CN114965214A - 一种研究岩心渗吸前缘推进的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究岩心渗吸前缘推进的装置及方法，装置主要包括：岩心夹持器，用于固定岩心样品；岩心夹持器的一端设置有进液口；进液器，用于向岩心样品中注入渗吸液，进液器与进液口密封连接；海绵，设置在岩心夹持器靠近进液口的一侧，进液器注入的渗吸液经过海绵后再进入岩心样品；以及信息采集装置，用于采集岩心样品渗吸的数据。本申请还提供一种研究岩心渗吸前缘推进的方法。本申请为岩心不同部位渗吸时间和渗吸前缘推进距离的研究提供了设计原则，能够更好地分析毛细管力以及重力对岩心渗吸的影响，同时为渗吸的数值模拟提供了更加可靠的实验数据，对研究岩心渗吸机理以及油气田科学高效开发的指导等具有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程中的石油资源开发技术领域，具体涉及一种研究岩心渗吸前缘推进的实验装置及方法。
背景技术
众所周知，渗吸也叫做自发渗吸，是指在没有加压的情况下，水自动吸入岩心并驱出原油的过程，其动力是毛管力作用下的润湿性流体自发的吸入孔隙中驱替非润湿流体的过程。对于亲水油藏来说，水是润湿相，油是非润湿相，水相会由于毛管力作用，沿着孔隙喉道进入岩石基质将里面的原油驱替出来，这对于提高油气田的采收率有至关重要的影响。所以，对自发渗吸的深入研究，尤其是涉及到与油气田开采过程相关的渗吸位置、渗吸时间以及渗吸量这几个物理量的研究就显得至关重要。
目前诸多学者对主要采用静态物理模拟实验的方法，室内实验主要采用传统体积法和质量法进行渗吸实验研究；其中静态渗吸体积法是将岩心完全浸没在装有润湿相流体的渗吸瓶中，通过观察渗吸前后管内液面读数的变化获取岩心渗吸变化量获取采出程度，但由于无法计量附着在岩心壁上的油相体积，导致刻度管收集到的原油体积不准确；而质量法是将岩心放入盛满润湿相流体的容器内，研究渗吸过程中岩心质量与时间的关系，但此方法会受到外界温度、湿度变化引起的润湿相流体蒸发、组分变化的影响，导致渗吸实验误差变大。
综上所述，传统的室内渗吸实验方法存在一定的使用局限，包括不限于环境温度、湿度不一致所造成的实验误差、无法精确记录注入与渗吸出来的液体体积。同时，常规渗吸实验方法无法对水平放置岩心不同部位的渗吸前缘推进做量化研究，也难以使渗吸液均匀的进入岩心样品进行前缘推进，难以进行推广应用。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种研究岩心渗吸前缘推进的装置，改善利用岩心夹持器进行岩心样品渗吸前缘推进时渗吸液难以均匀进入岩心样品的问题。
本发明的再一目的在于提供了一种研究岩心渗吸前缘推进的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种研究岩心渗吸前缘推进的装置，包括：
岩心夹持器，用于固定岩心样品，且所述岩心样品被密封在所述岩心夹持器中；所述岩心夹持器的一端设置有进液口；
进液器，用于向所述岩心样品中注入渗吸液，所述进液器与所述进液口密封连接；
海绵，设置在所述岩心夹持器靠近进液口的一侧，所述进液器注入的所述渗吸液经过所述海绵后再进入所述岩心样品；以及
信息采集装置，用于采集所述岩心样品渗吸的数据。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述进液器上设置有用于读取进液量的刻度。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述岩心夹持器包括岩心夹持管和柔性塑料管；
所述岩心夹持管一端开口，所述进液口设置在所述岩心夹持管远离所述开口的一端；
所述柔性塑料管的一端设置有渗吸口，所述渗吸口的内径与所述岩心样品的直径匹配；所述柔性塑料管的外径与所述岩心夹持管的内径过盈配合；
所述柔性塑料管用于套设在所述岩心样品外表面；所述柔性塑料管嵌入所述岩心夹持管，且所述渗吸口与所述海绵接触；所述海绵的直径大于所述渗吸口的内径。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述岩心夹持管的开口处还设置有密封件。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述岩心夹持管的所述开口一侧的外侧面设置有压紧件，用于使所述岩心夹持管压紧所述柔性塑料管。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述岩心夹持管和所述柔性塑料管均为透明材料制备的透明管道。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述装置还包括恒温恒湿箱，用于调整所述岩心样品测量渗吸的数据时的温度和湿度；
所述岩心夹持器位于所述恒温恒湿箱内。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述信息采集装置包括图像采集器。
本申请的一些实施例还提供一种研究岩心渗吸前缘推进的的方法，包括如下步骤：
提供岩心样品和上述的研究岩心渗吸前缘推进的装置；
利用所述岩心夹持器夹持所述岩心样品，使所述岩心样品密封在所述岩心夹持器中，且所述岩心样品的一端与所述海绵接触；
利用所述进液器向所述岩心夹持器中注入渗吸液，使所述渗吸液通过所述海绵后向所述岩心样品流动；
利用所述信息采集装置采集所述岩心样品的渗吸数据。
进一步地，在本申请的一些实施例中，所述渗吸数据包括渗吸时间、所述岩心样品不同部位渗吸前缘推进距离、渗吸量。
本发明的有益效果在于：
本申请提供一种研究岩心渗吸前缘推进的装置，使岩心样品密封在岩心夹持器中，并在岩心样品的一端设置用于使渗吸液均匀进入岩心样品中的海绵，使进液器注入的渗吸液经过海绵吸收均匀分散后均匀进入岩心样品中，解决了现有技术中岩心样品浸没在渗吸液中难以测量前缘推进数据且误差很大的缺点；同时也改善了采用岩心夹持器进行前缘推进时渗吸液难以在岩心样品的端面的任一位置均匀进入岩心样品的缺陷，提高前缘推进测试结果的准确性，同时还使其可以测量非均匀岩心样品不同位置的渗吸前缘推进距离、为研究毛细管力和重力对渗吸作用的影响提供研究数据，有利于渗吸前缘推进数据的有效性和适用范围。
本申请提供的研究岩心渗吸前缘推进的方法重复性良好，可以适用于不同规格、不同岩性、均质或非均质的岩心样品的渗吸前缘推进研究，研究不同岩心样品的渗吸特征以及变化规律，且其结构简单，易于推广适用，对油气田科学高效开发的指导等具有重大意义。
附图说明
图1为本发明提供的实施例中的研究岩心渗吸前缘推进的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中的研究岩心渗吸前缘推进的装置中A的放大图；
图中，1-岩心样品，2-PE薄膜，3-石蜡，4-生胶带，5-海绵，6-玻璃管，7-引流管，8-注射器，9-渗吸液，10-恒温恒湿箱，11-湿度控制液，12-半渗透隔板，13-测温仪，14-摄像机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提供一种研究岩心渗吸前缘推进的装置，包括：
岩心夹持器，用于固定岩心样品，且所述岩心样品被密封在所述岩心夹持器中；所述岩心夹持器的一端设置有进液口；
进液器，用于向所述岩心样品中注入渗吸液，所述进液器与所述进液口密封连接；
海绵，设置在所述岩心夹持器靠近进液口的一侧，所述进液器注入的所述渗吸液经过所述海绵后再进入所述岩心样品；以及
信息采集装置，用于采集所述岩心样品渗吸的数据。
需要说明的是，岩心夹持器为管状，且岩心夹持器的内径与岩心样品的外径匹配，使岩心样品可以无明显缝隙的固定在岩心夹持中；海绵完全覆盖岩心样品靠近进液口的一端，且保持一定的受压状态，使其与岩心样品靠近进液口的一端紧密连接，使注入的渗吸液之恶能通过海绵后进入岩心样品。
在一些实施例中，海绵可以选择亲水性海绵也可以选择亲油性海绵，也可以通过加入交联剂和改性剂修饰和改性得到具备特定润湿性的海绵。海绵的类型根据渗吸液的种类进行选择。
在一些实施例中，渗吸液可以选择煤油、白油、原油、模拟原油、蒸馏水、氯化钾溶液、碳酸钠溶液、模拟地层水中的一种或多种。
在一些实施例中，所述进液器上设置有用于读取进液量的刻度，进而可以知道岩心样品的渗吸量。
在一些实施例中，所述进液器中的渗吸液可以在测量过程中进行补充。
在一些实施例中，所述进液器与进液口通过引流管连通。在一些实施例中，引流管上设置有流量阀，用于控制和调整渗吸液注入岩心样品中的流速。
在一些实施例中，进液器包括容液筒、推液活塞；容液筒的一端设置加液口，另一端设置有注液口，注液口通过引流管与进液口连通，推液活塞可以沿容液筒做往复移动。推液活塞的活塞端与容液筒的内侧壁过盈配合，将容液筒内加入渗吸液推入引流管，并经过海绵注入岩心样品中。
在一些实施例中，进液器可以选择注射器。
在一些实施例中，进液器的推液活塞包括活塞端和推杆，推杆连接有驱动装置，实现进液器的机械控制，减少人工操作的误差和减少人力。其中，驱动装置可以为电机、气泵、液泵等任一可以却动推液活塞进行往复运动的驱动器，并且可以任意调节驱动压力。
在一些实施例中，所述岩心夹持器包括岩心夹持管和柔性塑料管；
所述岩心夹持管一端开口，所述进液口设置在所述岩心夹持管远离所述开口的一端；
所述柔性塑料管的一端设置有渗吸口，所述渗吸口的内径与所述岩心样品的直径匹配；所述柔性塑料管的外径与所述岩心夹持管的内径过盈配合；
所述柔性塑料管用于套设在所述岩心样品外表面；所述柔性塑料管嵌入所述岩心夹持管，且所述渗吸口与所述海绵接触；所述海绵的直径大于所述渗吸口的内径。
在一些实施例中，柔性塑料管为PE薄膜，PE薄膜被缠绕在岩心样品的表面，避免进入岩心样品的渗吸液挥发。
需要说明的是，柔性塑料管的一端未封端，使岩心样品的一端面被完全暴露出来，用于与海绵接触。当柔性塑料管为缠绕在岩心样品表面的PE薄膜时，岩心样品的一端面不缠绕PE薄膜，而岩心样品的其他面均匀的缠绕有PE薄膜。
在一些实施例中，所述岩心夹持管的开口处还设置有密封件，使柔性塑料管和岩心夹持管之间可能存在的缝隙被密封，避免渗吸液从柔性塑料管和岩心夹持管之间可能存在的缝隙渗出，影响测试结果的准确性。
在一些实施例中，密封件为石蜡。
在一些实施例中，所述岩心夹持管的所述开口一侧的外侧面设置有压紧件，用于使所述岩心夹持管压紧所述柔性塑料管，减小柔性塑料管和岩心夹持管之间可能存在的缝隙。
在一些实施例中，压紧件为抱箍、橡胶圈或缠绕在岩心夹持管表面的生胶带。
在一些实施例中，所述岩心夹持器上设置有若干刻度，便于工作人员观察渗吸液前缘推进的距离和/或标示渗吸液前缘推进的终点。
在一些实施例中，所述岩心夹持器上设置有至少一个观察窗，便于工作人员观察渗吸液前缘推进的过程和终点。
在一些实施例中，所述岩心夹持管和所述柔性塑料管均为透明材料制备的透明管道，便于观察全时段渗吸液前缘推进的过程。
在一些实施例中，岩心夹持管为透明玻璃管。
在一些实施例中，岩心夹持管配合不同的岩心样品的尺寸可以提供不同内径的岩心夹持管。
在一些实施例中，所述装置还包括恒温恒湿箱，用于调整所述岩心样品测量渗吸的数据时的温度和湿度；
所述岩心夹持器位于所述恒温恒湿箱内。
在一些实施例中，恒温恒湿箱包括箱体和半渗透隔板，箱体内设置有容纳腔，容纳腔被半渗透隔板分为第一腔体和第二腔体；岩心夹持器设置在第一腔体内；第二腔体内设置有湿度控制液，用于控制第一腔体内的湿度和温度，使岩心夹持器位于恒温恒湿环境，减少环境温度、湿度对结果的影响，同时可以测量在不同湿度、温度下渗吸液的前缘推进数据，研究温度、湿度对岩心样品渗吸液前缘推进的影响。
在一些实施例中，湿度控制液可以为饱和盐溶液，用于保证湿度的一致性，饱和盐溶液可以选自氟化铯、溴化锂、氯化锂、醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、溴化钠、碘化钾、氯化钠、氯化钾、硫酸钾中的任一一种。
在一些实施例中，恒温恒湿箱中设置有用于测量温度的温度检测装置，如测温仪13；在一些实施例中，恒温恒湿箱中还设置有用于测量湿度的湿度检测装置，如湿度检测器。
需要说明的是，恒温恒湿箱中设置用于调整温度的空气加热单元和制冷电磁阀，并且经温度控制器调节,用以控制箱体所需要的温度。同时恒温恒湿箱中设置用于调整湿度的水槽加热元件，通过对蒸发水槽内的湿度控制液实现增加箱体内的湿度或者调节制冷电磁阀来实现去湿作用,进而实现恒温恒湿箱内的湿度的控制或调整。
在一些实施例中，水槽加热元件为外接电源的电加热器。
在一些实施例中，空气加热单元可以为若干均匀分布在恒温恒湿箱内表面的电加热丝。
在一些实施例中，空气加热单元可以为设置在恒温恒湿箱的侧壁内的电加热丝，且侧壁的内表面设置有一层导热层，通过导热层使恒温恒湿箱内的空气被均匀加热。
本申请提供的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其误差较小，可以减少温度、湿度等对测试结果的影响，可在相同的实验条件下进行重复性研究；也可采取控制变量研究方法，改变其中某一条件(比如岩心类型、不同渗吸液体类型、渗吸周围环境温度与湿度等)，研究其对渗吸特征的影响以及变化规律。
在一些实施例中，所述信息采集装置包括图像采集器，用于定时采集岩心样品中渗吸液前缘推进的图片或者视频，记录岩心样品中渗吸液前缘推进的数据，便于数据的读取和存储。
在一些实施例中，图像采集器可以为摄像机、照相机中的任一种。
本申请的一些实施例还提供一种研究岩心渗吸前缘推进的方法，包括如下步骤：
提供岩心样品和上述的研究岩心渗吸前缘推进的装置；
利用所述岩心夹持器夹持所述岩心样品，使所述岩心样品密封在所述岩心夹持器中，且所述岩心样品的一端与所述海绵接触；
利用所述进液器向所述岩心夹持器中注入渗吸液，使所述渗吸液通过所述海绵后向所述岩心样品流动；
利用所述信息采集装置采集所述岩心样品的渗吸数据。
在一些实施例中，提供岩心样品包括预处理岩心样品。其中，预处理岩心样品包括：
将需要进行渗吸实验的岩心样品在80℃温度下将烘干48小时,测量岩心长度、直径、质量、孔隙度、渗透率以及润湿性等基本参数。
在一些实施例中，在利用所述岩心夹持器夹持所述岩心样品之前，使海绵预先饱和吸收渗吸液。
在一些实施例中，所述渗吸数据包括渗吸时间、所述岩心样品不同部位渗吸前缘推进距离、渗吸量。
在一些实施例中，利用所述岩心夹持器夹持所述岩心样品，包括：
使用PE薄膜包裹住预处理后的岩心样品，只将岩心样品渗吸端面露在外侧，同时在岩心夹持管设置有进液口的一侧提前装入用渗吸液均匀饱和的海绵；
将用PE薄膜包好的岩心样品装入到岩心夹持管，使得岩心样品的渗吸端面与海绵一侧紧密、均匀接触，再用生胶带缠绕住岩心夹持管的开口端的外侧面，并在开口端进行蜡封。
在一些实施例中，利用所述信息采集装置采集所述岩心样品的渗吸数据，包括：
在整个过程中持续观察并记录岩心样品不同部位渗吸前缘推进距离、渗吸时间以及渗吸量等参数，直到有渗吸液到达测试终点，停止渗吸，记录渗吸后岩心样品的质量。
需要说明的是，在本申请中，测试终点可以为岩心样品的末端也可以为岩心样品的某一具体位置，其测试终点可以人为设定，并标识在岩心样品或者岩心夹持器上。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例提供一种研究岩心渗吸前缘推进的装置，参阅图1、图2，其包括岩心夹持器、注射器8、恒温恒湿箱10、海绵5、生胶带4、石蜡3和摄像机14，其中岩心夹持器包括玻璃管6和PE薄膜2；注射器8与岩心夹持器通过引流管7连通；海绵5设置在岩心夹持器中。
PE薄膜2用于包裹住预处理后的岩心1，防止岩心样品1内部液体的蒸发。玻璃管6一端开口，另一端设置进液口；玻璃管6设置有开口的一端用于装载PE薄膜2包裹好的岩心样品1，另一端用于连接引流管7获取所需的渗吸液9。生胶带4用于缠绕住玻璃管6的出口处，并在出口处滴上石蜡3用以完全密封岩心样品1。海绵5均质性很好，保证其内部渗吸液分布均匀，确保岩心样品渗吸端能够均匀渗吸，减少实验误差。注射器8设置有精密的刻度，通过引流管7向玻璃管6直径较小的一侧注入渗吸液到海绵5中，可以观察并准确记录岩心样品的渗吸量，也可以在渗吸实验中通过注射器补充渗吸所需液体。连接好的岩心样品水平放置在恒温恒湿箱10里面，调节渗吸环境温度与湿度并使其保持一致，并用恒温恒湿箱内部的温度测量仪测量内部环境温度。恒温恒湿箱配10配备有湿度控制液11，湿度控制液11与装有岩心样品1的玻璃管6之间隔着半渗透隔板12，所配置的湿度控制液11还减小了环境温度变化对液体所在环境湿度的影响，从而保证了湿度的一致性。进行岩心样品渗吸实验时，摄像机14在整个过程中持续观察并记录岩心样品不同部位渗吸前缘推进距离、渗吸时间以及渗吸量等参数，直到有渗吸液到达岩心样品的末端。
以下以一块大牛地砂岩制备的岩心样品作为实施例，进行研究岩心渗吸前缘推进的测试，其进行测试的步骤如下：
(1)首先选取一块大牛地砂岩，对其进行洗油洗盐，将该砂岩放入烘干箱中，在80℃温度下烘干48小时,取出砂岩；测量砂岩直径、长度、孔隙度、气测渗透率和润湿性等基本物理参数；使用PE薄膜2包裹住预处理后的砂岩，只将砂岩渗吸端面露在外侧，同时根据渗吸液的类型选取亲水性或者亲油性海绵5，在玻璃管6设置有进液口的一端提前装入用渗吸液均匀饱和的海绵5。
(2)将用PE薄膜2包好的砂岩轻轻装入到玻璃管6的开口的一侧，使得该砂岩渗吸端面与海绵5接触，再用生胶带4缠绕住玻璃管6的出口处，并用石蜡3封装。
(3)将连接好的砂岩水平放置在恒温恒湿箱10里面，调节渗吸环境温度恒定在25℃，并选取醋酸钾作为湿度控制液11，湿度保持在75％，用注射器8通过引流管7向玻璃管6注入渗吸液到海绵5中。
(4)开始渗吸，在此过程中可以随时通过注射器8补充渗吸液，直到有渗吸液到达砂岩的测试终点，停止渗吸，用摄像机14记录渗吸全过程，并且记录砂岩不同部位渗吸前缘推进距离、渗吸时间以及渗吸量等参数，最后取出砂岩，测得渗吸后砂岩的质量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于，包括：岩心夹持器，用于固定岩心样品，且所述岩心样品被密封在所述岩心夹持器中；所述岩心夹持器的一端设置有进液口；进液器，用于向所述岩心样品中注入渗吸液，所述进液器与所述进液口密封连接；海绵，设置在所述岩心夹持器靠近进液口的一侧，所述进液器注入的所述渗吸液经过所述海绵后再进入所述岩心样品；以及信息采集装置，用于采集所述岩心样品渗吸的数据。
2.根据权利要求1所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：所述进液器上设置有用于读取进液量的刻度。
3.根据权利要求1所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：所述岩心夹持器包括岩心夹持管和柔性塑料管；所述岩心夹持管一端开口，所述进液口设置在所述岩心夹持管远离所述开口的一端；所述柔性塑料管的一端设置有渗吸口，所述渗吸口的内径与所述岩心样品的直径匹配；所述柔性塑料管的外径与所述岩心夹持管的内径过盈配合；所述柔性塑料管用于套设在所述岩心样品外表面；所述柔性塑料管嵌入所述岩心夹持管，且所述渗吸口与所述海绵接触；所述海绵的直径大于所述渗吸口的内径。
4.根据权利要求3所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：所述岩心夹持管的开口处还设置有密封件。
5.根据权利要求3所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：所述岩心夹持管的所述开口一侧的外侧面设置有压紧件，用于使所述岩心夹持管压紧所述柔性塑料管。
6.根据权利要求3所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：所述岩心夹持管和所述柔性塑料管均为透明材料制备的透明管道。
7.根据权利要求1所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：还包括恒温恒湿箱，用于调整所述岩心样品测量渗吸的数据时的温度和湿度；所述岩心夹持器位于所述恒温恒湿箱内。
8.根据权利要求1所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置，其特征在于：所述信息采集装置包括图像采集器。
9.一种研究岩心渗吸前缘推进的的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供岩心样品和权利要求1～8任一项所述的研究岩心渗吸前缘推进的装置；利用所述岩心夹持器夹持所述岩心样品，使所述岩心样品密封在所述岩心夹持器中，且所述岩心样品的一端与所述海绵接触；利用所述进液器向所述岩心夹持器中注入渗吸液，使所述渗吸液通过所述海绵后向所述岩心样品流动；利用所述信息采集装置采集所述岩心样品的渗吸数据。
10.根据权利要求9所述的研究岩心渗吸前缘推进的的方法，其特征在于，所述渗吸数据包括渗吸时间、所述岩心样品不同部位渗吸前缘推进距离、渗吸量。
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| CN202210568422.3A CN114965214A (zh) | 2022-05-23 | 2022-05-23 | 一种研究岩心渗吸前缘推进的装置及方法 |
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| CN205352906U (zh) * | 2016-01-12 | 2016-06-29 | 中国石油大学(北京) | 一种用于评价岩屑基质自发渗吸能力的测试装置 |
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- 2022-05-23 CN CN202210568422.3A patent/CN114965214A/zh active Pending
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