CN114577837A - 评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，包括用于调节压力温度模拟地层环境的岩心夹持系统、用于向岩心夹持系统中注入二氧化碳和地层水以及原油的流体注入系统、用于控制阀门开闭和数据采集的信息处理采集系统以及用于回收处理实验后流体的流体回收处理系统。本发明通过本实验装置和实验方法可以计算研究超临界相态不同注入参数下对地层孔喉结构和渗透率影响，可为实际油田的二氧化碳埋存和驱油提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置及实验方法，属于油田二氧化碳地质埋存与驱油技术领域。
背景技术
随着二氧化碳排放量的日益增加，温室效应导致全球气候环境日趋恶劣。为了减少二氧化碳排放量，可以将二氧化碳埋存至地层中，并可以进行驱油，即二氧化碳捕集利用和封存技术(CCUS)，在碳中和目标下，大力发展CCUS技术不仅是未来我国减少二氧化碳排放、保障能源安全的战略选择，而且还是构建生态文明和实现可持续发展的重要手段。CCUS技术一方面可以减少二氧化碳排放量，另一方面可以提高油田的采收率，可以达到经济效益与保护环境的双重效果，因此CCUS技术具有广泛的应用前景。其在驱替过程中与原油体系达到混相以后，能产生降低原油的黏度、降低体系界面张力、溶解气驱效应等优势作用，这些特性有利于提高驱油效率，改善油藏开发效果。
但是，在一定的温度压力条件下，CO2-地层水-岩石会发生相互作用，这不仅会改变储层的岩石性质、孔喉结构，还会降低储层有效渗透率，对储层产生一定的伤害。在进行油田尺度的CCUS技术之前，需要开展岩心尺度的二氧化碳埋存、驱油过程对地层孔喉结构和渗透率影响评价的实验，基于核磁共振技术测定所计算实验前后岩心T2谱分布及频率面积差，定量评价CO2-水-岩石相互作用对孔喉与渗透率的影响，为油田尺度下的CO2埋存与驱油提供理论依据。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置。
本发明的第二目的在于提供使用上述装置的实验方法。
为了实现第一目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，包括用于调节压力温度模拟地层环境的岩心夹持系统、用于向岩心夹持系统中注入二氧化碳和地层水以及原油的流体注入系统、用于控制阀门开闭和数据采集的信息处理采集系统以及用于回收处理实验后流体的流体回收处理系统。
优选的，所述岩心夹持系统包括岩心密封腔，所述岩心密封腔内设有加热装置，所述岩心密封腔通过管路与围压泵连接。
优选的，所述流体注入系统包括与所述岩心密封腔连接的空气压缩机，所述空气压缩机还与氮气储罐连接，且与位于恒温箱内的二氧化碳中间容器、原油中间容器、地层水中间容器并联，所述二氧化碳中间容器与二氧化碳气瓶连接，所述原油中间容器与原油罐连接，所述地层水中间容器与地层水罐连接。
优选的，所述信息处理采集系统包括设置在连接空气压缩机和岩心密封腔管路上的第一流量计，设置在岩心密封腔上的第二压力表和第一温度表，设置在连接岩心密封腔与气液分离器管路上的第三压力表、第二流量计；
设置在连接岩心密封腔管路上的增压泵，设置连接二氧化碳气瓶管路的二氧化碳增压泵，设置连接原油罐管路上的原油增压泵，设置连接地层水罐管路上的地层水增压泵，设置在恒温箱上的第一压力表、第二温度表；
以及核磁共振仪和阀门。
优选的，所述阀门包括设置在连接空气压缩机和岩心密封腔管路上的第二阀门，设置在连接所述围压泵和岩心密封腔管路上的围压泵阀门，设置在连接岩心密封腔与气液分离器管路上的第十阀门，设置连接二氧化碳干燥除杂装置管路上的第十一阀门，设置连接原油回收容器管路上的第十二阀门，设置连接地层水回收容器管路上的第十三阀门；
设置在连接岩心密封腔和二氧化碳中间容器、原油中间容器、地层水中间容器管路上的第三阀门、二氧化碳注入阀门、原油注入阀门、地层水注入阀门，设置在连接氮气储罐管路上的第一阀门，设置连接二氧化碳气瓶管路的第四阀门、第七阀门，设置连接原油罐管路上的第五阀门、第八阀门，设置连接地层水罐管路上的第六阀门、第九阀门。
优选的，流体回收处理系统包括与岩心密封腔连接的气液分离装置、分别与气液分离装置连接的二氧化碳干燥除杂装和油水分离装置、与二氧化碳干燥除杂装置连接的二氧化碳回收气瓶、分别与油水分离装置连接的原油回收容器和地层水回收容器。
为了实现第二目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置的实验方法，包括如下步骤：
S1：检查管路气密性；
S2：模拟地下油藏压力环境；
S3：当岩心充分油饱时，通过核磁共振进行T2谱采样并计算气相渗透率；
S4：调整二氧化碳为气态、液态或者超临界态，通过核磁共振进行T2谱采样，计算岩心渗透率。
优选的，步骤S2具体为：地层水增压泵27将地层水罐28中的地层水泵送至地层水中间容器26，当温度达到实验要求90℃(储层温度)以后，将地层水中间容器26中的地层水注入岩心密封腔31内，调节围压泵5设定围压，通过加热装置30调节温度，从而模拟地下油藏压力环境。
优选的，步骤S3具体为：
S3.1：原油增压泵24将原油罐25中的原油泵入原油中间容器23中，当温度达到实验要求90℃以后，将原油中间容器23中的原油泵入岩心密封腔31内，对实验岩心进行原油饱和处理，通过核磁共振进行T2谱采样；
S3.2：用增压泵15以0.05mL/min速度向岩心中泵入原油，并记录稳定时的压力及流量数值，计算油相渗透率；将氮气储罐2中的氮气恒速注入岩心中，观察压力传感器读数，记录稳定时的驱替流量及压力，计算气相渗透率。
优选的，步骤S4具体为：
S4.1：二氧化碳管路增压泵20将二氧化碳注入至二氧化碳中间容器19，调整二氧化碳中间容器19的温度和压力，使二氧化碳为气态、液态或者超临界态；
S4.2：将超临界态的二氧化碳通过增压泵15注入至岩心密封腔31内，并持续8h，模拟超临界态的二氧化碳与岩心发生的水岩反应，通过核磁共振进行T2谱采样；
S4.3：重复步骤S4.1，测定被超临界态的二氧化碳埋存驱油后的岩心渗透率。
本发明的有益效果：
本发明通过本实验装置和实验方法可以计算研究超临界相态不同注入参数下对地层孔喉结构和渗透率影响，可为实际油田的二氧化碳埋存和驱油提供技术支持。
附图说明
图1为本发明评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置的结构示意图。
图2为本发明二氧化碳埋存驱油前后的对比图。
图中：1-空气压缩机；2-氮气储罐；3-第一流量计；4-核磁共振仪；5-围压泵；6-围压泵阀门；7-第三压力表；8-第二流量计；9-二氧化碳干燥除杂装置；10-二氧化碳回收气瓶；11-气液分离器；12-油水分离器；13-原油回收容器；14-地层水回收容器；15-增压泵；16-第一压力表；17-第二压力表；18-第一温度表；19-二氧化碳中间容器；20-二氧化碳增压泵；21-二氧化碳气瓶；22-恒温箱；23-原油中间容器；24-原油增压泵；25-原油罐；26-地层水中间容器；27-地层水增压泵；28-地层水罐；29-第二温度表；30-加热装置；31-岩心密封腔；32-二氧化碳注入阀门；33-原油注入阀门；34-地层水注入阀门；35-第一阀门；36-第二阀门；37-第三阀门；38-第四阀门；39-第五阀门；40-第六阀门；41-第七阀门；42-第八阀门；43-第九阀门；44-第十阀门；45-第十一阀门；46-第十二阀门；47-第十三阀门。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1实验装置
由图1所示，空气压缩机1通过管路与岩心密封腔31连接，岩心夹持器31入口通过管路与恒温箱22中的二氧化碳中间容器19、原油中间容器23和地层中间水容器26相连。
岩心夹持器31通过管路与围压泵5相连，连接岩心夹持器31和围压泵5的管路上设有围压泵阀门6。
岩心夹持器出口31通过管路与气液分离器11相连，然后通过二氧化碳干燥除杂装置9连接至二氧化碳回收气瓶21上。
气液分离器11液体出口通过管路与油水分离器12入口相连，油水分离器12出口与原油回收装置13与地层水回收装置14相连。
本实施例中，岩心密封腔31用于夹持岩心，其内设有加热装置30，并且与围压泵5相连接；通过改变岩心密封腔31内的温度和压力，模拟地层的温度和压力。
本实施例中，第一流量计3和第二流量计8用于记录流体注入岩心前后的流量，为计算二氧化碳埋存、驱油后的渗透率做准备。
本实施例中，恒温箱22用于将二氧化碳变为超临界态，达到实验要求。
本实施例中，二氧化碳中间容器19用于储存超临界态的二氧化碳。
本实施例中，二氧化碳增压泵20用于将气瓶中二氧化碳注入二氧化碳中间容器19并增压处理，达到实验所要求超临界态。
本实施例中，第一压力表16用于监测二氧化碳中间容器19内的压力，确定其内的二氧化碳超临界态。
本实施例中，第二压力表17用于监测岩心密封腔31内的压力，确定其围压是否达到实验模拟地层要求。
本实施例中，第三压力表7用于记录监测第二流量计8的压力，为计算岩心渗透率做准备。
本实施例中，气液分离装置11用于分离驱替流体和被驱替流体，即分离二氧化碳、原油和地层水。
本实施例中，二氧化碳干燥除杂装置9用于除去水蒸气等杂质，提高二氧化碳纯度，便于二氧化碳再次利用。
本实施例中，气液分离装置11用于分离液体(原油和地层水)和二氧化碳。
本实施例中，核磁共振仪4用于扫描二氧化碳埋存驱油后的岩心，得到其T2谱。
实施例2实验方法
(1)将储层的岩样制作成标准岩心放入岩心密封腔31中，打开空气压缩机1将管路抽真空，检查实验管路的气密性。
(2)地层水管路增压泵27将地层水罐28中的地层水注入地层水中间容器26内，当温度达到实验要求90℃时，通过增压泵15将地层水注入岩心密封腔31内，对实验岩心进行地层水饱和操作。通过围压泵5设定围压，加热装置30设定温度，实现模拟地下油藏环境。
(3)原油管路增压泵24将原油罐25中的原油注入原油中间容器23内，当温度到达实验要求90℃后，通过增压泵15将原油注入岩心密封腔31内，对实验岩心进行原油饱和操作，调节围压和温度，并持续8h，完成岩心充分油饱和操作，通过核磁共振进行T2谱采样。
4)用增压泵15以0.05mL/min速度向岩心密封腔31中泵入原油，并通过第三压力表7和第二流量计8记录稳定时的压力及流量，用于计算油相渗透率；调整氮气储罐2的第一阀门35使氮气恒速注入岩心中，并通过第三压力表7和第二流量计8记录稳定时的驱替流量及压力，用于计算气相渗透率。
(4)二氧化碳管路增压泵20将二氧化碳气瓶21中的二氧化碳注入至二氧化碳中间容器19，通过二氧化碳管路增压泵20调整二氧化碳中间容器19压力，由恒温箱22调整二氧化碳中间容器19的温度使二氧化碳为气态、液态或者超临界态，并由第一压力表16和第二温度表29实时监测。
(5)将二氧化碳中间容器19内的二氧化碳通过增压泵15注入至岩心密封腔31内，并持续8h，使超临界态二氧化碳与岩心进行水岩反应，通过核磁共振仪4进行T2谱采样。
(6)重复步骤(4)，测定被超临界态的二氧化碳埋存驱油后的岩心渗透率。
(7)二氧化碳埋存驱油后的岩心伤害率可由如下公式计算：
埋存驱油前的岩心渗透率：
埋存驱油后的岩心渗透率：
岩心伤害率：
式中，K1为埋存驱油前的岩心渗透率，um2；Q1为埋存驱油前的稳定流量，cm3/s；u为原油或氮气的粘度，mPa·s；L为岩心的长度，cm；D为岩心的直径，cm；P1为埋存驱油前的稳定压力，0.1MPa；K2为埋存驱油后的岩心渗透率，um2；Q2为埋存驱油后的稳定流量，cm3/s；P2为埋存驱油后的稳定压力，0.1MPa；η为岩心伤害率，％。
(8)二氧化碳埋存驱油后的岩心孔喉堵塞程度可由如下公式计算：
式中，γ为孔喉的堵塞率,％；S1为埋存驱油前的T2谱频率面积；S2为埋存驱油后的T2谱频率面积。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，其特征在于，包括用于调节压力温度模拟地层环境的岩心夹持系统、用于向岩心夹持系统中注入二氧化碳和地层水以及原油的流体注入系统、用于控制阀门开闭和数据采集的信息处理采集系统以及用于回收处理实验后流体的流体回收处理系统。
2.如权利要求1所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，其特征在于，所述岩心夹持系统包括岩心密封腔(31)，所述岩心密封腔(31)内设有加热装置(30)，所述岩心密封腔(31)通过管路与围压泵(5)连接。
3.如权利要求2所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，其特征在于，所述流体注入系统包括与所述岩心密封腔(31)连接的空气压缩机(1)，所述空气压缩机(1)还与氮气储罐(2)连接，且与位于恒温箱(22)内的二氧化碳中间容器(19)、原油中间容器(23)、地层水中间容器(26)并联，所述二氧化碳中间容器(19)与二氧化碳气瓶(21)连接，所述原油中间容器(23)与原油罐(25)连接，所述地层水中间容器(26)与地层水罐(28)连接。
4.如权利要求3所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，其特征在于，所述信息处理采集系统包括设置在连接空气压缩机(1)和岩心密封腔(31)管路上的第一流量计(3)，设置在岩心密封腔(31)上的第二压力表(17)和第一温度表(18)，设置在连接岩心密封腔(31)与气液分离器(11)管路上的第三压力表(7)、第二流量计(8)；
设置在连接岩心密封腔(31)管路上的增压泵(15)，设置连接二氧化碳气瓶(21)管路的二氧化碳增压泵(20)，设置连接原油罐(25)管路上的原油增压泵(24)，设置连接地层水罐(28)管路上的地层水增压泵(27)，设置在恒温箱(22)上的第一压力表(16)、第二温度表(19)；
以及核磁共振仪(4)和阀门。
5.如权利要求4所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，其特征在于，所述阀门包括设置在连接空气压缩机(1)和岩心密封腔(31)管路上的第二阀门(36)，设置在连接所述围压泵(5)和岩心密封腔(31)管路上的围压泵阀门(6)，设置在连接岩心密封腔(31)与气液分离器(11)管路上的第十阀门(44)，设置连接二氧化碳干燥除杂装置(9)管路上的第十一阀门(45)，设置连接原油回收容器(13)管路上的第十二阀门(46)，设置连接地层水回收容器(14)管路上的第十三阀门(47)；
设置在连接岩心密封腔(31)和二氧化碳中间容器(19)、原油中间容器(23)、地层水中间容器(26)管路上的第三阀门(37)、二氧化碳注入阀门(32)、原油注入阀门(33)、地层水注入阀门(34)，设置在连接氮气储罐(2)管路上的第一阀门(35)，设置连接二氧化碳气瓶(21)管路的第四阀门(38)、第七阀门(41)，设置连接原油罐(25)管路上的第五阀门(39)、第八阀门(42)，设置连接地层水罐(28)管路上的第六阀门(40)、第九阀门(43)。
6.如权利要求5所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置，其特征在于，流体回收处理系统包括与岩心密封腔(31)连接的气液分离装置(11)、分别与气液分离装置(11)连接的二氧化碳干燥除杂装置(9)和油水分离装置(12)、与二氧化碳干燥除杂装置(9)连接的二氧化碳回收气瓶(10)、分别与油水分离装置(12)连接的原油回收容器(13)和地层水回收容器(14)。
7.采用如权利要求1-6任一所述装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：检查管路气密性；
S2：模拟地下油藏压力环境；
S3：当岩心充分油饱时，通过核磁共振进行T2谱采样并计算气相渗透率；
S4：调整二氧化碳为气态、液态或者超临界态，通过核磁共振进行T2谱采样，计算岩心渗透率。
8.如权利要求7所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置的实验方法，其特征在于，步骤S2具体为：地层水增压泵(27)将地层水罐(28)中的地层水泵送至地层水中间容器(26)，当温度达到实验要求90℃以后，将地层水中间容器(26)中的地层水注入岩心密封腔(31)内，调节围压泵(5)设定围压，通过加热装置(30)调节温度，从而模拟地下油藏压力环境。
9.如权利要求8所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置的实验方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S3.1：原油增压泵(24)将原油罐(25)中的原油泵入原油中间容器(23)中，当温度达到实验要求90℃以后，将原油中间容器(23)中的原油泵入岩心密封腔(31)内，对实验岩心进行原油饱和处理，通过核磁共振进行T2谱采样；
S3.2：用增压泵(15)以0.05mL/min速度向岩心中泵入原油，并记录稳定时的压力及流量数值，计算油相渗透率；将氮气储罐(2)中的氮气恒速注入岩心中，观察压力传感器读数，记录稳定时的驱替流量及压力，计算气相渗透率。
10.如权利要求9所述的评价二氧化碳埋存、驱油对地层孔喉结构和渗透率的装置的实验方法，其特征在于，步骤S4具体为：
S4.1：二氧化碳管路增压泵(20)将二氧化碳注入至二氧化碳中间容器(19)，调整二氧化碳中间容器(19)的温度和压力，使二氧化碳为气态、液态或者超临界态；
S4.2：将超临界态的二氧化碳通过增压泵(15)注入至岩心密封腔(31)内，并持续8h，模拟超临界态的二氧化碳与岩心发生的水岩反应，通过核磁共振进行T2谱采样；
S4.3：重复步骤S4.1，测定被超临界态的二氧化碳埋存驱油后的岩心渗透率。
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