CN113358683B - 一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置及方法，装置包括夹持长岩心的岩心夹持器，提供恒定压力的I SCO驱替泵、手动加压泵、内部充满重水的中间容器、压力自动采集仪以及核磁共振分析仪，所述压力自动采集仪包括进口端压力自动采集仪和出口端压力自动采集仪，本装置及方法可以同时研究低渗透岩心在恒压水驱油过程中驱替效率、残余油状态下孔喉壁薄膜厚度、可动流体截止值、平均含油饱和度等参数的变化特征。本装置操作简便、方法合理，主要为研究岩心的端面效应、获取不同截面下水驱油的孔喉分布以及驱替到的大小孔隙所占比例提供了设计原则，对更加真实反应储层渗流特点等具有重大意义。

Description

一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置及方法

技术领域

本发明涉及渗流力学技术领域，具体涉及一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置及方法。

背景技术

众所周知，岩心实验是研究油气运移规律的重要技术手段，有助于了解并掌握油气运移的渗流机理，对油藏的科学高效开发具有一定的指导和参考作用。而常规岩心物理模拟实验采用的岩心较短，通常不到5cm，存在明显的端面效应，故不能很好地反映渗流过程中岩心内部参数的变化，这对于油藏渗流机理的研究造成了负面影响。

业界对于端面效应的研究，已得到如下结论：(1)随着岩心长度增长，末端效应影响程度越来越弱；(2)岩心渗透率越低，端面效应对低渗透储层非达西渗流规律的影响就越低；(3)岩心渗透率相同的情况下，驱替相流体的注入速度越高(两端压差越大)，端面效应对低渗透储层非达西渗流规律的影响越低；(4)驱替速度与岩心渗透率相同的情况下，油驱渗流实验的端面效应要比水驱渗流实验的端面效应明显的多。

为消除岩心孔隙结构测定过程中末端效应产生的不利影响，不同学者从实验装置及数据处理方法等方面开展了大量研究。在统计大量实验结果的基础上，提出了针对末端效应的相渗曲线校正公式，但该校正公式主要是针对中高渗岩心，对于低渗致密岩心的适用性有待商榷。更有学者结合Xray、CT扫描技术获取准确的含水饱和度剖面，以分析末端效应的影响，但对实验设备要求较高，测试结果可能存在偏差。同时，利用数值模拟技术对中高渗岩心中毛管力末端效应的影响进行分析研究，但未形成具体的量化指标，难以推广应用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置及方法，本装置及方法能获得同一块岩心前、中、后三段核磁T₂曲线图谱等特征，用以探究不同截面下水驱油的孔喉分布以及驱替到的大小孔隙所占比例，操作简便、精确度高，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：一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置，所述装置包括夹持长岩心的岩心夹持器，提供恒定压力的ISCO驱替泵、手动加压泵、内部充满重水的中间容器、压力自动采集仪以及核磁共振分析仪，所述压力自动采集仪包括进口端压力自动采集仪和出口端压力自动采集仪。

优选的，所述的岩心夹持器的出口端还连接有回压系统，用于控制出口的压力，便于液体的驱替。

优选的，所述的回压系统的另一端连接的有量筒，量筒用于接收驱替的液体，同时直接读取液体量。

优选的，所述的ISCO驱替泵与中间容器之间设置有进口阀门，进口阀门用于控制中间容器进口的流体；所述中间容器与岩心夹持器之间设置有用于控制中间容器出口流体的出口阀门和进口端压力自动采集仪，所述的进口端压力自动采集仪用于记录岩心夹持器进口端的压力变化。

优选的，所述的岩心夹持器与回压系统之间设置的有用于记录岩心夹持器出口端压力变化的出口端压力自动采集仪。

优选的，所述的岩心夹持器和回压系统均连接的有能提供稳定围压的手动加压泵。

一种研究岩心端面效应的水驱油实验方法，包括如下步骤：

S1、将用油饱和后的长岩心放入岩心夹持器中，将夹持器中的橡胶圈加热使其完全密封，使得流体只能沿着孔喉流动到端面而不能渗流到岩样侧表面；

S2、设置压力为20Mpa，ISCO驱替泵以恒定的压力通过中间容器中的重水驱替长岩心中的油相，直到出口端见不到油时停止，用量筒记录驱替出的液体量；

S3、取出长岩心，将长岩心分割成三段，用核磁共振分析仪扫描分割后的三段岩心，进而获取每段岩心的T₂谱曲线图，在不同条件下重复上述步骤，然后计算不同条件下岩心水驱油过程参数变化情况。

优选的，所述的长岩心长度为8cm。

优选的，所述步骤S3中的不同条件包括不同渗透率、不同润湿性和不同压力。

优选的，所述步骤S3中的参数包括被驱出油的比例、驱替效率、残余油状态下孔喉壁薄膜厚度、可动流体T₂截止值以及平均含油饱和度。

本发明的有益效果是：本发明方法操作简便，采用核磁共振离线方法，分段扫描，精度高，信号干扰低，可以准确测得流体驱替效率，并得到T₂谱扫描及核磁共振成像结果，提高实验研究的准确性，同时具备可重复性，可在相同的实验条件下进行重复性研究，也可采取控制变量研究方法，改变其中某一条件，研究其对驱替效率的影响以及变化规律。该本发明装置操作简便、方法合理，主要为研究岩心的端面效应、获取不同截面下水驱油的孔喉分布及驱替到的大小孔隙所占比例提供了设计原则，对更加真实反应储层渗流特点具有重大意义。

附图说明

图1为本发明端面效应水驱油实验装置结构示意图；

图2为本发明实施例核磁共振分析仪分段测量长岩心示意图；

图中，1-ISCO驱替泵、2-铁管线、3-进口阀门、4-中间容器、5-出口阀门、6-进口端压力自动采集系统、7-电脑、8-岩心夹持器、9-手动加压泵、10-出口端压力自动采集系统、11-回压系统、12-量筒、13-核磁共振分析仪、14-长岩心。

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。

请参阅图1-2，一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置，装置结构如图1所示，该装置包括夹持长岩心的岩心夹持器8，提供恒定压力的ISCO驱替泵1、手动加压泵9、内部充满重水的中间容器4、压力自动采集仪以及核磁共振分析仪13，压力自动采集仪包括进口端压力自动采集仪6和出口端压力自动采集仪10。在该装置中，利用ISCO驱替泵通过中间容器向饱和油的长岩心中注入重水，直至长岩心达到残余油状态。通过核磁共振分析仪在离线状态下(水驱油之后)分别扫描岩心前段、中段及后段，进而得到水驱油后每段岩心的核磁共振T₂曲线图谱。

进一步的，ISCO驱替泵1可为水驱油过程提供流量精确的溶液输送，即利用重水驱替出饱和在长岩心中的油。值得注意的是，重水在核磁共振中很好的屏蔽了氢信号，不会产生共振，因此可以通过仪器检测孔喉中的驱油效率。中间容器4密封性十分完善，其内部充满重水，用于在水驱油过程中提供稳定的液体来源。

进一步的，岩心夹持器用于装载8cm的长岩心14，岩心夹持器的出口端还连接有回压系统11，用于控制出口的压力，便于液体的驱替。

进一步的，回压系统11的另一端连接的有量筒12，量筒用于接收驱替的液体，同时直接读取液体量，从而可以随时监测被驱出的液体量，也可对不同驱替压力下的不同孔隙范围内剩余油随驱替时间的变化进行监测，为计算其他参数提供数据支持。岩心夹持器出口的压力由回压系统控制，用以模拟不同的驱替压力。

进一步的，核磁共振分析仪13用于测试水驱油过程中的横向弛豫时间及T₂截至值，以得到岩心的平均含油饱和度及驱替效率。

进一步的，ISCO驱替泵1与中间容器4之间设置有进口阀门3，进口阀门用于控制中间容器进口的流体；所述中间容器4与岩心夹持器8之间设置有用于控制中间容器出口流体的出口阀门5和进口端压力自动采集仪6，所述的进口端压力自动采集仪6用于记录岩心夹持器进口端的压力变化。

进一步的，岩心夹持器8与回压系统11之间设置的有用于记录岩心夹持器出口端压力变化的出口端压力自动采集仪10。进口端压力自动采集仪和出口端压力自动采集仪都同时与电脑7相连接，分别记录的进口端与出口端压力的变化均显示在电脑7上。

进一步的，岩心夹持器和回压系统均连接的有能提供稳定围压的手动加压泵9，手动加压泵可提供稳定的围压用以完全密封长岩心，同时，也为回压系统提供了稳定的压力。

结合现有的实验和理论计算，出口末端效应的范围一般只限于距出口端面约2cm左右。所以，一种消除末端效应的方法是在测试岩样前、后两端各加上2cm长的多孔介质(如人造岩心或天然岩心)。在此基础上，本发明设计了一种研究岩心端面效应的水驱油实验装置，并采用扫描“三段岩心”的核磁共振T₂谱曲线图，研究了不同渗透率及润湿性的岩心水驱过程参数变化。

一种研究岩心端面效应的水驱油实验方法，实验开始前，先将装置内的不同设备和仪器用铁管线2相连，用ISCO驱替泵1以恒定压力驱替中间容器4的液体，进口阀门3和出口阀门5分别控制中间容器进出口的流体，将重水驱替至岩心中，压力自动采集系统分别记录进口端与出口端压力的变化，均显示在电脑7上，回压系统11控制出口压力，用以模拟不同驱替压力，且之后液体被驱替至量筒12中，可直接读取排出的油量，取出岩心，将长岩心14分割成三段，用核磁共振分析仪13扫描岩心上述三段，进而获取岩心中每段T₂谱曲线图。该实验方法具体包括如下步骤：

S1、实验选用长岩心，首先需明确岩心的来源及其地质参数(包括但不限于孔隙度、渗透率、内部矿物成分、微观结构以及不同岩心的相渗曲线)，接着确定其地质年代、润湿性以及是否有使用过，之后将岩心用油饱和。将用油饱和后的长岩心放入岩心夹持器中，将夹持器中的橡胶圈加热使其完全密封，使得流体只能沿着孔喉流动到端面而不能渗流到岩样侧表面。

S2、设置压力为20Mpa，ISCO驱替泵以恒定的压力通过中间容器中的重水(1mPa·s)驱替长岩心中的油相(3-5mPa·s)，直到出口端见不到油时停止。先用小的压力值驱替，然后改用大压力值驱替，并用量筒记录驱替出来的液体量。

S3、取出长岩心，将长岩心分割成三段，用核磁共振分析仪13扫描分割后的三段岩心(前后段为2cm，中段为4cm，如图2所示)，进而获取每段岩心的T₂谱曲线图，核磁共振分析仪分段测量长岩心如图2所示，该图谱可准确反应有端面效应和去除端面效应的影响，同时，该装置可将不同截面被驱替到的大孔和小孔占比分别表征出来。探究克服端面效应条件下不同截面的水驱油孔喉分布以及驱替到的大小孔隙所占比例，从而表征端面效应。在不同条件下重复上述步骤，然后计算不同条件下岩心水驱油过程参数变化情况。

长岩心长度为8cm。

进一步的，步骤S3中的不同条件包括不同渗透率、不同润湿性和不同压力(不同驱替速度)。

进一步的，步骤S3中的参数包括被驱出油的比例、驱替效率、残余油状态下孔喉壁薄膜厚度、可动流体T₂截止值以及平均含油饱和度等。

本发明方法操作简便，采用核磁共振离线方法，分段扫描，精度高，信号干扰低，可以准确测得流体驱替效率，并得到T₂谱扫描及核磁共振成像结果，提高实验研究的准确性，同时具备可重复性，可在相同的实验条件下进行重复性研究，也可采取控制变量研究方法，改变其中某一条件，研究其对驱替效率的影响以及变化规律。该本发明装置操作简便、方法合理，主要为研究岩心的端面效应、获取不同截面下水驱油的孔喉分布及驱替到的大小孔隙所占比例提供了设计原则，对更加真实反应储层渗流特点具有重大意义。

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 (4)

1.一种研究岩心端面效应的水驱油实验方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、将用油饱和后的长岩心放入岩心夹持器中，将夹持器中的橡胶圈加热使其完全密封，使得流体只能沿着孔喉流动到端面而不能渗流到岩样侧表面；

S2、设置压力为20 Mpa，ISCO驱替泵以恒定的压力通过中间容器中的重水驱替长岩心中的油相，直到出口端见不到油时停止，用量筒记录驱替出的液体量；

S3、取出长岩心（14），将长岩心分割成三段，用核磁共振分析仪（13）扫描分割后的三段岩心，进而获取每段岩心的T₂谱曲线图，在不同条件下重复上述步骤，然后计算不同条件下岩心水驱油过程参数变化情况；

所述实验方法中的装置包括有夹持长岩心的岩心夹持器（8），提供恒定压力的ISCO 驱替泵（1）、手动加压泵（9）、内部充满重水的中间容器（4）、压力自动采集仪以及核磁共振分析仪（13），所述压力自动采集仪包括进口端压力自动采集仪（6）和出口端压力自动采集仪（10）；所述的岩心夹持器的出口端还连接有回压系统（11），用于控制出口的压力，便于液体的驱替；

所述的回压系统（11）的另一端连接的有量筒（12），量筒用于接收驱替的液体，同时直接读取液体量；

所述的ISCO 驱替泵（1）与中间容器（4）之间设置有进口阀门（3），进口阀门用于控制中间容器进口的流体；所述中间容器（4）与岩心夹持器（8）之间设置有用于控制中间容器出口流体的出口阀门（5）和进口端压力自动采集仪（6），所述的进口端压力自动采集仪用于记录岩心夹持器进口端的压力变化；

所述的岩心夹持器（8）与回压系统（11）之间设置的有用于记录岩心夹持器出口端压力变化的出口端压力自动采集仪（10）；

所述的岩心夹持器和回压系统均连接的有能提供稳定围压的手动加压泵（9）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的长岩心长度为8cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中的不同条件包括不同渗透率、不同润湿性和不同压力。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中的参数包括被驱出油的比例、驱替效率、残余油状态下孔喉壁薄膜厚度、可动流体T₂截止值以及平均含油饱和度。

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