CN115078355A - 模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置，包括围压中间容器、建压中间容器、配样器、驱替泵一、粘度计、真空泵、气体流量计、夹持器、显微摄像仪、计算机、可搅拌中间容器、注气中间容器、驱替泵二、驱替泵三和回压阀。利用该装置模拟多孔介质中原油注气相态特征的方法，包括：将夹持器加热至地层温度，给玻璃薄片建压至地层压力；打开配样器开始转样，打开可搅拌中间容器搅拌开关恒定至地层压力，搅拌四个小时；分别测试流体粘度、泡点压力、单次脱气实验物理系数；第一次注气，计算原油膨胀系数；进行多次注气。本发明通过观测岩心注入气和流体后的相态特征变化，能够为研究注入气对储层原油相态特征的影响规律提供依据。

Description

模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置及方法

技术领域

本发明属于油气田开发工程领域，具体涉及一种模拟多孔介质中原油注气相态特征的微观可视化实验装置及方法。

背景技术

油藏注气是目前最重要的提高采收率的方法之一，目前常见的注入气主要包括干气、氮气、烟道气、二氧化碳等。气体在被注入地下后会引起地层原油的相态性质发生改变，体积发生膨胀，进而改变原油的密度、粘度、膨胀系数、体积系数、泡点等性质。因此有必要提前通过室内实验评价，掌握了解注入气对储层中原油相态特征的影响规律。

常规的注气膨胀实验(马庆,侯思伟,吕蓓,&宋胜军.XG油田注co2气膨胀实验研究.绿色科技(16),3.2020；赵楠,王磊,孙雷,张辉,&罗军.不同注入气体下低渗油藏注气开发室内评价.科学技术与工程,20(4),7.2020)是将已知量的气样转送至含有恒定油量的PVT容器中，将压力升至所有二氧化碳气体溶于原油中，然后逐渐降低容器压力，当从观察窗发现有微量气泡出现时停止降压并记录泡点压力。“一种注气膨胀实验装置”(CN201922047289.3)可以直接读取注气前后原油的膨胀情况，还能对目标油层进行取样分析，相对于常规设备使用较为方便，使得从目标油层取出的油样能够最大限度地维持在高压地层下的形态，其分析结果更加接近实际地层情况。

但是目前常规的注气膨胀实验装置存在一定的局限性：常规注气膨胀在PVT筒中开展，无法模拟实际岩心的多孔介质特征；真实岩心中进行的注气驱替实验，无法实现可视化直接观测岩心中注入气和流体的相态变化特征。

发明内容

本发明的目的在于提供模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置，不仅可以模拟实际岩心的多孔介质环境，还能观测岩心中注入气和流体之后的相态变化特征，减少人为影响，增加测试结果的准确性。

本发明的另一目的还在于提供利用上述装置模拟多孔介质中原油注气相态特征的方法，通过持续观测到岩心注入气和流体之后的相态特征变化，为研究注入气对储层中原油相态特征的影响规律提供理论依据。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置，包括微观仿真实验装置、可视化数据采集装置、耐高温高压可搅拌中间容器(CN111249979A)、高温高压粘度计、三通阀、六通阀、气体流量计、真空泵、回压阀、配样器、中间容器、驱替泵、压力表。

所述微观仿真实验装置包括加热套、玻璃薄片夹持器、玻璃薄片、夹持器，其中加热套置于夹持器外部，夹持器内部为圆筒形腔体，腔体连接着围压压力表，腔体内部正中间沿水平方向固定有可供放置玻璃薄片的玻璃薄片夹持器，玻璃薄片入口端、出口端连接有压力表。

所述可视化数据采集装置包括灯光、显微摄像设备、计算机，其中灯光置于玻璃薄片和显微摄像设备正下方，计算机连接着显微摄像设备。

所述中间容器包括围压中间容器、建压中间容器、回压中间容器和注气中间容器，其中围压中间容器入口端和建压中间容器入口端分别通过六通阀连接驱替泵一；回压中间容器入口端连接回压泵，出口端连接回压阀；注气中间容器入口端连接驱替泵三，出口端通过三通阀与耐高温高压可搅拌中间容器相连；所述耐高温高压可搅拌中间容器装置入口端连接驱替泵二，出口端连接注气中间容器。

所述配样器入口端通过六通阀连接驱替泵一；所述高温高压粘度计、气体流量计和真空泵分别连接夹持器。

利用上述装置模拟多孔介质中原油注气相态特征的方法，依次包括以下步骤：

(1)刻画真实岩心的玻璃薄片，将玻璃薄片置于玻璃薄片夹持器中，配置实验所用原油样品，将原油样品装入配样器；

(2)启动真空泵，对装置和连接管线抽真空；打开围压中间容器吸入常温水，直到围压压力表示数与大气压强一样，利用驱替泵一给夹持器加围压至预设压力；建压中间容器装入常温水，通过驱替泵一向玻璃薄片注入常温水，当水从回压阀流出后，关闭驱替泵一，并升高回压阀压力；利用加热套将夹持器加热至地层温度，利用建压中间容器给玻璃薄片建压至地层压力；

(3)打开配样器阀门，以0.02ml/min开始转样，记录驱替泵一的体积V₁，直至回压阀开始连续出油，记录出油体积V₂，关闭回压阀并打开耐高温高压可搅拌中间容器的阀门，驱替泵二实时退泵，转样至合适体积(超过高温高压可搅拌中间容器容量的一半)后停止，记录驱替泵一此时的体积V₃，管线中油的体积为V₄，则转样体积V₅＝V₃-V₁-V₂-V₄；打开耐高温高压可搅拌中间容器搅拌开关恒定至地层压力搅拌四个小时，记录驱替泵二的体积V₆；

(4)测试流体粘度：驱替泵二恒压，从耐高温高压可搅拌中间容器向预热的高温高压粘度计转入适量原油样品，粘度测试结束后记录驱替泵二的体积V₇；

(5)测试泡点压力：停止搅拌，从地层压力开始，以0.01ml/min的速度降低驱替泵二压力，每降低2MPa稳定半个小时，并通过显微摄像仪实时摄像，通过计算机观察到玻璃薄片中第一个气泡出现时，记录下当前压力点，该压力点为泡点压力；

(6)测试单次脱气实验物理系数：在地层压力下进行单次脱气实验，驱替泵二恒压，缓慢打开气体流量计13端口缓慢放油，放油结束后记录驱替泵二的体积V₈、气体体积V₉和放油重量M₁，利用密度仪测试脱气油的密度ρ，通过下式计算原油体积系数和气油比：

(7)第一次注气：驱替泵三将注气中间容器升至地层压力，通过驱替泵三以0.01ml/min注入适量气体至注气中间容器，同时驱替泵二以0.01ml/min的速度退泵，向耐高温高压可搅拌中间容器注气，注气结束后关闭驱替泵三和注气中间容器阀门，打开耐高温高压可搅拌中间容器的搅拌开关，通过驱替泵二不断降低和升高耐高温高压可搅拌中间容器压力，使薄片内的流体缓慢与耐高温高压可搅拌中间容器的原油不断融合，待到融合完毕，恢复耐高温高压可搅拌中间容器的压力至地层压力，搅拌至油气充分平衡后停止，此时记录驱替泵二的体积V₁₀，通过下式计算原油膨胀系数：

式中V₁～V₈—体积，ml；M₁—质量，g；ρ—密度，g/cm³；

(8)重复步骤(4)～(7)不低于五次。

附图说明

图1为模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置结构示意图。

图中：1-围压中间容器，2-建压中间容器，3、10-六通阀，4-配样器，5、7、23、24-三通阀，6-驱替泵一，8-围压压力表，9-高温高压粘度计，11、22-压力表，12-真空泵，13-气体流量计，14-加热套，15-玻璃薄片夹持器，16-玻璃薄片，17-夹持器，18-显微摄像仪，19-计算机，20-光源，21-驱替泵二，25-耐高温高压可搅拌中间容器，26-注气中间容器，27-驱替泵三，28-回压阀，29-回压泵，30-回压压力表，31-回压中间容器。

图2为本发明应用实例中孔径中饱和地层原油图。

图3为本发明应用实例中未注气泡点图。

图4为本发明应用实例中第一次注气泡点图。

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。

参看图1。

模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置，包括围压中间容器1、建压中间容器2、配样器4、驱替泵一6、高温高压粘度计9、真空泵12、气体流量计13、夹持器17、显微摄像仪18、计算机19、耐高温高压可搅拌中间容器25、注气中间容器26、驱替泵二21、驱替泵三27、回压阀28、回压中间容器31和回压泵29。

所述夹持器17外覆加热套14，夹持器内部为圆筒形腔体，腔体通过围压压力表8连接围压中间容器1，腔体正中沿水平方向固定有放置玻璃薄片16的玻璃薄片夹持器15，玻璃薄片入口端和出口端连有压力表11、22；玻璃薄片的下方设置光源20，上方设置显微摄像仪18，显微摄像仪连接计算机19。

所述玻璃薄片16入口端通过三通阀分别连接建压中间容器2和配样器4，还通过六通阀分别连接高温高压粘度计9、气体流量计13和真空泵12，围压中间容器1、建压中间容器2和配样器4均与驱替泵一6相连；玻璃薄片16出口端连接回压阀28，还通过三通阀分别连接耐高温高压可搅拌中间容器25和注气中间容器26，回压阀依次连接回压中间容器31和回压泵29，其管线上设置回压压力表30，耐高温高压可搅拌中间容器连接驱替泵二21，注气中间容器连接驱替泵三27。

下面通过具体应用实例对本发明作进一步说明。

本应用实例利用国内某油田实际地质岩心刻画薄片，取地层脱气原油和伴生气配置地层原油。实验步骤如下：

(1)配置实验所用油样：按照行业标准《油气藏流体物性分析方法》配制地层原油，在原始地层温度60℃，地层压力35MPa，原油的基本特征参数为：泡点压力为13.65MPa，原油体积系数为1.2381(60℃，35MPa)，原始气油比为102m³/m³；

(2)启动真空泵12，对管线和密闭空间进行真空处理，抽真空12h；打开围压中间容器1吸入常温水，直到围压压力表8示数与大气压强一样；打开围压中间容器1连接六通阀3上的阀门和驱替泵6连接六通阀3上的阀门，利用驱替泵6继续给围压加压至预设压力0.1MPa；建压中间容器2装水，打开建压中间容器2出口，打开三通阀5、三通阀7以及连接回压阀28一侧三通阀23，关闭围压中间容器1入口端阀门，通过驱替泵6向玻璃薄片16注入常温水，当水从回压阀28流出10ml，关闭驱替泵6，并升高回压阀25压力至3MPa；启动加热套14将夹持器加热至实验所需温度，以及将耐高温高压可搅拌中间容器装置中间容器25升至所需温度，并将围压中间容器1及建压中间容器2绑上加热带至预设温度后，开始建压，打开六通阀3连接的驱替泵6和围压中间容器1和建压中间容器2，打开三通阀23连接回压阀28的一侧，并打开回压阀28，建压至实验所需压力35MPa；

(3)关闭围压中间容器1和建压中间容器2，打开六通阀3上连接配样器4的阀门，开始转样，记录驱替泵6的排量V₁，并以0.02ml/min转样，直至回压阀28开始连续出油，出油5ml后，记录出油体积V₂，关闭回压阀28的同时打开三通阀24连接耐高温高压可搅拌中间容器25一侧的阀门，驱替泵21实时退泵，转样至驱替泵6进50ml时停止转样，转样结束，关闭三通阀5的所有阀门和六通阀3上连接围压中间容器2和配样器4的阀门，关闭三通阀23连接回压阀一侧的阀门，记录驱替泵6此时的体积V₃，计算管线中油的体积V₄，则转样体积V₅＝V₃-V₁-V₂-V₄；打开耐高温高压可搅拌中间容器25搅拌开关恒定至地层压力搅拌四个小时，记录驱替泵21的排量V₆；

(4)测试流体粘度：

驱替泵21恒压，缓慢打开六通阀10转入适量原油样品至预热的流体粘度仪，测试结束后记录驱替泵21排量V₇；

(5)测试泡点压力：

停止搅拌，从地层压力开始，以0.01ml/min的速度降低驱替泵21压力，每降低2MPa稳定半个小时，并通过计算机19实时摄像，当通过计算机19看到薄片中第一个气泡出现，立即停泵，并记录下当前压力点，该压力点为泡点压力；此时停止摄像并将压力缓慢重新升至地层压力恒压搅拌4h；

(6)测试单次脱气实验测试物理系数：

在地层压力下进行单次脱气实验，驱替泵21恒压，缓慢打开六通阀10连接气体流量计13端口缓慢放油，放油结束后记录驱替泵21排量V₈、单脱气体积V₉和放油重量M₁，并利用密度仪测试脱气油的密度ρ，此时计算：

(7)第一次注气：

通过驱替泵27将注气中间容器26气体压力升至地层压力，通过驱替泵27以0.01ml/min注入适量气体至中间容器，同时驱替泵21以0.01ml/min的速度退泵，待到注气结束，关闭注气中间容器26出口阀门和驱替泵27。打开耐高温高压可搅拌中间容器25搅拌器，通过驱替泵21不断降低和升高耐高温高压可搅拌中间容器25压力，使薄片内的流体缓慢与耐高温高压可搅拌中间容器的原油不断融合，待到融合完毕，恢复压力至地层压力，搅拌四小时充分平衡后停止，此时记录驱替泵21排量V₁₀，此时计算：

式中V₁～V₈—排量，ml；M₁—质量，g；ρ—密度，g/cm³；

(8)循环(4)～(7)流程，注气五次。

实验结果见图2、图3、图4和表1。

孔径中饱和地层原油如图2所示，未注气泡点如图3所示，第一次注气泡点如图4所示。

表1注气膨胀实验各主要参数变化

Claims (2)

1.模拟多孔介质中原油注气相态特征的可视化装置，包括围压中间容器(1)、建压中间容器(2)、配样器(4)、驱替泵一(6)、高温高压粘度计(9)、真空泵(12)、气体流量计(13)、夹持器(17)、显微摄像仪(18)、计算机(19)、耐高温高压可搅拌中间容器(25)、注气中间容器(26)、驱替泵二(21)、驱替泵三(27)、回压阀(28)、回压中间容器(31)和回压泵(29)，其特征在于，所述夹持器(17)外覆加热套(14)，夹持器内部为圆筒形腔体，腔体通过围压压力表(8)连接围压中间容器(1)，腔体正中沿水平方向固定有放置玻璃薄片(16)的玻璃薄片夹持器(15)，玻璃薄片入口端和出口端连有压力表；玻璃薄片的下方设置光源(20)，上方设置显微摄像仪(18)，显微摄像仪连接计算机(19)；所述玻璃薄片(16)入口端通过三通阀分别连接建压中间容器(2)和配样器(4)，还通过六通阀分别连接高温高压粘度计(9)、气体流量计(13)和真空泵(12)，围压中间容器、建压中间容器和配样器均与驱替泵一(6)相连；玻璃薄片(16)出口端连接回压阀(28)，还通过三通阀分别连接耐高温高压可搅拌中间容器(25)和注气中间容器(26)，回压阀依次连接回压中间容器(31)和回压泵(29)，耐高温高压可搅拌中间容器连接驱替泵二(21)，注气中间容器连接驱替泵三(27)。

2.利用权利要求1所述的装置模拟多孔介质中原油注气相态特征的方法，依次包括以下步骤：

(1)刻画真实岩心的玻璃薄片，将玻璃薄片置于玻璃薄片夹持器中，配置原油样品装入配样器；

(2)启动真空泵，对装置和连接管线抽真空；打开围压中间容器吸入常温水，直到围压压力表示数与大气压强一样，利用驱替泵一给夹持器加围压至预设压力；建压中间容器装入常温水，通过驱替泵一向玻璃薄片注入常温水，当水从回压阀流出后，关闭驱替泵一，并升高回压阀压力；利用加热套将夹持器加热至地层温度，利用建压中间容器给玻璃薄片建压至地层压力；

(3)打开配样器阀门，以0.02ml/min开始转样，记录驱替泵一的体积V₁，直至回压阀开始连续出油，记录出油体积V₂，关闭回压阀并打开耐高温高压可搅拌中间容器的阀门，驱替泵二实时退泵，转样停止后记录驱替泵一此时的体积V₃，管线中油的体积为V₄，则转样体积V₅＝V₃-V₁-V₂-V₄；打开耐高温高压可搅拌中间容器搅拌开关恒定至地层压力搅拌四个小时，记录驱替泵二的体积V₆；

(4)测试流体粘度：驱替泵二恒压，从耐高温高压可搅拌中间容器向预热的高温高压粘度计转入适量原油样品，粘度测试结束后记录驱替泵二的体积V₇；

(5)测试泡点压力：停止搅拌，从地层压力开始，以0.01ml/min的速度降低驱替泵二压力，每降低2MPa稳定半个小时，并通过显微摄像仪实时摄像，通过计算机观察到玻璃薄片中第一个气泡出现时，记录下当前压力点，该压力点为泡点压力；

(6)测试单次脱气实验物理系数：在地层压力下进行单次脱气实验，驱替泵二恒压，缓慢打开气体流量计13端口缓慢放油，放油结束后记录驱替泵二的体积V₈、气体体积V₉和放油重量M₁，利用密度仪测试脱气油的密度ρ，通过下式计算原油体积系数和气油比：

(7)第一次注气：驱替泵三将注气中间容器升至地层压力，通过驱替泵三以0.01ml/min注入适量气体至注气中间容器，同时驱替泵二以0.01ml/min的速度退泵，向耐高温高压可搅拌中间容器注气，注气结束后，通过驱替泵二不断降低和升高耐高温高压可搅拌中间容器压力，使薄片内的流体缓慢与耐高温高压可搅拌中间容器的原油不断融合，待到融合完毕，恢复耐高温高压可搅拌中间容器的压力至地层压力，搅拌至油气充分平衡后停止，此时记录驱替泵二的体积V₁₀，通过下式计算原油膨胀系数：

(8)重复步骤(4)～(7)不低于五次。

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