CN111189994A - 用于co2超覆程度的定量表征的模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及二氧化碳驱油技术中的一种用于二氧化碳超覆程度的定量表征的模拟装置及方法，属于石油开采技术领域。所述装置包括岩心夹持器、气液分离装置、气体流量计、计量泵、真空泵、驱替泵、原油罐、地层水罐、CO2压缩罐、六通阀、回压阀及数据采集装置；利用以上所述装置模拟二氧化碳驱油试验，对岩心上下层分层进行数据采集，根据二氧化碳超覆程度指数判断二氧化碳超覆程度，该判断结果更为真实、有效。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳驱油技术中的一种用于二氧化碳超覆程度的定量表征的模拟装置及方法，属于石油开采技术领域。
背景技术
近些年来，低渗透油气藏开发是全球开发的大趋势，也是中国油气开发建设的主战场。新探明储量中低渗透储量相对比例越来越大，已成为油气勘探不争的事实。然而，在近几年低渗透油藏的注水开发中显示出，低渗透、特低渗透油藏普遍存在着含水上升快、产量递减快、水驱采收率低等问题，水驱开发达不到预期的效果低，甚至有些油藏粘土矿物含量高，注水后容易发生水敏效应膨胀粘土，堵塞孔道，导致储层吸水能力差注不进水，无法采用水驱方式进行开采。为此，人们开始探求新的一种提高采收率方法。
CO2驱油技术凭借CO2在超临界状态与地层原油发生扩散传质作用，发挥溶解降黏、膨胀原油、降低界面张力、抽提混相的作用，提高原油的洗油效率，同时气体作为新兴的注入介质，具有较大的分子间距，易于压缩和膨胀，在较高压力下能够进入之前水相无法进入的孔隙和喉道，实现较高的波及效率，进而提高采收率。但是CO2驱在油藏中容易由于油气之间的密度差产生的浮力作用造成气体沿着油层顶部流动，降低原油的垂向波及效率，发生超覆现象，使得上下部受到气驱波及的程度不均匀，导致下部剩余油的富集，气体突破时间的提前和较差的开发效果。
目前，国内针对二氧化碳超覆现象开展的研究较少，国外研究人员更多从浮力、粘滞阻力和毛管力的角度出发进行数学模型的建立和借助数值模拟方法研究超覆的规律，基本都是依据整体采收效果定性分析超覆的程度，而从上下层分层进行数据的采集进行相关室内实验比较缺乏。数值模拟结果虽有参考性，但室内实验更接近真实开发效果，因此开展室内实验有其研究必要性，同时进一步探讨关于二氧化碳超覆程度定量表征的方法。
中国专利申请CN110514754A公开了一种凝析气藏循环注气开发注入气超覆测定装置及方法。该装置包括填砂模型和温控系统，温控系统套设在填砂模型的外部，填砂模型包括填砂腔体、四个气体入口、四个气体出口、支架、方向控制部件、转轴、上盖、下盖、固定螺栓、两个顶部加压注气口、加压传动杆、传压活塞和多个气体采样口。填砂腔体中可填入不同粒度及组成的石英砂，并由方向控制部件对整个装置的角度进行控制。设置气体采样口数量不少于16个，采样口采集的是气体，气体是注入气和原始凝析气的混合气体，再通过色谱仪测定注入气和凝析气气体的组分，对测定气体组分的含量进行插值处理，得到注入气体在不同部位的组分分布和/或凝析气体在不同部位的组分分布；处理成云图，通过不同时间的气体组成，分析运移规律。该装置及方法主要用于凝析气藏。
发明内容
针对二氧化碳驱油技术面临的气体超覆问题，本发明提供了一种用于二氧化碳超覆程度的定量表征的模拟装置及方法。利用所述模拟装置通过在室内实验开展二氧化碳超覆规律实验，进行超覆程度表征方法研究，以便后续对现场开展二氧化碳超覆作用的抑制措施起指导意见。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种用于CO2超覆程度的定量表征的模拟装置，所述装置包括岩心夹持器、气液分离装置、气体流量计、计量泵、真空泵、驱替泵、原油罐、地层水罐、CO2压缩罐、六通阀、回压阀及数据采集装置；
岩心夹持器包括三个入口三个出口，原油罐、地层水罐、CO2压缩罐通过六通阀依次与岩心夹持器上、中、下三个入口连接；岩心夹持器上下出口分别依次与回压阀、气液分离装置、气体流量计连接；岩心夹持器中间出口与真空泵连接；岩心夹持器出口处及与岩心夹持器入口连接的六通阀与数据采集装置连接；驱替泵通过六通阀分别与原油罐、地层水罐、CO2压缩罐连接。
利用以上所述装置模拟二氧化碳驱油实验的方法，所述方法包括以下步骤：
S1.岩心预处理；
S2.岩心装入岩心夹持器中，抽真空，确定束缚水饱和度和含油饱和度；
S3.岩心夹持器入口注入二氧化碳，采集实验结果数据。
根据以上所述方法，优选地，步骤S1岩心预处理具体步骤为：
1)选取人造岩心，打磨岩心至表面平滑，计算视体积；
2)去除打磨后的岩心表面的细小灰尘，并用流动水冲刷岩心；
3)将上述清理后的岩心放入恒温箱干燥，烘干直至岩心干燥；
4)在岩心表面均匀涂覆环氧树脂，然后放在烘箱内干燥涂层；
5)在岩心入、出口端涂抹氢氟酸，放置5-10min。
进一步优选地，步骤3)恒温箱温度设置为50-80℃；步骤4)烘箱温度设置为60℃。
根据以上所述方法，优选地，步骤S2包括以下步骤为：
1)清洁岩心夹持器内部，保持内部干净光滑以及橡胶套安装的正确性，将岩心装入夹持器的空腔，保证放置在正中央的位置；
2)用计量泵给岩心提供围压；
3)将真空泵连接岩心夹持器中间出口，关闭其它出入口，对岩心抽真空3-6h；
4)将计量泵连接岩心夹持器中间入口，关闭其它出入口，向岩心中注入模拟地层水至饱和状态，计算孔隙度；
5)用驱替泵在不同流速下，对岩心渗透率进行测定，求平均值；
其中：Q表示总流量cm3；μ表示流体粘度mPa·s；L表示岩心长度cm；A表示岩心截面积cm2；
ΔP表示岩心两端压差MPa；K表示渗透率μm2；
6)开启岩心夹持器三个入口和三个出口，关闭地层水罐和CO2压缩罐，打开原油罐，连接ISCO驱替泵和岩心夹持器三个入口恒速向岩心水平饱和原油；在岩心夹持器三个出口端连接管线用量筒计量出水体积直至出口端不再出水且出油速度与驱替泵饱和油速度一致时停止饱和油，量筒内出水体积即为饱和油体积，结合孔隙体积确定含油饱和度，从而确定束缚水饱和度；
进一步优选地，步骤S2还包括步骤7)，将步骤6)处理后的岩心夹持器50-60℃条件放置 24-48h，老化原油。
根据以上所述方法，优选地，步骤S3具体步骤为：
1)设定回压，保证实验压力为10-20MPa；
2)打开驱替泵向向岩心中注入二氧化碳，开始气驱过程，监测入出口的压力变化；
3)利用气液分离装置和气体流量计分别计量岩心加持器上下出口累积产油量和出气量；进行数据采集，当上下出口生产气油比均大于3000且稳定时，停止实验。
本发明还提供一种CO2超覆程度定量表征的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)利用以上所述装置，按上所方法二氧化碳驱油实验，采集并记录岩心夹持器上下出口的产油量、产气量和出入口的压力值；
(2)计算岩心夹持器上出口采收率，并绘制岩心夹持器上出口采收率占总采收率比例曲线；
(3)利用如下公式计算二氧化碳超覆程度指数：
式中，Ds表示二氧化碳超覆程度指数；Q′/ΔP表示岩心夹持器上出口单位压差产气比例；V表示注气速度；K表示岩心渗透率。
优选地，所述方法还包括步骤(4)，绘制二氧化碳超覆程度指数曲线，根据超覆程度指数判断超覆程度。
所述二氧化碳超覆程度指数曲线，纵坐标为二氧化碳超覆程度指数，横坐标为二氧化碳注入孔隙体积倍数。
本发明取得的有益效果：
(1)本发明提供一种用于二氧化碳超覆程度的定量表征的模拟装置，该装置结构简单，易于操作，能够实现二氧化碳超覆程度的定量表征。
(2)本发明二氧化碳超覆程度的定量表征方法，对岩心上下层分层进行数据采集，根据二氧化碳超覆程度指数判断二氧化碳超覆程度，该判断结果更为真实、有效。
附图说明
图1为本发明实施例1所述用于二氧化碳超覆程度的定量表征的模拟装置示意图；
图2为本发明所述岩心夹持器示意图；
图3为本发明所述岩心模型；
图4为上部采收率所占总采收率比例曲线图；
图5为二氧化碳超覆程度指数曲线图。
图中，1.岩心夹持器、2.真空泵、3.六通阀、4.计量泵、5.原油罐、6.地层水罐、7.CO2压缩罐、 8.回压阀、9.气液分离装置、10.气体流量计、11.驱替泵、12.数据采集装置；13.堵头、14. 围压胶套、15.入口端、16.出口端。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1一种用于二氧化碳超覆程度的定量表征的模拟装置
如图1所示，所述装置包括岩心夹持器1、气液分离装置9、气体流量计10、计量泵4、真空泵2、驱替泵11、原油罐5、地层水罐6、CO2压缩罐7、六通阀3、回压阀8及数据采集装置12；
岩心夹持器1包括三个入口15，三个出口16，堵头13、围压胶套14，原油罐5、地层水罐6、CO2压缩罐7通过六通阀依3次与岩心夹持器上、中、下三个入口连接；岩心夹持器上下出口分别依次与回压阀8、气液分离装置9、气体流量计10连接；岩心夹持器中间出口与真空泵2连接；岩心夹持器出口处16及与岩心夹持器入口15连接的六通阀3与数据采集装置12连接；驱替泵11通过六通阀3分别与原油罐5、地层水罐6、CO2压缩罐7连接。
利用以上所述装置模拟二氧化碳驱油实验的方法，包括以下步骤：
1、岩心预处理：
1)选取人造岩心，用砂纸或打磨机打磨岩心至表面平滑，计算视体积；
2)用细毛刷将打磨后的岩心表面的细小灰尘刷出，用流动水冲刷打磨后的岩心；
3)将上述清理后的岩心放入恒温箱干燥，温度设置为60℃，烘干直至岩心干燥；
4)在岩心表面均匀涂覆环氧树脂，然后放在烘箱内干燥涂层；
5)为避免端面效应，在岩心入、出口端用氢氟酸轻轻擦拭，放置一段时间；
2、岩心装入岩心夹持器1中，抽真空，确定束缚水饱和度和含油饱和度：
1)清洁岩心夹持器内部，保持内部干净光滑以及橡胶套安装的正确性，将岩心装入夹持器的空腔，保证放置在正中央的位置；
2)用计量泵4给岩心提供围压；
3)将真空泵2连接岩心夹持器1中间出口，其他口关闭，对岩心抽真空4h；
4)将计量泵4连接岩心夹持器1中间入口，其他口关闭，向岩心中注入模拟地层水至饱和状态，该岩心的孔隙体积等于注入水的体积，计算孔隙度；
5)用驱替泵11在不同流速下，对岩心渗透率进行测定，求平均值；
6)60℃温度下“三注三采”饱和模拟油，即开启岩心夹持器1三个入口和三个出口，关闭地层水罐6和CO2压缩罐7，打开原油罐5，连接驱替泵11和岩心夹持器1三个入口15恒速向岩心水平饱和原油；在岩心夹持器1三个出口端16连接管线用量筒计量出水体积直至出口端不再出水且出油速度与驱替泵饱和油速度一致时停止饱和油，量筒内出水体积即为饱和油体积，结合孔隙体积确定含有饱和度，从而确定束缚水饱和度；
7)将步骤6)处理后的岩心夹持器50-60℃条件放置24-48h，老化原油。
3、入口端开始注入二氧化碳，采集实验结果数据。
1)设定回压，保证实验压力10MPa；
2)按照设定的二氧化碳注入速度，使用驱替泵11向岩心中注入二氧化碳，开始气驱过程，监测入出口的压力变化；
3))利用气液分离装置和气体流量计分别计量岩心加持器上下出口累积产油量和出气量；进行数据采集，当生产气油比大于3000且稳定时，停止实验。
实施例2一种CO2超覆程度定量表征的方法
所述方法包括以下步骤：
(1)利用实施例1所述装置及方法进行模拟二氧化碳驱油实验，采集并记录岩心夹持器上下出口的产油量、产气量和出入口的压力值；
(2)计算岩心夹持器上出口采收率，并绘制岩心夹持器上出口采收率占总采收率比例曲线；其中纵坐标为上部采收率所占总采收率比例值，横坐标为二氧化碳注入孔隙体积倍数；
(3)利用如下公式计算二氧化碳超覆程度指数：
式中，Ds表示二氧化碳超覆程度指数；Q′/ΔP表示上部单位压差产气比例；K表示注气速度；K表示岩心渗透率。
(4)绘制二氧化碳超覆程度指数曲线，根据超覆程度指数判断超覆程度，所述二氧化碳超覆程度指数曲线，纵坐标为二氧化碳超覆程度指数，横坐标为二氧化碳注入孔隙体积倍数。
应用例
利用实施例2所述方法进行CO2超覆程度定量表征：
试验材料：
实验用油：某油田一区块脱气脱水原油，60℃地层温度下模拟油粘度为1.24mPa·s；
实验用水：目标区块模拟地层水，总矿化度为147879.9mg/L，水型为CaCl2；
实验气体：高纯度CO2，纯度为99.99％；
实验岩心：人工压制的均质岩心，尺寸为60×8×2cm；
实验条件：实验温度60℃，实验压力10MPa。
试验步骤：
步骤一：
1.岩心预处理：
1)选取人造岩心，用砂纸或打磨机打磨岩心至表面平滑，计算视体积；
2)用细毛刷将打磨后的岩心表面的细小灰尘刷出，用流动水冲刷打磨后的岩心；
3)将上述清理后的岩心放入恒温箱干燥，温度设置为60℃，烘干直至岩心干燥；
4)在岩心表面均匀涂覆环氧树脂，然后放在烘箱内干燥涂层；
5)为避免端面效应，在岩心入、出口端用氢氟酸轻轻擦拭，放置一段时间；
2、岩心装入岩心夹持器中，抽真空，确定束缚水饱和度和含油饱和度：
1)清洁岩心夹持器内部，保持内部干净光滑以及橡胶套安装的正确性，将岩心装入夹持器的空腔，保证放置在正中央的位置；
2)用手动计量泵给岩心提供围压；
3)将真空泵连接出口端中间出口，其他口关闭，对岩心抽真空4h；
4)将手动计量泵连接入口端中间入口，其他口关闭，向岩心中注入模拟地层水至饱和状态，该岩心的孔隙体积等于注入水的体积，计算孔隙度为12.5％。
5)用驱替泵在不同流速下，对岩心渗透率进行测定，平均值为6.25×10-3μm2；
6)60℃温度下“三注三采”饱和模拟油，即开启三个入口和三个出口，模拟油水平饱和岩心。计量出水体积，确定含油饱和度和束缚水饱和度分别为63.5％和36.5％；
7)在烘箱60℃条件下，等待24h，老化原油。
3、入口端开始注入二氧化碳，采集实验结果数据：
1)设定回压，保证实验压力10MPa；
2)按照设定的二氧化碳注入速度0.5mL/min，使用ISCO高压高精度驱替泵向岩心中注入二氧化碳，开始气驱过程，监测入出口的压力变化；
3))利用气液分离装置和气体流量计分别计量岩心加持器上下出口累积产油量和出气量；进行数据采集，当生产气油比大于3000且稳定时，停止实验。
步骤二：绘制上部采收率所占总采收率比例曲线，根据所占比例判断二氧化碳的超覆程度，其中纵坐标为上部采收率所占总采收率比例值，横坐标为二氧化碳注入孔隙体积倍数(所得曲线如图4所示)；
步骤三：利用如下公式计算二氧化碳超覆程度指数：
式中，Ds表示二氧化碳超覆程度指数；Q′/ΔP表示岩心夹持器上出口单位压差产气比例； V表示注气速度；K表示岩心渗透率。
步骤四：绘制二氧化碳超覆程度指数曲线，根据超覆程度指数判断超覆程度。其中纵坐标为二氧化碳超覆程度指数，横坐标为二氧化碳注入孔隙体积倍数，所得曲线如图5所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于CO2超覆程度的定量表征的装置，其特征在于，所述装置包括岩心夹持器、气液分离装置、气体流量计、计量泵、真空泵、驱替泵、原油罐、地层水罐、CO2压缩罐、六通阀、回压阀及数据采集装置；
岩心夹持器包括三个入口三个出口，原油罐、地层水罐、CO2压缩罐通过六通阀依次与岩心夹持器上、中、下三个入口连接；岩心夹持器上下出口分别依次与回压阀、气液分离装置、气体流量计连接；岩心夹持器中间出口与真空泵连接；岩心夹持器出口处及与岩心夹持器入口连接的六通阀与数据采集装置连接；驱替泵通过六通阀分别与原油罐、地层水罐、CO2压缩罐连接。
2.利用权利要求1所述装置模拟二氧化碳驱油实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.岩心预处理；
S2.岩心装入岩心夹持器中，抽真空，确定束缚水饱和度和含油饱和度；
S3.岩心夹持器入口注入二氧化碳，采集实验结果数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1岩心预处理具体步骤为：
1)选取人造岩心，打磨岩心至表面平滑，计算视体积；
2)去除打磨后的岩心表面的细小灰尘，并用流动水冲刷岩心；
3)将上述清理后的岩心放入恒温箱干燥，烘干直至岩心干燥；
4)在岩心表面均匀涂覆环氧树脂，然后放在烘箱内干燥涂层；
5)在岩心入、出口端涂抹氢氟酸，放置5-10min。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3)恒温箱温度设置为50-80℃；步骤4)烘箱温度设置为60℃。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤为：
1)清洁岩心夹持器内部，保持内部干净光滑以及橡胶套安装的正确性，将岩心装入夹持器的空腔，保证放置在正中央的位置；
2)用计量泵给岩心提供围压；
3)将真空泵连接岩心夹持器中间出口，关闭其它出入口，对岩心抽真空3-6h；
4)将计量泵连接岩心夹持器中间入口，关闭其它出入口，向岩心中注入模拟地层水至饱和状态，计算孔隙度；
5)用驱替泵在不同流速下，对岩心渗透率进行测定，求平均值；
其中：Q表示总流量cm3；μ表示流体粘度mPa·s；L表示岩心长度cm；A表示岩心截面积cm2；ΔP表示岩心两端压差MPa；K表示渗透率μm2；
6)开启岩心夹持器三个入口和三个出口，关闭地层水罐和CO2压缩罐，打开原油罐，连接ISCO驱替泵和岩心夹持器三个入口恒速向岩心水平饱和原油；在岩心夹持器三个出口端连接管线用量筒计量出水体积直至出口端不再出水且出油速度与驱替泵饱和油速度一致时停止饱和油，量筒内出水体积即为饱和油体积，结合孔隙体积确定含有饱和度，从而确定束缚水饱和度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2还包括步骤7)，将步骤6)处理后的岩心夹持器50-60℃条件放置24-48h，老化原油。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3具体步骤为：
1)设定回压，保证实验压力为10-20MPa；
2)打开驱替泵向岩心中注入二氧化碳，开始气驱过程，监测入出口的压力变化；
3)利用气液分离装置和气体流量计分别计量岩心加持器上下出口累积产油量和出气量；进行数据采集，当上下出口生产气油比均大于3000且稳定时，停止实验。
8.一种CO2超覆程度定量表征的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用权利要求1所述装置，按权利要求2-5所述方法二氧化碳驱油实验，采集并记录岩心夹持器上下出口的产油量、产气量和出入口的压力值；
(2)计算岩心夹持器上出口采收率，并绘制岩心夹持器上出口采收率占总采收率比例曲线；
(3)利用如下公式计算二氧化碳超覆程度指数：
式中，Ds表示二氧化碳超覆程度指数；Q′/ΔP表示岩心夹持器上出口单位压差产气比例；V表示注气速度；K表示岩心渗透率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(4)，绘制二氧化碳超覆程度指数曲线，根据超覆程度指数判断超覆程度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳超覆程度指数曲线，纵坐标为二氧化碳超覆程度指数，横坐标为二氧化碳注入孔隙体积倍数。
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