CN112730152A - 一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置及方法。实验装置包括注入系统，测试系统，真空泵，显微镜和废液回收装置。实验方法包括如下步骤：装样和取样；实验系统气密性检查；原油与CO2体系组分分析；体相中原油与CO2体系的粘度测试以及岩心内原油与CO2体系的粘度测试。该方法模拟了油藏流体在地下油藏的真实情况，利用恒温箱及PVT腔使岩心夹持装置中的岩心达到油藏情况下的温度和压力，并利用压汞仪和X射线衍射(XRD)分析技术分别测得岩心的孔喉分布及矿物组成，最终通过粘度计测得油藏流体在油藏情况下的真实粘度。为技术人员提供准确的油藏流体粘度从而使得油藏能够高效开发。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏开发技术领域，更为具体地，涉及一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置及方法。
背景技术
粘度是流体的重要物理性质之一,其数值计算的准确与否对于化工分离以及油气田开发都具有重要的意义。特别是在当前的油气藏数值模拟技术中,流体在高压下的粘度更是重要的基础数据。由于油藏复杂的地质条件、开发工艺和工程手段，有关在地面测试油藏流体的粘度已经满足不了油藏高效开发的现场需求。目前地面实验测得的油藏流体粘度由于没有考虑油藏流体在岩心中的剪切作用，导致实际测得的粘度大于实际油藏流体的粘度，这使得现场人员无法准确掌握地下油藏流体的准确粘度。
地下油藏流体粘度的测试受油藏温度、压力和地质条件等多方面因素影响，目前地面上测试油藏流体粘度的方法有很多种，最常用的方法有管流法、落球法、圆盘法以及PR状态方程预测模型计算方法。(1)管流法：流体在半径为R的圆管内层流流动,取半径为r、长度为d的圆柱体作为分析对象,在圆柱体两端面总压力和圆柱侧面的粘滞力作用下处于平衡状态，通过牛顿内摩擦定律及最小二乘法求得油藏流体粘度。(2)落球法：质量为m,半径为r 的小球,在密度为ρ、粘度为η的油藏流体中从静止开始逐渐加速,并且随着t增加,速度v增大, 阻力逐渐增大,当速度达到某一定值v时,重力等于浮力和粘滞阻力之和,小球开始匀速直线下落,通过牛顿第二定律测得油藏流体粘度。(3)圆盘法：对于圆盘法来说,一般圆盘直径d、转速n、流体厚度h为已知参数,只要测出力矩M,就可计算出流体的粘度,力矩的测量通常是采用控制转速测量力矩的方法。(4)目前使用较多的是PR状态方程模型来预测油藏流体粘度。前三种方法均在地面上进行测量，测量流体的粘度之前先了解流体的性质和粘度的大概范围,根据实验条件,然后再选择适当的方法,步骤复杂，而且无法反映油藏流体在油藏情况下的真实粘度情况。PR状态方程预测模型误差较大且需要知道油藏流体各个组分的摩尔比例，步骤复杂且不能真实反映油藏流体的粘度。尽管国内外学者已经开展有关油藏流体粘度原位测试方法的研究，但目前并没有太好的实验方法以及测量结果并不准确，适用性存疑。总体上，目前关于测试岩心内油藏流体粘度尚未形成有效的方法和技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术无法解决的精确测量油藏流体在油藏条件下的粘度的技术问题，提供了一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置及方法。
本发明是通过下述技术方案实现：一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置，所述实验装置包括：
所述实验装置包括注入系统，测试系统，真空泵和液体收集器；所述注入系统与所述测试系统通过管线相连，所述真空泵与测试系统通过管线相连，所述测试系统设置在恒温箱中，与所述液体收集器通过管线相连。
在本发明的一较佳实施方式中，所述注入系统包括注入泵，氦气罐，原油罐和CO2罐，所述注入泵与所述氦气罐，所述原油罐和所述CO2罐之间的管线上依次设置有阀门，所述氦气罐，所述原油罐和所述CO2罐的另一端分别设置有阀门。
在本发明的一较佳实施方式中，所述测试系统包括PVT腔，液相色谱仪，高倍显微镜，粘度计；所述PVT腔内设置有活塞和磁力搅拌器；所述粘度计的进液口与出液口均与所述PVT腔连接，所述进液口一端管线上设置有阀门；所述PVT腔与所述液相色谱仪之间设置有阀门；所述PVT腔与岩心加持装置之间的管线上设置有阀门和温度传感器；粘度计的进液口与出液口均与岩心加持装置连接，所述进液口一端管线上设置有阀门。
在本发明的一较佳实施方式中，所述真空泵与所述岩心加持装置之间依次设置有阀门和压力计；所述阀门和所述压力计之间的管线上连接有与液体收集器相连的管线，所述管线上设置有阀门。
一种使用所述实验装置的实验方法，所述实验方法包括以下步骤：步骤1：装样和取样；步骤S2：系统气密性检查；步骤S3：原油与CO2体系组分分析；步骤S4：体相中原油与CO2体系的粘度测试；步骤S5：岩心内原油与CO2体系的粘度测试。
在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤S1中，所述步骤S1中，所述装样和取样方法为：将直径3.0cm、长6.0cm的岩心装入温度为393.15K的所述恒温箱中烘干24小时，干燥至恒重；取出样品并装入所述岩心夹持装置内，通过N2吸附/解吸测试获取岩心的孔喉分布，通过X射线衍射测试技术获取岩心的原始矿物组成；将岩心称重，并装入所述岩心夹持装置中待用。
在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤S2中，所述系统气密性检查方法为：打开所述注入泵与所述氦气罐之间的阀门，打开所述氦气罐与所述PVT腔之间的阀门，打开所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门，向装有岩心的所述岩心夹持装置内注入高于实验最高压力2.0MPa的氦气，然后关闭所述注入泵与所述氦气罐之间的阀门，关闭所述氦气罐与所述PVT腔之间的阀门，关闭所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门,观察压力计在24小时之内不变化或压力变化幅度保持±0.01MPa范围内，则说明系统的气密性良好，达到测试要求。
在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤S3中，所述组分分析方法为：将所述PVT腔内的所述活塞推至最上端，打开所述真空泵与所述岩心夹持装置之间的阀门，抽真空60分钟；关闭所述真空泵与所述岩心夹持装置之间的阀门；将所述恒温箱设置到油藏温度，恒温 24小时；打开所述注入泵与所述原油罐之间的阀门，打开所述原油罐与所述PVT腔之间的阀门，将原油以0.05mL·min-1的恒速缓慢注入所述PVT腔中，关闭所述注入泵与所述原油罐之间的阀门，关闭所述原油罐与所述PVT腔之间的阀门；打开所述注入泵与所述CO2罐之间的阀门，打开所述CO2罐与所述PVT腔之间的阀门，将CO2以0.10mL·min-1的恒速缓慢注入所述PVT腔中，关闭所述注入泵与所述CO2罐之间的阀门，关闭所述CO2罐与所述PVT 腔之间的阀门；打开所述磁力搅拌器，转速为2000r/min，并移动所述PVT腔内所述活塞压缩原油-CO2体系至完全混相，通过所述高倍显微镜观察；关闭所述磁力搅拌器，打开所述PVT 腔与所述液相色谱仪之间的阀门，将所述PVT腔中的原油-CO2混合物缓慢注入所述液相色谱仪中，对原油-CO2体系进行组分分析获取原油-CO2混合体系组分组成。
在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤S4中，所述体相中原油与CO2体系的粘度测试方法为：关闭所述PVT腔与所述液相色谱仪之间的阀门，缓慢打开所述PVT腔与与所述粘度计之间的阀门，使所述PVT腔内的混相液体进入所述粘度计，测试体相中原油-CO2体系在油藏温度和压力条件下的混相粘度η1；体相粘度测试后的流体混合物要被重新收集到所述PVT腔中。
在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤S5中，所述岩心内原油与CO2体系的粘度测试方法为：关闭所述PVT腔与所述粘度计之间的阀门，缓慢打开所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门，通过移动所述活塞将所述PVT腔中的原油-CO2混相混合物缓慢注入岩心中，通过所述活塞控制所述压力计显示压力与所述PVT腔中流体的压力一致或压力变化幅度保持在±0.01MPa范围内；原油-CO2混相混合物在油藏温度和压力条件下岩心内老化24小时，关闭所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门，缓慢打开所述岩心夹持装置与所述粘度计之间的阀门，使得岩心中的原油-CO2混相混合物缓慢进入所述粘度计，测试岩心中原油-CO2体系在油藏温度和压力条件下的混相粘度η2；粘度测试后的流体混合物要被重新收集到岩心中。测试不同温度下体相和岩心内原油-CO2体系的混相粘度；测试结束后，关闭所述岩心夹持装置与所述粘度计之间的阀门，打开所述液体收集器管线上的阀门，使岩心中的流体混合物流入所述液体收集器中，待完全流入后，关闭所述液体收集器管线上的阀门，对比在相同温度和压力下，体相中原油-CO2体系粘度η1和岩心中的粘度η2。
与现有技术相比，本发明的优点至少包括：(1)可以真实反映油藏流体在油藏条件下的粘度，为场人员提供准确的油藏流体粘度从而使得油藏高效准确的开发。
(2)通过对比测得的体相与岩心中测得的原油-CO2体系的粘度，可以揭示油藏流体在岩心中发生的剪切作用以及剪切作用对油藏流体粘度的影响。
附图说明
图1为本发明的测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置图；
图2为本发明实施例中岩心的孔喉分布图；
图3为本发明实施例中岩心的矿物组成图；
图4为本发明中体相与岩心中测得的原油-CO2体系粘度对比图。
其中，1-注入泵，2-阀门a，3-阀门b，4-阀门c，5-阀门d，6-阀门e，7-阀门f，8- 阀门g，9-活塞，10-PVT腔，11-阀门h，12-磁力搅拌器，13-粘度计a，14-阀门i，15-液相色谱仪，16-阀门j，17-温度传感器，18-阀门k，19-粘度计b，20-岩心加持装置，21-压力计， 22-阀门l，23-真空泵，24-阀门m，25-液体收集器，26-高倍显微镜，27-恒温箱，28-氦气罐， 29-原油罐，30-CO2罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置，包括注入系统，测试系统，真空泵(23)和液体收集器(25)；注入系统与测试系统通过管线相连，真空泵(23)与测试系统通过管线相连，测试系统设置在恒温箱(27)中，与液体收集器(25)通过管线相连。
注入系统包括注入泵(1)，氦气罐(28)，原油罐(29)和CO2罐(30)，注入泵(1) 与氦气罐(28)，原油罐(29)和CO2罐(30)之间的管线上依次设置有阀门a(2)，阀门b (3)，阀门c(4)和阀门d(5)，氦气罐(28)，原油罐(29)和CO2罐(30)的另一端分别设置有阀门e(6)，阀门f(7)和阀门g(8)。
测试系统包括PVT腔(10)，液相色谱仪(15)，高倍显微镜(26)，粘度计a(13) 和粘度计b(19)；PVT腔(10)内设置有活塞(9)和磁力搅拌器(12)；粘度计a(13)的进液口与出液口均与PVT腔(10)连接，进液口一端管线上设置有阀门h(11)；PVT腔(10) 与液相色谱仪(15)之间设置有阀门i(14)；PVT腔(10)与岩心加持装置(20)之间的管线上一次设置有阀门j(16)和温度传感器(17)；粘度计b(19)的进液口与出液口均与岩心加持装置(20)连接，进液口一端管线上设置有阀门k(18)。
真空泵(23)与岩心加持装置(20)之间依次设置有阀门l(22)和压力计(21)；阀门(22)和压力计(21)之间的管线上连接有与液体收集器(25)相连的管线，管线上设置有阀门m(24)。
实施例2
一种使用实验装置的实验方法，该实验方法包括以下步骤：
步骤1：装样和取样；
将直径3.0cm、长6.0cm的岩心装入温度为393.15K的恒温箱(27)中烘干24小时，干燥至恒重；取出样品并装入岩心夹持装置(20)内，通过N2吸附/解吸测试获取岩心的孔喉分布(如图2所示)，通过X射线衍射测试技术获取岩心的原始矿物组成(如图3所示)；将岩心称重，并装入岩心夹持装置(20)中待用。
步骤S2：系统气密性检查；
打开阀门a(2)、阀门b(3)、阀门e(6)和阀门j(16)，向装有岩心的岩心夹持装置(20)内注入高于实验最高压力2.0MPa的氦气，然后关闭阀门a(2)、阀门b(3)、阀门 e(6)和阀门j(16),观察压力计(21)在24小时之内不变化或压力变化幅度保持在±0.01MPa 范围内，则说明系统的气密性良好，达到测试要求。
步骤S3：原油与CO2体系组分分析；
将PVT腔(10)内活塞(9)推至最上端，打开阀门l(22)，抽真空60分钟；关闭阀门l(22)；将恒温箱(27)设置到油藏温度，恒温24小时；打开阀门a(2)、阀门c(4) 和阀门f(7)，将原油以0.05mL·min-1的恒速缓慢注入PVT腔(10)中，关闭阀门a(2)、阀门c(4)和阀门f(7)；打开阀门a(2)、阀门d(5)和阀门g(8)，将CO2以0.10mL·min-1的恒速缓慢注入PVT腔(10)中，关闭阀门a(2)、阀门d(5)和阀门g(8)；打开磁力搅拌器(12)，转速为2,000r/min，并移动PVT腔(10)内活塞(9)压缩原油-CO2体系至完全混相，通过高倍显微镜(26)观察；关闭磁力搅拌器(12)，打开阀门i(14)，将PVT腔(10) 中的原油-CO2混合物缓慢注入液相色谱仪(15)中，对原油-CO2体系进行组分分析获取原油-CO2混合体系组分组成。
步骤S4：体相中原油与CO2体系的粘度测试；
关闭阀门i(14)，缓慢打开阀门h(11)，使PVT腔(10)内的混相液体进入粘度计a(13)，测试体相中原油-CO2体系在油藏温度和压力条件下的混相粘度η1；体相粘度测试后的流体混合物要被重新收集到PVT腔(10)中。
步骤S5：岩心内原油与CO2体系的粘度测试。
关闭阀门h(11)，缓慢打开阀门j(16)，通过移动活塞(9)将PVT腔(10)中的原油-CO2混相混合物缓慢注入岩心中，通过活塞(9)控制压力计(21)显示压力与PVT腔 (10)中流体的压力一致或压力变化幅度保持在±0.01MPa范围内；原油-CO2混相混合物在油藏温度和压力条件下岩心内老化24小时，关闭阀门j(16)，缓慢打开阀门k(18)，使得岩心中的原油-CO2混相混合物缓慢进入粘度计b(19)，测试岩心中原油-CO2体系在油藏温度和压力条件下的混相粘度η2；粘度测试后的流体混合物要被重新收集到岩心中。测试不同温度下体相和岩心内原油-CO2体系的混相粘度；测试结束后，关闭阀门k(18)，打开阀门m (24)，使岩心中的流体混合物流入液体收集器中，待完全流入后，关闭阀门m(24)，对比在相同温度和压力下，体相中原油-CO2体系粘度η1和岩心中的粘度η2。如图4所示，岩心中原油粘度小于原油-CO2混相粘度粘度。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括注入系统，测试系统，真空泵和液体收集器；所述注入系统与所述测试系统通过管线相连，所述真空泵与测试系统通过管线相连，所述测试系统设置在恒温箱中，与所述液体收集器通过管线相连。
2.根据权利要求1所述的一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置，其特征在于，所述注入系统包括注入泵，氦气罐，原油罐和CO2罐，所述注入泵与所述氦气罐，所述原油罐和所述CO2罐之间的管线上依次设置有阀门，所述氦气罐，所述原油罐和所述CO2罐的另一端分别设置有阀门。
3.根据权利要求2所述的一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置，其特征在于，所述测试系统包括PVT腔，液相色谱仪，高倍显微镜，粘度计；所述PVT腔内设置有活塞和磁力搅拌器；所述粘度计的进液口与出液口均与所述PVT腔连接，所述进液口一端管线上设置有阀门；所述PVT腔与所述液相色谱仪之间设置有阀门；所述PVT腔与岩心加持装置之间的管线上设置有阀门和温度传感器；粘度计的进液口与出液口均与岩心加持装置连接，所述进液口一端管线上设置有阀门。
4.根据权利要求3所述的一种测试岩心内二氧化碳与原油混相粘度的实验装置，其特征在于，所述真空泵与所述岩心加持装置之间依次设置有阀门和压力计；所述阀门和所述压力计之间的管线上连接有与液体收集器相连的管线，所述管线上设置有阀门。
5.一种使用权利4所述实验装置的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括以下步骤：步骤1：装样和取样；步骤S2：系统气密性检查；步骤S3：原油与CO2体系组分分析；步骤S4：体相中原油与CO2体系的粘度测试；步骤S5：岩心内原油与CO2体系的粘度测试。
6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述步骤S1中，所述装样和取样方法为：将直径3.0cm、长6.0cm的岩心装入温度为393.15K的所述恒温箱中烘干24小时，干燥至恒重；取出样品并装入所述岩心夹持装置内，通过N2吸附/解吸测试获取岩心的孔喉分布，通过X射线衍射测试技术获取岩心的原始矿物组成；将岩心称重，并装入所述岩心夹持装置中待用。
7.根据权利要求6所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述系统气密性检查方法为：打开所述注入泵与所述氦气罐之间的阀门，打开所述氦气罐与所述PVT腔之间的阀门，打开所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门，向装有岩心的所述岩心夹持装置内注入高于实验最高压力2.0MPa的氦气，然后关闭所述注入泵与所述氦气罐之间的阀门，关闭所述氦气罐与所述PVT腔之间的阀门，关闭所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门,观察压力计在24小时之内不变化或压力变化幅度保持±0.01MPa范围内，则说明系统的气密性良好，达到测试要求。
8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述组分分析方法为：将所述PVT腔内的所述活塞推至最上端，打开所述真空泵与所述岩心夹持装置之间的阀门，抽真空60分钟；关闭所述真空泵与所述岩心夹持装置之间的阀门；将所述恒温箱设置到油藏温度，恒温24小时；打开所述注入泵与所述原油罐之间的阀门，打开所述原油罐与所述PVT腔之间的阀门，将原油以0.05mL·min-1的恒速缓慢注入所述PVT腔中，关闭所述注入泵与所述原油罐之间的阀门，关闭所述原油罐与所述PVT腔之间的阀门；打开所述注入泵与所述CO2罐之间的阀门，打开所述CO2罐与所述PVT腔之间的阀门，将CO2以0.10mL·min-1的恒速缓慢注入所述PVT腔中，关闭所述注入泵与所述CO2罐之间的阀门，关闭所述CO2罐与所述PVT腔之间的阀门；打开所述磁力搅拌器，转速为2000r/min，并移动所述PVT腔内所述活塞压缩原油-CO2体系至完全混相，通过所述高倍显微镜观察；关闭所述磁力搅拌器，打开所述PVT腔与所述液相色谱仪之间的阀门，将所述PVT腔中的原油-CO2混合物缓慢注入所述液相色谱仪中，对原油-CO2体系进行组分分析获取原油-CO2混合体系组分组成。
9.根据权利要求8所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述体相中原油与CO2体系的粘度测试方法为：关闭所述PVT腔与所述液相色谱仪之间的阀门，缓慢打开所述PVT腔与与所述粘度计之间的阀门，使所述PVT腔内的混相液体进入所述粘度计，测试体相中原油-CO2体系在油藏温度和压力条件下的混相粘度η1；体相粘度测试后的流体混合物要被重新收集到所述PVT腔中。
10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述岩心内原油与CO2体系的粘度测试方法为：关闭所述PVT腔与所述粘度计之间的阀门，缓慢打开所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门，通过移动所述活塞将所述PVT腔中的原油-CO2混相混合物缓慢注入岩心中，通过所述活塞控制所述压力计显示压力与所述PVT腔中流体的压力一致或压力变化幅度保持在±0.01MPa范围内；原油-CO2混相混合物在油藏温度和压力条件下岩心内老化24小时，关闭所述PVT腔与所述岩心夹持装置之间的阀门，缓慢打开所述岩心夹持装置与所述粘度计之间的阀门，使得岩心中的原油-CO2混相混合物缓慢进入所述粘度计，测试岩心中原油-CO2体系在油藏温度和压力条件下的混相粘度η2；粘度测试后的流体混合物要被重新收集到岩心中。测试不同温度下体相和岩心内原油-CO2体系的混相粘度；测试结束后，关闭所述岩心夹持装置与所述粘度计之间的阀门，打开所述液体收集器管线上的阀门，使岩心中的流体混合物流入所述液体收集器中，待完全流入后，关闭所述液体收集器管线上的阀门，对比在相同温度和压力下，体相中原油-CO2体系粘度η1和岩心中的粘度η2。
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