CN113358529B - 一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置 - Google Patents

一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置，装置包括填砂管、ISCO驱替泵、中间容器、数字电桥、精准压力计以及量筒，所述ISCO驱替泵包括泵底座、泵电源、泵显示器和泵机，泵机固定的设置在泵底座上，所述的中间容器为驱替泵提供稳定的流体，所述ISCO驱替泵用于提供稳定的流体流速。本装置操作简便、方法合理，通过NaCl溶剂作为NaCl溶液探究了室内实验中可控变量与弥散系数的关系，从而得到电阻与时间的关系曲线。此外，由电阻率与NaCl溶液浓度之间的关系可间接得到浓度与时间的关系曲线，并获取不同实验条件下的穿透曲线，计算弥散系数，为油气田示踪剂监测技术的应用提供理论依据。

Description

一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置
技术领域
本发明涉及流体力学技术领域，具体涉及一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置。
背景技术
对于弥散室内实验而言，研究相对成熟，能够较好地探究弥散系数与介质参数之间的关系，但是多数的室内实验多是单一粒径的砂体或玻璃珠等介质的充填，即非均质性较弱，而考虑混合粒径砂体充填的研究相对较少，这就与实际的储层存在一定的差异，表明弥散实验的深入研究仍然具有较大的意义与价值。为此，本装置及方法在前人NaCl溶液弥散研究的基础上，考虑了单一粒径与混合粒径充填方式，进一步研究了弥散系数与介质及孔渗参数之间的关系，为油气田示踪剂监测技术的应用提供理论依据。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明通过考虑单一粒径与混合粒径充填方式，进一步研究了弥散系数与介质及孔渗参数之间的关系，从而提供一种操作方便、精确度高、用于计算砂岩储层弥散系数的装置，解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置，所述装置包括填砂管、ISCO驱替泵、中间容器、数字电桥、精准压力计以及量筒，所述ISCO驱替泵包括泵底座、泵电源、泵显示器和泵机，泵机固定的设置在泵底座上，所述的中间容器为驱替泵提供稳定的流体，所述ISCO驱替泵用于提供稳定的流体流速。
优选的，所述的填砂管用于装填不同目数的砂体，并固定在填砂管夹持器上。
优选的，所述的数字电桥为TH2810B型LCR数字电桥，用于测量填砂管两端溶液的电阻，并将电阻示数显示在数字电桥显示器上。
优选的，所述的中间容器分别与泵机和填砂管用铁管线连接，在所述中间容器的顶部设置有容器盖，容器盖上设置有进口阀门和出口阀门，进口阀门通过铁管线与泵机连接，出口阀门通过通过铁管线与填砂管连接，在驱替压力下，液体从进口阀门进入，出口阀门流出。
优选的，所述的精准压力计为1.6MPa精准压力计。
一种计算砂岩储层弥散系数的方法，所述方法包括标定实验步骤和填砂弥散实验步骤，
所述标定实验步骤包括：
S1、实验准备；
S2、在填砂管中装填入100目石英砂体，并进行填平压实处理，内部出口处装有滤砂纸，防止石英砂体堵塞，将填砂管用填砂管夹持器固定；
S3、配置0.5mol/L的NaCl溶液1L，倒入中间容器中，在驱替压力下，液体从进口阀门进入，出口阀门流出，中间容器由容器盖密封，保证气密性良好；
S4、由泵机设置恒定流速用以饱和石英砂体，开启数字电桥上的数字电桥操作面板，测量填砂管两端溶液的电阻，待数字电桥显示器的电阻示数稳定后，记录下此时的电阻率及该电阻率下的溶液浓度；
S5、洗净中间容器，填砂管洗净烘干后重新充填100目砂体，此时中间容器依次更换为0.4mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L、0.1mol/L的NaCl溶液，重复步骤S1到S4；再把填砂管依次充填更换为200目、400目、800目、100+400目、100+800目、200+400目以及200+800目的石英砂体，重复上述实验步骤，直至完成所有目数填砂标定，分别绘制不同目数下填砂电阻率与NaCl溶液浓度关系曲线图；
所述填砂弥散实验步骤包括：
S10、实验准备；
S20、在填砂管中装填入100目石英砂体，并进行填平压实处理，内部出口处装有滤砂纸，防止石英砂体堵塞，将填砂管用填砂管夹持器固定；
S30、将蒸馏水装入中间容器，设置ISCO驱替泵流速为0.5ml/min进行恒流驱替，对砂体进行饱和，直至精准压力计读数稳定，记录下此时流量及压力示数，同时用量筒记录驱替出来的液体量，记录完成后停止驱替，取出填砂管；
S40、更换中间容器中蒸馏水为0.5mol/L的NaCl溶液，将ISCO驱替泵设置为0.5ml/min的恒流驱替，当填砂管出口端出现第一滴流体时，以秒表开始计时，并记录下数值电桥上电阻的变化，直至电阻值达到稳定即可停止计数；
S50、将所记录电阻值转化为电阻率，利用电阻率由电阻率-浓度公式计算出每一时间对应的浓度值，绘制穿透曲线(BTC)并利用公式计算弥散系数；
S60、洗净填砂管并烘干，装填100目的砂体，将ISCO驱替泵恒定流速依次改为1ml/min、1.5ml/min、2ml/min、2.5ml/min、3ml/min，重复步骤S10到S50，完成100目实验后，更改为200目、400目、800目、100目+400目、100目+800目、200目+400目以及200目+800目数的填砂，重复上述实验步骤，，绘制完成所有目数及流速下的穿透曲线。
优选的，所述的实验准备具体包括：将装有蒸馏水的容器瓶与ISCO驱替泵用塑料导管连接，打开电源泵，通过给泵机设置0.1MPa的驱替压力检查装置的气密性，压力值显示在泵显示器上。
优选的，所述的检查装置的气密性具体是：如精准压力计示数恒定为0.1MPa，则表明气密性良好，如精准压力计示数不恒定为0.1MPa，则表明气密性不好或漏气。
优选的，所述的电阻值达到稳定停止计数具体是以1min内电阻示数不再变化时停止计数。
本发明的有益效果是：本发明装置及方法可通过测量从石英砂体驱替而出的不同浓度盐水的电阻率，得到不同渗透率或不同目数条件下砂体电阻率与NaCl溶液浓度关系曲线。本装置操作简便、方法合理，通过NaCl溶剂作为NaCl溶液探究了室内实验中可控变量与弥散系数的关系，从而得到电阻与时间的关系曲线。此外，由电阻率与NaCl溶液浓度之间的关系可间接得到浓度与时间的关系曲线，并获取不同实验条件下的穿透曲线，计算弥散系数，为油气田示踪剂监测技术的应用提供理论依据。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例中以100目石英砂测得其不同流速下的穿透曲线示意图；
图中，1-蒸馏水、2-容器瓶、3-塑料导管、4-ISCO驱替泵、5-泵底座、6-泵电源、7-泵显示器、8-泵机、9-铁管线、10-进口阀门、11-出口阀门、12-容器盖、13-中间容器、14-精准压力计、15-填砂管夹持器、16-填砂管、17-数字电桥操作面板、18-数字电桥显示器、19-数字电桥、20-量筒。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置，结构如图1所示，所述装置包括填砂管16、ISCO驱替泵4、中间容器13、数字电桥19、精准压力计14以及量筒20，所述ISCO驱替泵4包括泵底座5、泵电源6、泵显示器7和泵机8，泵机8固定的设置在泵底座5上，所述的中间容器13为驱替泵提供稳定的流体，可装载蒸馏水和NaCl等溶液，所述ISCO驱替泵4用于提供稳定的流体流速，从而使得砂体处于完全饱和状态，可以提供准确、可靠的液体输送。除了标准配置，还可以根据自身的要求，如流速、压力、管口尺寸、软件等，为实验提供合适的高压柱塞泵。
进一步的，所述的填砂管16(尺寸为2.5×7cm)用于装填不同目数的砂体，并固定在填砂管夹持器15上，以便驱替实验的顺利进行。
进一步的，所述的数字电桥19为TH2810B型LCR数字电桥，采用数字技术测量阻抗参数的电桥，从而将传统的模拟量转换为数字量，再进行数字运算、传递和处理等，用于测量填砂管两端溶液的电阻，待电阻示数稳定后记录下此时的电阻率及该电阻率下的溶液浓度，并将电阻示数显示在数字电桥显示器18上。
进一步的，所述的中间容器13分别与泵机8和填砂管16用铁管线9连接，在所述中间容器13的顶部设置有容器盖12，容器盖12上设置有进口阀门10和出口阀门11，进口阀门10通过铁管线9与泵机8连接，出口阀门11通过通过铁管线9与填砂管16连接，在驱替压力下，液体从进口阀门10进入，出口阀门11流出。
进一步的，所述的精准压力计14为1.6MPa精准压力计，用于砂体饱和完成后，即精准压力计读数达到稳定状态，记录此时流量及压力示数。
一种计算砂岩储层弥散系数的方法，包括标定实验步骤和填砂弥散实验步骤，
电阻率与NaCl溶液浓度关系标定实验步骤包括：
S1、实验准备，连接装置，将装有蒸馏水1的容器瓶2与ISCO驱替泵4用塑料导管3连接，打开泵电源6，通过给泵机8设置0.1MPa的驱替压力检查装置的气密性，压力值显示在泵显示器7上，如精准压力计示数恒定为0.1MPa，则表明气密性良好，可以开始进行实验，如精准压力计示数不恒定为0.1MPa，则表明气密性不好或漏气，则检查漏气处进行更换装置或密封处理，直至压力示数恒定在0.1MPa为止。
S2、在填砂管16中装填入100目石英砂体，并进行填平压实处理，内部出口处装有滤砂纸，防止石英砂体堵塞，将填砂管16用填砂管夹持器15固定；
S3、配置0.5mol/L的NaCl溶液1L，倒入中间容器13中，在驱替压力下，液体从进口阀门10进入，出口阀门11流出，中间容器13由容器盖12密封，保证气密性良好；
S4、由泵机8设置恒定流速用以饱和石英砂体，开启数字电桥19上的数字电桥操作面板17，测量填砂管两端溶液的电阻，待数字电桥显示器18的电阻示数稳定后，记录下此时的电阻率及该电阻率下的溶液浓度；
S5、洗净中间容器，填砂管洗净烘干后重新充填100目砂体，此时中间容器依次更换为0.4mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L、0.1mol/L的NaCl溶液，重复步骤S1到S4；再把填砂管依次充填更换为200目、400目、800目、100+400目、100+800目、200+400目以及200+800目的石英砂体，重复上述实验步骤，直至完成所有目数填砂标定，分别绘制不同目数下填砂电阻率与NaCl溶液浓度关系曲线图；
标定后进行填砂弥散实验，此时设置8种目数的填砂模型以及6种不同的驱替速度总共48组实验，所述填砂弥散实验步骤包括：
S10、实验准备，同标定实验中一样，连接装置，仍然利用ISCO驱替泵设置0.1MPa的压力检查装置的气密性；
S20、在填砂管16中装填入100目石英砂体，并进行填平压实处理，内部出口处装有滤砂纸，防止石英砂体堵塞，将填砂管16用填砂管夹持器15固定；
S30、将蒸馏水装入中间容器，设置ISCO驱替泵流速为0.5ml/min进行恒流驱替，对砂体进行饱和，直至精准压力计14读数稳定，记录下此时流量及压力示数，同时用量筒20记录驱替出来的液体量，记录完成后停止驱替，取出填砂管；
S40、更换中间容器中蒸馏水为0.5mol/L的NaCl溶液，将ISCO驱替泵设置为0.5ml/min的恒流驱替，当填砂管出口端出现第一滴流体时，以秒表开始计时，并记录下数值电桥上电阻的变化，直至电阻值达到稳定即可停止计数(以1min内示数不再变化为准)；
S50、将所记录电阻值转化为电阻率，利用电阻率由电阻率-浓度公式计算出每一时间对应的浓度值，绘制穿透曲线(BTC)并利用公式计算弥散系数；
Figure GDA0003444031390000071
式中，DL为弥散系数m2/s；v为流速m/s；t0.5、t0.8413、t0.1587为穿透曲线在浓度比为0.5、0.8413、0.1587时对应的时间；
S60、洗净填砂管并烘干，装填100目的砂体，将ISCO驱替泵恒定流速依次改为1ml/min、1.5ml/min、2ml/min、2.5ml/min、3ml/min，重复步骤S10到S50，完成100目实验后，更改为200目、400目、800目、100目+400目、100目+800目、200目+400目以及200目+800目数的填砂，重复上述实验步骤，，绘制完成所有目数及流速下的穿透曲线，此时以100目为例，如图2所示。
发明原理：在实验的砂体中饱和一种流体(如蒸馏水)，再用NaCl溶液或者其他溶液进行混相驱替，通过实验装置测量弥散过程中电阻的变化，再转化为电阻率的变化；通过电阻率与浓度的关系，就可以得到浓度随时间的变化，从而绘制出穿透曲线(BTC)，该曲线为多孔介质中流体弥散过程中浓度随时间的变化曲线，获得穿透曲线后即可利用计算公式计算弥散系数。
通过本发明装置及方法能获取不同实验条件下的穿透曲线，计算弥散系数，为油气田示踪剂监测技术的应用提供理论依据。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于，所述装置包括填砂管(16)、ISCO驱替泵(4)、中间容器(13)、数字电桥(19)、精准压力计(14)以及量筒(20)，所述ISCO驱替泵(4)包括泵底座(5)、泵电源(6)、泵显示器(7)和泵机(8)，泵机(8)固定的设置在泵底座(5)上，所述的中间容器(13)为驱替泵提供稳定的流体，所述ISCO驱替泵(4)用于提供稳定的流体流速；计算砂岩储层弥散系数的方法，包括标定实验步骤和填砂弥散实验步骤，
所述标定实验步骤包括：
S1、实验准备；
S2、在填砂管(16)中装填入100目石英砂体，并进行填平压实处理，内部出口处装有滤砂纸，防止石英砂体堵塞，将填砂管(16)用填砂管夹持器(15)固定；
S3、配置0.5mol/L的NaCl溶液1L，倒入中间容器(13)中，在驱替压力下，液体从进口阀门(10)进入，出口阀门(11)流出，中间容器(13)由容器盖(12)密封，保证气密性良好；
S4、由泵机(8)设置恒定流速用以饱和石英砂体，开启数字电桥(19)上的数字电桥操作面板(17)，测量填砂管两端溶液的电阻，待数字电桥显示器(18)的电阻示数稳定后，记录下此时的电阻率及该电阻率下的溶液浓度；
S5、洗净中间容器，填砂管洗净烘干后重新充填100目砂体，此时中间容器依次更换为0.4mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L、0.1mol/L的NaCl溶液，重复步骤S1到S4；再把填砂管依次充填更换为200目、400目、800目、100+400目、100+800目、200+400目以及200+800目的石英砂体，重复上述实验步骤，直至完成所有目数填砂标定，分别绘制不同目数下填砂电阻率与NaCl溶液浓度关系曲线图；
所述填砂弥散实验步骤包括：
S10、实验准备；
S20、在填砂管(16)中装填入100目石英砂体，并进行填平压实处理，内部出口处装有滤砂纸，防止石英砂体堵塞，将填砂管(16)用填砂管夹持器(15)固定；
S30、将蒸馏水装入中间容器，设置ISCO驱替泵流速为0.5ml/min进行恒流驱替，对砂体进行饱和，直至精准压力计(14)读数稳定，记录下此时流量及压力示数，同时用量筒(20)记录驱替出来的液体量，记录完成后停止驱替，取出填砂管；
S40、更换中间容器中蒸馏水为0.5mol/L的NaCl溶液，将ISCO驱替泵设置为0.5ml/min的恒流驱替，当填砂管出口端出现第一滴流体时，以秒表开始计时，并记录下数值电桥上电阻的变化，直至电阻值达到稳定即可停止计数；
S50、将所记录电阻值转化为电阻率，利用电阻率由电阻率-浓度公式计算出每一时间对应的浓度值，绘制穿透曲线(BTC)并利用公式计算弥散系数；
S60、洗净填砂管并烘干，装填100目的砂体，将ISCO驱替泵恒定流速依次改为1ml/min、1.5ml/min、2ml/min、2.5ml/min、3ml/min，重复步骤S10到S50，完成100目实验后，更改为200目、400目、800目、100目+400目、100目+800目、200目+400目以及200目+800目数的填砂，重复上述实验步骤，绘制完成所有目数及流速下的穿透曲线。
2.根据权利要求1所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的填砂管(16)用于装填不同目数的砂体，并固定在填砂管夹持器(15)上。
3.根据权利要求1所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的数字电桥(19)为TH2810B型LCR数字电桥，用于测量填砂管两端溶液的电阻，并将电阻示数显示在数字电桥显示器(18)上。
4.根据权利要求1所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的中间容器(13)分别与泵机(8)和填砂管(16)用铁管线(9)连接，在所述中间容器(13)的顶部设置有容器盖(12)，容器盖(12)上设置有进口阀门(10)和出口阀门(11)，进口阀门(10)通过铁管线(9)与泵机(8)连接，出口阀门(11)通过铁管线(9)与填砂管(16)连接，在驱替压力下，液体从进口阀门(10)进入，出口阀门(11)流出。
5.根据权利要求1所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的精准压力计(14)为1.6MPa精准压力计。
6.根据权利要求1所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的实验准备具体包括：将装有蒸馏水(1)的容器瓶(2)与ISCO驱替泵(4)用塑料导管(3)连接，打开泵电源(6)，通过给泵机(8)设置0.1MPa的驱替压力检查装置的气密性，压力值显示在泵显示器(7)上。
7.根据权利要求6所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的检查装置的气密性具体是：如精准压力计示数恒定为0.1MPa，则表明气密性良好，如精准压力计示数不恒定为0.1MPa，则表明气密性不好或漏气。
8.根据权利要求1所述的用于计算砂岩储层弥散系数的装置，其特征在于：所述的电阻值达到稳定停止计数具体是以1min内电阻示数不再变化时停止计数。
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