CN114658401A - 一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置及方法。实验装置由驱替泵、地层水配样器、原油配样器、气体配样器、围压泵、液压油容器、开关阀、三通阀、气量计、压力传感器、回压阀、夹持器组成。其中夹持器由压盖、堵头、筒体、密封圈、胶筒、活动夹持件、固定夹持件、加固件、围压入口件、液压腔共同组成。本发明的实验装置中的夹持器拥有多功能作用，通过固定出入口的线管连接提高实验效率，减少了拆卸问题与管线连接问题，并具有快速实现岩心串联及并联的功能同时也解决了模拟平面和纵向非均质性油藏的实验问题，对研究模拟平面或纵向非均质性油藏采油过程及提高采收率具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及岩心驱替技术领域，特别是关于一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置及方法。
背景技术
随着全球油气资源需求量快速增加，如何经济有效的提高原油采收率是目前各油田开发过程中的重点工作，然而常规注水开发已不能满足原油增产的需求，尤其是对于某些低压低渗的油藏，注水开发的效果不容乐观。国内外石油学者通过理论研究和实验模拟发现，向油藏中注入CO2等气体使注入气与原油达到混相可以明显降低原油表面张力和粘度，从而改善原油渗流条件以提高采收率。对于油藏注气开发效果评价的室内研究主要是单管岩心驱替实验，但注气开发的效果受地层岩性、地层非均质性、地层各项异性的影响很大，采用常规单岩心夹持来模拟油藏注气开发过程不能很好的反应出介质在层内或层间的流动关系，实验结果对现场开发的指导性不强。针对这一问题，相关学者提出采用双管串联或双管并联的方式来模拟地层的平面非均质性或纵向非均质性，但这种实验方法操作困难，实施起来存在的安全隐患较多、需要用到的管线连接复杂且没有相应的实验装置能减少这类问题，因此需要一种新型岩心驱替实验装置及方法来解决这一技术性问题。
发明内容
本发明的目的在于解决用于模拟平面和纵向非均质性油藏注气提高采收率实验装置的问题，设计发明了一种由多功能夹持器为主的实验装置，通过该装置模拟平面和纵向非均质油藏并评价注气提高采收率的效果，让单一的装置能够同时解决多个不同的问题(油藏平面和纵向非均质性)，通过该装置能够加快实验进程，为实验过程节约时间。该装置使用简单，对解决油藏平面和纵向非均质性实验及提高采收率拥有重要的现实意义。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，由驱替泵、地层水中间容器、原油中间容器、气体中间容器、围压泵、液压油容器、开关阀、三通阀、气量计、压力传感器、回压阀、夹持器组成；
所述夹持器由压盖、堵头、筒体、密封圈、胶筒、活动夹持件、固定夹持件、加固件、围压入口件、液压腔共同组成，所述夹持器只有一个筒体和两个压盖，筒体和压盖连接采用管螺纹连接，根据国标GB/T7306—2000确定管螺纹尺寸；
所述的夹持器的活动夹持件和固定夹持件的柱体端拥有半径为5mm左右的圆环凹陷；
所述夹持器拥有六个接口，其中两个为围压进口，另外四个口为通液口，筒体中间拥有的小通道未相互连通；
所述夹持器液样进出口端不固定，液样从不同进口端进去的方式不同形成不同的驱替模式，驱替模式包括并联驱替、串联驱替及单独驱替；
所述夹持器的活动夹持件设计为阶梯式外圈，筒体设计为两互不通的圆筒，其圆筒底端皆有圆柱式凸台。
所述夹持器活动夹持件、筒体与堵头之间采用过盈配合，固定夹持件与圆筒之间采用过渡配合，其连接的表面精度皆采用IT4等级，围压入口件与圆筒之间采用密封焊接技术焊接；
所述夹持器两端面皆有加固件，其与活动夹持件采用螺纹连接；
所述夹持器通过同一筒体，在筒体两内端部顺序放入固定夹持件、岩心、胶筒、活动夹持器、堵头和压盖，达到同时安装多个岩心的要求。
所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器采用耐高温高压的金属材料制造。
所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，其特征在于，所述金属材料为四二铬锰热处理而成。
所述一种模拟非均质性油藏的注气提高采收率的实验装置的使用方法，当安装好岩心进入夹持器后首先依次连接驱替泵、地层水中间容器、原油中间容器、气体中间容器，同时连接围压泵、液压油容器、开关阀、气量计、夹持器、压力传感器、回压阀，使驱替管线走势为驱替泵—地层水中间容器、原油中间容器、气体中间容器—压力传感器—通道口一—通道口二—压力传感器—开关阀—通道口三—通道口四—压力传感器—回压阀—试管—气量计，围压管线走势为围压泵—液压油容器—压力传感器—夹持器，构成评价平面非均质性油藏的注气提高采收率的实验装置。
所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验方法，当安装好岩心进入夹持器后首先依次连接驱替泵、地层水中间容器、原油中间容器、气体中间容器，同时连接围压泵、液压油容器、开关阀、三通阀、气量计、夹持器、压力传感器、回压阀，使驱替管线走势分别为驱替泵—地层水中间容器、原油中间容器、气体中间容器—压力传感器—三通阀—通道口一—通道口二—压力传感器—回压阀—试管—气量计，和驱替泵—地层水中间容器、原油中间容器、气体中间容器—压力传感器—三通阀—通道口四—通道口三—压力传感器—回压阀—试管—气量计，围压管线走势为围压泵—液压油容器—压力传感器—夹持器，构成评价纵向非均质性油藏的注气提高采收率的实验装置。
本发明具有如下有益效果
本发明的实验装置，通过独特的设计，有利于拟平面或纵向非均质油藏注气提高采收率，且实验过程中只需根据本发明所描述的方法即可简单方便的进行实验。解决了单个实验装置可以做多个不同实验的问题，而且减少了管线使用，提供更加方便的实验方法，从经济、操作、安全的方面为非均质油藏室内物理模拟实验提供新颖的装置及方法。
附图说明
图1为一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置的夹持器剖视图。
图2为一种模拟平面油藏非均质性的注气提高采收率的实验装置使用方法的连接示意图。
图3为一种模拟纵向油藏非均质性的注气提高采收率的实验装置使用方法的连接示意图。
图4为平面非均质性油藏注入HCPV与采出程度关系图。
图5为纵向非均质性油藏注入HCPV与采出程度关系图。
图中，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、1.10、1.11、1.12—开关阀；2—压盖；5—堵头；3—筒体；4—密封圈；10—胶筒；9—活动夹持件；12—固定夹持件；24—加固件；8—围压入口件；11—液压腔；19—通道口一；23—通道口四；22—通道口三；21—通道口二；13—液压油容器；20—地层水中间容器；14—围压泵；18—岩心；6—三通阀；7—管线；15—回压阀；16—试管；17—气量计；25—原油中间容器；26—气体中间容器；27—驱替泵；28—压力传感器；29—夹持器
具体实施方式
下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，具体实施方式如下：
如图1所示，一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置中的夹持器包括压盖2、堵头5、筒体3、密封圈4、胶筒10、活动夹持件9、固定夹持件12、加固件24、围压入口件8、液压腔11。
本实施方式中筒体3拥有两个不相互贯通的空腔，在筒体3的两端连接压盖2处拥有管螺纹设计，其一端筒体空腔底部设计的凸柱通过密封圈和固定夹持件过盈配合。密封圈4的材质可以采用四氟乙烯或者高强度橡胶。通过该空腔的优化设计达到实验目的。
本实施方式中堵头5为一精度较高的圆环结构，其内外两侧各拥有可按照密封圈的凹槽，压盖2位于堵头5外侧，活动夹持件9位于堵头5内侧，通过压盖2及活动夹持件9固定轴向移动，纵向分别过盈接触活动夹持件9与筒体3。
本实施方式中加固件24与活动夹持件9外端为螺纹连接，有利于在保护活动夹持件9，并给压盖2一个轴向力。
本实施方式中夹持器拥有六个通口，其通道口一19、通道口四23、通道口三22、通道口二21主要用于通液样进行岩心饱和以及驱替，另外两通口主要用于通入液压油。
如图2所示，一种模拟平面非均质油藏注气提高采收率的实验装置包括驱替泵27、地层水中间容器20、原油中间容器25、气体中间容器26、围压泵14、液压油容器13、开关阀1、气量计17、压力传感器28、回压阀15、夹持器29。驱替部分连接方式为，驱替泵27与地层水中间容器20、原油中间容器25、气体中间容器26下端连接，在中间容器与夹持器29的通道口一19之间增加压力传感器28记录入口压力，使液体通过夹持器时是经过通道口一19到达通道口二21，在通道口一19和通道口二21之间增加压力传感器记录压力数据，从通道口二21出来到通道口三22之间安装开关阀1.7，从通道口四23出来连接压力传感器28以及回压阀15，将试管16和气量计17连接其后用作液体和气体的收集。围压部分连接方式为，围压泵14连接液压油容器13分别连接两个压力传感器28(分别记录两个围压的压力)，再连接到夹持的围压口端向夹持器通入围压。
如图3所示，一种模拟纵向非均质油藏注气提高采收率的实验装置包括驱替泵27、地层水中间容器20、原油中间容器25、气体中间容器26、围压泵14、液压油容器13、开关阀1、三通阀6、气量计17、压力传感器28、回压阀15、夹持器29。驱替部分连接方式为，驱替泵27与地层水中间容器20、原油中间容器25、气体中间容器26下端连接，此后一条管线连接方式为，经过三通阀6连接通道口一19，再从通道口二21出来顺序连接开关阀1.3与回压阀15，在通道口二21出来后安装一个压力传感器28(记录低渗透率岩心实验过程的压力环境)，将试管16和气量计17连接其后用作液体和气体的收集；另一条管线为经过三通阀6连接通道口四23，再从通道口三22出来顺序连接开关阀1.6与回压阀15，在通道口三22出来后安装一个压力传感器28(记录高渗透率岩心实验过程的压力环境)，将试管16和气量计17连接其后用作液体和气体的收集。围压部分连接方式为，围压泵14连接液压油容器13分别连接两个压力传感器28(分别记录两个围压的压力)，再连接到夹持的围压口端向夹持器通入围压。
下面结合2个具体的实施例对本发明的实验装置使用方法作进一步说明
实施例1
一种模拟平面非均质油藏注气提高采收率的实验方法，依次包括以下步骤：
(1)实验前清洗烘干岩心，饱和地层水，然后在筒体两端将岩心组合(见表3—a组)按顺序装入夹持器中，依次在筒体两端放固定夹持件、岩心、胶筒、活动夹持器、堵头和压盖，按照图2正确安装夹持器，高渗岩心装入右腔体，低渗岩心装入左腔体，并连接其它实验仪器，同时对各实验仪器进行校正。
(2)检查实验流程密封性，将高、低渗储层岩心同时抽真空后，开始对系统进行建压。关闭所有的开关阀和三通阀，将回压阀的压力设定为13MPa；打开开关阀1.2与开关阀1.12，通过围压泵14向夹持器29注入围压，使围压始终保持高于岩心入口端压力500～800psi；打开地层水中间容器20的阀门并通过驱替泵27将地层水注入高、低渗储层岩心至压力达到9MPa，此时建压完成。待压力稳定后，将实验温度升至地层温度45℃。
(3)关闭地层水中间容器20的阀门，打开原油中间容器25的阀门，再次通过驱替泵27对高低渗岩心进行油驱水，在恒速模式条件下以0.764cm3/min为注入梯度，将原油样(油样配制根据中国国家标准GB/T 26981—2020“油气藏流体物性分析方法”进行，采用现场取得流体样品，在温度45.0℃下，按原始地层压力9MPa配制油样样品)注入岩心，每隔1小时不断记录此过程中排出的液体量及成分。此阶段为油驱水建立束缚水饱和度(低渗岩心束缚水饱和度达58.69％，高渗岩心束缚水饱和度达46.99％)。
(4)当出口端(通道口四23)的气体组成与驱替油气的组成、气油比(36.988m3/m3)等参数基本一致时，后关闭开关阀1.7，打开开关阀1.5检查出口端是否也与基本参数基本一致，确认一致后关闭开关阀1.5，打开开关阀1.7，样品饱和完毕，关闭原油中间容器25的阀门，形成原始状态。
(5)打开地层水中间容器20的阀门，启动驱替泵27，按照设定压力13MPa进行驱替进行地层温度和压力下的水驱实验，使水经过低渗到达高渗，每隔2小时检查出口端(通道口四23)的成分，出口端(通道口四23)含水率到达99％时，水驱阶段结束。
(6)此时关闭地层水中间容器20的阀门，打开气体中间容器26的阀门，驱替泵27按照20MPa数值进行驱替，此时实验转成连续注烟道气(或烟道气—水交替)驱替实验，此时每隔半个小时记录产油、产水、产气量、监测压力变化，出口端不再出油后停止实验，气驱阶段结束。
(7)最后通过压力传感器记录的压力数据获得入口、出口压降曲线图，通过气量计的流量数据和试管收集的液体量计算油藏采收率，通过注入HCPV(有效孔隙体积)的量作采出程度示意图，采收率变化趋势如图4所示。
实施例2
一种模拟纵向非均质油藏注气提高采收率的实验方法，依次包括以下步骤：
(1)实验前清洗烘干岩心，饱和地层水，然后在筒体两端将岩心组合(见表3—b组)按顺序装入夹持器中，依次在筒体两端放固定夹持件、岩心、胶筒、活动夹持器、堵头和压盖，按照图3正确安装夹持器，高渗岩心装入右腔体，低渗岩心装入左腔体，并连接其它实验仪器，同时对各实验仪器进行校正。
(2)检查实验流程密封性，将高、低渗储层岩心同时抽真空，关闭所有的开关阀和三通阀，将两个回压阀的压力都设定为13MPa；打开开关阀1.1与开关阀1.4，通过围压泵14向夹持器29注压，使围压始终保持高于岩心入口端压力500～800psi；关闭开关阀1.9打开开关阀1.6和开关阀1.10，后打开地层水中间容器20的阀门并通过驱替泵27将地层水注入高渗储层岩心至压力达到9MPa，此时高渗储层岩心建压完成。待压力稳定后，将实验温度升至地层温度45℃。
(3)关闭地层水中间容器20的阀门，打开原油中间容器25的阀门，再次通过驱替泵27对高渗岩心进行油驱水，在恒速模式条件下以0.764cm3/min为注入梯度，将原油样(油样配制根据中国国家标准GB/T 26981—2020“油气藏流体物性分析方法”进行，采用现场取得流体样品，在温度45.0℃下，按原始地层压力9MPa配制油样样品)注入岩心，每隔1小时不断记录此过程中排出的液体量及成分。此阶段为油驱水建立束缚水饱和度(高渗岩心束缚水饱和度达46.99％)。
(4)当出口端(通道口三22)的气体组成与驱替油气的组成、气油比(36.988m3/m3)等参数基本一致后，重复步骤(2)—(3)，直到出口端(通道口二21)的成分组成与参数基本一致，形成原始状态。
(5)打开地层水中间容器20的阀门，打开开关阀1.9与开关阀1.10，启动驱替泵27，按照设定压力13MPa进行驱替进行地层温度和压力下的水驱实验，使水在理想状态下同时达到高渗岩心和低渗岩心，每隔2小时检查出口端(通道口三22)的成分，直到出口端(通道口三22)含水率到达99％，水驱阶段结束。
(6)此时关闭地层水中间容器20的阀门，打开气体中间容器26的阀门，驱替泵27按照20MPa数值进行驱替，此时实验转成连续注烟道气(或烟道气—水交替)替驱实验，此后每隔半个小时分别记录通道口三和通道口四的产油、产水、产气量、监测压力变化，至出口端不再出油后停止实验，气驱阶段结束。
(7)最后通过压力传感器记录的压力数据获得入口、出口压降曲线图，通过气量计的流量数据和试管收集的液体量计算油藏采收率，通过注入HCPV(有效孔隙体积)的量作采出程度示意图，采收率变化趋势如图5所示。
实施例1和实施例2过程夹持器采用四二铬锰材料制造，最高工作压力150MPa，长度为2米。模拟油藏温度42℃，原始储层压力为11.88Mpa，气油比48m3/m3，注入气为烟道气。表1给出原油流体成分，表2给出烟道气摩尔组成，表3给出岩心选择结果，表4给出地层水水质成分。由图4、图5可以得出，经过烟道气驱替后，原油采出程度有了一定程度的上升，证明水气交替有一定调驱的作用，注入的烟道气能一定程度封堵水体渗流的优势通道，增大注入水的波及效率，注入水增大气体的渗流阻力，封堵气体渗流的优势通道，延缓气窜时间，增大气体的波及效率，因此水气交替能获得更高的采出程度。说明该装置达到了评价平面/纵向非均质性油藏注气提高采收率的目的并得到了良好的结果。
表1储层原油组成
| 组分 | 摩尔组成，mol％ |
| CO<sub>2</sub> | 0.000 |
| N<sub>2</sub> | 0.000 |
| C<sub>1</sub> | 0.000 |
| C<sub>2</sub> | 0.088 |
| C<sub>3</sub> | 0.344 |
| IC<sub>4</sub> | 0.209 |
| NC<sub>4</sub> | 0.801 |
| IC<sub>5</sub> | 0.296 |
| NC<sub>5</sub> | 1.515 |
| C<sub>6</sub> | 6.885 |
| C<sub>7</sub> | 1.495 |
| C<sub>8</sub> | 3.932 |
| C<sub>9</sub> | 4.357 |
| C<sub>10</sub> | 7.712 |
| C<sub>11+</sub> | 72.366 |
表2烟道气摩尔组成
| 组分 | N<sub>2</sub> | CO | CO<sub>2</sub> | O<sub>2</sub> | CH<sub>4</sub> | H<sub>2</sub> |
| 含量，mol％ | 83.913 | 0.24 | 14.67 | 0.49 | 0.42 | 0.267 |
表3岩心选择结果
表4地层水水质成分
本发明并不限于上述实施方式，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变更。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 (6)
1.一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置及方法，实验装置由驱替泵、地层水配样器、原油配样器、气体配样器、围压泵、液压油容器、开关阀、三通阀、气量计、压力传感器、回压阀、夹持器组成；所述夹持器由压盖、堵头、筒体、密封圈、胶筒、活动夹持件、固定夹持件、加固件、围压入口件、液压腔共同组成，所述夹持器只有一个筒体和两个压盖，筒体和压盖连接采用管螺纹连接，根据国标GB/T7306-2000确定管螺纹尺寸；所述的夹持器的活动夹持件和固定夹持件的柱体端拥有半径为5mm左右的圆环凹陷；所述夹持器拥有六个接口，其中两个为围压进口，另外四个口为通液口，筒体中间拥有的小通道未相互连通；所述夹持器液样进出口端不固定，液样从不同进口端进去的方式不同形成不同的驱替模式，驱替模式包括并联驱替、串联驱替及单独驱替；所述夹持器的活动夹持件设计为阶梯式外圈，筒体设计为两互不通的圆筒，其圆筒底端皆有圆柱式凸台。
2.如权利要求1所述的夹持器的活动夹持件、筒体与堵头之间采用过盈配合，固定夹持件与圆筒之间采用过渡配合，其连接的表面精度皆采用IT4等级，围压入口件与圆筒之间采用密封焊接技术焊接；所述夹持器两端面皆有加固件，其与活动夹持件采用螺纹连接；所述夹持器通过同一筒体，在筒体两内端部顺序放入固定夹持件、岩心、胶筒、活动夹持器、堵头和压盖，达到同时安装多个岩心的要求。
3.如权利要求1所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器采用耐高温高压的金属材料制造。
4.如权利要求2所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器的金属材料为四二铬锰热处理而成。
5.如权利要求1所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，当安装好岩心进入夹持器后首先依次连接驱替泵、地层水配样器、原油配样器、气体配样器，同时连接围压泵、液压油容器、开关阀、三通阀、气量计、夹持器、压力传感器、回压阀，使管线走势为驱替泵-地层水配样器、原油配样器、气体配样器-压力传感器-通道口一-通道口二-压力传感器-三通阀-通道口三-通道口四-压力传感器-回压阀-试管-气量计和围压泵-液压油容器-压力传感器-夹持器，构成评价平面非均质性油藏的注气提高采收率的实验装置。
6.如权利要求1所述一种模拟非均质油藏注气提高采收率的实验装置，当安装好岩心进入夹持器后首先依次连接驱替泵、地层水配样器、原油配样器、气体配样器，同时连接围压泵、液压油容器、开关阀、三通阀、气量计、夹持器、压力传感器、回压阀，使管线走势为驱替泵-地层水配样器、原油配样器、气体配样器-压力传感器-三通阀-通道口三和通道口四-压力传感器-夹持器-回压阀-试管-气量计和围压泵-液压油容器-压力传感器-夹持器，构成评价纵向非均质性油藏的注气提高采收率的实验装置。
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