CN111693428A - 地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置及方法，所述可视化实验装置包括：具有可视视窗的高温高压反应釜及位于可视视窗一侧的图像采集设备，所述高温高压反应釜的两端通过管线分别与高压气源和回压阀相连，所述高温高压反应釜内设置有样品台，所述样品台通过岩心支架连杆与岩心支架调节装置连接，所述样品台上设置有放置岩心样品的岩心堵头，岩心堵头的另一端面与精密微量注入装置相对设置。利用该本发明的装置及方法可以方便地进行气藏岩心样品在不同温度压力条件下的吸水实验，既可以测定吸水速度、吸水量、还可以测定表面润湿角的变化，对于油田勘探开发具有重要的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及油气田勘探开发领域，尤其涉及一种地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置和方法。
背景技术
渗吸作用是一种油藏成藏或开发过程中由于岩石的润湿性及流体之间的界面作用而引起的一种润湿相主动吸入并排驱非润湿相的过程，比如页岩储层水力压裂过程中压裂液通过侵入页岩孔隙中，亲水油藏注水过程中的吸水排油等现象都属于渗吸作用，渗吸作用会对油气井产能和生产规律造成很大影响，尤其对目前的致密气藏、页岩气开发造成的影响更明显，对勘探开发更具有重要意义。
渗吸作用与岩石矿物成分、岩石孔隙结构、孔隙内部流体性质、外来流体性质、温度和压力等环境条件都有关系。对于气藏而言，在开发初期，孔隙中赋存有气体和地层水，地层水多以束缚水形式存在，碎屑岩气藏岩石的润湿性多以亲水性为主，碳酸盐岩气藏或灰岩气藏的水润湿性往往比碎屑岩的较弱，页岩气藏因为有机孔隙和无机孔隙的存在表现出更为复杂的特征，有机孔隙一般认为是憎水性的，水相很难进入微纳米级别的有机孔隙，无机孔隙则表现为强亲水特性。当外来流体(压裂液、边底水等)进入地层时，这些水相流体会很快侵入到尺寸较大的裂缝网络中，能否进入岩石基质孔隙则取决于岩石对一种流体渗吸作用的强弱。
岩石的渗吸作用(吸水作用)会很大程度上影响压裂液的反排率和反排速度，也会对一些致密气藏收到边底水突进影响后的产能和生产动态造成影响。现有的气藏岩石渗吸和吸水实验多以测定总吸入量为主，很难实现高温高压的地层储层条件下的模拟，也很难对渗吸发生的规律进行实验，因此需要研究相应的装置和实验方法对气藏岩石的吸水作用进行研究，解决吸水速度、吸水量等参数及对气体流动能力的影响。目前大量致密气藏受到水的影响导致产能下降，页岩气藏压裂后因为反排规律不清，也造成了对产能的认识不清。
本发明旨在提供一种实验装置和实验方法，以期解决页岩气藏压裂过程中水相压裂液反排规律不清和其他气藏因为边底水侵入后产能下降和生产规律不清的机理问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地层条件下测定气藏岩石渗吸作用的可视化实验装置和方法，利用该装置可以在模拟地层条件下定量测定和可视化观察水相侵入地层岩石的过程。
本发明的地层条件下测定气藏岩石渗吸作用的可视化实验装置，包括：具有可视视窗的高温高压反应釜及位于可视视窗一侧的图像采集设备，所述高温高压反应釜的两端通过管线分别与高压气源和回压阀相连，所述高温高压反应釜内设置有样品台，所述样品台通过岩心支架连杆与岩心支架调节装置连接，所述样品台上设置有放置岩心的岩心堵头，岩心堵头的另一端面与精密微量注入装置相对。
进一步的，所述反应釜内还设置有漫反射板，所述漫反射板能够利用反应釜内内置光纤发出的光线在反应釜内实现照明。
进一步的，所述岩心支架调节装置设置在反应釜外，所述岩心支架调节装置能够实现对样品台升降和/或旋转角度的调节。
在一个实施方式中，所述岩心支架连杆与所述岩心支架调节装置之间设置有岩心支架连接密封装置，所述岩心堵头、样品台、岩心支架连杆及岩心支架连接密封装置均为中空设计，所述回压阀通过管线和阀门与所述岩心支架连接密封装置相连。
优选的，所述可视视窗为高压蓝宝石视窗。
在一个实施方式中，所述图像采集设备包括照相机或摄像机，及图像采集系统。
在一个实施方式中，所述岩心与岩心堵头通过密封装置进行周边密封。优选的，所述密封装置为热缩套。
在一个实施方式中，所述精密微量注入装置的精度为0.0001ml。
在一个实施方式中，所述可视化实验装置还包括第一取出装置和第二取出装置，所述第一取出装置和第二取出装置分别位于所述高温高压反应釜的两端。组装在高温高压反应釜内的装置可以分别从第一取出装置和第二取出装置装入反应釜内或从反应釜内取出，便于更换安装岩心样品。
本发明还提供了一种利用上述可视化实验装置在地层条件下测定气藏岩石渗吸作用的实验方法，包括以下步骤：
(1)准备岩心样品，并将岩心样品端面进行磨平或抛光处理；
(2)按顺序组装可视化实验装置，并将岩心样品放置到岩心堵头上；
(3)调节高温高压反应釜内压力和温度，使系统恒温恒压平衡；
(4)利用精密微量注入装置逐滴将测试水相溶液滴到岩心端面，岩心完全吸收后，再加入第二滴；在液体逐滴加入的同时，精确记录每次加入的量，并用图像采集装置图像采集整个过程；
(5)直到滴入的液体停留在岩心端面不再被吸入岩心时，记录此时滴入液体的总量；
(6)利用图像分析方法分析测试液体加入量与时间的关系。
与现有技术相比，本发明的装置和方法主要针对气藏勘探开发过程中水相侵入问题，利用该装置和方法，能够解决页岩气藏压裂过程中水相压裂液反排规律不清和其他气藏因为边底水侵入后产能下降和生产规律不清的机理问题，从而为判断压裂液反排程度和反排效率、气藏边底水侵入规律等提供实验依据和理论基础。该装置可以在模拟地层条件下定量测定和可视化观察水相侵入地层岩石的过程，能够满足目前已发现各类油气藏温度和压力条件，能够在储层温度和压力条件下进行实验，可以利用柱塞岩心也可以利用岩心薄片样品进行实验。既可以对渗吸过程进行定量测定，还可以可视化观察渗吸的过程。
上述技术特征可以各种技术上可行的方式组合以产生新的实施方案，只要能够实现本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据本发明的地层条件下测定岩石吸水作用的可视化实验装置的一个实施例。
在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
图中，附图标记为：
1、高温高压反应釜；2、漫反射板；3、岩心样品；4、岩心密封套筒；5、岩心堵头；6、样品台；7、岩心支架连杆；8、岩心支架连接密封装置；9、岩心支架调节装置；10、内置光纤；11、内置光纤；12、可视视窗；13、照相机或摄像机；14、图像处理系统；15、精密微量注入装置；16、第一取出装置；17、气体入口阀门；18、高压气源；19、回压阀；20、气体出口阀门；21、第二取出装置；22、图像采集设备。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，本发明的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，包括：具有可视视窗12的高温高压反应釜1及位于可视视窗12一侧的图像采集设备22，高温高压反应釜1的两端通过管线分别与高压气源18和回压阀19相连，来自高压气源18的高压气体经气体入口阀门17通入到高温高压反应釜1内，以调节高温高压反应釜1内的气压。高温高压反应釜1内设置有样品台6，样品台6可以旋转或升降，样品台6通过岩心支架连杆7与岩心支架调节装置9连接，在样品台6上设置有用于放置岩心样品3的岩心堵头5，岩心样品3的另一端面与位于高温高压反应釜1上方的精密微量注入装置15相对。通过精密微量注入装置15可以逐滴将测试水相溶液滴到岩心样品3的端面上。本实施例中的高温高压反应釜1能够满足温度150度、压力70MPa以上的储层条件。
优选的，岩心样品3可以采用柱塞岩心样品，也可以采用岩心薄片样品。
在一个优选的实施例中，高温高压反应釜1内还设置有漫反射板2，在高温高压反应釜1内设置有内置光纤10、11，漫反射板2能够利用内置光纤10、11发出的光线实现在高温高压反应釜1内的照明。
在一个优选的实施例中，岩心支架调节装置9是岩心支架旋转或升降调节装置，其设置在高温高压反应釜1外部，通过调节岩心支架调节装置9不仅能够实现样品台3角度的旋转，还能够调节样品台3在高温高压反应釜1中的高度，以适应不同尺寸的样品实验。
在一个优选的实施例中，岩心支架连杆7与岩心支架调节装置9之间设置有岩心支架连接密封装置8，岩心堵头5、样品台6、岩心支架连杆7及岩心支架连接密封装置8均为中空设计，连接在高温高压反应釜1一端的回压阀19通过管线和阀门20与岩心支架连接密封装置8相连。
来自高压气源18的高压气体经气体入口阀门17通入到高温高压反应釜1内后，通过调节通入到高温高压反应釜1内的气体量，可以调节高温高压反应釜1内的实验压力，而由于岩心堵头5、样品台6、岩心支架连杆7及岩心支架连接密封装置8均为中空设计，气体可以在通过岩心样品3后，经由岩心堵头5、样品台6、岩心支架连杆7、岩心支架密封装置8传到高温高压反应釜1的外部后，经过管线和气体出口阀门20到达回压阀19。
优选的，可视视窗12为高压蓝宝石视窗。
在一个优选的实施例中，图像采集设备22包括照相机或摄像机13，及图像采集系统14。
在一个优选的实施例中，岩心样品3与岩心堵头5通过密封装置进行周边密封。优选的，密封装置为热缩套。
在一个优选的实施例中，精密微量注入装置15的精度为0.0001ml。
在一个优选的实施例中，可视化实验装置还包括第一取出装置16和第二取出装置21，第一取出装置16和第二取出装置21分别位于高温高压反应釜1的两端。安装在高温高压反应釜1内的装置可以分别从第一取出装置和第二取出装置装入反应釜内或从反应釜内取出，便于更换安装岩心样品。例如，第一取出装置16为上取出装置，第二取出装置21为下取出装置，则通过第一取出装置16或第二取出装置21可以将样品3、岩心密封套筒4、岩心堵头5、样品台6连同岩心支架连接密封装置8、岩心支架升降或旋转调节装置9一同取出，便于更换和安装岩心样品。
针对地层压力40MPa，地层温度为100度的某一页岩样品，利用上述可视化实验装置开展页岩样品在地层条件下吸水能力实验，，包括以下步骤：
(1)准备岩心样品3，并将岩心样品3的端面进行磨平或抛光处理；
(2)按顺序组装该可视化实验装置，并将岩心样品3放置到岩心堵头5上；
具体的，可视化试验装置的组装顺序包括：
①将岩心样品3、岩心堵头5、和样品台6按照图1所示顺序安装在一起，并用热缩套进行固定；
②将岩心支架连杆7、岩心支架连接密封装置8、岩心之间调节装置9通过第二取出装置21安装入高温高压反应釜1内；
③将精密注入装置15通过第一取出装置16安装入高温高压反应釜1内；
④将位于高温高压反应釜1外的其他部件按照图1的顺序组装。
(3)连接气源，将高温高压反应釜1内压力升至设定压力，并通过为高温高压反应釜1加热，将高温高压反应釜1内温度升至设定温度，并使高温高压反应釜1内系统达到恒温恒压平衡；
具体的，可以将装置放入保温箱中或采用加热套等方法实现装置的恒温。
(4)打开图像采集系统14调整光纤使图像清晰，利用精密微量注入装置15逐滴将测试水相溶液滴到岩心样品3的端面，待岩心样品3将溶液完全吸收后，再加入第二滴；在液体逐滴加入的同时，记录精确记录每次加入的液体量，并用照相机或摄像机13采集整个滴入过程；
(5)直到滴入的液体停留在岩心样品3端面不再被吸入岩心时，记录此时加入液体的总量；
(6)利用图像分析方法分析测试液体加入量与时间的关系。或根据液体形态变化获取岩心润湿性变化的规律。
利用本发明的可视化实验装置可以方便地进行气藏岩心样品在不同温度压力条件下的吸水实验，既可以测定吸水速度、吸水量、还可以测定表面润湿角的变化，同时测量吸水后对气体渗流能力的影响，对于油田勘探开发具有重要的实际意义。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变，因此不能理解为对本发明的限制。
至此，本领域技术人员应该认识到，虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述可视化实验装置包括：具有可视视窗的高温高压反应釜及位于可视视窗一侧的图像采集设备，所述高温高压反应釜的两端通过管线分别与高压气源和回压阀相连，所述高温高压反应釜内设置有样品台，所述样品台通过岩心支架连杆与岩心支架调节装置连接，所述样品台上设置有放置岩心样品的岩心堵头，岩心堵头的另一端面与精密微量注入装置相对设置。
2.根据权利要求1所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述高温高压反应釜内还设置有漫反射板，所述漫反射板能够利用高温高压反应釜内内置光纤发出的光线在高温高压反应釜内实现照明。
3.根据权利要求2所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述岩心支架调节装置设置在高温高压反应釜外，所述岩心支架调节装置能够实现对样品台升降和/或旋转角度的调节。
4.根据权利要求1至3任一项所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述岩心支架连杆与所述岩心支架调节装置之间设置有岩心支架连接密封装置，所述岩心堵头、样品台、岩心支架连杆及岩心支架连接密封装置均为中空设计，所述回压阀通过管线和阀门与所述岩心支架连接密封装置相连。
5.根据权利要求4所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述可视视窗为高压蓝宝石视窗。
6.根据权利要求5所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述图像采集设备包括照相机或摄像机，及图像采集系统。
7.根据权利要求4所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述岩心与岩心堵头通过密封装置进行周边密封。
8.根据权利要求1所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述精密微量注入装置的精度为0.0001ml。
9.根据权利要求7所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置，其特征在于，所述可视化实验装置还包括第一取出装置和第二取出装置，所述第一取出装置和第二取出装置分别位于所述高温高压反应釜的两端。
10.一种利用权利要求1至9任一项所述的地层条件下测定岩石渗吸作用的可视化实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备岩心样品，并将岩心样品端面进行磨平或抛光处理；
(2)按顺序组装可视化实验装置，并将岩心样品放置到岩心堵头上；
(3)调节高温高压反应釜内压力和温度，使系统恒温恒压平衡；
(4)利用精密微量注入装置逐滴将测试水相溶液滴到岩心端面，岩心完全吸收后，再加入第二滴；在液体逐滴加入的同时，精确记录每次加入的液体量，并用图像采集装置采集整个过程；
(5)当滴入的液体停留在岩心样品端面不再被吸入岩心时，记录此时总共滴入液体的总量；
(6)利用图像分析方法分析测试液体加入量与时间的关系。
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