CN111879736A - 一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置及方法。该装置包括高压腔体、恒温箱、调距螺杆、端面封盖、蓝宝石玻璃柱、密封圈、外力环、铜片、进样口、出样口、配样器、中间容器、高压驱替泵、激光发射器、聚光器、光电转化器和数字万用表。该方法如下：从中间容器往高压腔体中注入氦气至所测原油油藏的储层压力；将配样器中预先配制的原油样品缓慢注入高压腔体中；开启激光发射器，给高压腔体逐级降压，每次降压1‑2MPa，每级压力稳定后记录万用表的电压读数；绘制电压和压力的关系曲线，曲线中电压突变拐点所对应的压力，即为对应温度下所测原油的固相沉积压力。本发明原理可靠，操作简便，能对高温超高压油藏的开发提供重要技术支持。

Description

一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置及方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域和机械领域，涉及一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置及方法。

背景技术

原油是一种流动或半流动的液体，主要由环烷烃、芳香烃、胶质和沥青质四种类型组分组成，在储层条件下，各不同组分处于热力学稳定平衡下。在油气田开发过程中随着油气流体从井底流向井口，原油温度和压力都会降低，这个时候油气体系的热力学平衡条件可能被打破，原油中以石蜡和沥青质为代表性的重质组分会出现聚集和沉积，造成储层渗透性、井筒流体通道尺度降低，更严重的甚至导致停产。掌握原油开采过程固相沉积条件(沉积温度和压力)是制定相关治理措施的前提。现有的原油固相沉积条件测定包括激光法、超声波法、压差法和热量法等。其中激光透过率法可以在高温、高压条件下进行，被认为与原油实际储层条件更匹配，最具代表性。专利文献CN107288615A公开了一种激光固相沉积仪器及其测试方法，虽能测定一定温压范围内原油的固相沉积条件，但存在一些缺陷：(1)该装置内采用一块厚度为2mm带中空的蓝宝石柱，耐压能力非常有限；(2)该装置中蓝宝石柱内部通道直径为定值，对于密度和粘度较高的黑油，激光可能无法穿过，装置灵活性不高；(3)该装置采用水平方式安装在高温箱体中，激光从水平方向穿过原油后再被收集以确定固相沉积条件，当原油中出现固相沉积物后，沉积物会因为密度大于原油而向下沉积，使得原油透光率出现不规律变化，甚至可能得出相反的实验结论。

近年来，在我国新疆地区发现了一批储层压力超过100MPa，储层温度超过100℃的高温超高压油藏，且部分油藏在开发过程中在井内超高压条件下出现了固相沉积和堵塞现象。目前亟需开发适合高温、超高压油藏原油固相沉积条件的测试装置及方法，从而指导高温超高压油藏的高效开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，该装置结构合理，密封能力强，操作灵活性高，能满足高温超高压(200℃、200MPa)原油固相沉积条件的测定，能对高温超高压油藏的开发提供重要技术支持。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对高温超高压油藏原油固相沉积条件进行测定的方法，该方法原理可靠，操作简便，适用于不同储层条件、不同类型油品原油的固相沉积条件测定，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，包括高压腔体、支架、腔体两端端盖、端面调距螺杆、蓝宝石玻璃柱、铜片、组合密封圈、外力环、导管、高压管线、恒温箱、高压阀门、激光发射器、光纤、聚光器、光电转换器、数字万用表。

其中，高压腔体安置于支架上，流体注入和排出口在侧面；支架和高压腔体置于恒温箱中；从高压腔体中部从内向外依次为空腔、蓝宝石玻璃柱(含密封圈)、铜片、外力环、端面调距螺杆、端面封盖；端面调距螺杆从端面封盖中间圆孔拧入，给铜片和蓝宝石柱施加外力，调距螺杆与铜片、蓝宝石玻璃柱外径一致；蓝宝石玻璃柱上套有密封圈；密封圈采用耐高温高分子圈和氟氧圈组合配制；外力环为中空带帽檐圆环，用来给蓝宝石玻璃柱侧面组合密封圈施加外力，当高压腔内温度压力升高时，外力环能给组合密封圈一个反向外力，确保密封圈稳定，使得单级软密封能达到200℃、200MPa甚至更高；铜片在调距螺杆和蓝宝石柱之间起到一个缓冲作用，避免超高压条件下钢制调距螺杆压坏蓝宝石柱端面。调距螺杆中心圆孔直径与铜片中心圆孔直径一致；通过旋转腔体两端封盖中的调距螺杆可推动蓝宝石柱，从而调节两块蓝宝石玻璃柱之间的空隙距离；高压腔垂直立于支架上，上部调距螺杆中心圆孔与安装于恒温箱顶部外侧的氦氖激光发射器(专利CN107288615A，一种激光固相沉积仪器及其测试方法)正对；高压腔底部调距螺杆中心圆孔出口处安装有一聚光器，聚集的激光通过光纤经光电转换器转变为电信号在数字万用表上显示，数字越大光信号越强。

优选的，所述高压腔体采用630钢材或C-276(哈氏合金)钢材制造，优选哈氏合金，腔体壁厚不小于8cm；外力环、调距螺杆和端盖与腔体材质一致。

优选的，蓝宝石玻璃柱厚度不小于7cm，优选8cm。

优选的，对于黑油，两块蓝宝石柱之间的空隙距离不超过1cm，优选0.5cm。

利用上述装置对高温超高压油藏原油固相沉积条件进行测定的方法，依次包括以下步骤：

(1)开启恒温箱，设定为实验温度，从中间容器往高压腔体中缓慢注入氦气至所测原油油藏的储层压力，保持高压腔体出样口与中间容器连通，压力通过中间容器所连高压驱替泵恒压；

(2)恒温至少5小时，缓慢打开高压腔体与配样器之间的阀门，开启配样器所连驱替泵，将配样器中预先配制的原油样品缓慢注入高压腔体中，同时恒压回退中间容器所连驱替泵，让高压腔体中氦气回退到中间容器中，完全被原油置换；

(3)关闭高压腔体和配样器、中间容器之间的阀门，开启激光发射器，记录万用表上的电压读数；

(4)如果万用表没有读数，说明激光无法穿过高压腔体中原油，两个蓝宝石玻璃柱之间距离太宽，旋转高压腔体两端的调距螺杆，缩短蓝宝石玻璃柱之间距离；

(5)重复步骤(1)-(3)，直至激光能稳定穿过原油油层，记录此时万用表上的电压读数；

(6)打开高压腔体出样口和中间容器之间的阀门，给高压腔体逐级降压，每次降压1-2MPa，每级压力下稳定后测定高压腔体中原油透光率，记录万用表上的电压读数(随着压力降低，原油会膨胀，密度减小，透光率增强，万用表上的电压读数会升高)，当压力降到一定程度，原油中有固相析出时，电压表的示数会大幅度降低；

(7)当压力低于所测原油饱和压力后停止测试，绘制电压和压力的关系曲线，曲线中电压突变拐点所对应的压力，即为对应温度下所测原油的固相沉积压力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

能同时承受200℃和200MPa操作条件，通过装置两端调距螺杆可灵活调节装置内部工作空间体积，适用于不同储层条件、不同类型油品原油的固相沉积条件测定。

附图说明

图1是高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置的结构示意图。

图2是高压腔体俯视图。

图1中：

1-高压腔体；2-蓝宝石玻璃柱；3-密封圈；4-外力环；5-铜片；6-调距螺杆；7-端面封盖；8-六角螺栓；9-激光发射器；10-聚光器；11-光纤；12-光电转化器；13-数字万用表；14-进样口；15-出样口；16-支架；17-流体通道；18-恒温箱；19-加热开关；20-风机开关；21、25-高压驱替泵；22-配样器；23、24、28、29-高压阀门；26-藕块；27-中间容器；30-电线；31-液压油；32-原油样品。

无特别说明，各个仪器之间皆由高压金属管线连接。

具体实施方式

下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

参见图1、图2。

一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，包括高压腔体1、支架16、恒温箱18、调距螺杆6、端面封盖7、蓝宝石玻璃柱2、密封圈3、外力环4、铜片5、进样口14、出样口15、流体通道17、配样器22、中间容器27、高压驱替泵(21、25)、激光发射器9、聚光器10、光电转化器12和数字万用表13。

所述高压腔体1垂直位于支架16上，高压腔体和支架置于恒温箱18(恒温箱设置加热开关19和风机开关20)中，高压腔体顶部和底部均通过端面封盖7与调距螺杆6密封，高压腔体与端面封盖通过螺栓8固定，端面封盖的中心圆孔有调距螺杆；高压腔体内的上下端为蓝宝石玻璃柱2，蓝宝石玻璃柱与腔体内壁之间设置密封圈3，密封圈连接外力环4，外力环延伸至高压腔体与端面封盖的空隙间，蓝宝石玻璃柱与调距螺杆之间设置铜片5，调距螺杆与铜片均有内径相同的中心圆孔；两个蓝宝石玻璃柱之间为空腔；高压腔体右端通过进样口14连接配样器22和高压驱替泵21，左端通过出样口15连接中间容器27和另一高压驱替泵25；所述空腔分别通过流体通道17与进样口、出样口连通；所述高压腔体顶部的调距螺杆的中心圆孔正对着激光发射器9，底部的调距螺杆的中心圆孔处安装聚光器10，聚光器通过光纤11连接光电转化器12，光电转化器通过电线30连接数字万用表13。

所述调距螺杆与铜片、蓝宝石玻璃柱外径一致。

所述调距螺杆通过铜片向蓝宝石玻璃柱施加压力，调节两块蓝宝石玻璃柱之间的距离。

所述外力环为中空的带帽沿圆环，圆环压紧密封圈，帽沿位于高压腔体与端面封盖的空隙间，通过给蓝宝石玻璃柱与腔体内壁之间的密封圈施加外力，使得单级软密封达到200MPa甚至更高。

所述配样器内部从上到下依次为原油样品32、藕块26、活塞和液压油，中间容器内部从上到下依次为油-氦气混合物、活塞和液压油31。

所述藕块为带多个中空圆孔的耐高温材料，流体从藕块圆孔中穿过，显著加快不同流体之间的物质传递。

所述激光发射器发射的激光射线，分别穿过高压腔体上端的调距螺杆与铜片的圆孔、蓝宝石玻璃柱，通过高压腔体内的流体，再穿过高压腔体下端的蓝宝石玻璃柱、铜片与调距螺杆的圆孔，到达聚光器中，经光纤传输到光电转化器中，将光信号转化为电信号，经电线输送至数字万用表上。

所述配样器和腔体之间设有两个高压阀门23、24，中间容器与腔体之间也设有两个高压阀门28、29。

实施例1

一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，使用步骤如下：

第一步：将高压腔体1中两块蓝宝石玻璃柱2之间距离调节为0.5cm，往中间容器27中注入氦气并压缩至待测油藏储层压力(155MPa)；

第二步：开启恒温箱18，设定实验温度为140℃，打开出样口15、高压阀门28、29，用高压驱替泵25将中间容器27中的氦气从流体通道17反向缓慢注入高压腔体中，高压驱替泵25设定恒定压力为原油油藏储层压力(155MPa)；

第三步：恒温至少5小时后，缓慢打开高压腔体1与配样器22之间的进样口14，通过高压驱替泵21将配样器中预先配制的原油32(泡点压力45MPa)缓慢注入高压腔体中，转油过程继续保持出样口15和高压阀门29、28的开启状态，同时恒压回退高压驱替泵25，让高压腔体的氦气回退到中间容器27中，直至氦气被原油完全置换完成转样；

第四步：关闭进样口和出样口、高压阀门23、24、28、29，开启激光光源9，记录万用表13上读数；

第五步：打开出样口、高压阀门28、29，通过高压驱替泵25给高压腔体逐级降压，每次降压2MPa，每级压力下稳定后测定高压腔体中原油透光率，记录万用表13上的电压读数，当压力低于所测原油饱和压力(45MPa)后停止测试，绘制电压和压力之间得关系曲线，找到电压突变拐点所对应得压力即为对应温度下所测原油的固相沉积压力。

表1给出了实验过程接收电压和实验压力的变化数据，可以看出随着高压腔中压力降低，由于原油体积膨胀，密度减小，原油透光率增强，万用表电压读数逐渐升高。当压力降到107MPa时，万用表电压读数忽然降低，说明此时原油透光率降低，这是由于原油中出现了固相沉积，固相沉积条件为140℃和108MPa。随着压力降低，万用表电压读数逐渐减小，固体沉积量逐渐增多。当压力降到75MPa后，万用表电压读数基本稳定，说明此时固相沉积量没有进一步增加，体系基本处于稳态。

表1万用表接收电压与高压腔中原油压力对应关系

Claims (7)

1.一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，包括高压腔体（1）、支架（16）、恒温箱（18）、调距螺杆（6）、端面封盖（7）、蓝宝石玻璃柱（2）、密封圈（3）、外力环（4）、铜片（5）、进样口（14）、出样口（15）、流体通道（17）、配样器（22）、中间容器（27）、高压驱替泵（21、25）、激光发射器（9）、聚光器（10）、光电转化器（12）和数字万用表（13），其特征在于，所述高压腔体（1）垂直位于支架（16）上，高压腔体和支架置于恒温箱（18）中，高压腔体顶部和底部均通过端面封盖（7）与调距螺杆（6）密封，高压腔体与端面封盖通过螺栓（8）固定，端面封盖的中心圆孔有调距螺杆；高压腔体内的上下端为蓝宝石玻璃柱（2），蓝宝石玻璃柱与腔体内壁之间设置密封圈（3），密封圈连接外力环（4），外力环延伸至高压腔体与端面封盖的空隙间，蓝宝石玻璃柱与调距螺杆之间设置铜片（5），调距螺杆与铜片均有内径相同的中心圆孔；两个蓝宝石玻璃柱之间为空腔；高压腔体右端通过进样口（14）连接配样器（22）和高压驱替泵（21），左端通过出样口（15）连接中间容器（27）和另一高压驱替泵（25）；所述空腔分别通过流体通道（17）与进样口、出样口连通；所述高压腔体顶部的调距螺杆的中心圆孔正对着激光发射器（9），底部的调距螺杆的中心圆孔处安装聚光器（10），聚光器依次连接光电转化器（12）和数字万用表（13）。

2.如权利要求1所述的一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，其特征在于，所述调距螺杆与铜片、蓝宝石玻璃柱外径一致。

3.如权利要求1所述的一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，其特征在于，所述调距螺杆通过铜片向蓝宝石玻璃柱施加压力，调节两块蓝宝石玻璃柱之间的距离。

4.如权利要求1所述的一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，其特征在于，所述外力环为中空的带帽沿圆环，圆环压紧密封圈，帽沿位于高压腔体与端面封盖的空隙间，通过给蓝宝石玻璃柱与腔体内壁之间的密封圈施加外力，使得单级软密封达到200MPa甚至更高。

5.如权利要求1所述的一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，其特征在于，所述配样器内部从上到下依次为原油样品、藕块、活塞和液压油，中间容器内部从上到下依次为油-氦气混合物、活塞和液压油。

6.如权利要求5所述的一种高温超高压油藏原油固相沉积条件测定装置，其特征在于，所述藕块为带多个中空圆孔的耐高温材料，流体从藕块圆孔中穿过。

7.利用权利要求1、2、3、4、5或6所述的装置对高温超高压油藏原油固相沉积条件进行测定的方法，依次包括以下步骤：

（1）开启恒温箱，设定为实验温度，从中间容器往高压腔体中缓慢注入氦气至所测原油油藏的储层压力；

（2）将配样器中预先配制的原油样品缓慢注入高压腔体中，同时恒压回退中间容器所连驱替泵，让高压腔体中氦气回退到中间容器中，完全被原油置换；

（3）关闭高压腔体和配样器、中间容器之间的阀门，开启激光发射器，记录万用表上的电压读数；

（4）如果万用表没有读数，说明激光无法穿过高压腔体中原油，旋转高压腔体两端的调距螺杆，缩短蓝宝石玻璃柱之间距离；

（5）重复步骤（1）-（3），直至激光能稳定穿过原油，记录此时万用表的电压读数；

（6）打开高压腔体出样口和中间容器之间的阀门，给高压腔体逐级降压，每次降压1-2MPa，每级压力稳定后记录万用表的电压读数，当原油中有固相析出时，电压表的示数大幅度降低；

（7）当压力低于所测原油饱和压力后停止测试，绘制电压和压力的关系曲线，曲线中电压突变拐点所对应的压力，即为对应温度下所测原油的固相沉积压力。

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