CN110924907A - 一种ct扫描用多段测压水气交替采油实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置及方法，岩心样品设置于渗流腔体的内腔，两端分别设有渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头，岩心样品、渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头的外部包覆有岩石包覆套，渗流腔体的两端分别设有渗流腔体注入口和排液口；渗流腔体上设有围压阀门和围压排液阀，围压阀门上连接有注液泵；注水系统和注气系统均与渗流腔体注入口连接，渗流腔体排液口与计量系统连接；压力数据采集系统包括沿岩心样品长度方向分布的若干压力传感器，所述压力传感器用于检测岩心样品不同位置的压力。本发明可用于评价岩石内流体压力传导规律及其作用下的剩余油分布特征，为矿场采油工艺参数设计提供重要的实验依据。
Description
技术领域
本发明属于采油工程领域，具体涉及一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置及方法。
背景技术
目前，我国老油田中还有大量剩余油分散在地下储层中，探索老油田挖潜技术对于我国原油稳产具有重要意义。
相比于单一的传统注水开发采油模式，注-气交替采油更有利于提高油藏采收率，利用岩心样品开展水汽交替采油物理实验是评价水-气交替采油采收率的主要手段，然而由于岩心样品孔隙结构复杂，水-气补充能量过程中，岩石内流体压力传导规律及其作用下的剩余油分布特征尚不清晰，导致了现场水汽交注采油工艺设计缺乏精细依据。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置及方法，本发明利用CT扫描的可视化成像与多段测压技术相结合，可系统的研究水-气补充能量过程中，岩石内流体压力传导规律及其作用下的剩余油分布特征，为现场水汽交注采油工艺设计提供精细的实验依据。
本发明采用如下技术方案：
一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，包括注水系统、注气系统、岩石渗流系统、压力数据采集系统与计量系统，岩石渗流系统包括岩心样品和渗流腔体，岩心样品设置于渗流腔体的内腔，岩心样品的两端分别设有渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头，岩心样品、渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头的外部包覆有岩石包覆套，渗流腔体的两端分别设有渗流腔体注入口和渗流腔体排液口，渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头分别与渗流腔体的两端密封，渗流腔体前方堵头上开设有第一通道，第一通道的一端与渗流腔体注入口连通，第一通道的另一端延伸至岩心样品的一端，渗流腔体后方堵头上开设有第二通道，第二通道的一端与渗流腔体排液口连通，第二通道的另一端延伸至岩心样品的另一端；渗流腔体上设有围压阀门和围压排液阀，围压阀门上连接有注液泵；注水系统和注气系统均与渗流腔体注入口连接，渗流腔体排液口与计量系统连接；压力数据采集系统包括沿岩心样品长度方向分布的若干压力传感器，所述压力传感器用于检测岩心样品不同位置的压力。
渗流腔体注入口上连接有六通阀，注水系统和注气系统均与六通阀连接。
注水系统包括恒速泵和液体中间容器，恒速泵的出口与液体中间容器的入口连接，恒速泵与液体中间容器入口连接的管路上设有液体控制阀，液体中间容器的出口与渗流腔体注入口连接。
注气系统包括气瓶和气体中间容器，气瓶的出口与气体中间容器的入口连接，气体中间容器的出口与渗流腔体注入口连接，气瓶的出口与气体中间容器入口连接的管路上设有气体控制阀，气体中间容器的出口设有压力表。
渗流腔体安装于固定底座。
围压排液阀设置于渗流腔体的上部。
压力传感器安装于岩石包覆套上并穿过渗流腔体，压力传感器与渗流腔体之间密封。
还包括电脑和压力数据采集器，压力传感器与压力数据采集器连接，压力数据采集器与电脑连接。
计量系统包括回压阀与量筒，回压阀的入口与渗流腔体排液口连接，量筒设置于回压阀的出口。
一种多段测压水气交替采油实验方法，通过所述的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行，包括如下步骤：
S1，测量岩心样品的孔隙度与渗透率；
S2，对岩心样品进行束缚水处理；
S3，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行组装；
S4，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行CT扫描，获取初始时刻岩心样品内原油的分布状态；
S5，通过注液泵和围压阀门向渗流腔体中注水，打开围压排液阀，待岩石包覆套与渗流腔体环空内气体完全排出后，将围压排液阀密封，继续通过注液泵向渗流腔体内注水提压，待围压达到预设值后停止；
利用注水系统和注气系统对岩心样品进行多轮次周期水汽交替采油物理模拟，利用压力传感器采集岩心样品的压力数据，每次进行完预设量注气和注水后，对岩心样品进行CT扫描，获取岩心样品内原油的分布状态；根据获取的岩心样品内原油的分布状态，得到注水与注气过程中，岩心样品内的压力传导规律与原油赋存状态的演化特征。
本发明具有如下有益效果：
本发明的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置在渗流腔体上设置围压阀门和围压排液阀，围压阀门上连接注液泵，因此利用围压阀门、围压排液阀和注液泵能够实现对岩心样品施加围压，在岩心样品、渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头的外部包覆岩石包覆套，岩石包覆套能够使岩心样品与渗流腔体之间的环空进行分隔，保证了施加围压时不影响岩心样品的注气和注水过程；设置注水系统和注气系统能够实现对岩心样品交替进行注气和注水的操作；渗流腔体前方堵头和渗流腔体后方堵头分别与渗流腔体的两端密封，渗流腔体前方堵头上开设有第一通道，第一通道的一端与渗流腔体注入口连通，第一通道的另一端延伸至岩心样品的一端，渗流腔体后方堵头上开设有第二通道，第二通道的一端与渗流腔体排液口连通，第二通道的另一端延伸至岩心样品的另一端，该结构保证了注水系统和注气系统注入的水或气能够从岩心样品的一端注入、从岩心样品的另一端流出，实现对注气和注水采油过程的模拟；利用压力数据采集系统采集岩心样品不同部位的压力数据，利用计量系统能够对注气和注水过程中采油量进行测量；通过扫描本发明的渗流腔室能够获得岩心样品内原油的分布状态。因此本发明的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置能够用来研究水-气补充能量过程中，岩石内流体压力传导规律及其作用下的剩余油分布特征，为现场水汽交注采油工艺设计提供精细的实验依据。
进一步的，渗流腔体注入口上连接有六通阀，注水系统和注气系统均与六通阀连接，通过六通阀方便注气和注水线路的切换，方便操作，有利于提高实验的效率。
进一步的，注水系统中设置液体中间容器，液体中间容器能够起到一定的缓冲作用，使得注水过程稳定，防止因压力突变造成岩心样品以及恒速泵的冲击损坏。
进一步的，注气系统中设置气体中间容器，气体中间容器能够起到一定的缓冲作用，使得注气过程稳定，防止因压力突变造成岩心样品的损坏。其次，还能够通过中间容器出口设置的压力表读数变化，通过状态方程进行注入气的体积换算，控制注入气体的注入量。
进一步的，渗流腔体安装于固定底座，通过固定底座能够保证渗流腔体安装的稳定与可靠，保证实验过程的安全。
进一步的，围压排液阀设置于渗流腔体的上部，有利于渗流腔体内气体的排出。
本发明多段测压水气交替采油实验方法利用本发明的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置能够实现水气交替采油实验模拟，每次注气或注水后对岩心样品进行CT扫描，获取岩心样品内原油的分布状态；根据获取的岩心样品内原油的分布状态，得到注水与注气过程中，岩心样品内的压力传导规律与原油赋存状态的演化特征。本发明的试验方法操作过程简单、明了，具有可重复性，可操作性强，可系统的研究水-气补充能量过程中，岩石内流体压力传导规律及其作用下的剩余油分布特征，为现场水汽交注采油工艺设计提供精细的实验依据。
附图说明
图1为本发明CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置的结构示意图。
图中，1-气瓶，2-气体控制阀，3-气体中间容器，4-压力表，5-六通阀，6-恒速泵，7-液体控制阀，8-液体中间容器，9-渗流腔体注入口，10-第一压力传感器，11-第二压力传感器，12-第三压力传感器，13-第四压力传感器，14-第五压力传感器，15-围压阀门，16-注液泵，17-渗流腔体排液口，18-渗流腔体后方堵头，18-1-第二通道，19-岩心样品，20-围压排液阀，21-围压排液阀门堵头，22-固定底座，23-岩石包覆套，24-渗流腔体，25-渗流腔体前方堵头，25-1-第一通道，26-回压阀，27-量筒，28-压力数据采集器，29-电脑，30-压力数据采集系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，包括注水系统、注气系统、岩石渗流系统、压力数据采集系统30与计量系统，岩石渗流系统包括岩心样品19和渗流腔体24，岩心样品19设置于渗流腔体24的内腔，岩心样品19的两端分别设有渗流腔体前方堵头25和渗流腔体后方堵头18，岩心样品19、渗流腔体前方堵头25和渗流腔体后方堵头18的外部包覆有岩石包覆套23，渗流腔体24的两端分别设有渗流腔体注入口9和渗流腔体排液口17，渗流腔体前方堵头25和渗流腔体后方堵头18分别与渗流腔体24的两端密封，渗流腔体前方堵头25上开设有第一通道，第一通道的一端与渗流腔体注入口9连通，第一通道的另一端延伸至岩心样品19的一端，渗流腔体后方堵头18上开设有第二通道，第二通道的一端与渗流腔体排液口17连通，第二通道的另一端延伸至岩心样品19的另一端；渗流腔体24上设有围压阀门15和围压排液阀20，围压阀门15上连接有注液泵16；注水系统和注气系统均与渗流腔体注入口9连接，渗流腔体排液口17与计量系统连接；压力数据采集系统包括沿岩心样品19长度方向分布的若干压力传感器，所述压力传感器用于检测岩心样品19不同位置的压力。
作为本发明优选的实施方案，渗流腔体注入口9上连接有六通阀5，注水系统和注气系统均与六通阀5连接。
作为本发明优选的实施方案，注水系统包括恒速泵6和液体中间容器8，恒速泵6的出口与液体中间容器8的入口连接，恒速泵6与液体中间容器8入口连接的管路上设有液体控制阀7，液体中间容器8的出口与渗流腔体注入口9连接。
作为本发明优选的实施方案，液体中间容器8的出口与六通阀5连接。
作为本发明优选的实施方案，注气系统包括气瓶1和气体中间容器3，气瓶1的出口与气体中间容器3的入口连接，气体中间容器3的出口与渗流腔体注入口9连接，气瓶1的出口与气体中间容器3入口连接的管路上设有气体控制阀2，气体中间容器3的出口设有压力表4。
作为本发明优选的实施方案，气体中间容器3的出口与六通阀5连接。
作为本发明优选的实施方案，渗流腔体24安装于固定底座22。
作为本发明优选的实施方案，围压排液阀20设置于渗流腔体24的上部。
作为本发明优选的实施方案，压力传感器安装于岩石包覆套23上并穿过渗流腔体24，压力传感器与渗流腔体24之间密封。
作为本发明优选的实施方案，本发明的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置还包括电脑29和压力数据采集器28，压力传感器与压力数据采集器28连接，压力数据采集器28与电脑29连接。
作为本发明优选的实施方案，恒速泵与电脑29连接。
作为本发明优选的实施方案，计量系统包括回压阀26与量筒27，回压阀26的入口与渗流腔体排液口连接，量筒27设置于回压阀26的出口。
作为本发明优选的实施方案，注液泵16采用液体手摇泵。
作为本发明优选的实施方案，岩石包覆套23采用岩石胶皮套。
一种多段测压水气交替采油实验方法，通过所述的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行，包括如下步骤：
S1，测量岩心样品19的孔隙度与渗透率；
S2，对岩心样品19进行束缚水处理；
S3，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行组装；
S4，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行CT扫描，获取初始时刻岩心样品19内原油的分布状态；
S5，通过注液泵16和围压阀门15向渗流腔体24中注水，打开围压排液阀20，待岩石包覆套23与渗流腔体24环空内气体完全排出后，将围压排液阀20密封，继续通过注液泵16向渗流腔体24内注水提压，待围压达到预设值后停止；
利用注水系统和注气系统对岩心样品19进行多轮次周期水汽交替采油物理模拟，利用压力传感器采集岩心样品19的压力数据，每次进行完预设量注气和注水后，对岩心样品19进行CT扫描，获取岩心样品19内原油的分布状态；根据获取的岩心样品19内原油的分布状态，得到注水与注气过程中，岩心样品19内的压力传导规律与原油赋存状态的演化特征。
实施例
本实施例的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，包括供能系统、岩石渗流系统、压力数据采集系统与计量系统。
所述的供能系统包括注水系统与注气系统，注水系统与注气系统为并联关系，通过六通阀5控制。注气系统包括气瓶1、气体控制阀2、压力表4和气体中间容器3。注水系统包括恒速泵6、液体控制阀7和液体中间容器8；所述的岩石渗流系统包括渗流腔体24、渗流腔体注入口9、渗流腔体排液口17、围压口、液体手摇泵、围压排液口20、围压排液口堵头21、岩石胶皮套、渗流腔体前方堵头25、渗流腔体后方堵头18、固定底座22和岩心样品19。压力数据采集系统包括压力数据采集器28、电脑29和六个压力传感器，六个压力传感器分别为第一压力传感器10、第二压力传感器11、第三压力传感器12、第四压力传感器13、第五压力传感器14和第六压力传感器15；计量系统包括回压阀26与量筒27。恒速泵6与电脑29连接。
岩石渗流腔体24为圆通形状结构，材料为高强度树脂材料，直径为10mm-15mm，长度为120mm。岩心样品19置于岩石渗流腔体24内，岩心样品19直径为6-8mm，长度为100mm。
渗流腔体24上同时设置围压口与围压排液阀20，其中围压阀门15与手摇泵连接，围压排液阀门20的开启与关闭由围压排液阀门堵头21控制。
第一压力传感器10、第二压力传感器11、第三压力传感器12、第四压力传感器13、第五压力传感器14和第六压力传感器15与岩石胶皮套23一体成型。
压力数据采集器28与第一压力传感器10、第二压力传感器11、第三压力传感器12、第四压力传感器13、第五压力传感器14和第六压力传感器15通过电缆连接，压力数据采集器28将各压力传感器数压力数据数字化后传输到电脑29内。
基于本实施例的CT扫描用多段测压水气交替周期采油装置实验装置的实验方法，包括如下步骤：
S1，测量岩心样品19的孔隙度与渗透率；
S2，对岩心样品19进行束缚水处理；
S3，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行组装，将岩心样品19放置于岩石渗流腔体24内，分别安装渗流腔体前方堵头25和渗流腔体后方堵头18。
S4，将所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置固定在CT扫描仪内，设置CT扫描仪参数，获取初始时刻岩心样品19内原油的分布状态。
S5，利用注水系统和注气系统对岩心样品19进行多轮次周期水汽交替采油物理模拟，利用压力传感器采集岩心样品19的压力数据，每次进行完注气和注水后，对岩心样品19进行CT扫描，获取岩心样品19内原油的分布状态；根据获取的岩心样品19内原油的分布状态，得到注水与注气过程中，岩心样品19内的压力传导规律与原油赋存状态的演化特征。
S2的过程包括：将岩心样品19抽真空饱和地层水后，将岩心样品19放入夹持器内，驱替模拟油5PV，老化72h。
S5中，多轮次周期水汽交替采油物理模拟包括：
①围压设定：通过液体手摇泵从围压阀门15注水，打开围压排液阀20，待岩石胶套与渗流腔体环空内气体完全排出后，在围压排液阀20上，安装围压排液阀门堵头21密封，继续通过液体手摇泵向岩石胶皮套与渗流腔体内注水提压，待围压达到预设值后停止。
②多轮次水汽交替采油模拟：
1)第1轮次水汽交替采油规律：设定值气液比为定值(如1：1、1：2、1：3、1:4、1：5等)，设定恒速泵流速，打开恒速泵6，打开进液阀门7，关闭进气阀门2，待达到注入设定注水体积后停泵，进行CT扫描，获取第1段注水后，岩心样品19内原油的分布状态。交替注气时，关闭进液阀门7，打开进气阀门2，待达到注入设定注气体积后关闭打开进气阀门2，获取第1段注气后，岩心样品19内原油的分布状态；
2)第2轮次水汽交替采油规律：按照第1轮次的气液比，设定恒速泵流速，打开恒速泵6，打开进液阀门7，关闭进气阀门2，待达到注入设定注水体积后停泵，进行CT扫描，获取第2段注水后，岩心样品19内原油的分布状态。交替注气时，关闭进液阀门7，打开进气阀门2，待达到注入设定注气体积后关闭打开进气阀门2，获取第2段注气后，岩心样品19内原油的分布状态；
3)第3轮次水汽交替采油规律：按照第2轮次的气液比，设定恒速泵流速，打开恒速泵6，打开进液阀门7，关闭进气阀门2，待达到注入设定注水体积后停泵，进行CT扫描，获取第3段注水后，岩心样品19内原油的分布状态。交替注气时，关闭进液阀门7，打开进气阀门2，待达到注入设定注气体积后关闭打开进气阀门2，获取第3段注气后，岩石内原油的分布状态；重复上述多轮次水汽模拟过程，待渗流腔体24的渗流腔体排液口17无原油采出时，停止实验。
③实验数据记录：
1)利用压力数据采集系统记录多轮次水汽交替过程中，岩石不同位置压力变化。
2)结合不同轮次水汽交替时刻岩石内CT扫描结果，研究岩石内剩余油饱和度与孔隙内剩余油分布特征。
本发明可用于评价岩石内流体压力传导规律及其作用下的剩余油分布特征，为矿场采油工艺参数设计提供重要的实验依据。
Claims (10)
1.一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，包括注水系统、注气系统、岩石渗流系统、压力数据采集系统(30)与计量系统，岩石渗流系统包括岩心样品(19)和渗流腔体(24)，岩心样品(19)设置于渗流腔体(24)的内腔，岩心样品(19)的两端分别设有渗流腔体前方堵头(25)和渗流腔体后方堵头(18)，岩心样品(19)、渗流腔体前方堵头(25)和渗流腔体后方堵头(18)的外部包覆有岩石包覆套(23)，渗流腔体(24)的两端分别设有渗流腔体注入口(9)和渗流腔体排液口(17)，渗流腔体前方堵头(25)和渗流腔体后方堵头(18)分别与渗流腔体(24)的两端密封，渗流腔体前方堵头(25)上开设有第一通道，第一通道的一端与渗流腔体注入口(9)连通，第一通道的另一端延伸至岩心样品(19)的一端，渗流腔体后方堵头(18)上开设有第二通道，第二通道的一端与渗流腔体排液口(17)连通，第二通道的另一端延伸至岩心样品(19)的另一端；渗流腔体(24)上设有围压阀门(15)和围压排液阀(20)，围压阀门(15)上连接有注液泵(16)；注水系统和注气系统均与渗流腔体注入口(9)连接，渗流腔体排液口(17)与计量系统连接；压力数据采集系统包括沿岩心样品(19)长度方向分布的若干压力传感器，所述压力传感器用于检测岩心样品(19)不同位置的压力。
2.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，渗流腔体注入口(9)上连接有六通阀(5)，注水系统和注气系统均与六通阀(5)连接。
3.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，注水系统包括恒速泵(6)和液体中间容器(8)，恒速泵(6)的出口与液体中间容器(8)的入口连接，恒速泵(6)与液体中间容器(8)入口连接的管路上设有液体控制阀(7)，液体中间容器(8)的出口与渗流腔体注入口(9)连接。
4.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，注气系统包括气瓶(1)和气体中间容器(3)，气瓶(1)的出口与气体中间容器(3)的入口连接，气体中间容器(3)的出口与渗流腔体注入口(9)连接，气瓶(1)的出口与气体中间容器(3)入口连接的管路上设有气体控制阀(2)，气体中间容器(3)的出口设有压力表(4)。
5.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，渗流腔体(24)安装于固定底座(22)。
6.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，围压排液阀(20)设置于渗流腔体(24)的上部。
7.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，压力传感器安装于岩石包覆套(23)上并穿过渗流腔体(24)，压力传感器与渗流腔体(24)之间密封。
8.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，还包括电脑(29)和压力数据采集器(28)，压力传感器与压力数据采集器(28)连接，压力数据采集器(28)与电脑(29)连接。
9.根据权利要求1所述的一种CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置，其特征在于，计量系统包括回压阀(26)与量筒(27)，回压阀(26)的入口与渗流腔体排液口连接，量筒(27)设置于回压阀(26)的出口。
10.一种多段测压水气交替采油实验方法，其特征在于，通过权利要求1-9任意一项所述的CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行，包括如下步骤：
S1，测量岩心样品(19)的孔隙度与渗透率；
S2，对岩心样品(19)进行束缚水处理；
S3，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行组装；
S4，对所述CT扫描用多段测压水气交替采油实验装置进行CT扫描，获取初始时刻岩心样品19内原油的分布状态；
S5，通过注液泵(16)和围压阀门(15)向渗流腔体(24)中注水，打开围压排液阀(20)，待岩石包覆套(23)与渗流腔体(24)环空内气体完全排出后，将围压排液阀(20)密封，继续通过注液泵(16)向渗流腔体(24)内注水提压，待围压达到预设值后停止；
利用注水系统和注气系统对岩心样品(19)进行多轮次周期水汽交替采油物理模拟，利用压力传感器采集岩心样品(19)的压力数据，每次进行完预设量注气和注水后，对岩心样品(19)进行CT扫描，获取岩心样品(19)内原油的分布状态；根据获取的岩心样品(19)内原油的分布状态，得到注水与注气过程中，岩心样品(19)内的压力传导规律与原油赋存状态的演化特征。
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