CN114810022B - 页岩油在线压裂驱替模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种页岩油在线压裂驱替模拟装置及方法，该装置包括：夹持筒、第一封头组件、第二封头组件、恒速恒压泵、真空泵、计算机和铅筒。其中，夹持筒用于夹持岩心样本。铅筒套设在所述岩心样本外。第一封头组件和第二封头组件设置在夹持筒的两端，用于与岩心样本相抵，且第一封头组件和第二封头组件上均设置有过流孔。计算机用于控制恒速恒压泵向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直。真空泵用于对岩心样本抽真空。本发明在确保压裂作业顺利进行的同时，保证了数据采集的多样性，以便后续可以准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探技术领域，尤其涉及一种页岩油在线压裂驱替模拟装置及方法。
背景技术
页岩油在世界范围内资源丰厚，具有广阔的开采前景。页岩油已经成为了北美地区石油工业快速发展的主要资源，页岩油产量呈快速增长趋势，已占到原油总产量的50％左右。中国地区具有较好的页岩油形成条件，陆相页岩油资源规模巨大，勘探开发前景广阔。因此，为了便于后续对页岩油的开采，模拟地层环境，对带开采工区的岩心进行油水驱替实验以获取水力压裂后的采收率变化是十分重要的。
现有技术在对岩心进行油水驱替实验的过程中，只能简单模拟地层油水驱替，无法准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化。
发明内容
第一方面，本发明实施例提供一种页岩油在线压裂驱替模拟装置，在确保压裂作业顺利进行的同时，保证了数据采集的多样性，以便后续可以准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化，该装置包括：
夹持筒、第一封头组件、第二封头组件、恒速恒压泵、真空泵、计算机和铅筒、聚乙烯管；
所述夹持筒用于夹持岩心样本；
所述铅筒套设在所述岩心样本外；
所述聚乙烯管套设在所述铅筒外；
所述第一封头组件和所述第二封头组件设置在所述夹持筒的两端，用于与所述岩心样本相抵，且所述第一封头组件和所述第二封头组件上均设置有过流孔；
所述计算机用于控制所述恒速恒压泵向所述岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直；
所述真空泵用于对岩心样本真空。
第二方面，本发明实施例还提供了利用上述页岩油在线压裂驱替模拟装置模拟压裂驱替作业的方法，在确保压裂作业顺利进行的同时，保证了数据采集的多样性，以便后续可以准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化，该方法包括：
利用恒速恒压泵向岩心样本施加围压，并利用真空泵对岩心样本抽真空；
顺次通过第一封头组件或第二封头组件上的过流孔向所述岩心样本内依次饱和地层水、饱和油，注入二氧化碳，完成页岩油驱替作业；
利用计算机控制恒速恒压泵向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，直至将所述岩心样本压裂，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直，注入二氧化碳，完成压裂下页岩油驱替作业。
本发明实施例中，通过设置夹持筒，实现了对岩心样本的夹持，通过在岩心样本外套设铅筒，保证了岩心样本所处的环境具有耐高温、耐高压的特点。通过在夹持筒的两端设置第一封头组件和第二封头组件，并使两者与岩心样本相抵，实现了对夹持筒的封堵，通过在第一封头组件和第二封头组件上设置过流孔，保证了后续驱替作业的顺利进行。通过设置真空泵，可以对岩心样本抽真空，模拟地层作业环境。通过设置恒速恒压泵和计算机，可以根据作业需要，向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，并采集压力数据，在确保压裂作业顺利进行的同时，保证了数据采集的多样性，以便后续可以准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中页岩油在线压裂驱替模拟装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中页岩油在线压裂驱替模拟装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中页岩油在线压裂驱替模拟装置的剖面图；
图4为本发明实施例中岩心压裂曲线示例图；
图5为本发明实施例中X向压裂压力-时间曲线示例图；
图6为本发明实施例中Y向压裂压力-时间曲线示例图；
图7为本发明实施例中Z向压裂压力-时间曲线示例图。
附图标记如下：
1 夹持筒，
2 第一封头组件，
201 第一压帽，
202 第一封头，
3 第二封头组件，
301 第二压帽，
3011 第一过液孔，
302 第二封头，
4 恒速恒压泵，
5 真空泵，
6 计算机，
7 铅筒，
8 过流孔，
9 聚乙烯管，
10 卡件，
11 连接件，
12 密封圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
第一方面，本发明实施例提供了一种页岩油在线压裂驱替模拟装置，如图1、图2和图3所示，该装置包括：夹持筒1、第一封头组件2、第二封头组件3、恒速恒压泵4、真空泵5、计算机6和铅筒7。其中，夹持筒1用于夹持岩心样本。铅筒7套设在所述岩心样本外。第一封头组件2和第二封头组件3设置在夹持筒1的两端，用于与岩心样本相抵，且第一封头组件2和第二封头组件3上均设置有过流孔8。计算机6用于控制恒速恒压泵4向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直。真空泵5用于对岩心样本抽真空。
本发明实施例提供的页岩油在线压裂驱替模拟装置的工作原理如下所述：
首先，利用恒速恒压泵4向岩心样本施加围压，并利用真空泵5对岩心样本抽真空；
其次，顺次通过第一封头组件2或第二封头组件3上的过流孔8向岩心样本依次饱和地层水、饱和油，注入二氧化碳，完成页岩油驱替作业；
最后，利用计算机6控制恒速恒压泵4向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，直至将所述岩心样本压裂，具体地岩心压裂曲线示例图，可参见图4，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直。此步骤可以根据实际需要选择向岩心样本的X向、Y向和Z向之一或组合施加压力。
本发明实施例提供的页岩油在线压裂驱替模拟装置，通过设置夹持筒1，实现了对岩心样本的夹持，通过在岩心样本外套设铅筒，保证了岩心样本所处的环境具有耐高温、耐高压的特点。通过在夹持筒1的两端设置第一封头组件2和第二封头组件3，并使两者与岩心样本相抵，实现了对夹持筒1的封堵，通过在第一封头组件2和第二封头组件3上设置过流孔8，保证了后续驱替作业的顺利进行。通过设置真空泵5，可以对铅筒7抽真空，模拟地层作业环境。通过设置恒速恒压泵4和计算机6，可以根据作业需要，向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，并采集压力数据，在确保压裂作业顺利进行的同时，保证了数据采集的多样性，以便后续可以准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化。
为了防止岩心样本在作业过程中发生移动，可以在夹持筒1内设置用于固定岩心样本的卡件10。
其中，卡件10可以为三角形结构。该夹持筒1可以为回转体，其内部为圆形空腔结构且一半为方形直角形状，起固定及支撑作用，防止岩心位移，方形直角空腔对角线设置三角形凸起，将围压腔分为横向和纵向两个部分，具体结构可参见图3。
为了实现夹持筒1和第二压帽301的连接，如图1所示，该装置还包括：连接件11。该连接件11用于连接夹持筒1和第二压帽301。
进一步地，为了便于实现对夹持筒1和第二压帽301的安装与拆卸，可以将连接件11分别与夹持筒1和第二压帽301可拆卸连接。具体地，可以将连接件11分别与夹持筒1和第二压帽301螺纹连接。
为了保证第一压帽201与夹持筒1连接紧固，同时便于拆卸，可以将第一压帽201与夹持筒1可拆卸连接。具体地，可以将第一压帽201与夹持筒1螺纹连接。
为了保证个部件之间的密封性，如图1所示，可以在第一压帽201与夹持筒1之间、连接件11与夹持筒1之间、铅筒7与第一封头202和第二封头302之间、第二压帽301和第二封头302之间均设置密封圈12。
为了进一步保证该装置可以承受高温、高压，并对CO2气体具有良好的抗腐蚀性，保证其在压裂过程中不会损坏，所述装置还包括：聚乙烯管9。该聚乙烯管9套设在铅筒7外。
其中，聚乙烯管9的厚度可以为4mm-6mm，例如，其可以为4.5mm、5mm和5.5mm等。
在本发明实施例中，为了实现对岩心样本的夹持固定，如图1所示，该第一封头组件2包括：第一压帽201和第一封头202。第二封头组件3包括：第二压帽301和第二封头302。其中，第一封头202和第二封头302上均设置有过流孔8，第一封头202和第二封头302的一端分别与铅筒7的两端连接，另一端分别与第一压帽201和第二压帽301连接。
进一步地，为了便于对岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，如图1所示，该第二压帽301上设置有沿X向开设的第一过液孔3011，夹持筒1设置有沿Y向开设的第二过液孔101和沿Z向开设的第二过液孔102。第二封头302可滑动地设置在第二压帽301和铅筒7内。恒速恒压泵4分别与第一过液孔3011、第二过液孔101和第二过液孔102连接，恒速恒压泵4通过第一过液孔3011向第二压帽301内泵入流体，以推动第二封头302运动。
下面以一具体实施例对本发明进行说明：
(1)选取致密砂岩岩心并烘干，测量岩心长宽高，计算视体积Vb，将岩心装入铅筒7内，再放入夹持筒1中加围压5～6MPa，并抽真空10h。
(2)通过第一封头组件2或第二封头组件3上的过流孔8向所述岩心样本内注入饱和地层水，测量孔隙体积Vp，计算孔隙度φ，设定温度为地层温度，密封后用恒温箱加热至恒温，水测渗透率。
(3)逐级增加围压制造地层压力，通过第一封头组件2或第二封头组件3上的过流孔8向所述岩心样本内注入饱和油，记录饱和油体积，计算原始含油饱和度；通过回压阀设定回压，恒速注入CO2，记录注入压力、出口端液体与气体体积，计算气驱采收率。
(4)常规驱替结束后，使用计算机6控制恒速恒压泵4恒流推动第二封头302轴向(即X向)加压，采集压力—时间曲线，参见图5，自动识别岩心破裂压力(拐点)PF，在裂缝延伸压力下注入支撑剂后，将轴向压力设置回地层压力，恒速注入CO2，计算采收率。
(5)保持横向围压和轴压不变，使用计算机6控制恒速恒压泵4恒流量纵向(即Y向)加压，采集压力—时间曲线，参见图6，自动识别岩心破裂压力(拐点)PF，纵向压裂岩心，在裂缝扩张压力PE下注入支撑剂后，将纵向围压设置回地层压力，恒速注入CO2，计算采收率。
(7)保持纵向围压和轴压不变，使用计算机6控制恒速恒压泵4恒流量横向(即Z向)加压，并采集压力—时间曲线，参见图7，自动识别岩心破裂压力(拐点)PF，横向压裂岩心，在裂缝扩张压力PE下注入支撑剂后，将横向围压设置回地层压力，恒速注入CO2，计算采收率。
最终的采收率表如下表1所示：
表1采收率表
第二方面，本发明实施例提供了利用页岩油在线压裂驱替模拟装置模拟压裂驱替作业的方法，所述方法包括：
利用恒速恒压泵4向岩心样本施加围压，并利用真空泵5对岩心样本抽真空；
顺次通过第一封头组件2或第二封头组件3上的过流孔8向所述岩心样本依次饱和地层水、饱和油，注入二氧化碳，完成页岩油驱替作业；
利用计算机6控制恒速恒压泵4向岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，直至将所述岩心样本压裂，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直，注入二氧化碳，完成压裂下页岩油驱替作业。
通过上述方法，在确保压裂作业顺利进行的同时，保证了数据采集的多样性，以便后续可以准确获取在地层条件下进行水力压裂后的采收率变化。
综上所述，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、通过使用聚乙烯管9和铅筒7，可以承受高温、高压，对CO2气体具有良好的抗腐蚀性，保证其在压裂过程中不会损坏。
2、通过设置夹持筒1，其内部特殊的构造可以在提供围压的基础上同时单独的对岩心纵向或横向压裂。
3、通过设置第二封头组件3，实现了轴向压力的控制，并可以进行轴向岩心的压裂。
4、实现在实验室范围下，在地层温度、压力条件下，原位模拟岩心压裂对驱替效果以及最终采收率的影响。
5、计算机6自动识别岩心破裂压力，精度高，提高实验的成功率。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种页岩油在线压裂驱替模拟装置模拟压裂驱替作业的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用恒速恒压泵（4）向岩心样本施加围压，并利用真空泵（5）对岩心样本抽真空；
顺次通过第一封头组件（2）或第二封头组件（3）上的过流孔（8）向所述岩心样本依次饱和地层水、饱和油，注入二氧化碳，完成页岩油驱替作业；
常规驱替结束后，使用计算机（6）控制恒速恒压泵（4）恒流推动第二封头（302）X向加压，采集压力—时间曲线，自动识别岩心破裂压力PF，在裂缝扩张压力PE下注入支撑剂后，将X向压力设置回地层压力，恒速注入CO2，计算采收率；
保持Z向围压和轴压不变，使用计算机（6）控制恒速恒压泵（4）恒流量Y向加压，采集压力—时间曲线，自动识别岩心破裂压力PF，Y向压裂岩心，在裂缝扩张压力PE下注入支撑剂后，将Y向围压设置回地层压力，恒速注入CO2，计算采收率；
保持Y向围压和轴压不变，使用计算机（6）控制恒速恒压泵（4）恒流量Z向加压，并采集压力—时间曲线，自动识别岩心破裂压力PF，Z向压裂岩心，在裂缝扩张压力PE下注入支撑剂后，将Z向围压设置回地层压力，恒速注入CO2，计算采收率；
其中，所述页岩油在线压裂驱替模拟装置包括：夹持筒（1）、第一封头组件（2）、第二封头组件（3）、恒速恒压泵（4）、真空泵（5）、计算机（6）和铅筒（7）；
所述夹持筒（1）用于夹持岩心样本；
所述铅筒（7）套设在所述岩心样本外；
所述第一封头组件（2）和所述第二封头组件（3）设置在所述夹持筒（1）的两端，用于与所述岩心样本相抵，且所述第一封头组件（2）和所述第二封头组件（3）上均设置有过流孔（8）；
所述计算机（6）用于控制所述恒速恒压泵（4）向所述岩心样本施加X向、Y向和Z向的压力，并采集压力数据，X向、Y向和Z向两两相互垂直；
所述真空泵（5）用于对所述岩心样本抽真空。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述页岩油在线压裂驱替模拟装置还包括：聚乙烯管（9），套设在所述铅筒（7）外。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹持筒（1）内设置有用于固定所述岩心样本的卡件（10）。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一封头组件（2）包括：第一压帽（201）和第一封头（202）；
所述第二封头组件（3）包括：第二压帽（301）和第二封头（302）；
所述第一封头（202）和所述第二封头（302）上均设置有所述过流孔（8），所述第一封头（202）和所述第二封头（302）的一端分别与所述铅筒（7）的两端连接，另一端分别与所述第一压帽（201）和所述第二压帽（301）连接。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二压帽（301）上设置有沿X向开设的第一过液孔（3011），所述夹持筒（1）设置有沿Y向开设的第二过液孔（101）和沿Z向开设的第三过液孔（102）；
所述第二封头（302）可滑动地设置在所述第二压帽（301）和所述铅筒（7）内；
所述恒速恒压泵（4）分别与所述第一过液孔（3011）、所述第二过液孔（101）和所述第三过液孔（102）连接，所述恒速恒压泵（4）通过所述第一过液孔（3011）向所述第二压帽（301）内泵入流体，以推动所述第二封头（302）运动。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述页岩油在线压裂驱替模拟装置还包括：连接件（11），用于连接所述夹持筒（1）和所述第二压帽（301）。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述连接件（11）分别与所述夹持筒（1）和所述第二压帽（301）可拆卸连接。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一压帽（201）与所述夹持筒（1）可拆卸连接。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一压帽（201）与所述夹持筒（1）之间、所述连接件（11）与所述夹持筒（1）之间、所述铅筒（7）与所述第一封头（202）和所述第二封头（302）之间、所述第二压帽（301）和所述第二封头（302）之间均设置有密封圈（12）。
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