CN114113550B - 一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验装置和方法，其属于油田气驱采油提高采收率领域。该装置包括气液三通阀、多孔介质反应釜、注气系统、注液系统、控温系统等。该方法首先将多孔介质反应釜控制为恒温并用油饱和，然后将气体和液体以不同的流速通过气液三通阀注入反应釜中，通过气液三通阀在进气管道与进液管道之间的来回转换形成微气泡，并利用温压传感器、CCD相机以及核磁共振成像仪等观察和记录多孔介质中产生微气泡，和微气泡进入多孔介质驱替饱和油的过程。通过数据处理可得到微气泡在多孔介质驱替饱和油的效率等实验结果。本发明可在实现封存二氧化碳的同时进一步提高石油采收率，对于油田储层开发具有重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明属于油田气驱采油提高采收率领域，涉及到一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验装置及方法。
背景技术
一般将石油的开采分为一次采油、二次采油和三次采油过程。一次采油是指依靠天然能量开采石油，如依靠岩石膨胀、重力驱动的方式进行开采。二次采油是指人工向油藏中注入水或气体进行增压，在天然能量无法压出石油时，人为地为地层中的石油和岩石补充弹性能量，达到开采的目的。三次采油指采用物理、化学方法等改变油藏的物化性质，如粘度，表面张力，从而提高石油采收率。
当前，一次、二次采油的技术日趋成熟，驱油的主要难点和突破点集中于三次采油上。三次采油主要采用的驱油方法有化学驱油法，热力学驱油法，微生物驱油法和气驱法等。气驱法是目前世界上使用最为广泛的三次采油技术，常使用的气体有二氧化碳，氮气，烃等。综合来看，二氧化碳驱油方法应用广泛，有着良好的应用前景，但在低渗透率油层中，二氧化碳驱油法面临着难以高效注入，驱油效果差的问题。
同时，泡沫驱油由于其良好的封堵性能及堵水不堵油、堵高不堵低的特性，被认为是一项很有前景的三次采油方法。但在现场试验后，泡沫驱暴露出了泡沫稳定性差、有效期短、表活剂易吸附的问题。这些问题严重制约了泡沫驱的大规模现场应用。
发明内容
针对三次采油技术现存的上述问题，本发明提供一种改进的三次采油方法，利用二氧化碳微气泡的特性提高石油采收率。
为了实现上述功能，本发明提供的技术方案是：
一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验方法，该方法采用的实验装置包括注气系统、注液系统和反应系统，所述注气系统连接至反应系统的一端，注液系统连接至反应系统的另一端；注气系统与反应系统中间设置气水共注微气泡产生结构或微气泡产生结构设置在反应系统中；微气泡产生结构生成二氧化碳微气泡对反应系统进行驱油。
所述实验装置中设置在注气系统与反应系统中间的气水共注微气泡产生结构包括气液三通阀、微流控芯片、微气泡泵、均质机、搅拌器；设置在反应系统中的微气泡产生结构采用多孔陶瓷板。
一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验装置，实验装置包括注气系统、注液系统和反应系统，所述注气系统连接至反应系统的一端，注液系统连接至反应系统的另一端；注气系统与反应系统中间设置微气泡产生结构。
微流控芯片、微气泡泵、均质机、搅拌器等都是现有技术中较为成熟的产生微气泡的结构装置，本发明的重点在于微气泡产生后将其应用于驱油。同时，三通阀产生微气泡的结构是本发明的创新点之一。
所述气液三通阀采用阀芯与阀体相配合，阀芯上设置相互垂直的第一通道和第二通道，阀体上设置气体通道、液体通道和出口通道，气体通道与液体通道处于同一直线上，出口通道垂直于气体通道；所述气体通道的外侧为进气口，里侧为进气端；液体通道的外侧为进液口，里侧为进液端；出口通道的外侧为出口，里侧为出口端；所述阀芯与进气端、进液端及出口端配合；
所述注气系统采用二氧化碳气瓶、氮气瓶通过注气泵连接至气液三通阀的进气口；注液系统采用溶液瓶通过注液泵连接至气液三通阀的进液口；反应系统中反应釜的顶端连接至气液三通阀的出口，反应釜的底端连接真空泵和废液瓶。
一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验方法，采用的步骤如下：
a、打开相机，开始采集图像；
b、配置实验油至溶液瓶并饱和注液泵，关闭真空泵的进气管针阀，打开废液瓶进液管针阀和气液三通阀的进液管针阀，启动注液泵以固定流速注入实验油饱和反应釜中地层模拟介质至少5小时，排出的废液收集至废液瓶；
c、关闭注液泵和反应釜的出口针阀，替换溶液瓶中的溶液为驱油溶液；系统控制气液三通阀的阀芯转动，当第一通道与进气端相通并且第二通道与出口端相通时，注气系统注气；当第一通道与出口端相通并且第二通道与进液端相通时，注液系统注液；控制以上过程的转换频率进而产生直径为10-100um的微气泡或普通气泡；
d、利用温度传感器和压力传感器、CCD相机以及核磁共振成像仪观察和记录地层模拟介质中产生的微气泡驱替实验油的过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）该装置采用气液三通阀产生微气泡，微气泡的直径范围为10-100μm的气泡，微气泡相比普通气泡或泡沫相比传质效率高、存在时间长、自身增压溶解等，因此具有更好的传质效率。
（2）微气泡二氧化碳驱油法，不但继承了泡沫驱油的特性，更因其独特的性质而具有优秀的调节堵水和提高油气采收率的潜力。它既有泡沫驱高产出的优点，又克服了泡沫驱稳定性差、有效期短、在低渗岩层中难以注入的缺点，对低渗和特低渗油气藏中具有更好的适应性
（3）采用微气泡采油与普通气泡（泡沫）采油相比，提高了16.1%的油气采收率，促进油气资源增产稳产。
（4）在采油的同时将二氧化碳以微气泡的形式注入地层中，实现碳封存
（5）对低渗和特低渗油气藏中具有更好的适应性，满足对低渗油藏开采的实际工业需要。
综上所述，微气泡二氧化碳驱油法能在提高油气采收率，保证油气资源增产稳产的同时实现碳封存，并满足对低渗油藏开采的实际工业需要，具有极大的科研和经济潜力，在未来的应用中有重要的现实意义。
附图说明
图1是一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验装置。
图2是气液三通阀的结构放大图。
图3是微气泡CO2驱油与CO2普通气泡驱油时多孔介质反应釜内的MRI信号变化。
图4是微气泡CO2驱油与正常CO2驱油后油相体积分数变化模拟结果图。
图中：1、二氧化碳气瓶，2、氮气瓶，3、注气泵，4、溶液瓶，5、注液泵，6、水浴，7、反应釜，7a、压力传感器，7b、温度传感器，8、气液三通阀，8a、阀芯，8b、第一通道，8c、第二通道，8d、进气口，8e、进液口，8f、出口，8g、进气端，8h、进液端，8j、出口端，8k、阀体，8m、气体通道，8n、液体通道，8p、出口通道，9、真空泵，9a、进气管针阀，10、废液瓶，11、数据采集系统。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
图1到图2示出了一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验装置，它包括注气系统、注液系统和反应系统，该装置还包括产生微气泡的气液三通阀8，气液三通阀8采用阀芯8a与阀体8k相配合，阀芯8a上设置相互垂直的第一通道8b和第二通道8c，阀体8k上设置气体通道8m、液体通道8n和出口通道8p，气体通道8m与液体通道8n处于同一直线上，出口通道8p垂直于气体通道8m；所述气体通道8m的外侧为进气口8d，里侧为进气端8g；
所述注气系统采用二氧化碳气瓶1、氮气瓶2通过注气泵3连接至气体通道8m的进气口8d；注液系统采用溶液瓶4通过注液泵5连接至液体通道8n的进液口8e；反应系统中反应釜7的顶端连接至出口通道8p的出口8f，反应釜7的底端连接真空泵9和废液瓶10。
一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验方法，包括以下步骤：
a、打开相机，开始采集图像；
b、配置实验油至溶液瓶4并饱和注液泵5，关闭真空泵9进气管针阀，打开废液瓶10进液管针阀和气液三通阀8的进液管针阀，启动注液泵5以固定流速注入实验油饱和反应釜7中地层模拟介质至少5小时，排出的废液收集至废液瓶10；
c、关闭注液泵5和反应釜7的出口针阀，替换溶液瓶4中的溶液为驱油溶液；系统控制气液三通阀8的阀芯8a转动，当第一通道8b与进气端8g相通并且第二通道8c与出口端8j相通时，注气系统注气；当第一通道8b与出口端8j相通并且第二通道8c与进液端8h相通时，注液系统注液；控制以上过程的转换频率进而产生直径为10-100um的微气泡或普通气泡；
d、利用温度传感器7b和压力传感器7a、CCD相机以及核磁共振成像仪观察和记录地层模拟介质中产生的微气泡驱替实验油的过程。
实施例1
一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验方法，包括下列步骤：
a、初始准备及清洗阶段
a1、打开水浴6和数据采集系统11；配置无水乙醇至溶液瓶4并饱和注液泵5；打开氮气瓶2至注气泵3的进气针阀，向注气泵3中存入一定量的高压氮气；确定相机或核磁共振成像仪的拍摄位置；
a2、打开气液三通阀8的进液管针阀和出口针阀，打开多孔介质反应釜7出口针阀，打开注液泵5以固定流速注入无水乙醇冲洗反应釜7至少3小时，排出的废液收集至废液瓶10；
a3、无水乙醇冲洗结束后，关闭注液泵5，关闭气液三通阀8的进液管针阀，打开气液三通阀8的进气管针阀，通过注气泵3中的高压氮气冲洗反应釜7中残余的无水乙醇至废液瓶10；
a4、配置去离子水至溶液瓶4并饱和注液泵5，关闭气液三通阀8的进气管针阀，打开气液三通阀8的进液管针阀，打开注液泵5以固定流速注入去离子水冲洗反应釜7至少3小时，排出的废液收集至废液瓶10；
a5、重复a3、a4的清洗步骤至少2次，关闭气液三通阀8的进气管、进液管针阀，关闭废液瓶10进液管针阀，打开真空泵9进气管针阀，打开真空泵9对反应釜7抽真空至少2小时后关闭真空阀。
b、生成微气泡并驱油
b1、打开相机，开始采集图像；
b2、配置实验油至溶液瓶4并饱和注液泵5，关闭真空泵9进气管针阀，打开废液瓶10进液管针阀，打开气液三通阀8的进液管针阀，打开注液泵5以固定流速注入实验油饱和反应釜7中多孔介质至少5小时，排出的废液收集至废液瓶10；
b2、关闭注液泵5，关闭多孔介质反应釜7出口针阀，打开气液三通阀8的进气管针阀，将气体和液体以不同的流速通过气液三通阀8注入反应釜中，通过气液三通阀配套软件控制三通阀在进气管道与进液管道之间的转换频率，在多孔介质反应釜入口端形成微气泡；
b3、利用温压传感器、CCD相机以及核磁共振成像仪等观察和记录多孔介质中产生的微气泡驱替实验油的过程；
b4、利用b3中观察和记录得到的图像和数据分析比较微气泡对实验油的驱替效果。多孔介质反应釜内微气泡CO2驱油与CO2普通气泡驱油的石油采收率对比见附图3，MRI信号表征了釜内残余油的体积，由图3中MRI信号的变化可知微气泡CO2驱油与CO2普通气泡相比有效提高了CO2波及效率，将石油采收率提高了16.1%。
在程序模拟中，微气泡CO2驱油与普通CO2驱油如图4，由图4可以看出，在初期CO2驱油效率高于微气泡CO2驱油。在0.8-1s内，CO2驱对石油的采收率迅速提高，随后CO2驱油速度放缓，3s后即达到采收率最大值约0.5。而微气泡CO2虽然初期采收效率低，但整体上看其驱油高效且稳定，采收率最终可达95%以上，驱油效果优于CO2驱油。
以上实施例是本发明具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明。
Claims (1)
1.一种利用二氧化碳微气泡提高石油采收率的实验方法，该方法采用的实验装置包括注气系统、注液系统和反应系统，所述注气系统连接至反应系统的一端，注液系统连接至反应系统的另一端；注气系统与反应系统中间设置气水共注微气泡产生结构或在反应系统中设置微气泡产生结构；气水共注微气泡产生结构或微气泡产生结构生成二氧化碳微气泡对反应系统进行驱油；
所述实验装置中设置在注气系统与反应系统中间的气水共注微气泡产生结构采用气液三通阀（8）、微流控芯片、微气泡泵、均质机或搅拌器；所述设置在反应系统中的微气泡产生结构采用多孔陶瓷板；
所述气液三通阀（8）采用阀芯（8a）与阀体（8k）相配合，阀芯（8a）上设置相互垂直的第一通道（8b）和第二通道（8c），阀体（8k）上设置气体通道（8m）、液体通道（8n）和出口通道（8p），气体通道（8m）与液体通道（8n）处于同一直线上，出口通道（8p）垂直于气体通道（8m）；
所述气体通道（8m）的外侧为进气口（8d），里侧为进气端（8g）；液体通道（8n）的外侧为进液口（8e），里侧为进液端（8h）；出口通道（8p）的外侧为出口（8f），里侧为出口端（8j）；所述阀芯（8a）与进气端（8g）、进液端（8h）及出口端（8j）配合；
所述注气系统采用二氧化碳气瓶（1）、氮气瓶（2）通过注气泵（3）连接至气液三通阀（8）的进气口（8d）；注液系统采用溶液瓶（4）通过注液泵（5）连接至气液三通阀（8）的进液口（8e）；反应系统中反应釜（7）的顶端连接至气液三通阀（8）的出口（8f），反应釜（7）的底端连接真空泵（9）和废液瓶（10）；
其特征在于，实验方法采用的步骤如下：
a、打开相机，开始采集图像；
b、配置实验油至溶液瓶（4）并饱和注液泵（5），关闭真空泵（9）的进气管针阀（9a），打开
废液瓶（10）进液管针阀和气液三通阀（8）的进液管针阀，启动注液泵（5）以固定流速注入实
验油饱和反应釜（7）中地层模拟介质至少5小时，排出的废液收集至废液瓶（10）；
c、关闭注液泵（5）和反应釜（7）的出口针阀，替换溶液瓶（4）中的溶液为驱油溶液；系统控制气液三通阀（8）的阀芯（8a）转动，当第一通道（8b）与进气端（8g）相通并且第二通道（8c）与出口端（8j）相通时，注气系统注气；当第一通道（8b）与出口端（8j）相通并且第二通道（8c）与进液端（8h）相通时，注液系统注液；控制以上过程的转换频率进而产生直径为10-100um的微气泡或普通气泡；
d、利用温度传感器（7b）和压力传感器（7a）、CCD相机以及核磁共振成像仪观察和记录地层模拟介质中产生的微气泡驱替实验油的过程。
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