CN117231209B - 胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油气田开发工程技术领域，公开了一种胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置和方法，实验装置包括抽真空除氧系统，流体注入及管路运移系统，微模型恒温老化系统、压力监测及图像采集系统。胶囊聚合物受温度响应会释放被包裹的聚合物分子以增强水相粘度，通过调节流体注入及管路运移系统，可精确控制驱入剂的注入量，通过调节微模型恒温系统的温度及热老化时间，监测流体注入压力，观测微模型内部油水分布图像，可实时获取胶囊聚合物在不同条件下的增黏性能及驱油特征，对研究胶囊聚合物在多孔介质内部触发增黏过程中的微观驱油机制及提高采收率机理具有重要意义。

Description

胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置和方法

技术领域

本发明涉及油气田开发工程技术领域，具体为胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置和方法。

背景技术

聚合物驱是油田提高采收率的重要方式，聚合物的加入能够增加水相粘度，改善水油流度比，但其在注入过程中也面临着注入压力高，粘度剪切损失严重的问题。胶囊聚合物能够将聚合物分子链包裹在胶囊内部，使聚合物在注入前期粘度无法释放，提高了聚合物注入液的粘度保留率；在储层内部胶囊聚合物可受温度响应触发释放聚合物分子链，来达到增强聚合物驱的效果。

胶囊聚合物在储层触发增黏的过程是一个由非连续相颗粒流逐渐过渡到连续相非牛顿流体的过程，在这一过程中，胶囊颗粒的堵塞、胶囊颗粒与聚合物相互作用以及水相增黏均会对驱油效果产生影响，因此，胶囊聚合物触发释放聚合物过程中的微观驱油机理是一个值得研究的问题。目前常用研究化学剂微观驱油的实验手段有微流控实验、基于岩心驱替的CT扫描实验以及微观刻蚀模型驱油实验。微流控实验虽然实验精度高，可实现微量控制，但是所观测范围一般较小，且一般在常温下进行实验；基于岩心驱替的CT扫描实验可实现三维岩心观测，并且可以实现原位增黏，但其存在扫描范围小，实验周期长，实验成本高的问题。微观刻蚀模型驱油实验可观测范围较大且能较好的研究不同化学剂的驱油机理，但目前常用于室温下实验，并且注入管线内部残余液难以有效排出，无法精确控制驱替剂的注入量。

因此，为了精确控制驱替剂的注入量，更加准确地研究胶囊聚合物在多孔介质不同增黏过程中的驱油特征，明确其驱油机理，需要一种能够可视化研究胶囊聚合物在多孔介质内部原位触发增黏的实验装置，进而明确胶囊聚合物不同触发阶段下的增黏性能及驱油机理。

发明内容

为了精确控制驱替剂的注入量，更准确地研究胶囊聚合物在多孔介质中不同增黏过程的驱油特征，明确其微观驱油机理，本发明基于常规微观刻蚀模型驱油实验，搭建了胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置，包括：抽真空除氧系统，流体注入及管路运移系统，微模型恒温老化系统、压力监测及图像采集系统，

所述抽真空除氧系统包括真空泵、真空管、安全瓶、连接管线和放空阀门，其中，真空泵与安全瓶通过真空管相连接；

所述流体注入及管路运移系统包括微量注入泵A1、微量注入泵A3、微量中间容器B1、微量中间容器B2、微量中间容器B3、连接管线、回压阀、废液收集器A、废液收集器B、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门，其中，中间容器B1和中间容器B2由微量注入泵A1控制，微量中间容器B3和回压阀由微量注入泵A3控制；

所述微模型恒温老化系统包括高温高压可视化反应釜、温度探头、水循环加热装置、水循环管线、微量注入泵A2、底座、支撑架、旋转轴、手摇把手、保温套筒，其中，高温高压可视化反应釜由旋转轴连接，固定于支撑架上，通过摇动手摇把手旋转高温高压可视化反应釜；

所述压力监测及图像采集系统包括高精度压力传感器C1、高精度压力传感器C2、显微镜、计算机，其中，高精度压力传感器C1位于第四阀门304和第五阀门305之间，高精度压力传感器C2位于第七阀门307和回压阀之间。

在一个实施例中，所述高温高压可视化反应釜包括反应釜壳体、反应釜上盖、水循环接口、注入端接口、排出端接口、垫圈、微模型、微模型位置固定器、压片、紧固树脂螺栓、螺栓、围压注入口、温度探头接口、第一高压玻璃、第二高压玻璃，其中，微模型由微模型位置固定器进行固定，下方放置垫圈与反应釜壳体接触，并通过压片、紧固树脂螺栓、螺栓对微模型进行夹持压紧。

在一个实施例中，所述注入端接口有2个，2个接口共同连接到微模型的进口端，所述排出端接口有2个，2个接口共同连接到微模型的出口端。

在一个实施例中，所述高温高压可视化反应釜内部具有围压腔室和水循环腔室，其中，围压腔室与微量注入泵A2相连通，用于为微模型提供围压条件，水循环腔室与水循环加热装置通过水循环管线相连接，用于为微模型提供温度环境。

在一个实施例中，所述微量注入泵A1、微量注入泵A2、微量注入泵A3为恒压恒流速注入泵，恒压可调范围为0-70MPa，精度为0.25％，流速范围为0.001-50ml/min。

在一个实施例中，所述微量中间容器B1、微量中间容器B2、微量中间容器B3的容积范围为30-100ml，最高承压达50MPa。

在一个实施例中，所述水循环加热装置温度可调范围为0-95℃，精度为±0.5℃，其中，水循环加热装置内部盛有蒸馏水。

在一个实施例中，所述高温高压可视化反应釜耐压50MPa，刻蚀直径范围为80mm。

在一个实施例中，所述微模型为方形耐温耐压玻璃材质，厚度为0.8cm，内部为自主设计孔隙网络结构，内部刻蚀模型尺寸为40mm×40mm。

在一个实施例中，所述连接管线为316、316L材质，所述管路阀门为316L材质。

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种适用于上述的胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置的实验方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：通过调节流体注入及管路运移系统中阀门的闭合并与高温高压可视化反应釜旋转装置相互配合，能够排出管路内部残余流体，实现驱替剂可控注入；

步骤2：通过调节微量注入泵A2的注入压力以及设置水循环加热装置(17)的温度，能够模拟油藏条件下的温压环境，通过高温高压可视化反应釜，实现胶囊聚合物在多孔介质内部触发增黏驱油可视化研究。

有益效果

本发明提供了胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置和方法，具备以下有益效果：

(1)该实验装置可提供胶囊聚合物在多孔介质内部触发增黏所需的温压环境，并能可视化胶囊聚合物增黏过程，实时研究胶囊聚合物不同老化时间下的驱油特征。

(2)可以精确控制不同流体在微模型内部的注入体积，解决了由于连接管线内部无关流体干扰而造成的目标流体注入量无法准确控制的问题。

(3)高精度压力传感器能够实时监测注入流体在微模型内部压力变化，为研究胶囊聚合物增黏性能变化提供有效辨别手段。

(4)实验所用微模型可观测视野较大，驱油性能研究更为准确，且便于清洗，可重复使用，降低了实验成本。

(5)实验采用水循环加热装置，实验过程更为安全，且恒温系统温度维持更稳定。

附图说明

图1为本发明所述可视化研究胶囊聚合物驱油性能实验装置示意图

图2为本发明所述高温高压可视化反应釜内部结构示意图

图3为高温高压可视化反应釜倒置图像

图4为高温高压可视化反应釜实验装置底视图

图中：101-微量注入泵A1，102-微量注入泵A2，103-微量注入泵A3，201-微量中间容器B1，202-微量中间容器B2，203-微量中间容器B3，301-第一阀门，302-第二阀门，303-第三阀门，304-第四阀门，305-第五阀门，306-第六阀门，307-第七阀门，308-第八阀门，309-第九阀门，310-第十阀门，311-放空阀门，4-连接管线，5-安全瓶，6-真空泵，7-高精度压力传感器C1，8-高精度压力传感器C2，9-高温高压可视化反应釜，901-反应釜壳体，902-反应釜上盖，903-水循环接口，904-注入端接口，905-排出端接口，906-垫圈，907-微模型，908-微模型位置固定器，909-压片，910-紧固树脂螺栓，911-螺栓，912-螺栓，913-围压注入口，914-温度探头接口，915-第一高压玻璃，916-第二高压玻璃，10-旋转轴，11-支撑架，12-手摇把手，13-底座，14-显微镜，15-计算机，16-温度探头，17-水循环加热装置，18-水循环管线，19-回压阀，20-废液收集器A，21-废液收集器B，22-保温套筒。

具体实施方式

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。

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置和方法。

为了使本申请所属技术领域中的研究人员更加清楚地了解本申请，首先结合图1和图2并通过具体实施例对本发明的整体连接进行详细描述。

为更准确地研究胶囊聚合物在多孔介质内部触发增黏后的驱油性能，本发明提供胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置，包括：

抽真空除氧系统，流体注入及管路运移系统，微模型恒温老化系统、压力监测及图像采集系统，所述抽真空除氧系统用于排除管线空气及溶液中的溶解氧，包括真空泵6、真空管23、安全瓶5、连接管线4和放空阀门311，其中真空泵6与安全瓶5通过真空管23连接，需要进一步指出的是，真空泵极限压力≤6×10^-2Pa，安全瓶的存在可以防止管路中的液体进入到真空泵内，避免对真空泵造成损坏。

所述流体注入及管路运移系统包括微量注入泵A1、微量注入泵A3、微量中间容器B1、微量中间容器B2、微量中间容器B3、连接管线4、回压阀19、废液收集瓶20、废液收集瓶21、第一阀门301、第二阀门302、第三阀门303、第四阀门304、第五阀门305、第六阀门306、第七阀门307、第八阀门308、第九阀门309、第十阀门310，其中，中间容器B1和中间容器B2由微量注入泵A1控制，中间容器B3和回压阀19由微量注入泵A3控制，需要进一步指出的是，所述微量注入泵A1、A2以及A3均为恒压恒流速注入泵，其恒压可调范围为0-70MPa，精度为0.25％，流速范围为0.001-50ml/min；所述微量中间容器B1、B2、B3的容积范围为80ml，最高承压达50MPa。

所述微模型恒温老化系统包括高温高压可视化反应釜9、温度探头16、水循环加热装置17、水循环管线18、微量注入泵A2、底座13、支撑架11、旋转轴10、手摇把手12、保温套筒22，其中，微量注入泵A2与高温高压可视化反应釜9相连接，为微模型提供围压，需要进一步指出的是，旋转轴10、支撑架11以及底座13共同组成了高温高压可视化反应釜支撑结构，高温高压可视化反应釜9由旋转轴10连接，固定于支撑架11上，可通过摇动手摇把手12旋转高温高压可视化反应釜9以不同的角度；

所述压力监测及图像采集系统包括高精度压力传感器C1、高精度压力传感器C2、显微镜14、计算机15，其中，高精度压力传感器C1位于第四阀门304和第五阀门305之间，高精度压力传感器C2位于第七阀门307和回压阀19之间，需要进一步指出的是，高精度压力传感器测量范围为-100KPa-20MPa，精度为0.1％。高精度压力传感器可将压力值实时传输到计算机中进行采集；显微镜可将图像放大2.5-90倍，可以实时采集微模型内部图像并传输到计算机中。

在一个实施例中，所述高温高压可视化反应釜9包括反应釜壳体901、反应釜上盖902、水循环接口903、注入端接口904、排出端接口905、垫圈906、微模型907、微模型位置固定器908、压片909、紧固树脂螺栓910、螺栓911、螺栓912、围压注入口913、温度探头接口914、第一高压玻璃915、第二高压玻璃916，其中，微模型907由微模型位置固定器908进行固定，下方放置垫圈906与反应釜壳体901接触，并通过压片909、紧固树脂螺栓910、螺栓911对微模型进行夹持压紧。

在一个实施例中，所述注入端接口有2个，2个接口共同连接到微模型的进口端，所述排出端接口有2个，2个接口共同连接到微模型的出口端。

在一个实施例中，所述高温高压可视化反应釜9内部具有围压腔室和水循环腔室，其中，围压腔室与微量注入泵A2通过管线相连通，用于为微模型提供围压条件，水循环腔室与水循环加热装置17通过水循环管线18相连接，用于为微模型提供温度环境，需要进一步指出的是，围压腔室与水循环腔室互不连通。

在一个实施例中，所述水循环加热装置温度可调范围为0-95℃，精度为±0.5℃。

在一个实施例中，所述高温高压可视化反应釜耐压50MPa，刻蚀直径范围为80mm。

在一个实施例中，所述微模型为方形耐温耐压玻璃材质，厚度为0.8cm，内部为自主设计孔隙网络结构，内部刻蚀模型尺寸为40mm×40mm。

在一个实施例中，所述连接管线为316L材质，所述管路阀门为316L材质。

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种适用于上述胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置的实验方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：通过调节流体注入及管路运移系统中阀门的闭合并与高温高压可视化反应釜旋转装置相互配合，能够排出管路内部残余流体，实现驱替剂可控注入；

步骤2：通过调节微量注入泵A2的注入压力以及设置水循环加热装置(17)的温度，能够模拟油藏条件下的温压环境，通过高温高压可视化反应釜，实现胶囊聚合物在多孔介质内部触发增黏驱油可视化研究。

为了使本发明的目的以及操作流程更加明白，下面结合图1至图4对本发明进行详细描述。

本发明工作时，首先按照图2所述安装方式将微模型907放置于高温高压可视化反应釜9中，通过微模型位置固定器908对其位置进行固定，确保微模型907进出口与下方反应釜壳体901进出口通道对齐，并利用树脂螺栓对其进行压紧，使微模型达到一种夹持压紧的状态，随后盖上反应釜上盖902，并用螺栓912进行固紧。按照图1所述连接方式将实验装置进行连接，其中，微量中间容器B1盛有模拟地层水，微量中间容器B2盛有胶囊聚合物溶液，微量中间容器B3盛有模拟油。实验开始时，将微量注入泵A2设置为恒压模式，使高温高压可视化反应釜9围压腔室内部压力维持在15MPa。设置水循环加热装置温度，使围压腔室内部的温度稳定在70℃，为胶囊聚合物提供触发增黏所需的温度环境，并检验高温高压可视化反应釜是否漏水，确保整体密封性良好。关闭所有阀门，打开第二阀门302,、第四阀门304、第五阀门305、第8阀门308、放空阀门311，打开真空泵6对管路进行抽真空除氧3-5分钟，随后关闭第五阀门305，继续抽真空1-1.5h，充分排除微量中间容器B1和微量中间容器B2溶液中的溶解氧，之后关闭所有阀门及真空泵6。打开第一阀门301、第二阀门302、第五阀门305，将微量注入泵A1流速设置为15-30μL/min，对微模型进行饱和水，随后打开第7阀门307，将多余的水排出，并关闭所有阀门和微量注入泵A1。打开第九阀门309和第8阀门308，设置微量注入泵A3注入流速为10μL/min对微模型饱和模拟油，多余的模拟油由第六阀门306流出到废液收集器B中，关闭微量注入泵A3及所有阀门。旋转手摇把手12，将高温高压可视化反应釜缓慢旋转至倒置，按照图3和图4所示注入方式排出管线内部残存的模拟油，设置微量注入泵A1注入流速为10μL/min，打开第三阀门303、第四阀门304、第五阀门305、第六阀门306，将管线中残余的模拟油充分的排出，随后关闭第六阀门306并将高温高压可视化反应釜旋转至正置。设置微量注入泵A3为恒压模式，压力为10MPa，打开第十阀门310，为管路施加回压。打开第7阀门307，将微量注入泵A1流速设置为2μL/min，将0.5PV胶囊聚合物溶液注入到微模型中，其排出液经过第7阀门307流入到废液收集器A中。利用高精度压力传感器C1和高精度压力传感器C2监测微模型内部压力差的变化，并通过显微镜对微模型内部油水分布图像进行实时采集。关闭所有阀门及微量注入泵A1，对多孔介质内部的胶囊聚合物进行热老化一定天数。热老化一段时间后，将高温高压可视化反应釜9进行倒置，打开第一阀门301、第二阀门302，第五阀门305、第六阀门306，将管线中残余的胶囊聚合物溶液进行充分排除，关闭第六阀门306，将高温高压可视化反应釜9正置并打开第7阀门307。通过将模拟地层水注入到微模型中，利用高精度压力传感器C1和高精度压力传感器C2监测微模型内部压力差的变化，并以此来反映胶囊聚合物增黏的程度，利用显微镜14观测微模型内部模拟地层水流动路径及不同驱替量下的油水分布。此外，通过改变胶囊聚合物热老化的时间和热老化温度，可以研究胶囊聚合物不同触发程度下的驱油性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置，其特征在于，包括：抽真空除氧系统，流体注入及管路运移系统，微模型恒温老化系统、压力监测及图像采集系统；

所述抽真空除氧系统包括真空泵(6)、真空管(23)、安全瓶(5)、连接管线(4)和放空阀门(311)，其中真空泵(6)与安全瓶(5)通过真空管(23)连接；

所述流体注入及管路运移系统包括微量注入泵A1(101)、微量注入泵A3(103)、微量中间容器B1(201)、微量中间容器B2(202)、微量中间容器B3(203)、连接管线(4)、回压阀(19)、废液收集器A(20)、废液收集器B(21)、第一阀门(301)、第二阀门(302)、第三阀门(303)、第四阀门(304)、第五阀门(305)、第六阀门(306)、第七阀门(307)、第八阀门(308)、第九阀门(309)、第十阀门(310)，其中，微量中间容器B1(201)和微量中间容器B2(202)由微量注入泵A1(101)控制，微量中间容器B3(203)和回压阀(19)由微量注入泵A3(103)控制；

所述微模型恒温老化系统包括高温高压可视化反应釜(9)、温度探头(16)、水循环加热装置(17)、水循环管线(18)、微量注入泵A2(102)、底座(13)、支撑架(11)、旋转轴(10)、手摇把手(12)、保温套筒(22)，其中，高温高压可视化反应釜(9)由旋转轴(10)连接，固定于支撑架(11)上，通过摇动手摇把手(12)旋转高温高压可视化反应釜(9)；

所述高温高压可视化反应釜(9)包括反应釜壳体(901)、反应釜上盖(902)、水循环接口(903)、注入端接口(904)、排出端接口(905)、垫圈(906)、微模型(907)、微模型位置固定器(908)、压片(909)、紧固树脂螺栓(910)、小螺栓(911)、大螺栓(912)、围压注入口(913)、温度探头接口(914)、第一高压玻璃(915)、第二高压玻璃(916)，其中，微模型(907)由微模型位置固定器(908)进行固定，下方放置垫圈(906)与反应釜壳体(901)接触，并通过压片(909)、紧固树脂螺栓(910)、螺栓(911)对微模型进行夹持压紧，所述注入端接口(904)有2个，2个接口共同连接到微模型(907)的进口端，排出端接口(905)有2个，2个接口共同连接到微模型(907)的出口端，所述高温高压可视化反应釜(9)内部具有围压腔室和水循环腔室，其中，围压腔室与微量注入泵A2(102)相连通，用于为微模型提供围压条件，水循环腔室与水循环加热装置(17)通过水循环管线(18)相连通，用于为微模型提供温度环境；

所述压力监测及图像采集系统包括高精度压力传感器C1(7)、高精度压力传感器C2(8)、显微镜(14)、计算机(15)，其中，高精度压力传感器C1(7)位于第四阀门(304)和第五阀门(305)之间，高精度压力传感器C2(8)位于第七阀门(307)和回压阀(19)之间。

2.根据权利要求书1所述的胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置，其特征在于，所述微量注入泵A1(101)、微量注入泵A2(102)、微量注入泵A3(103)为恒压恒流速注入泵，恒压可调范围为0-70MPa，精度为0.25％，流速范围为0.001-50ml/min。

3.根据权利要求书1所述的胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置，其特征在于，所述水循环加热装置温度可调范围为-20-100℃，精度为±0.5℃。

4.根据权利要求书1所述的胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置，其特征在于，所述微模型为耐温耐压玻璃材质，内部为自主设计孔隙网络结构。

5.适用于根据权利要求书1所述的胶囊聚合物可控注入及原位增黏驱油实验装置的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1：通过调节流体注入及管路运移系统中阀门的闭合并与高温高压可视化反应釜旋转装置相互配合，能够排出管路内部残余流体，实现驱替剂可控注入；

步骤2：通过调节微量注入泵A2的注入压力以及设置水循环加热装置(17)的温度，能够模拟油藏条件下的温压环境，通过高温高压可视化反应釜，实现胶囊聚合物在多孔介质内部触发增黏驱油可视化研究。