CN114062217A - 一种饱和岩心带压渗吸实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种饱和岩心带压渗吸实验装置及实验方法，属于油气藏开发研究技术领域。该装置包括：供液单元、渗吸单元、计量单元、数据采集与控制单元；所述供液单元用于提供饱和流体和渗吸液，并提供流体压力；所述渗吸单元用于提供渗吸的实验环境；所述计量单元用于对流体进行计量及对流体进行放空；所述供液单元与渗吸单元连接，所述渗吸单元与计量单元连接，所述供液单元、渗吸单元、计量单元分别与所述数据采集与控制单元连接。本发明实现了岩心渗吸规律研究的全流程实验，在不改变岩心压力环境的情况下可进行岩心饱和、带压渗吸实验，模拟岩心在不同流体压力下的渗吸过程，利用核磁共振监测技术精确表征实验过程中岩心内部油水变化。
Description
技术领域
本发明属于油气藏开发研究技术领域，具体涉及一种饱和岩心带压渗吸实验装置及实验方法。
背景技术
渗吸是多孔介质由于毛管力作用下的润湿性流体置换非润湿性流体的过程。矿场经验表明储层压裂后不立即返排，增大压裂液滞留量，利用渗吸油水置换作用，可提高油井产量，现场实验也证明渗吸作用是提高原油采收率的有效手段。
目前渗吸实验研究以静态自发渗吸为主，即在常温常压条件下将含油岩心置于渗吸液环境中，模拟在毛管力作用下的岩心吸水排油过程，采用体积法或质量法进行油水置换量计算，忽略了压力对渗吸作用的影响，模拟条件与储层真实情况有较大差异，由于静态渗吸过程渗吸采出油会挂在岩心外壁，体积法和质量法受到影响存在较大误差。
低场核磁共振监测技术通过分析多孔介质中氢质子的信号，能够获取储层孔隙度、渗透率等重要参数，是一种有效的储层分析和评价手段，在低孔低渗的非常规储层研究也有较好应用，目前也有学者利用核磁共振技术研究渗吸规律，利用核磁信号T2谱评价渗吸实验效果，测试方法多为离线测试，即在渗吸实验后，将岩心从加压渗吸装置中取出进行核磁信号采集，这样改变了岩心的受压条件，也会造成一定误差。
现阶段岩心渗吸实验往往先用其他设备将岩心饱和油，再取出置入渗吸实验装置，步骤繁琐，并且经常改变岩心所处环境可能会影响岩心物性特征，对实验结果产生影响。
中国专利公开文献CN109682850A公开了一种在线渗吸实验用核磁共振测试装置及实验方法，其将夹持器置于核磁共振仪中进行渗吸实验。实验用多孔介质为人造岩心薄片，但是实验过程类似于驱替实验，与考虑流体压力作用下的带压渗吸实验环境有一定差别。中国专利公开文献CN110174430A公开了一种高温高压条件下岩心渗吸模拟实验的测量装置和方法，其将渗吸容器置于带有加热功能的磁力搅拌器中实现高温条件，利用手摇泵为容器提供渗吸所需高压环境，每进行一段时间实验，将岩心取出进行离线核磁扫描获得高温高压条件下的岩心渗吸规律，但是核磁扫描时要进行泄压取岩心操作，改变了压力条件。中国专利公开文献CN209460105U公开了一种基于核磁共振的可视化带压岩心渗吸实验装置，其设计了一种可视化渗吸实验装置，渗吸容器由有机玻璃组成，置于核磁共振监测仪器之中，实现模拟岩心在不同压力下的注水吞吐采油中的渗吸过程，监测不同注水吞吐次数后的岩心微观油水分布，获得微观渗吸规律，但是其忽略了渗吸过程中岩心表面残余油对结果的影响，实验用岩心需要事先饱和油再置于装置之中。
目前非常规储层压后关井一段时间利用渗吸油水置换作用是提高原油采收率的有效手段，关于渗吸的研究也越来越多，综上所述，传统的实验方法存在一定的使用局限，测量方法也多存在误差，并且目前尚没有一套专门用来进行渗吸研究的实验装置。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种饱和岩心带压渗吸实验装置及实验方法，实现在不改变实验环境情况下，储层岩心由原始状态到饱和油再到带压渗吸的全流程实验，模拟岩心在不同流体压力下的渗吸过程，精确表征实验过程中岩心内部油水变化，操作简便，实验结果更准确。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个方面，提供了一种饱和岩心带压渗吸实验装置，所述饱和岩心带压渗吸实验装置包括：供液单元、渗吸单元、计量单元、数据采集与控制单元；
所述供液单元用于提供饱和流体和渗吸液，并提供流体压力；
所述渗吸单元用于提供渗吸的实验环境；
所述计量单元用于对流体进行计量及对流体进行放空；
所述供液单元与渗吸单元连接，所述渗吸单元与计量单元连接，所述供液单元、渗吸单元、计量单元分别与所述数据采集与控制单元连接。
本发明的进一步改进在于，所述供液单元包括：真空泵、饱和流体活塞容器、渗吸液活塞容器、驱替泵；
在与所述真空泵连接的管线上设置有真空压力表和第一管线控制阀门；从第一管线控制阀门出来后的管线分为两支，分别为第一管线和第二管线，其中，第一管线与饱和流体活塞容器的出口连接，第二管线与渗吸单元连接；
与所述驱替泵的出口连接的管线分为两支，分别为第一驱替管线和第二驱替管线；第一驱替管线与饱和流体活塞容器的入口连接，第二驱替管线与渗吸液活塞容器的入口连接；
所述渗吸液活塞容器的出口通过渗吸管线与渗吸单元连接。
在所述第一管线上设置有第三管线控制阀门；
在所述第二管线上设置有第六管线控制阀门；
在所述第一驱替管线上设置有第二管线控制阀门；
在所述第二驱替管线上设置有第四管线控制阀门。
本发明的进一步改进在于，所述渗吸单元包括：渗吸罐、渗吸罐盖、核磁共振仪和超声换能器；
所述渗吸罐盖将所述渗吸罐密封；
所述超声换能器安装在所述渗吸罐上；
所述渗吸罐位于所述核磁共振仪的磁场范围内。
所述核磁共振仪和超声换能器分别与所述数据采集与控制单元连接。
本发明的进一步改进在于，所述渗吸罐为一端开口、一端封闭的圆筒状结构；
在所述渗吸罐的开口端的外壁上设置有螺纹；
所述渗吸罐盖的内壁设置有螺纹；
所述渗吸罐盖与所述渗吸罐通过螺纹和胶圈密封连接。
本发明的进一步改进在于，在所述渗吸罐盖上开有真空孔、计量孔和测压孔，三个孔均与渗吸罐的内腔连通；
所述真空孔与所述第二管线连接；
所述计量孔通过计量管线与计量单元连接；
所述测压孔与压力表连接。
优选的，在所述计量管线上设置有第七管线控制阀门。
优选的，在所述渗吸罐的封闭端开有渗吸孔，所述渗吸孔与所述渗吸罐的内腔连通；
所述渗吸液活塞容器的出口通过渗吸管线与所述渗吸孔连接。
优选的，在所述渗吸管线上设置有第五管线控制阀门。
本发明的进一步改进在于，在所述渗吸罐的封闭端开有安装槽；
所述超声换能器安装在所述安装槽内。
优选的，所述渗吸罐、渗吸罐盖均采用高强度陶瓷材料制作而成。
本发明的进一步改进在于，所述计量单元包括：油水分离器、回压阀；
所述回压阀的入口与所述计量管线连接，所述回压阀的出口通过管线与油水分离器的入口连接。
优选的，在所述回压阀上连接有回压表和回压泵。
优选的，所述油水分离器的出口与放空阀连接。
本发明的第二个方面，提供了一种饱和岩心带压渗吸实验方法，所述方法包括：
(1)进行煤油核磁信号量标定，获得单位体积煤油对应核磁信号量X；
(2)对岩心抽真空并加压饱和煤油；
(3)进行饱和岩心带压渗吸实验；
本发明的进一步改进在于，所述步骤(1)的操作包括：
将不同体积含量的煤油标样依次置于渗吸罐内，启动核磁共振仪、数据采集与控制单元，对煤油标样进行核磁信号量采集并记录不同体积含量的煤油标样的核磁信号量；
计算每个煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量，然后对所有煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量取平均值得到单位体积煤油对应核磁信号量X。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(2)的操作包括：
(21)将洗油烘干处理过的岩心放置在渗吸罐内，用渗吸罐盖将渗吸罐密封；利用核磁共振仪进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元记录此时的岩心基底信号量S0；
(22)开启真空泵并打开第一管线控制阀门、第六管线控制阀门，通过第二管线对渗吸罐抽真空；
(23)抽真空结束后，关闭真空泵和第一管线控制阀门，开启驱替泵并打开第二管线控制阀门、第三管线控制阀门，在压差作用下饱和流体活塞容器中的煤油依次经过第一管线、第二管线流入渗吸罐中；当煤油充满渗吸罐后通过驱替泵提供岩心加压饱和所需压力，煤油在压力作用下逐渐充满岩心的孔隙空间，进行岩心加压饱和过程。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(3)的操作包括：
(31)岩心加压饱和过程结束后，关闭第二管线控制阀门、第三管线控制阀门、第六管线控制阀门，打开第七管线控制阀门卸载压力，同时打开第四管线控制阀门、第五管线控制阀门，由驱替泵提供进液压力，渗吸液活塞容器中的氘水渗吸液在驱替压力作用下由渗吸管线从底部流入渗吸罐内，在重力和驱替压力影响下渗吸罐中的煤油经计量管线流入油水分离器，直到渗吸罐中的煤油全部被氘水渗吸液驱出，岩心处于饱和煤油状态；
(32)利用核磁共振仪进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元记录岩心饱和煤油状态信号量S1，并计算获得渗吸实验岩心相关物性参数；
(33)关闭第七管线控制阀门，利用驱替泵持续提供进液压力，直至压力表的示数达到渗吸实验所需流体净压力，将驱替泵的运行模式转换为恒压模式，保证渗吸罐内流体压力稳定，开始饱和岩心带压渗吸实验；
(34)每隔一段时间，开启超声换能器对渗吸罐震动P秒钟，使渗吸罐中的流体发生震动，将残留在岩心表面的煤油排出；开启回压泵设定回压，并打开第七管线控制阀门，在保持渗吸罐内的流体压力不变的情况下将渗吸采出的煤油从渗吸罐排出，进入到油水分离器中，煤油排净后关闭第七管线控制阀门；
使用核磁共振仪进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元记录不同时刻的岩心核磁信号量Si，并计算不同时刻的渗吸采油率η；
(35)重复步骤(34)，直至岩心核磁信号量不再发生变化，即渗吸实验结束，记录最终的岩心核磁信号量并计算岩心渗吸最终采油率。
本发明的进一步改进在于，所述步骤(32)中的所述计算获得渗吸实验岩心相关物性参数的操作包括:
利用下式获得饱和煤油岩心内部煤油信号量S2:
S2＝S1-S0，单位为a.u.，
利用下式获得岩心内部饱和煤油体积V0：
利用下式获得岩心孔隙度φ：
本发明的进一步改进在于，所述步骤(34)中的计算不同时刻的渗吸采油率η、步骤(35)中的计算岩心渗吸最终采油率均采用以下公式：
本发明的进一步改进在于，在所述步骤(33)到步骤(35)中，根据实验要求，控制驱替泵改变渗吸罐内的流体压力，进行不同压力条件下的饱和岩心带压渗吸实验。
本发明的进一步改进在于，在所述步骤(35)之后进一步包括：
通过测量到的核磁信号量进行反演计算得到不同时刻的岩心核磁T2谱；
通过对比不同时刻的岩心核磁T2谱获得渗吸过程中岩心内部油水分布变化，评价渗吸实验效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实现了岩心渗吸规律研究的全流程实验，在不改变岩心压力环境的情况下可进行岩心饱和、带压渗吸实验，模拟岩心在不同流体压力下的渗吸过程，利用核磁共振监测技术精确表征实验过程中岩心内部油水变化，计算渗吸产油效果，得到渗吸油水置换规律，并结合超声换能器消除实验过程中渗吸采出油挂在岩心外壁引起的误差，操作简便，实验结果更准确，有利于渗吸规律的进一步研究
附图说明
图1为本发明饱和岩心带压渗吸实验装置的组成结构示意图，图中：1-供液单元，2-渗吸单元，3-计量单元，4-数据采集与控制单元，11-真空泵，12-真空压力表，13-饱和流体活塞容器，14-渗吸液活塞容器，15-驱替泵，16-第一管线控制阀门、17-第二管线控制阀门、18-第三管线控制阀门、19-第四管线控制阀门、20-第五管线控制阀门、21-渗吸罐，22-实验岩心，23-核磁共振仪，24-超声换能器，25-压力表，26-第六管线控制阀门、27-第七管线控制阀门、28-渗吸罐盖，31-油水分离器，32-回压泵，33-回压表，34-回压阀，35-放空阀。
图2为本发明饱和岩心带压渗吸实验方法的步骤框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明的一种饱和岩心带压渗吸实验装置，包括供液单元1，渗吸单元2，计量单元3，数据采集与控制单元4。
供液单元1负责提供实验所需饱和流体及渗吸液，并提供渗吸实验所需流体压力；渗吸单元2负责提供渗吸所需实验环境；计量单元3负责出口端流体计量及装置整体放空；数据采集与控制单元4负责实验过程中装置控制、核磁信号量采集以及向超声换能器24提供所需电信号。供液单元1与渗吸单元2之间有管线连接并配有控制阀门，渗吸单元2与计量单元3间有管线相连并配有控制阀门，实验时流体由供液单元1经渗吸单元2流入计量单元3，流入计量单元3时先进入油水分离器31后经放空阀35控制由管线排出。
本发明饱和岩心带压渗吸实验装置的实施例如下：
【实施例一】
所述供液单元1包括：真空泵11，真空压力表12，饱和流体活塞容器13，渗吸液活塞容器14，驱替泵15，第一管线控制阀门16、第二管线控制阀门17、第三管线控制阀门18、第四管线控制阀门19、第五管线控制阀门20。
具体的，在与所述真空泵11连接的管线上设置有真空压力表12和第一管线控制阀门16，从第一管线控制阀门16出来后的管线分为两支，分别为第一管线和第二管线，其中，第一管线与饱和流体活塞容器13的出口连接，在该第一管线上设置有第三管线控制阀门18，第二管线与渗吸单元2连接，在第二管线上设置有第六管线控制阀门26。
与所述驱替泵15的出口连接的管线分为两支，分别为第一驱替管线和第二驱替管线，第一驱替管线与饱和流体活塞容器13的入口连接，在该第一驱替管线上设置有第二管线控制阀门17，第二驱替管线与渗吸液活塞容器14的入口连接，在该第二驱替管线上设置有第四管线控制阀门19。所述渗吸液活塞容器14的出口通过渗吸管线与渗吸单元2连接，在该渗吸管线上设置有第五管线控制阀门20。
【实施例二】
所述渗吸单元2包括：渗吸罐21，渗吸罐盖28，核磁共振仪23，超声换能器24，实验岩心22，第六管线控制阀门26、第七管线控制阀门27。
所述渗吸罐21为一端开口一端封闭的圆筒状结构，在其开口端的外壁上设置有螺纹，所述渗吸罐盖28的内壁设置有螺纹，渗吸罐21与渗吸罐盖28通过螺纹和胶圈密封连接。优选的，渗吸罐、渗吸罐盖均选用特殊的高强度陶瓷(非金属)材料制作而成，这样能够避免铁磁性金属材料对核磁信号的干扰。
在所述渗吸罐盖28上开有真空孔、计量孔和测压孔，三个孔均与渗吸罐的内腔连通，其中，所述真空孔与所述第二管线连接，所述计量孔通过计量管线与计量单元3连接，在该计量管线上设置有第七管线控制阀门27。所述测压孔与压力表25连接。
在所述渗吸罐21的封闭端开有渗吸孔，所述渗吸孔与所述渗吸罐的内腔连通，所述渗吸液活塞容器14的出口通过渗吸管线与该渗吸孔连接，在该渗吸管线上设置有第五管线控制阀门20。
所述渗吸罐21有两种用途，一种用途是在进行岩心饱和时作为加压饱和容器使用，另一种用途是进行渗吸实验时作为渗吸装置。
在所述渗吸罐21的封闭端开有安装槽，在所述安装槽内安装有超声换能器24，超声换能器是现有设备，其能够将信号转化为机械能(声能)，采用谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。超声换能器24为柱塞状结构，可以通过螺纹连接方式嵌入到渗吸罐底部并做好屏蔽措施(降低磁场干扰)。所述超声换能器24通过数据线和数据采集与控制单元4相连接。岩心放置在渗吸罐21的内腔中，超声换能器24将电信号转换为机械振动，向渗吸罐21内发射超声波能量，使渗吸罐21中的流体发生震动，进而将残留在岩心表面的渗吸油排出，消除实验过程中渗吸采出油挂在岩心外壁引起的结果误差。
所述渗吸罐21位于所述核磁共振仪23的磁场范围内。
核磁共振仪23与现有的核磁共振仪相同，包括永磁体和提供射频信号的线圈，只是比普通的核磁共振仪的内腔的体积更大些，这样能够将渗吸罐21放入到核磁共振仪的内腔中，所述核磁共振仪23通过数据线和数据采集与控制单元4相连接。
【实施例三】
所述计量单元3包括：油水分离器31，回压泵32，回压表33，回压阀34，放空阀35。所述油水分离器31为带有刻度线的透明容器，用于区分出口端的煤油与氘水溶液，并计量油水体积。
所述回压阀34的入口与所述计量管线连接，所述回压阀34的出口通过管线与油水分离器31的入口连接，在所述回压阀34上还连接有回压表33、回压泵32。所述油水分离器31的出口与放空阀35连接。
【实施例四】
所述数据采集与控制单元4用于控制供液单元、渗吸单元、计量单元中的各个电器设备，并采集核磁信号量。供液单元、渗吸单元、计量单元中的各个电器设备均是现有设备，其控制方法也是现有的，在此不再赘述。
上述装置中，真空泵11、真空压力表12、饱和流体活塞容器13、驱替泵15、渗吸罐21、压力表25、渗吸罐盖28及相应管线及管线控制阀门组合可进行岩心抽真空饱和流体实验过程；渗吸液活塞容器14、驱替泵15、渗吸罐21、压力表25、渗吸罐盖28、计量单元3及相应管线及管线控制阀门组合可进行岩心带压渗吸实验过程；渗吸装置单元2和数据采集与控制单元4组合可进行饱和流体标定及岩心带压渗吸实验中岩心核磁信号量采集过程。
本发明提供的实验方法如图2所示，实验选用的饱和流体为煤油，渗吸液采用氘水配制而成，目的是消除两相含氢流体对核磁信号影响，保证核磁监测的氢质子信号全部来自于煤油。实验装置如图1所示。
本发明实验方法的实施例如下：
1.进行煤油核磁信号量标定，获得单位体积煤油对应核磁信号量X；
将一组已知不同体积含量的煤油标样依次置于渗吸罐21内(此时加或不加渗吸罐盖均可)，连接核磁共振仪23与数据采集与控制单元4，对煤油标样进行核磁信号量采集并记录不同体积含量的煤油标样的核磁信号量，计算每个煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量，然后对所有煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量取平均值得到单位体积煤油对应核磁信号量X a.u./mL。
具体的，煤油标样是存储于标样瓶中的，标样瓶是装有已知体积/质量的煤油的小瓶，例如准备5个小瓶，在5个小瓶中分别装有1、2、3、4、5mL的煤油，这样就形成了5个煤油标样，将5个煤油标样依次置入渗吸罐21内进行核磁扫描，就能得到5个煤油标样对应的核磁信号量，在得到5个煤油标样分别对应的核磁信号量后，分别用每个煤油标样的核磁信号量除以该煤油标样的煤油体积得到该煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量，然后将5个煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量相加后除以5，即取平均值得到单位体积煤油对应核磁信号量X a.u./mL，这一步是之后计算岩心内部煤油体积的数据来源。
2.对岩心抽真空加压饱和煤油
2.1将洗油烘干处理过的实验岩心22置于渗吸罐21内，用渗吸罐盖28将渗吸罐21密封，连接管线后使用磁共振仪23进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元4记录此时的岩心基底信号量S0 a.u.；
2.2开启真空泵11并打开第一管线控制阀门16、第六管线控制阀门26，通过第二管线对渗吸罐21抽真空，真空压力表12显示真空压力，抽真空过程一般需要4小时；
2.3抽真空过程结束后，关闭真空泵11和第一管线控制阀门16，开启驱替泵15并打开第二管线控制阀门17、第三管线控制阀门18，在压差作用下饱和流体活塞容器13中的煤油会依次经过第一管线、第二管线流入渗吸罐21中，当煤油充满渗吸罐21后通过驱替泵15可提供岩心加压饱和所需压力，压力表25显示渗吸罐21内的液体压力，此时渗吸罐21可视为岩心饱和容器，煤油在压力作用下会逐渐充满岩心22的孔隙空间，此时进行岩心加压饱和过程，过程一般需要48小时。
3.进行饱和岩心带压渗吸实验
3.1岩心抽真空、加压饱和过程结束后，关闭第二管线控制阀门17、第三管线控制阀门18、第六管线控制阀门26，打开第七管线控制阀门27卸载压力，同时打开第四管线控制阀门19、第五管线控制阀门20，由驱替泵15提供进液压力，渗吸液活塞容器14中的氘水渗吸液在驱替压力作用下由渗吸管线从底部流入渗吸罐21内，由于氘水渗吸液的密度大于煤油的密度，在重力和驱替压力影响下渗吸罐中的煤油会经计量管线流入油水分离器31(本步骤中为了尽快排净渗吸罐中的煤油，不需要设置回压)。
油水分离器31中持续进液直至油水分离器中明显见水，此时可视为渗吸罐21中的煤油已全被氘水渗吸液驱出，岩心处于饱和煤油状态；
3.2使用磁共振仪23进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元4记录岩心饱和煤油状态信号量S1 a.u.，此时可以通过计算获得渗吸实验岩心相关物性参数，具体如下：
饱和煤油岩心内部煤油信号量S2:S2＝S1-S0，单位为a.u.，
岩心内部饱和煤油体积V0：
单位为mL，
岩心孔隙度φ：
单位为％，其中Vc为岩心体积，mL；
3.3关闭第七管线控制阀门27，利用驱替泵15持续提供进液压力，直至压力表25示数达到渗吸实验所需流体净压力，将驱替泵的运行模式转换为恒压模式，保证渗吸罐内流体压力稳定，开始饱和岩心带压渗吸实验；
3.4岩心带压渗吸实验每进行一段时间(该时间段可以根据需要进行设计和调整。)，开启超声换能器24对渗吸罐21震动P秒钟(例如10秒钟)，使渗吸罐21中的流体发生震动，将残留在岩心表面的煤油排出，开启回压泵32设定适合的回压并打开第七管线控制阀门27，在保持渗吸罐21内的流体压力不变的情况下将渗吸采出的煤油从渗吸罐21排出，进入到油水分离器31中，确保煤油排净后关闭第七管线控制阀门27。煤油是否排净可以通过观察油水分离器31中的油水界面来判断，氘水流入后因为密度大会聚集在煤油的下方，排出煤油的过程中如果观察到氘水流入油水分离器31且流量较大时即视为氘水渗吸液充满渗吸罐，煤油已经排净。
使用磁共振仪23进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元4记录不同时刻的岩心核磁信号量为Si a.u.(i表示时刻点)，并通过下式计算不同时刻的渗吸采油率η，单位为％：
3.5多次重复进行上一步操作直至岩心核磁信号量不再发生变化，可视为渗吸实验结束，记录最终岩心信号量并利用公式1计算岩心渗吸最终采油率，并可以通过对比不同时刻的岩心核磁T2谱(可以通过测量到的核磁信号量数据进行反演计算得出T2谱)观察渗吸过程中岩心内部油水分布变化，评价渗吸实验效果。
实验过程中应根据油水分离器31中的液体体积变化及时控制放空阀35进行流体排出，保证油水分离器31处于合适的计量区间。因为油水分离器31的目的是记录出油量，即出油的体积，在实验过程中如果有较多氘水进入油水分离器31，就需要及时排空，这样才能保证流入的油相流体落在油水分离器31的刻度的合理计量范围内，方便记录体积。
本发明可以在不改变岩心环境的情况下进行岩心饱和、带压渗吸实验，利用核磁共振监测技术精确表征带压渗吸实验过程中岩心内部油水变化，计算渗吸产油效果，进而获得渗吸油水置换规律。并结合超声换能器消除实验过程中渗吸采出油挂在岩心外壁引起的误差，操作简便，实验结果更准确。
在步骤3.3-3.5中，可根据实验具体要求，控制驱替泵15改变渗吸罐内流体压力，进行不同压力条件下的岩心带压渗吸实验；后期可对渗吸罐21加以改进，增加升温控温功能，即可以实现考虑温度变化的饱和岩心带压渗吸实验；如果实验所用岩心物性参数较好，孔隙度、渗透率较高，也可以通过油水分离器31中的刻度直接计量渗吸过程中的采油量，进行渗吸置换采油率计算，评价带压渗吸实验效果。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (23)
1.一种饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述饱和岩心带压渗吸实验装置包括：供液单元、渗吸单元、计量单元、数据采集与控制单元；
所述供液单元用于提供饱和流体和渗吸液，并提供流体压力；
所述渗吸单元用于提供渗吸的实验环境；
所述计量单元用于对流体进行计量及对流体进行放空；
所述供液单元与渗吸单元连接，所述渗吸单元与计量单元连接，所述供液单元、渗吸单元、计量单元分别与所述数据采集与控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述供液单元包括：真空泵、饱和流体活塞容器、渗吸液活塞容器、驱替泵；
在与所述真空泵连接的管线上设置有真空压力表和第一管线控制阀门；从第一管线控制阀门出来后的管线分为两支，分别为第一管线和第二管线，其中，第一管线与饱和流体活塞容器的出口连接，第二管线与渗吸单元连接；
与所述驱替泵的出口连接的管线分为两支，分别为第一驱替管线和第二驱替管线；第一驱替管线与饱和流体活塞容器的入口连接，第二驱替管线与渗吸液活塞容器的入口连接；
所述渗吸液活塞容器的出口通过渗吸管线与渗吸单元连接。
3.根据权利要求2所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述第一管线上设置有第三管线控制阀门；
在所述第二管线上设置有第六管线控制阀门；
在所述第一驱替管线上设置有第二管线控制阀门；
在所述第二驱替管线上设置有第四管线控制阀门。
4.根据权利要求3所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述渗吸单元包括：渗吸罐、渗吸罐盖、核磁共振仪和超声换能器；
所述渗吸罐盖将所述渗吸罐密封；
所述超声换能器安装在所述渗吸罐上；
所述渗吸罐位于所述核磁共振仪的磁场范围内。
5.根据权利要求4所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述核磁共振仪和超声换能器分别与所述数据采集与控制单元连接。
6.根据权利要求5所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述渗吸罐为一端开口、一端封闭的圆筒状结构；
在所述渗吸罐的开口端的外壁上设置有螺纹；
所述渗吸罐盖的内壁设置有螺纹；
所述渗吸罐盖与所述渗吸罐通过螺纹和胶圈密封连接。
7.根据权利要求6所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述渗吸罐盖上开有真空孔、计量孔和测压孔，三个孔均与渗吸罐的内腔连通；
所述真空孔与所述第二管线连接；
所述计量孔通过计量管线与计量单元连接；
所述测压孔与压力表连接。
8.根据权利要求7所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述计量管线上设置有第七管线控制阀门。
9.根据权利要求8所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述渗吸罐的封闭端开有渗吸孔，所述渗吸孔与渗吸罐的内腔连通；
所述渗吸液活塞容器的出口通过渗吸管线与所述渗吸孔连接。
10.根据权利要求9所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述渗吸管线上设置有第五管线控制阀门。
11.根据权利要求9所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述渗吸罐的封闭端开有安装槽；
所述超声换能器安装在所述安装槽内。
12.根据权利要求11所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述渗吸罐、渗吸罐盖均采用高强度陶瓷材料制作而成。
13.根据权利要求12所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述计量单元包括：油水分离器、回压阀；
所述回压阀的入口与所述计量管线连接，所述回压阀的出口通过管线与油水分离器的入口连接。
14.根据权利要求13所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：在所述回压阀上连接有回压表和回压泵。
15.根据权利要求14所述的饱和岩心带压渗吸实验装置，其特征在于：所述油水分离器的出口与放空阀连接。
16.一种饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：所述方法包括：
(1)进行煤油核磁信号量标定，获得单位体积煤油对应核磁信号量X；
(2)对岩心抽真空并加压饱和煤油；
(3)进行饱和岩心带压渗吸实验。
17.根据权利要求16所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：所述步骤(1)的操作包括：
将不同体积含量的煤油标样依次置于渗吸罐内，启动核磁共振仪、数据采集与控制单元，对煤油标样进行核磁信号量采集并记录不同体积含量的煤油标样的核磁信号量；
计算每个煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量，然后对所有煤油标样的单位体积煤油对应核磁信号量取平均值得到单位体积煤油对应核磁信号量X。
18.根据权利要求17所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：所述步骤(2)的操作包括：
(21)将洗油烘干处理过的岩心放置在渗吸罐内，用渗吸罐盖将渗吸罐密封；利用核磁共振仪进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元记录此时的岩心基底信号量S0；
(22)开启真空泵并打开第一管线控制阀门、第六管线控制阀门，通过第二管线对渗吸罐抽真空；
(23)抽真空结束后，关闭真空泵和第一管线控制阀门，开启驱替泵并打开第二管线控制阀门、第三管线控制阀门，在压差作用下饱和流体活塞容器中的煤油依次经过第一管线、第二管线流入渗吸罐中；当煤油充满渗吸罐后通过驱替泵提供岩心加压饱和所需压力，煤油在压力作用下逐渐充满岩心的孔隙空间，进行岩心加压饱和过程。
19.根据权利要求18所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：所述步骤(3)的操作包括：
(31)岩心加压饱和过程结束后，关闭第二管线控制阀门、第三管线控制阀门、第六管线控制阀门，打开第七管线控制阀门卸载压力，同时打开第四管线控制阀门、第五管线控制阀门，由驱替泵提供进液压力，渗吸液活塞容器中的氘水渗吸液在驱替压力作用下由渗吸管线从底部流入渗吸罐内，在重力和驱替压力影响下渗吸罐中的煤油经计量管线流入油水分离器，直到渗吸罐中的煤油全部被氘水渗吸液驱出，岩心处于饱和煤油状态；
(32)利用核磁共振仪进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元记录岩心饱和煤油状态信号量S1，并计算获得渗吸实验岩心相关物性参数；
(33)关闭第七管线控制阀门，利用驱替泵持续提供进液压力，直至压力表的示数达到渗吸实验所需流体净压力，将驱替泵的运行模式转换为恒压模式，保证渗吸罐内流体压力稳定，开始饱和岩心带压渗吸实验；
(34)每隔一段时间，开启超声换能器对渗吸罐震动P秒钟，使渗吸罐中的流体发生震动，将残留在岩心表面的煤油排出；开启回压泵设定回压，并打开第七管线控制阀门，在保持渗吸罐内的流体压力不变的情况下将渗吸采出的煤油从渗吸罐排出，进入到油水分离器中，煤油排净后关闭第七管线控制阀门；
使用核磁共振仪进行核磁信号量采集，并用数据采集与控制单元记录不同时刻的岩心核磁信号量Si，并计算不同时刻的渗吸采油率η；
(35)重复步骤(34)，直至岩心核磁信号量不再发生变化，即渗吸实验结束，记录最终的岩心核磁信号量并计算岩心渗吸最终采油率。
20.根据权利要求19所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：所述步骤(32)中的所述计算获得渗吸实验岩心相关物性参数的操作包括:
利用下式获得饱和煤油岩心内部煤油信号量S2:
S2＝S1-S0，单位为a.u.，
利用下式获得岩心内部饱和煤油体积V0：
利用下式获得岩心孔隙度φ：
21.根据权利要求20所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：所述步骤(34)中的计算不同时刻的渗吸采油率η、步骤(35)中的计算岩心渗吸最终采油率均采用以下公式：
22.根据权利要求21所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：在所述步骤(33)到步骤(35)中，根据实验要求，控制驱替泵改变渗吸罐内的流体压力，进行不同压力条件下的饱和岩心带压渗吸实验。
23.根据权利要求22所述的饱和岩心带压渗吸实验方法，其特征在于：在所述步骤(35)之后进一步包括：
通过测量到的核磁信号量进行反演计算得到不同时刻的岩心核磁T2谱；
通过对比不同时刻的岩心核磁T2谱获得渗吸过程中岩心内部油水分布变化，评价渗吸实验效果。
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| CN114720347A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-07-08 | 东北石油大学 | 一种功率超声提高页岩油采收率的检测装置及方法 |
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