CN112730196B - 一种高温高压微观可视化流动装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压微观可视化流动装置及实验方法,包括渗流模拟系统,与渗流模拟系统相连的微量驱替与计量系统,图像采集与分析系统;所述渗流模拟系统包括可视高温高压釜,放置在可视高温高压釜内的微观岩心模型,设置在微观岩心模型上、下方的玻璃载体,所述玻璃载体外套设有密封胶套,可视高温高压釜外套设有环形加热套;所述微观岩心模型的出口端设有微流通道,所述微流通道通过管路与微量驱替与计量系统相连,其有效减小管路死体积带来的计量误差。本发明通过在微观岩心模型出口端采用微流通道、高精度微计量泵及高压微阀结构,实现了不同方法计量出口流体体积的目的,极大的提高了实验装置的精度,装置总体计量精度达10nL。
Description
技术领域
本发明涉及实验装置技术领域,具体涉及一种高温高压微观可视化流动装置及实验方法。
背景技术
高温高压微观可视化流动实验不仅可以直观、真实的研究油藏条件下单相流体在多孔介质中的分布、流动和赋存规律,同时结合实际油藏地质特征和油藏条件,可以进行不同注入介质、不同开发方式下的多相流体渗流实验,考察不同注入介质、不同开发方式下流体间的相互作用机理,以及驱油过程中流体的分布特征;此外,通过高温高压微观可视化流动实验还可以研究储层岩石非线性渗流规律等一系列其他渗流实验。可为目的油藏增储上产、调整开发方案和优选三次采油技术提供建设性的指导意见。
但现有技术中的微观可视化流动装置存在诸多的问题,如公开号为CN104100257A的中国专利公开了一种高温高压微观可视化地层渗流模拟实验装置及方法,该发明解决了现有装置无法完成在高温高压条件下真实岩心中流体的微观渗流模拟技术问题,能够表征复杂油气藏开采过程中地下油气的微观渗流特征、流体相态变化、以及注气、注水、注聚合物等驱替过程的平面渗流特征及驱油机理,其装置利用长焦距高倍显微镜和计算机测控技术对渗流过程中的流体相态变化、晶体结晶、固相颗粒沉积等特殊现象进行连续动态微观可视化观测,为地下油气藏微观渗流机理认识和油气藏动态储量的预测提供基础。但由于装置死体积大,造成的测试误差较大,不能满足实验要求;
公开号为CN109827884A的中国专利公开了一种真实砂岩高温高压可视化渗流实验装置和方法,该发明采用真实储层岩片进行处理后作为模型,并且放置在高温高压釜内,进行可视化渗流实验,能够达到既“真实”又可“承受高压”的可视化微观渗流实验研究需求,但该装置最大承受温度和压力仍无法满足一些深层油藏的温度压力条件,且该装置在出口流体计量上误差较大,无法满足实验需求。
综上,目前的可视化渗流实验装置的设计主要存在的问题有:①大多数微观可视化模拟实验装置使用范围主要是常温常压,无法实现在油藏条件(高温、高压)下研究油藏流体的渗流机理;②部分高温高压微观可视化渗流实验装置最大承受温度和压力仍然无法满足一些深层油藏的温度压力条件和一些研究多孔介质中流体在高温高压状态下与原油反应机理的实验需要;③目前的微观可视化模拟实验装置出口流体计量误差较大,死体积较多,实验结果精度不够。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种高温高压微观可视化流动装置及实验方法,实现在油藏条件下研究流体的渗流规律,改装置灵敏度高,体积小,极大的满足大多数渗流实验的要求。
本发明采用下述的技术方案:
一种高温高压微观可视化流动装置,包括渗流模拟系统,与渗流模拟系统相连的微量驱替与计量系统,图像采集与分析系统;
所述渗流模拟系统包括可视高温高压釜,放置在可视高温高压釜内的微观岩心模型,设置在微观岩心模型上、下方的玻璃载体,所述玻璃载体外套设有密封胶套,可视高温高压釜外套设有环形加热套,用于调节可视高温高压釜内实验温度的目的;
所述微观岩心模型的出口端设有微流通道,所述微流通道通过管路与微量驱替与计量系统相连,其有效减小管路死体积带来的计量误差。
优选的,所述微量驱替与计量系统包括入口管线,通过入口管线与微观岩心模型入口端相连的驱替泵,设在微观岩心模型出口端的微计量泵,设在微观岩心模型两端的差压变送器,和设置在渗流模拟系统上的围压泵。
优选的,所述入口管线包括一条主管线,所述主管线内套设有3条分管线,分别实现了油、气、水三相独立的流动通道;所述主管线为盘旋或螺旋形状或者曲折形状,其中盘旋或螺旋形状沿纵向方向连续形成为回转部,曲折形状沿纵向方向断续地形成为回转部,所述回转部设置在水浴箱中,水浴箱中的水对入口管线进行加热。
优选的,所述入口管线上设有真空泵,避免入口管线中的空气对测试结果产生影响。
优选的,所述图像采集与分析系统包括电脑,放置在可视高温高压釜上方的体式显微镜和高速摄像机,所述电脑通过数据采集卡与驱替泵,微计量泵,围压泵,差压变送器相连,实现微观岩心模型中孔隙及油水等图像识别与采集。
优选的,所述微流通道为透明管线,所述透明管线上设有刻度,可以实现在渗流实验过程中通过体式显微镜实时观察记录出口端流体的体积。
优选的,所述渗流模拟系统下方设有支架,方便调节渗流模拟系统的位置和高度,方便从体式显微镜中观察。
优选的,所述驱替泵的出口端,微观岩心模型的入口端均设有压力表。
一种高温高压微观可视化流动装置的实验方法,利用一种高温高压微观可视化流动装置,包括以下步骤:
S1、微观岩心模型抽真空:将微观岩心模型固定在可视化高温高压釜中,利用真空泵对微观岩心模型抽真空;
S2、微观岩心模型饱和实验水:向微观岩心模型中注入模拟水,利用体式显微镜观察微观岩心模型中注入水的充填情况,并统计微观岩心模型中岩样的饱和度;
S3、油驱水建立束缚水饱和度:向微观岩心模型缓慢加压进行油驱排水至束缚水状态,利用体式显微镜和高速摄像机实时拍摄油驱水过程中油水渗流规律和束缚水状态下油水赋存状态,并统计微观岩心模型中获取岩样的束缚水饱和度;
S4、水驱油实验:对微观岩心模型进行水驱油实验,利用微流通道计量驱出的水相和油相体积,同时观察水驱油过程中油水渗流规律,实时拍摄水驱油过程油水分布图像,并统计获取对应状态下油水饱和度,计算微观驱油效率直至残余油状态;
S5、结束实验。
本发明的有益效果是:
1、本发明不仅可以用于真实砂岩微观模型的渗流实验,同时还可以采用光刻微观模型,适用范围大;此外,该装置承受的最大围压为80MPa,驱替压力达70MPa,实验温度最高可达150摄氏度,并且可以实现对流体的加热,极大的满足大多数渗流实验的要求。
2、本发明通过在微观岩心模型出口端采用微流通道、高精度微计量泵及高压微阀结构,实现了不同方法计量出口流体体积的目的,极大的提高了实验装置的精度,装置总体计量精度达10nL,满足目前大多数实验仪器的精度要求。
3、本发明通过在采用环弯绕的细小管线来代替中间容器向微观岩心模型输送流体的作用;不仅极大的简化了装置的结构,提高了整个装置的灵敏性,同时还有效的解决了给流体加热的问题。
4、本发明不仅可以用于定量研究油水两相在孔喉空间中的运移规律、剩余油赋存规律和三次采油技术优选等一系列涉及储层微观渗流机理方面的实验,同时由于该装置灵敏的测试精度和耐高温高压的特性,还可以用于研究储层岩石非线性渗流规律和凝析与反凝析等实验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例,而非对本发明的限制。
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明可视高温高压釜主视结构图;
图3为本发明可视高温高压釜俯视结构图;
图4为本发明入口管线剖面结构示意图;
图5为本发明入口管线结构示意图(盘旋状);
图6为本发明入口管线结构示意图(螺旋状);
图7为本发明入口管线结构示意图(曲折状);
图8为本发明实施例的结构示意图;
图中所示
1—可视高温高压釜,2—微观岩心模型,3—玻璃载体,4—密封胶套,5—微流通道,6—体式显微镜,7—入口管线,8—驱替泵,9—微计量泵,10—围压泵,11—差压变送器,12—高速摄像机,13—电脑,14—支架,15—压力表;16-真空泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“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。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,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。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图8所示,一种高温高压微观可视化流动装置,包括渗流模拟系统,与渗流模拟系统相连的微量驱替与计量系统,图像采集与分析系统;
所述渗流模拟系统包括可视高温高压釜1,放置在可视高温高压釜(1)内的微观岩心模型2,所述微观岩心模型2为18mm×14mm×0.5mm的真实砂岩的微观模型或18mm×14mm×50μm,孔喉尺寸≤50μm的光刻微观模型;
所述可视高温高压釜1外部套设有环形加热套,达到调节可视高温高压釜1内实验温度的目的,本发明实验温度为室温-150℃。
所述微观岩心模型2上、下方的设置有玻璃载体3,玻璃载体3与微观岩心模型2之间的缝隙作为高压流体仓,通过电动围压泵10向高压流体仓中泵入流体进而实现给真实砂岩的微观模型或光刻微观模型渗流实验加载围压,其最大围压可达80MPa;
所述玻璃载体3为蓝宝石,玻璃载体3外套设有密封胶套4;
所述微观岩心模型2的出口端设有微流通道5,所述微流通道5为带有刻度的细小透明管线,其环绕在微观岩心模型2旁,并通过管路与微量驱替与计量系统中的微计量泵9相连,这样可以实现在渗流实验过程中通过体式显微镜6实时观察记录出口端微流通道5中流体的体积,减小了管线死体积带来了的计量误差,达到了精确计量出口端流体体积的目的;
所述渗流模拟系统下方设有支架14,方便调节渗流模拟系统的位置和高度,方便从体式显微镜6中观察。
所述微量驱替与计量系统包括入口管线7,通过入口管线7与微观岩心模型2入口端相连的驱替泵8,设在微观岩心模型2出口端的微计量泵9,设在微观岩心模型2两端的差压变送器11,和设置在渗流模拟系统上的围压泵10。
所述驱替泵8主要负责将油、气、水等流体注入真实砂岩微观模型或光刻微观模型,最大驱替压力70MPa,驱替流量0.0000001~1mL/min,体积分辨率:3.4pL。
所述围压泵10主要负责模拟地层上覆压力,并保护微观岩心模型2,最大加载围压可达80MPa。
所述微计量泵9不仅可以向真实砂岩微观模型或光刻微观模型施加回压,使微观岩心模型2两端保持一定的驱替压差模拟实际开采过程;同时可以起到记录流体体积的作用,微观岩心模型2中被驱出的流体沿管线流入微计量泵9中,通过微计量泵9中体积的变化达到计量驱出流体体积的目的。
所述差压变送器11主要负责监测驱替流体入口端和驱替流体出口端的驱替压差,其能监测的最大静压为70MPa,压差监测范围0~600kPa。
本发明通过微计量泵9和环绕在模型出口端的微流通道5实现对驱出流体体积的双重计量,两种测试结果相互验证,使得实验结果更加具有说服力;同时实验中为了减小阀门等仪器产生的误差,本装置中采用了死体积很小的高压微阀,使得本装置的整体计量精度达10nL,满足目前大多数实验精度的要求。
所述入口管线7包括一条的主管线,所述主管线内套设有3条分管线,分别实现了油、气、水三相独立的流动通道;所述主管线为盘旋或螺旋形状或者曲折形状,其中盘旋或螺旋形状沿纵向方向连续形成为回转部,曲折形状沿纵向方向断续地形成为回转部,所述回转部设置在水浴箱中,水浴箱中热水对入口管线7进行加热,有效避免了流入微观岩心模型2的流体由于温度变化较大而引起流体性质的改变。
所述入口管线7上设有真空泵16和相应的排空阀,避免入口管线7中的空气对测试结果产生影响。
本发明为了避免使用笨重的中间容器而引起整个装置结构复杂,仪器灵敏度较小的问题,通过采用环绕的细小的入口管线7来代替中间容器,起到向微观芯片模型输送流体的作用,这不仅极大的简化了装置的结构,缩小了装置的体积,提高了整个装置的灵敏性,同时还有效的解决了给输入流体加热的问题。
所述图像采集与分析系统包括电脑13,放置在可视高温高压釜1上方的体式显微镜6和高速摄像机12,所述电脑13通过数据采集卡与驱替泵8,微计量泵9,围压泵10,差压变送器11相连,实现微观岩心模型2中孔隙及流体等图像识别与采集。
所述驱替泵8的出口端,微观岩心模型2的入口端均设有压力表15。
本发明不仅可以用于定量研究油水两相在孔喉空间中的运移规律、剩余油赋存规律和三次采油技术优选等一系列涉及储层微观渗流机理方面的实验,同时由于该装置灵敏的测试精度和耐高温高压的特性,还可以用于研究储层岩石非线性渗流规律和凝析与反凝析等实验。本实施例以高温高压岩石微观可视化水驱油实验为例,说明本发明的具体实施流程。
高温高压岩石微观可视化水驱油实验步骤依次包括:岩样抽真空-饱和实验水-油驱水建立束缚水饱和度-水驱油实验-结束实验,即将微观岩心模型放入可视化高温高压釜内,首先对微观岩心模型2抽真空饱和实验水,然后再以一定的流量进行油驱水以建立束缚水状态,最后进行水驱油实验,利用体式显微镜观察水驱油过程中油水的赋存特征和残余油分布特征,同时采集某一固定区域饱和水状态、束缚水状态和残余油状态下的微观图像,并通过图像统计获取岩心的微观驱替效率。
具体操作步骤如下:
(1)微观岩心模型抽真空。实验仪器组装调试完毕后,将微观岩心模型2固定在可视化高温高压釜中1,随后启动围压泵10并打开相应管线的阀门向可视化高温高压釜1内腔加载围压至实验值,最后打开真空泵16抽出微观岩心模型2孔喉中的空气,一般需抽空4小时以上。
(2)微观岩心模型2饱和实验水。打开入口管线7中的水相管线入口端的两个高压微阀,向水相管线中注入实验水(在实验水中加入一定量的甲基蓝试剂使实验水呈现蓝色)。抽真空结束后,关闭真空泵16,打开可视高温高压釜1的和水浴箱的开关,设置水浴箱的温度,对可视高温高压反应釜1的围压流体和注入流体进行加热,同时,打开驱替泵8缓慢加压,向微观岩心模型2中注入模拟水,利用体式显微镜6观察微观岩心模型2中注入水的充填情况,待出口端的微流通道被实验水充满后,打开微计量泵9继续驱替直至微观岩心模型2中所有孔隙全部被充填,关闭驱替泵8、微计量泵9及水相管线的高压微阀;利用高速摄像机12拍摄岩心完全饱和水下的图像,并统计岩样的饱和度。
(3)油驱水建立束缚水饱和度。打开入口管线7中的油相管线入口端的两个高压微阀,向油相管线中注入实验水(在实验水中加入一定量的苏丹红试剂使实验油呈现红色)。打开入口驱替泵8、油相管线入口端的高压微阀及微计量泵9,缓慢加压进行油驱排水至束缚水状态后关闭驱替泵8、油相管线入口端的高压微阀和微计量泵9,利用体式显微镜6和高速摄像机12实时拍摄油驱水过程中油水渗流规律和束缚水状态下油水赋存状态,并统计获取岩样的束缚水饱和度。
(4)水驱油实验。打开入口管线7中的水相管线入口端的两个高压微阀,向水相管线中注入实验水(在实验水中加入一定量的苏丹红试剂使实验油呈现红色)。打开驱替泵8、水相管线入口端的高压微阀向微观岩心模型2加压注入水相,同时启动微计量泵9向微观岩心模型2出口端施加压力,待入口和出口端压力平衡后,缓慢增大驱替泵8的压力进行水驱油实验,利用微流通道5计量驱出的水相和油相体积,同时观察水驱油过程中油水渗流规律,实时拍摄水驱油过程油水分布图像,并统计获取对应状态下油水饱和度,计算微观驱油效率直至残余油状态。
(5)结束实验。待水驱油结束后,关闭可视高温高压釜1和水浴箱的电源开关,待静置半个小时后,缓慢减小入口驱替压力和出口端驱替压力,同时减小围压,且始终保持围压高于驱替压力。待卸载至常压后,取出微观岩心模型2结束实验。
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做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种高温高压微观可视化流动装置,其特征在于,一种高温高压微观可视化流动装置,包括渗流模拟系统,与渗流模拟系统相连的微量驱替与计量系统,图像采集与分析系统;
所述渗流模拟系统包括可视高温高压釜(1),放置在可视高温高压釜(1)内的微观岩心模型(2),设置在微观岩心模型(2)上、下方的玻璃载体(3),所述玻璃载体(3)外套设有密封胶套(4),可视高温高压釜(1)外套设有环形加热套;
所述微观岩心模型(2)的出口端设有微流通道(5),所述微流通道(5)通过管路与微量驱替与计量系统相连,微流通道(5)为透明管线,所述透明管线上设有刻度;
所述微量驱替与计量系统包括入口管线(7),通过入口管线(7)与微观岩心模型(2)入口端相连的驱替泵(8),设在微观岩心模型(2)出口端的微计量泵(9),设在微观岩心模型(2)两端的差压变送器(11),和设置在渗流模拟系统上的围压泵(10);
所述入口管线(7)包括一条主管线,所述主管线内套设有3条分管线,分别实现了油、气、水三相独立的流动通道;所述主管线为盘旋或螺旋形状或者曲折形状,其中盘旋或螺旋形状沿纵向方向连续形成为回转部,曲折形状沿纵向方向断续地形成为回转部,所述回转部设置在水浴箱中。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压微观可视化流动装置,其特征在于,所述入口管线(7)上设有真空泵(16)。
3.根据权利要求2所述的一种高温高压微观可视化流动装置,其特征在于,所述图像采集与分析系统包括电脑(13),放置在可视高温高压釜(1)上方的体式显微镜(6)和高速摄像机(12),所述电脑(13)通过数据采集卡与驱替泵(8),微计量泵(9),围压泵(10),差压变送器(11)相连。
4.根据权利要求1所述的一种高温高压微观可视化流动装置,其特征在于,所述渗流模拟系统下方设有支架(14)。
5.根据权利要求1所述的一种高温高压微观可视化流动装置,其特征在于,所述驱替泵(8)的出口端,微观岩心模型(2)的入口端均设有压力表(15)。
6.一种高温高压微观可视化流动装置的实验方法,利用权利要求1至5任意一项所述的一种高温高压微观可视化流动装置,其特征在于,包括以下步骤:
S1、微观岩心模型(2)抽真空:将微观岩心模型(2)固定在可视化高温高压釜中(1),利用真空泵(16)对微观岩心模型(2)抽真空;
S2、微观岩心模型(2)饱和实验水:向微观岩心模型(2)中注入模拟水,利用体式显微镜(6)观察微观岩心模型(2)中注入水的充填情况,并统计微观岩心模型(2)中岩样的饱和度;
S3、油驱水建立束缚水饱和度:向微观岩心模型(2)缓慢加压进行油驱排水至束缚水状态,利用体式显微镜(6)和高速摄像机(12)实时拍摄油驱水过程中油水渗流规律和束缚水状态下油水赋存状态,并统计微观岩心模型(2)中获取岩样的束缚水饱和度;
S4、水驱油实验:对微观岩心模型(2)进行水驱油实验,利用微流通道(5)计量驱出的水相和油相体积,同时观察水驱油过程中油水渗流规律,实时拍摄水驱油过程油水分布图像,并统计获取对应状态下油水饱和度,计算微观驱油效率直至残余油状态;
S5、结束实验。
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