CN110905496B - 一种气驱超覆模拟装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气驱超覆模拟装置及其使用方法，该气驱超覆模拟装置包括注入泵、活塞中间容器、岩心夹持器、稳压罐和至少两套采油装置，岩心夹持器的注入端设置有至少一个进液通孔，岩心夹持器的采出端设置有至少两个出油通孔。本发明提供的气驱超覆模拟装置能模拟高压、高温条件下二维岩心模型的气驱超覆，并拓宽了岩心模型长度范围，同时优化了气驱超覆表征方式，提高了气驱超覆模拟装置的气驱温度和压力、岩心长度等适用范围和超覆模拟、超覆表征结果精度，为进一步研究油藏条件不同因素下超覆规律提供了方便。

Description

一种气驱超覆模拟装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种气驱超覆模拟装置及其使用方法。

背景技术

为了研究油藏条件下气驱超覆规律，多采用数值模拟并结合室内实验验证研究气驱过程，气驱超覆模拟装置是进行室内实验验证的重要设备。目前的气驱超覆模拟装置所适用的超覆体现方式较为极端，无法模拟实际油藏中的油气运移过程，且该模型的气驱温度和压力的适用范围偏低，不能满足实际的油藏条件(温度一般在60℃以上，压力一般在10MPa以上)的要求，大大降低了岩心模型模拟的适用范围和结果的可靠性。由于现有实验室一维高温高压岩心模型，只能装入固定长度的岩心，且岩心厚度尺寸较小，无法满足超覆模拟产生的条件，

发明内容

本发明的目的在于提供一种气驱超覆模拟装置及其使用方法，用以解决很难实现二维岩心模型超覆模拟以及模拟结果可靠度偏低的问题。

本发明提供一种气驱超覆模拟装置，包括注入泵、用于装载二氧化碳的活塞中间容器、岩心夹持器、稳压罐和至少两套采油装置，所述岩心夹持器用于装设岩心模型，所述岩心夹持器的注入端设置有至少一个进液通孔，所述岩心夹持器的采出端设置有至少两个出油通孔；每一套所述采油装置包括一个出口回压阀、一个气液分离收集装置和一个气体流量计，所述注入泵的出液口与所述活塞中间容器的进液口通过管道连通，所述活塞中间容器的出气口与所述岩心夹持器的进液通孔相连通；所述岩心夹持器的至少两个出油通孔分别与至少两套所述采油装置的气液分离收集装置通过管道相连通，每一个所述出油通孔与所述气液分离收集装置的连通管道上均设置有一个所述出口回压阀；每套所述采油装置的气液分离收集装置与气体流量计之间通过管道相连通；所述稳压罐与所述采油装置的出口回压阀之间通过管道连通，用于调节所述出口回压阀的回压。

优选地，所述岩心夹持器包括一夹持器筒体、氟胶套筒、两个堵头和两个调节压帽，所述氟胶套筒套设于夹持器筒体的内壁，且使所述氟胶套筒与所述夹持器筒体内壁之间形成封闭空腔；两个所述堵头设置于所述夹持器筒体注入端和采出端的端口，两个所述调节压帽分别设置于所述夹持器筒体的注入端和采出端且抵持两个所述堵头的外端面；所述夹持器筒体注入端的堵头内设置有至少一个进液通孔，所述夹持器筒体采出端的堵头内设置有至少两个出油通孔。

优选地，所述夹持器筒体出液端的堵头内设置有第一出油通孔和第二出油通孔；所述气驱超覆模拟装置包括两套采油装置，所述第一出油通孔和所述第二出油通孔分别与两套所述采油装置的气液分离收集装置通过管道相连通。

优选地，所述氟胶套筒的厚度尺寸大于其宽度尺寸。

优选地，所述气驱超覆模拟装置还包括自控恒温箱，所述活塞中间容器、所述岩心夹持器、所述稳压罐、所述采油装置均设置于所述自控恒温箱内，所述注入泵设置于所述自控恒温箱外。

本发明提供了一种气驱超覆模拟装置的使用方法，采用上述的气驱超覆模拟装置，所述使用方法包括以下步骤：

步骤A：制作岩心模型；

步骤B：将岩心模型装入岩心夹持器，建立油藏条件油水饱和度分布；

步骤C：气驱过程，采集实验数据。

进一步地，所述步骤B包括以下步骤：

清洁夹持器筒体的内壁，打开两端的调节压帽和堵头，将岩心模型装入夹持器筒体中，若岩心模型长度小于60cm时需在夹持器筒体两端装入若干假岩心块；

岩心模型两端装入堵头，并用调节压帽固定所述堵头，封闭所述夹持器筒体；

将岩心模型水平放置，启动注入泵，向所述活塞中间容器的进液口注入液体，所述活塞中间容器的产生原油，并向所述夹持器筒体的进液通孔注入；同时打开采出端堵头的所有的出油通孔产出水和原油，直至不再出水为止，由气液分离收集装置计量采出水体积，关闭所有的出油通孔；

根据不同的驱替方式设定实验所需要回压，并选取合适的注入进液通孔；按着设定的注入参数，使用恒压恒速泵通过高温高压活塞容器通过进液通孔向岩心模型注入气体介质，温度可设定为目标区块温度，所述压力不超过40MPa，所述温度保持在0℃～150℃；开启其中的两个出油通孔，计量不同位置的产液量和产气量，直至其中一个出油通孔生产气油比稳定超过3000m³/m³，实验结束。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种气驱超覆模拟装置，岩心夹持器用于装设长度和厚度较大的岩心模型，模拟厚油层超覆产生条件，研究现场开发过程并反映超覆现象，根据气驱超覆产生时的流体产出特征，在岩心夹持器的注入端设置有至少一个进液通孔，采出端设置有至少两个出油通孔，以形成分层采集通孔，达到分层采集流体的效果，并通过流体产出差异表征气驱超覆程度，解决了现有实验室高温高压物理模型只能装载长度和厚度较小的一维岩心模型而不适用于更厚、长度更长以及不同长度的二维岩心模型进而不得不降低岩心模型的适用范围及难以精确表征气驱超覆程度的难题。本发明提供的气驱超覆模拟装置能模拟高压、高温条件下二维岩心模型的气驱超覆，并拓宽了岩心模型长度范围，同时优化了气驱超覆表征方式，提高了气驱超覆模拟装置的气驱温度和压力、岩心长度等适用范围和超覆模拟、表征方式精度，为进一步研究油藏条件不同因素下超覆规律提供了方便。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的气驱超覆模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的岩心夹持器的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的岩心夹持器的纵向的剖视图。

具体实施方式

实施例1

实施例1提供一种气驱超覆模拟装置，下面对其结构进行详细描述。

参考图1，该气驱超覆模拟装置包括注入泵1、活塞中间容器2、岩心夹持器3、稳压罐4、至少两套采油装置和自控恒温箱8，活塞中间容器2、岩心夹持器3、稳压罐4、两套采油装置均设置于自控恒温箱8内，注入泵1设置于自控恒温箱8外。

其中，岩心夹持器3用于装设岩心模型，活塞中间容器2为耐高温高压活塞中间容器，其耐压40MPa，耐温100℃，用于装载二氧化碳；注入泵1优选恒速恒压泵。

岩心夹持器3的注入端设置有一个进液通孔A，岩心夹持器3的采出端设置有至少两个出油通孔B，每一套采油装置包括一个出口回压阀5、一个气液分离收集装置6和一个气体流量计7，注入泵1的出液口与活塞中间容器2的进液口通过管道连通，活塞中间容器2的出气口与岩心夹持器3的进液通孔A相连通。

岩心夹持器3的第一出油通孔B1和第二出油通孔B2分别与两套采油装置的气液分离收集装置6通过管道相连通，每一个出油通孔B与气液分离收集装置6的连通管道上均设置有一个出口回压阀5；每套采油装置的气液分离收集装置6与气体流量计7之间通过管道相连通；稳压罐4与采油装置的出口回压阀5之间通过管道连通，用于调节出口回压阀5的回压。其中稳压罐4配置有恒压恒速泵。

参考图2，岩心夹持器3包括一夹持器筒体31、氟胶套筒34、两个堵头32和两个调节压帽33，其中夹持器筒体31用于固定氟胶套筒34并起到承压作用，氟胶套筒34用于装设岩心模型并固定密封岩心模型，两个堵头32用于与岩心模型两端连通并固定岩心模型，两个调节压帽33用于调节堵头32进入氟胶套筒34长度并将堵头固定。

两个堵头32设置于夹持器筒体31注入端和采出端的端口，两个调节压帽33分别设置于夹持器筒体31的注入端和采出端且抵持两个堵头32的外端面；夹持器筒体31注入端的堵头32内设置有至少一个进液通孔A，夹持器筒体31采出端的堵头32内设置有至少两个出油通孔B；氟胶套筒34套设于夹持器筒体31的内壁，且使氟胶套筒34与夹持器筒体31内壁之间形成封闭空腔。

在上述实施例中，一种优选的方案是，夹持器筒体31采出端的堵头32内设置有第一出油通孔B1和第二出油通孔B2，当然出油通孔B的数量可以是三个，如图3所示，即包括自上而下依次设置的第一出油通孔B1、第二出油通孔B2和第三出油通孔B3，其中气驱过程中优选相距较远的第一出油通孔B1和第三出油通孔B3。采油装置的数量应与出油通孔B的数量相同，当出油通孔B的数量为两个时，采油装置的数量为两套，第一出油通孔B1和第三出油通孔B3分别与两套采油装置的气液分离收集装置6通过管道相连通。

在上述实施例中，夹持器筒体31内氟胶套筒34的厚度尺寸大于其宽度尺寸。夹持器筒体31的厚度尺寸是其宽度尺寸的3倍，夹持器筒体31的长度尺寸是其厚度尺寸的7.5倍。具体地，夹持器筒体31内氟胶套筒34的长度为66cm、厚度为9cm、宽度为3cm，可装入高为8cm、宽为2cm而长度不同的岩心模型。氟胶套筒34内可装入厚度为8cm宽度为2cm不同长度的岩心模型，当岩心模型长度小于60cm时，需在岩心模型两端装入若干假岩心块。

在使用时，先根据岩心模型的尺寸，向夹持器筒体31内放入岩心模型和假岩心块，固定注入端的堵头32，以便由进液通孔A向夹持器筒体31的岩心模型注入流体，固定采出端的堵头32，以便由第一出油通孔B1和第三出油通孔B3分层采集产出流体，实现气驱超覆的模拟。

其中，调节压帽33起到固定并密封岩心模型且调节堵头32进入氟胶套筒34长度，调节装入夹持器筒体31内岩心长度的作用，假岩心块起连通岩心与堵头通孔的作用，根据岩心长度的不同，调节调节压帽33旋入夹持器筒体31内的长度并加入不同数量的假岩心块，达到模拟不同生产井距下研究超覆规律的目的。

堵头32的进液通孔A，尤其是出油通孔B的位置均匀分布，可实现不同影响因素下岩心产出流体的分层采集，通过对比上下层采出流体差异，如产油量、产气量对超覆程度进行表征。

进液通孔A可实现分层注入流体，出油通孔B可实现分层采集流体。由于现有实验室一维高温高压模型，只能装入固定长度的岩心，且岩心厚度尺寸较小，无法满足超覆产生的条件，此外，现有的注采方式评价超覆程度存在较大的不准确性，无法更为精确地评价超覆程度。因此，根据现场油藏气驱开发特征，设计了可装入较大长度和厚度的岩心夹持器模型，并在注采两端设计不同通孔位置，进而实现了流体的分层注入及分层采集，可实现超覆现象的实验室模拟及精确评价，最终实现对超覆规律研究的目的。堵头上的出油通孔B的位置，按照油层厚度均匀分布，实现了室内模拟油藏条件下的流体分层采集，进而评价超覆程度，在现有超覆程度评价方法的基础上，通过对超覆特征的认识和理解，提出了分层采集流体的超覆程度评价手段，填补了高温高压条件下室内模拟常规气驱超覆程度评价方法的空白。

该装置能够用于气驱超覆研究，能够模拟油藏高温高压条件，其中压力≤40MPa，温度≤150℃，模拟的驱替方式包括气体混相驱、近混相驱和非混相驱，并且能够模拟均质、非均质油藏或具有一定地层倾角的油藏，还可研究注气速度、油气密度差、渗透率、生产井距与油层厚度比等因素对超覆程度的影响规律。评价不同因素影响下的超覆程度大小，从而更接近油藏中实际生产条件。

实施例2

实施例2提供一种气驱超覆模拟装置的使用方法，采用实施例1提供的气驱超覆模拟装置，该使用方法包括以下步骤：

步骤A：根据实验模拟对象要求按照相似准则制作岩心模型，使岩心模型的尺寸满足高为8cm、宽为2cm；

步骤B：岩心模型装入岩心夹持器，建立油藏条件油水饱和度分布；

具体地，步骤B包括以下步骤：

步骤B1：清洁夹持器筒体31的内壁，打开两端的调节压帽33和堵头32，将岩心模型装入夹持器筒体31中，若岩心模型长度小于60cm时需在夹持器筒体31两端装入若干假岩心块；

步骤B2：岩心模型两端装入堵头32，并用调节压帽33固定堵头32，封闭夹持器筒体31；

步骤B3：用手动计量泵向夹持器筒体31的外壁与氟胶套筒34之间的密封空腔内装入清水，提供岩心模型的围压；

步骤B4：待围压达到实验要求后，将真空泵通过管线连接到产出端堵头位于中间层的通孔，关闭其他通孔，对岩心模型抽真空2～4小时；

步骤B5：将手动计量泵通过管线连接到注入端堵头位于中间层的通孔，打开通孔，向该通孔内注入地层水至饱和状态，饱和水体积即该岩心的孔隙体积；

步骤B6：用注入泵以位于注入端堵头中间层的通孔为注入井的入口，产出端堵头所有通孔为出口，测该岩心在垂直状态下的渗透率；

步骤B7：将岩心夹持器放在恒温箱内升温至油藏温度，直至围压保持不变；

步骤B8：将岩心模型水平放置，启动注入泵1，向活塞中间容器2的进液口注入原油，活塞中间容器2的出口产生原油，并向夹持器筒体31的进液通孔A注入原油；

同时打开采出端堵头32的所有的出油通孔B产出水和原油，直至所有的出油通孔B不再出水为止，由气液分离收集装置6计量采出水体积，关闭所有的出油通孔B；

步骤B9：继续注入原油使岩心模型内部压力升高至接近实验压力，饱和油量为产出水量及升压过程注入油量总和，从而可计算含油饱和度；

步骤B10：在油藏温度下，静止24小时以上，老化原油。

步骤C：气驱过程，采集实验数据。

根据模拟驱替方式及研究的影响因素，选取对应的注入方式和参数，采集测量实验数据。

具体地，步骤C包括以下步骤：

步骤C1：根据不同的驱替方式设定实验所需要回压，并选取合适的回压，注入进液通孔A；

步骤C2：按着设定的注入参数，使用恒压恒速泵通过高温高压活塞容器通过进液通孔A向岩心模型注入气体介质，温度可设定为目标区块温度，压力不超过40MPa，温度保持在0℃～150℃；

步骤C3：开启其中的相距较远的两个出油通孔B，计量不同位置的产液量和产气量，直至其中一个出油通孔B生产气油比稳定超过3000m³/m³，实验结束。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种气驱超覆模拟装置的使用方法，采用气驱超覆模拟装置，所述气驱超覆模拟装置包括注入泵、活塞中间容器、岩心夹持器、稳压罐和至少两套采油装置，

所述岩心夹持器用于装设岩心模型，所述岩心夹持器的注入端设置有至少一个进液通孔，所述岩心夹持器的采出端设置有至少两个出油通孔；

所述岩心夹持器包括一夹持器筒体、一氟胶套筒、两个堵头和两个调节压帽，

所述氟胶套筒套设于夹持器筒体的内壁，且使所述氟胶套筒与所述夹持器筒体内壁之间形成封闭空腔；

两个所述堵头设置于所述夹持器筒体注入端和采出端的端口，两个所述调节压帽分别设置于所述夹持器筒体的注入端和采出端且抵持两个所述堵头的外端面；

所述夹持器筒体注入端的堵头内设置有至少一个进液通孔，所述夹持器筒体采出端的堵头内设置有至少两个出油通孔；

所述氟胶套筒的厚度尺寸大于其宽度尺寸；

每一套所述采油装置包括一个出口回压阀、一个气液分离收集装置和一个气体流量计，

所述注入泵的出液口与所述活塞中间容器的进液口通过管道连通，所述活塞中间容器的出气口与所述岩心夹持器的进液通孔相连通；

所述岩心夹持器的至少两个出油通孔分别与至少两套所述采油装置的气液分离收集装置通过管道相连通，每一个所述出油通孔与所述气液分离收集装置的连通管道上均设置有一个所述出口回压阀；

每套所述采油装置的气液分离收集装置与气体流量计之间通过管道相连通；

所述稳压罐与所述采油装置的出口回压阀之间通过管道连通，用于调节所述出口回压阀的回压；

其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

步骤A：制作岩心模型；

步骤B：将岩心模型装入岩心夹持器，建立油藏条件油水饱和度分布，具体包括以下步骤：

步骤B1：清洁夹持器筒体的内壁，打开两端的调节压帽和堵头，将岩心模型装入夹持器筒体中，若岩心模型长度小于60cm时需在夹持器筒体两端装入若干假岩心块；

步骤B2：岩心模型两端装入堵头，并用调节压帽固定堵头，封闭夹持器筒体；

步骤B3：用手动计量泵向夹持器筒体的外壁与氟胶套筒之间的密封空腔内装入清水，提供岩心模型的围压；

步骤B4：待围压达到实验要求后，将真空泵通过管线连接到产出端的堵头位于中间层的通孔，关闭其他通孔，对岩心模型抽真空2～4小时；

步骤B5：将手动计量泵通过管线连接到注入端堵头位于中间层的通孔，打开通孔，向该通孔内注入地层水至饱和状态，饱和水体积即该岩心的孔隙体积；

步骤B6：用注入泵以位于注入端的堵头中间层的通孔为注入井的入口，产出端的堵头所有通孔为出口，测该岩心在垂直状态下的渗透率；

步骤B7：将岩心夹持器放在恒温箱内升温至油藏温度，直至围压保持不变；

步骤B8：将岩心模型水平放置，启动注入泵，向活塞中间容器的进液口注入原油，活塞中间容器的出口产生原油，并向夹持器筒体的进液通孔注入原油；

同时打开采出端堵头的所有的出油通孔产出水和原油，直至所有的出油通孔不再出水为止，由气液分离收集装置计量采出水体积，关闭所有的出油通孔；

步骤B9：继续注入原油使岩心模型内部压力升高至接近实验压力，饱和油量为产出水量及升压过程注入油量总和，从而计算含油饱和度；

步骤B10：在油藏温度下，静置24小时以上，老化原油；

步骤C：气驱过程，采集实验数据，具体包括以下步骤：

步骤C1：根据不同的驱替方式设定实验所需要回压，并选取合适的回压，注入进液通孔；

步骤C2：按着设定的注入参数，使用恒压恒速泵通过高温高压活塞容器通过进液通孔向岩心模型注入气体介质，温度可设定为目标区块温度，压力不超过40MPa，温度保持在0℃～150℃；

步骤C3：开启其中的相距较远的两个出油通孔，计量不同位置的产液量和产气量，直至其中一个出油通孔生产气油比稳定超过3000m³/m³，实验结束。

2.如权利要求1所述的气驱超覆模拟装置的使用方法，其特征在于，

所述夹持器筒体出液端的堵头内设置有第一出油通孔和第二出油通孔；

所述气驱超覆模拟装置包括两套采油装置，所述第一出油通孔和所述第二出油通孔分别与两套所述采油装置的气液分离收集装置通过管道相连通。

3.如权利要求1所述的气驱超覆模拟装置的使用方法，其特征在于，

所述气驱超覆模拟装置还包括自控恒温箱，所述活塞中间容器、所述岩心夹持器、所述稳压罐、所述采油装置均设置于所述自控恒温箱内，所述注入泵设置于所述自控恒温箱外。

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