CN111006988B - 一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，包括多级岩心夹持器、原油注入装置、回收装置、中间容器、高压气瓶、注入泵、围压泵、回压泵、收集装置、控制系统；在多级岩心夹持器顶部和底部之间设有连接孔，顶部和底部的连接孔之间设有注油管，原油注入装置和回收装置连接到注油管顶部和底部；在多级岩心夹持器侧面设有多排小孔，作为气体入口和气体出口；气体入口通过管线连接到中间容器，中间容器分别连接到高压气瓶和注入泵，气体出口连接到收集装置；多级岩心夹持器还连接有围压泵；多级岩心夹持器和中间容器的内壁都设有加热层。本发明通过对现有实验装置的进一步改进，能够有效提高对复杂井况的真实性模拟。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别是一种实验装置，具体是一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置。
背景技术
随着非常规油气田在我国的开发日益发展，致密油气资源已成为国内石油开发的重点研究对象。由于致密油藏具有低孔、低渗的特征，常规注水无法有效补充地层能力，并且国内很多致密油的产区恰好也是水资源匮乏地区，难以提供大量用水。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。由于二氧化碳是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀，黏度下降，还可以降低油水间的界面张力。与其他驱油技术相比，二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。对于天然裂缝或人工缝发育的致密油藏，通过二氧化碳气驱的方式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，经过多年发展，二氧化碳驱油作为一项日趋成熟的采油技术已受到世界各国的广泛关注。
由于石油行业进行现场实验成本较高，大部分实验都需要通过计算机模拟和实验装置进行预研，而目前对于二氧化碳在致密油储层中的渗析排油实验，尚无专用的装置，申请号为201910069483.3的中国专利提供了一种实验装置，可以用作二氧化碳渗析排油实验，但其结构适用于单层油井，而实际情况大部分射孔都是分层射孔，提供多层压裂裂缝，其原油渗析模式更为复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置。通过对现有实验装置的进一步改进，能够有效提高对复杂井况的真实性模拟，以期为致密油藏提高采收率技术提供一定的借鉴与参考。
本发明的技术方案如下：
一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，包括多级岩心夹持器、原油注入装置、回收装置、中间容器、高压气瓶、注入泵、围压泵、回压泵、收集装置、控制系统，在多级岩心夹持器中安装有岩样和支撑剂层；在多级岩心夹持器顶部和底部之间设有连接孔，顶部和底部的连接孔之间设有注油管，原油注入装置连接到注油管顶部，回收装置连接到注油管底部，注油管中部设有出油孔；在多级岩心夹持器侧面设有多排小孔，作为气体入口和气体出口，并且相配对的气体入口和气体出口设置于同一水平面；气体入口通过管线连接到中间容器，中间容器分别连接到高压气瓶和注入泵，气体出口连接到收集装置；多级岩心夹持器还连接有围压泵；多级岩心夹持器和中间容器的内壁都设有加热层，多级岩心夹持器的加热层和中间容器的加热层都连接加热电线，两根加热电线汇聚到同一根加热电线，并连接到控制系统；
高压气瓶和中间容器之间的管线上设有阀门，中间容器与多级岩心夹持器之间的管线上设有阀门，中间容器到气体入口之间的管线上设有阀门，原油注入装置和回收装置与多级岩心夹持器之间的管线上均设有阀门，气体出口到回收装置之间的管线上设有阀门，围压泵与多级岩心夹持器之间的管线上设有阀门；
所述多级岩心夹持器包括外筒体、上堵头、下堵头，气体入口和气体出口均设置于外筒体，上堵头和下堵头分别设置于外筒体上部和下部，且上堵头和下堵头为中部设有凸台的圆盘结构，其中部的凸台与外筒体的内径相同，外筒体上部和下部设有向外延伸的凸缘，在上堵头及下堵头的圆盘边缘，设有和凸缘对应的孔，在孔内设有固定螺栓将上堵头和下堵头与外筒体固定连接，且在外筒体的凸缘上设有密封槽，密封槽内放置有密封环；
在上堵头和下堵头的中部都设有连接孔，连接孔内放置注油管，在连接孔内还设有密封槽，并设有密封环，使连接孔和注油管实现密封；
所述注油管分为内层管和外层管，内层管为筒体结构，外层管为筒体结构，在外层管筒体顶部设有一段向内延伸的限位环；原油注入装置和回收装置均与内层管内壁连接并密封；在内层管顶部和底部的外侧设有密封槽，其内设有滑动密封圈，实现内层管和外层管之间的密封；
在内层管上设有多个内层出油孔，与其对应的外层管的位置上设有多个外层出油孔；
在内层管底部设有多个内层排油孔，在外层管底部设有多个外层排油孔，外层排油孔和内层排油孔在内层出油孔和外层出油孔对齐的时候，处于错开状态，且此时外层排油孔高于内层排油孔，外层排油孔和内层排油孔之间为注油管底部的滑动密封圈；当外层管下移到限位环抵紧内层管顶部时，外层排油孔和内层排油孔联通。
进一步的，所述收集装置包括气体收集装置、原油收集装置，所述原油收集装置设置于气体收集装置下方，气体收集装置和原油收集装置通过各自的管线汇聚成一根管线并连接到回压泵。
进一步的，所述气体收集装置包括圆筒部和伸缩部，气体收集装置的圆筒部为固定结构，并与回压泵连接，气体收集装置上部所设置的伸缩部为顶部密封的波纹管，且在波纹管外侧设有玻璃罩，在玻璃罩上设有刻度，玻璃罩与波纹管外圈贴合，确保波纹管垂直上下移动。
进一步的，所述气体收集装置的入口段设有单向阀。
进一步的，所述多级岩心夹持器可串联使用，多个外筒体通过固定螺栓连接，在最上的外筒体顶部设置上堵头，在最下的外筒体底部设置下堵头。
本发明的有益之处在于：
1、通过设置多级岩心夹持器，满足在一个岩心夹持器中设置多层支撑剂和岩样，更真实的模拟射孔压裂后的储层环境；
2、将多级岩心夹持器顶部和底部的上堵头和下堵头设置为可拆卸结构，可以连接多个多级岩心夹持器，使其可以模拟更多层的地层效果；
3、设置特定结构的注油管，让原油能够从岩心中部得以释放，能够更好地实现对岩心的饱和，并且注油管的内部结构让注油和排油都可以用同一根注油管得以实现，避免在多级岩心夹持器开设过多的孔，减少对结构强度的影响，降低密封难度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为多级岩心夹持器部分的内部结构示意图；
图3为注油管的结构示意图；
图4为图3中A区域放大图；
图5为图3中B区域放大图；
图6为图3中C区域放大图。
图中：
1多级岩心夹持器、2原油注入装置、3注油管、4回收装置、5加热电线、6中间容器、7高压气瓶、8注入泵、9围压泵、10回压泵、11气体收集装置、12原油收集装置、13支撑剂层、14岩样；
101外筒体、102上堵头、103密封环、104固定螺栓、105下堵头、106气体入口、107气体出口、108加热层、109围压入口；
301内层管、302外层管、303滑动密封圈
3011内层出油孔、3012内层排油孔、
3021外层出油孔、3022限位环、3023外层排油孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图1-2所示，一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，包括多级岩心夹持器1、原油注入装置2、回收装置4、中间容器6、高压气瓶7、注入泵8、围压泵9、回压泵10、收集装置、控制系统，在多级岩心夹持器1中安装有岩样14和支撑剂层13；在多级岩心夹持器1顶部和底部之间设有连接孔，顶部和底部的连接孔之间设有注油管3，原油注入装置2连接到注油管3顶部，并在连接管线上设有阀门，回收装置4连接到注油管3底部，并在连接管线上设有阀门，注油管3中部设有出油孔；在多级岩心夹持器1侧面设有3排小孔，作为气体入口106和气体出口107，并且相配对的气体入口106和气体出口107设置于同一水平面，具体来说，每一排设置的小孔为至少两个，分别作为气体入口106和气体出口107，如果设置超过2个，则根据需要分配多个气体入口106和气体出口107，但需要保证每一排的气体入口106和气体出口107都在同一纵线；气体入口106通过管线连接到中间容器6，并在管线上设有阀门，中间容器6分别连接到高压气瓶7和注入泵8，在连接到高压气瓶7的管线上设有阀门，气体出口107连接到收集装置，并在连接管线上设有阀门；多级岩心夹持器1还连接有围压泵9，并在连接管线上设有阀门；多级岩心夹持器1和中间容器6的内壁都设有加热层108，具体来说，中间容器6的内壁全部设有加热层108，而多级岩心夹持器1只是在筒体内侧设有加热层108，顶部和底部不设；多级岩心夹持器1和中间容器6的加热层108连接加热电线5，并汇聚到同一根加热电线5，并连接到控制系统，控制系统包括电源和工控机，用于控制实验中的阀门开闭和加热温度。
根据实施例优选的，所述收集装置包括气体收集装置11、原油收集装置12，所述原油收集装置12设置于气体收集装置11下方，气体收集装置11和原油收集装置12通过各自的管线汇聚成一根管线并连接到回压泵10。所述气体收集装置11包括圆筒部和伸缩部，其圆筒部为固定结构，并与回压泵10连接，其上部所设置的伸缩部为顶部密封的波纹管，且在波纹管外侧设有玻璃罩，在玻璃罩上设有刻度，玻璃罩与波纹管外圈贴合，确保波纹管垂直上下移动，波纹管的初始位置恒定，在筒体内装有液体，在未进入空气之前，气体收集装置11内没有任何气体，观察波纹管的升起高度，即可判断其回收的气体体积。所述气体收集装置11的入口段设有单向阀，避免气体反向溢出。
根据实施例优选的，如图2所示，所述多级岩心夹持器1包括外筒体101、上堵头102、下堵头105，气体入口106和气体出口107均设置于外筒体101，上堵头102和下堵头105分别设置于外筒体101上部和下部，且上堵头102和下堵头105为中部设有凸台的圆盘结构，其中部的凸台与外筒体101的内径相同，外筒体101上部和下部设有向外延伸的凸缘，在上堵头102及下堵头105的圆盘边缘，设有和凸缘对应的孔，在孔内设有固定螺栓104将上堵头102和下堵头105与外筒体101固定连接，且在外筒体101的凸缘上设有密封槽，密封槽内放置有密封环103。在上堵头102和下堵头105的中部都设有连接孔，连接孔内放置注油管3，在连接孔内还设有密封槽，并设有密封环103，使连接孔和注油管3实现密封。
如图3-6所示，所述注油管3分为内层管301和外层管302，内层管301为筒体结构，外层管302为筒体结构，在外层管302筒体顶部设有一段向内延伸的限位环3022；原油注入装置2和回收装置4均与内层管301内壁连接并密封；在内层管301顶部和底部的外侧设有密封槽，其内设有滑动密封圈303，实现内层管301和外层管302之间的密封；在内层管301上设有多个内层出油孔3011，与其对应的外层管302的位置上设有多个外层出油孔3021；在内层管301底部设有多个内层排油孔3012，在外层管302底部设有多个外层排油孔3023，外层排油孔3023和内层排油孔3012在内层出油孔3011和外层出油孔3021对齐的时候，处于错开状态，且此时外层排油孔3023高于内层排油孔3012，外层排油孔3023和内层排油孔3012之间为注油管3底部的滑动密封圈303；当外层管302下移到限位环3022抵紧内层管301顶部时，外层排油孔3023和内层排油孔3012联通。
在本实施例中，安装方法是：所用的支撑剂为压裂实际使用的支撑剂，而岩样14为中间设有孔的岩样14，在固定好多级岩心夹持器1底部的下堵头105后，插入注油管3，放入一层支撑剂，再放入一个带孔的岩样14，然后铺设第二层支撑剂，再放入一个带孔的岩样14，再铺设第三层支撑剂，并盖好顶部的上堵头102。
具体使用方法是：
S1、对实验装置中的管路进行清洗并干燥，将安装好的多级岩心夹持器1与其他装置连接，在控制系统设定好工作程序和过程环境，连接好实验装置并检查装置的气密性；
S2、通过注油管3向岩心内注入原油，此时注油管3的内层出油孔3011和外层出油孔3021联通，当原油饱和后，向下移动外层管302，让内层出油孔3011和外层出油孔3021隔绝，并且此时要确保内层排油孔3012和外层排油孔3023之间未联通，通过围压泵9和加热层108控制环境，模拟地层实际情况；
S3、打开高压气瓶7后的阀门及所选定的气体入口106所在的管线的阀门，驱动注入泵8，将二氧化碳送入，然后关闭入口阀，进行焖井；
S4、焖井时间结束后，关闭高压气瓶7的阀门，打开回压泵10，通过注入泵8驱油到回压泵10并进入气体收集装置11和原油收集装置12中，直到无缘由产出，记录得到的原有提及和气体体积；
S5、如有必要，重复S2-S4的步骤，测定平均参数；
S6、清洗装置，以备下次使用。
实施例2：
所述多级岩心夹持器1可串联使用，多个外筒体101通过固定螺栓104连接，在最上的外筒体101顶部设置上堵头102，在最下的外筒体101底部设置下堵头105，同理，其气体入口106和气体出口107也分别连接到中间容器6和回压泵10，如果需要，可以设置多个中间容器6和回压泵10，其他装置也可以对应设置多个。并且由于本发明是为了模拟更多真实地层环境，在某些情况下，可以关闭其中的部分气体入口106和气体出口107，使其能真实的模拟出不同间距的压裂情况。
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改进。
Claims (5)
1.一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，其特征在于，包括多级岩心夹持器、原油注入装置、回收装置、中间容器、高压气瓶、注入泵、围压泵、回压泵、收集装置、控制系统，在多级岩心夹持器中安装有岩样和支撑剂层；在多级岩心夹持器顶部和底部之间设有连接孔，顶部和底部的连接孔之间设有注油管，原油注入装置连接到注油管顶部，回收装置连接到注油管底部，注油管中部设有出油孔；在多级岩心夹持器侧面设有多排小孔，作为气体入口和气体出口，并且相配对的气体入口和气体出口设置于同一水平面；气体入口通过管线连接到中间容器，中间容器分别连接到高压气瓶和注入泵，气体出口连接到收集装置；多级岩心夹持器还连接有围压泵；多级岩心夹持器和中间容器的内壁都设有加热层，多级岩心夹持器的加热层和中间容器的加热层都连接加热电线，两根加热电线汇聚到同一根加热电线，并连接到控制系统；
高压气瓶和中间容器之间的管线上设有阀门，中间容器与多级岩心夹持器之间的管线上设有阀门，中间容器到气体入口之间的管线上设有阀门，原油注入装置和回收装置与多级岩心夹持器之间的管线上均设有阀门，气体出口到回收装置之间的管线上设有阀门，围压泵与多级岩心夹持器之间的管线上设有阀门；
所述多级岩心夹持器包括外筒体、上堵头、下堵头，气体入口和气体出口均设置于外筒体，上堵头和下堵头分别设置于外筒体上部和下部，且上堵头和下堵头为中部设有凸台的圆盘结构，其中部的凸台与外筒体的内径相同，外筒体上部和下部设有向外延伸的凸缘，在上堵头及下堵头的圆盘边缘，设有和凸缘对应的孔，在孔内设有固定螺栓将上堵头和下堵头与外筒体固定连接，且在外筒体的凸缘上设有密封槽，密封槽内放置有密封环；
在上堵头和下堵头的中部都设有连接孔，连接孔内放置注油管，在连接孔内还设有密封槽，并设有密封环，使连接孔和注油管实现密封；
所述注油管分为内层管和外层管，内层管为筒体结构，外层管为筒体结构，在外层管筒体顶部设有一段向内延伸的限位环；原油注入装置和回收装置均与内层管内壁连接并密封；在内层管顶部和底部的外侧设有密封槽，其内设有滑动密封圈，实现内层管和外层管之间的密封；
在内层管上设有多个内层出油孔，与其对应的外层管的位置上设有多个外层出油孔；
在内层管底部设有多个内层排油孔，在外层管底部设有多个外层排油孔，外层排油孔和内层排油孔在内层出油孔和外层出油孔对齐的时候，处于错开状态，且此时外层排油孔高于内层排油孔，外层排油孔和内层排油孔之间为注油管底部的滑动密封圈；当外层管下移到限位环抵紧内层管顶部时，外层排油孔和内层排油孔联通。
2.根据权利要求1所述的一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，其特征在于，所述收集装置包括气体收集装置、原油收集装置，所述原油收集装置设置于气体收集装置下方，气体收集装置和原油收集装置通过各自的管线汇聚成一根管线并连接到回压泵。
3.根据权利要求2所述的一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，其特征在于，所述气体收集装置包括圆筒部和伸缩部，气体收集装置的圆筒部为固定结构，并与回压泵连接，气体收集装置上部所设置的伸缩部为顶部密封的波纹管，且在波纹管外侧设有玻璃罩，在玻璃罩上设有刻度，玻璃罩与波纹管外圈贴合，确保波纹管垂直上下移动。
4.根据权利要求3所述的一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，其特征在于，所述气体收集装置的入口段设有单向阀。
5.根据权利要求1所述的一种致密油储层中二氧化碳渗吸扩散排油实验装置，其特征在于，所述多级岩心夹持器可串联使用，多个外筒体通过固定螺栓连接，在最上的外筒体顶部设置上堵头，在最下的外筒体底部设置下堵头。
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