原始流体的饱和度分布，计量岩心中原始含油量；
用地层水配制所述碳酸溶液；
预热碳酸溶液、氮气和CO2。
优选地，根据以下公式计算所述渗吸采收率：
渗吸采收率＝累计渗吸产油量/岩心中原始含油量。
本发明提供的有益效果在于：CO2容器、氮气容器和碳酸溶液容器通过恒压注入泵与高压容器连接，模拟在CO2作用下的饱和岩心的油相渗吸作用，气液分离装置对高压容器排出的气相、液相和油相进行分离，通过气体计量和产液计量计分别计量分离后的液相和气相，测定岩心多孔介质中各个时刻的渗吸产油量，并计算累计渗吸产油量，该装置可以在高温高压条件下进行低渗、致密岩心的渗吸实验，利用CO2作用下的渗吸实验装置，避免多孔介质饱和岩心渗吸出的油附着于岩心表面，该方法提高渗吸采油研究中体积法的计量精度，用来研究在CO2条件下渗吸作用的提高采收率机理，其方法操作简单。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明一个实施例中的CO2作用下的渗吸实验装置的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例中的CO2作用下的渗吸实验方法的流程图。
附图标记说明：
1、氮气容器；2、；CO2容器；3、碳酸溶液容器；4、恒压注入泵；5、高压容器；6、盖体；7、第一出口；8、第二出口；9、碳酸溶液入口；10、气液分离装置；11、气体计量计；12、产液计量计；13、柱塞；14、回压阀；15、回压泵。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供一种CO2作用下的渗吸实验装置，包括：
氮气容器，氮气容器用于盛装氮气；CO2容器，CO2容器用于盛装CO2；碳酸溶液容器，碳酸溶液容器用于盛装碳酸溶液；恒压注入泵，恒压注入泵分别与氮气容器、CO2容器和碳酸溶液容器连接；高压容器，高压容器的顶部设有盖体，盖体上设有第一出口，高压容器的上部侧壁设有第二出口，其下部侧壁设有碳酸溶液入口，第一出口分别与氮气容器、CO2容器连接，碳酸溶液容器与碳酸溶液入口连接；气液分离装置，气液分离装置的碳酸溶液入口与第二出口连接，气液分离装置的气体出口设有气体计量计，气液分离装置的液体出口设有产液计量计。
CO2容器、氮气容器和碳酸溶液容器通过恒压注入泵与高压容器连接，模拟在CO2作用下的饱和岩心的油相渗吸作用，气液分离装置对高压容器排出的气相、液相和油相进行分离，通过气体计量和产液计量计将分离后的液相和气相分别计量，测定岩心多孔介质中渗吸出油相的体积，该装置可以在高温高压条件下进行低渗、致密岩心的渗吸实验，避免多孔介质饱和岩心渗吸出的油附着于岩心表面，提高体积法研究渗吸采油方法的精度。
具体地，碳酸溶液容器用于制备并盛装碳酸溶液。
用滤纸抽滤地层水，以除去地层水中的溶解气，将除空气后的地层水加入碳酸溶液容器，将CO2注入碳酸溶液容器内，并升高温度至65℃，增加压力至实验压力18MPa，配制碳酸溶液。
具体地，高压容器的主体为一个圆柱形高压容器，该圆柱形高压容器材质优选的为哈氏合金，腔体的内部高度优选的为10～1000cm，腔体的内部直径优选的为3～40cm，壁厚优选的为1～5cm，承压上限优选的为40～100MPa。
高压容器的上部侧壁设有第二出口，其下部侧壁设有碳酸溶液入口，第二出口距离高压容器顶部具有一定距离，进而保证实验过程中存在气顶，防止油相附着于容器顶部。
作为优选方案，高压容器的上部设有柱塞，柱塞的上表面与盖体的下表面贴合，柱塞与高压容器的内筒壁之间设有密封圈，柱塞上设有通孔，通孔与第一出口连通，柱塞能够提高高压容器的密闭性，模拟地层中的高温高压环境。
其中，高压容器的底部为封死的金属罐和顶部带柱塞的顶盖组成。顶盖中心有一个柱塞穿过顶盖，并通过卡环将柱塞固定在顶盖上。柱塞中心设有通孔，通孔与第一出口连通，可以使圆柱形高压容器的腔体与外部连通。
柱塞和金属罐之间用O型圈密封，盖体和高压容器之间有螺纹连接。
作为优选方案，高压容器与盖体通过螺纹连接。
作为优选方案，第一出口和第二出口处分别设有回压阀。
具体地，回压阀用于控制第一出口和第二出口的压力，保持高压容器的压力稳定性。
作为优选方案，还包括回压泵，回压阀与回压泵连接，用于当第一出口和第二出口排气或排液时，保持高压容器内的压力恒定。
作为优选方案，CO2容器与碳酸溶液容器连接。
具体地，碳酸溶液容器内放入地层水，并与CO2容器连接，在实验条件下配制所需的碳酸溶液。
根据本发明的另一方面，提出一种CO2作用下的渗吸实验方法，该方法包括如下步骤：
准备实验环境：将饱和过油的岩心放入高压容器内，通过氮气容器向高压容器内通入氮气以驱替其中的空气，将高压容器升温至油藏温度，并增压至实验压力不变，通过碳酸溶液容器向高压容器内恒压注入碳酸溶液至第二出口的高度，从第一出口向高压容器注入CO2至第二出口高度；
开始渗吸实验，计算渗吸采收率：向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相，计量各个时刻的渗吸产油量，计量累计渗吸产油量，计算渗吸采收率。
将饱和过油的岩心放入渗析实验容器，然后从高压容器顶部的第一出口注入氮气，升温至油藏温度，并增压至实验压力，保持实验条件不变，将碳酸溶液从高压容器下部的碳酸溶液入口恒压加入渗析实验容器，使压力保持不变，从第一出口通过回压阀排出氮气，直至第一出口见水；然后，从第一出口向高要容器注入CO2，从第二出口排出水相，直至第二出口见气，完成准备的实验环境。
用CO2或碳酸溶液将高压容器内的压力提高0.5MPa，保持实验条件不变，再次从第一出口向高压容器注入CO2，将该次注入CO2的时刻作为渗吸实验的起始时刻，实验过程中定期计量渗吸出的油相体积，记录各个时刻下的产油量变化情况，逐渐降低渗析产油量的检测频次，直至不再产油为止，绘制渗吸原油采收率变化曲线。
具体地，饱和岩心高度应比第二出口到高压容器底部的距离小，以保证实验过程中岩心沉浸在水相中。
作为优选方案，向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相包括：
保持高压容器内的温度和压力不变，向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相，直至见气为止；保持高压容器内的温度和压力不变，从碳酸溶液入口向高压容器注入碳酸溶液，从第二出口排出渗吸出的油相，直至第二出口不再出油为止。
保持实验条件不变，从第一出口恒压向高压容器中注入CO2，从第二出口排出液相，直至见气为止；保持实验条件不变，从碳酸溶液入口恒压向高压容器中注入碳酸溶液，从第二出口排出渗吸出的油相，直至不再出油为止，进而驱替附着于岩心表面和气液界面的油，计量累计产油量，计算渗吸采收率。
作为优选方案，该方法CO2作用下的渗吸实验方法还包括：
根据实验要求建立岩心含原始流体的饱和度分布，计量岩心中原始含油量；
用地层水配制碳酸溶液；
预热碳酸溶液、氮气和CO2。
具体地，根据实验要求准备所需孔渗参数及润湿性的岩心，包括岩心的含水量和含油量，实现建立岩心的原始流体饱和度分布，清洗岩心，用真空泵将岩心中的空气抽出，将实验用油注入抽过真空的岩心，建立原始含水和油饱和度分布，计量岩心中原始含油量；
用地层水在实验条件下配制实验所需的碳酸溶液，在实验温度下预热碳酸溶液、氮气和CO2。
作为优选方案，根据以下公式计算渗吸采收率：
渗吸采收率＝累计渗吸产油量/岩心中原始含油量。
实施例1
图1示出了本发明一个实施例中的CO2作用下的渗吸实验装置的结构示意图。
如图1所示，实施例提供一种CO2作用下的渗吸实验装置，包括：
氮气容器1，氮气容器1用于盛装氮气；CO2容器2，CO2容器2用于盛装CO2；碳酸溶液容器3，碳酸溶液容器3用于盛装碳酸溶液；恒压注入泵4，恒压注入泵4分别与氮气容器1、CO2容器2和碳酸溶液容器3连接，CO2容器2与碳酸溶液容器3连接；高压容器5，高压容器5的顶部设有盖体6，盖体6上设有第一出口7，高压容器5的上部侧壁设有第二出口8，其下部侧壁设有碳酸溶液入口9，第一出口7分别与氮气容器1、CO2容器2连接，碳酸溶液容器3与碳酸溶液入口9连接；气液分离装置10，气液分离装置10的碳酸溶液入口与第二出口8连接，气液分离装置10的气体出口设有气体计量计11，气液分离装置10的液体出口设有产液计量计12。
高压容器5的上部设有柱塞13，柱塞13的上表面与盖体6的下表面贴合，柱塞13与高压容器5的内筒壁之间设有密封圈，柱塞13上设有通孔，通孔与第一出口7连通，高压容器5与盖体6通过螺纹连接；第一出口7和第二出口8处分别设有回压阀14。
CO2作用下的渗吸实验装置还包括回压泵15，回压阀14与回压泵15连接，用于当第一出口7和第二出口8排气或排液时，保持高压容器5内的压力恒定。
实施例2
图2示出了本发明一个实施例中的一种CO2作用下的渗吸实验方法的流程图。
如图2所示，实施例提供一种CO2作用下的渗吸实验方法，该方法包括如下步骤：
制备饱和过油岩心：将页岩全直径取芯岩心放入马弗炉内加热到300℃超过72小时，使岩心内部流体分解、气化，然后测量岩心的几何尺寸、质量、氦气孔隙度和气相渗透率；将岩心放入相应的夹持器，用分子真空泵抽出岩心中的空气超过2天，将轻质原油压入岩心，升高温度至65℃，增加压力至18MPa，保持条件不变注入原油驱替出岩心中的轻质原油，然后老化岩心，超过1个月，再次用原油驱替岩心至两倍孔隙体积。
准备实验环境：
根据实验要求建立岩心含原始流体的饱和度分布，计量岩心中原始含油量；
清洗岩心，用真空泵将岩心中的空气抽出，将实验用油注入抽过真空的岩心，建立岩心原始含水和含油饱和度分布，计量岩心中原始含油量；用地层水配制碳酸溶液；预热碳酸溶液、氮气和CO2；
将饱和过油的岩心放入高压容器内，通过氮气容器向高压容器内通入氮气以驱替其中的空气，将高压容器升温至油藏温度，并增压至实验压力不变，通过碳酸溶液容器向高压容器内恒压注入碳酸溶液至第二出口的高度，从第一出口向高压容器注入CO2至第二出口高度；
将饱和过油的岩心放入高压容器内，通过氮气容器向高压容器内通入氮气以驱替其中的空气，将高压容器升温至油藏温度，并增压至实验压力不变，通过碳酸溶液容器向高压容器内恒压注入碳酸溶液至第二出口的高度，从第一出口向高压容器注入CO2至第二出口高度；
用地层水配制碳酸溶液；用滤纸抽滤地层水，以除去地层水中的溶解气，将除空气后的地层水加入碳酸溶液容器内，将CO2注入CO2容器内，并升高温度至65℃，增加压力至实验压力18MPa，配制碳酸溶液。
预热碳酸溶液、氮气和CO2；将饱和过油的岩心取出，除去表面的浮油后测定饱和油并老化后的岩心质量；将饱和过油的岩心放入高压容器内，然后从第一出口向高压容器注入氮气，升高温度至65℃，并增加压力至实验压力18MPa；保持实验条件不变，将碳酸溶液从碳酸溶液入口恒压加入渗析实验容器使压力保持不变，从第一进口通过回压阀排出氮气，直至第一出口见水；从第一出口向高压容器注入CO2，从第二进口排出水相，直至第二出口见气，完成实验环境准备。
开始渗吸实验，计算渗吸采收率：向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相，计量各个时刻的渗吸产油量，计量累计渗吸产油量，计算渗吸采收率。
开始渗吸实验，计算渗吸采收率：向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相，计量累计渗吸产油量，计算渗吸采收率。
向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相，保持高压容器内的温度和压力不变，向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相，直至见气为止；保持高压容器内的温度和压力不变，从碳酸溶液入口向高压容器注入碳酸溶液，从第二出口排出渗吸出的油相，直至第二出口不再出油为止；用产液计量计计量各个时刻的渗吸产油量，计算累计渗吸产油量。
用CO2将高压容器压力提高0.5MPa，其它实验条件不变，从第一出口恒压向容器中注入CO2，第二出口排出液相，直至见气为止；保持实验条件不变，从碳酸溶液入口恒压向容器中注入碳酸溶液，从第二出口排出渗析出的油相，直至不再出油为止，通常驱替100mL。
将注入CO2的时刻作为渗吸实验的起始时刻，记录各个时刻下的产油量变化情况，计算渗吸渗析采收率；逐渐降低渗析产油量的检测频次，直至某时刻的产油量为零，绘制渗吸渗析采收率变化曲线。
其中，渗吸采收率的公式为：渗吸采收率＝累计渗吸产油量/岩心中原始含油量。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，包括：
氮气容器，所述氮气容器用于盛装氮气；
CO2容器，所述CO2容器用于盛装CO2；
碳酸溶液容器，所述碳酸溶液容器用于盛装碳酸溶液；
恒压注入泵，所述恒压注入泵分别与所述氮气容器、CO2容器和碳酸溶液容器连接；
高压容器，所述高压容器的顶部设有盖体，所述盖体上设有第一出口，所述高压容器的上部侧壁设有第二出口，其下部侧壁设有碳酸溶液入口，所述第一出口分别与所述氮气容器、CO2容器连接，所述碳酸溶液容器与所述碳酸溶液入口连接；
气液分离装置，所述气液分离装置的碳酸溶液入口与所述第二出口连接，所述气液分离装置的气体出口设有气体计量计，所述气液分离装置的液体出口设有产液计量计。
2.根据权利要求1所述的CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，所述高压容器的上部设有柱塞，所述柱塞的上表面与所述盖体的下表面贴合，所述柱塞与所述高压容器的内筒壁之间设有密封圈，所述柱塞上设有通孔，所述通孔与第一出口连通。
3.根据权利要求1所述的CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，所述高压容器与所述盖体通过螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，所述第一出口和第二出口处分别设有回压阀。
5.根据权利要求4所述的CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，还包括回压泵，所述回压阀与回压泵连接。
6.根据权利要求1所述的CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，所述CO2容器与所述碳酸溶液容器连接。
7.一种CO2作用下的渗吸实验方法，利用根据权利要求1-6中任一项所述的CO2作用下的渗吸实验装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
准备实验环境：将饱和过油的岩心放入所述高压容器内，通过所述氮气容器向高压容器内通入氮气以驱替其中的空气，将所述高压容器升温至油藏温度，并增压至实验压力不变，通过所述碳酸溶液容器向高压容器内恒压注入碳酸溶液至第二出口的高度，从第一出口向高压容器注入CO2至第二出口高度；
开始渗吸实验，计算渗吸采收率：向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相，计量各个时刻的渗吸产油量，计量累计渗吸产油量，计算渗吸采收率。
8.根据权利要求7所述的CO2作用下的渗吸实验方法，其特征在于，所述向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相和油相包括：
保持高压容器内的温度和压力不变，向高压容器内注入CO2，从第二出口排出液相，直至见气为止；
保持高压容器内的温度和压力不变，从碳酸溶液入口向高压容器注入碳酸溶液，从第二出口排出渗吸出的油相，直至第二出口不再出油为止。
9.根据权利要求7所述的CO2作用下的渗吸实验方法，其特征在于，还包括：
根据实验要求建立岩心含原始流体的饱和度分布，计量岩心中原始含油量；
用地层水配制所述碳酸溶液；
预热碳酸溶液、氮气和CO2。
10.根据权利要求9所述的CO2作用下的渗吸实验方法，其特征在于，根据以下公式计算所述渗吸采收率：
渗吸采收率＝累计渗吸产油量/岩心中原始含油量。
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