CN203441484U - 蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，该实验装置包括有模型系统、蒸汽注入系统、蒸汽采出系统、围压控制系统、上覆压力控制系统、抽真空系统、流体分析系统和图像采集与分析系统；由蒸汽室注入蒸汽为实际取芯的全直径岩心底部提供了一个高温高压的接触环境，由蒸汽监测室提供实际油藏上覆压力，模拟实际油藏内注蒸汽过程中，蒸汽对注汽井上部岩心孔隙结构的改造及对夹层岩心的溶蚀作用；从蒸汽监测室内的岩心顶部流体取样分析，适时监测不同岩心样本的蒸汽突破情况；由工业CT成像适时对岩心扫描，分析不同岩心样本在不同注蒸汽条件下的溶蚀与突破情况，为夹层大量发育的非均质油藏注蒸汽开发提供关键的操作参数。

Description

蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置

技术领域

本实用新型是关于石油开发领域中岩石特征评价实验装置，尤其涉及一种可用于高温高压蒸汽对不同类型岩石的溶蚀及改造特征描述和可视化评价的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置。

背景技术

受陆相沉积环境影响，我国稠油油藏储层非均质性普遍较强，储层内发育有大量的夹层，其中，夹层指的是由部分泥岩、粉砂岩、或者钙质矿物成分组成的夹层，夹层内部具有一定的渗透性，通常渗透率为1～0.0001×10^－3um²。在稠油油藏注蒸汽开发过程中，由于夹层渗透率很低，夹层对蒸汽腔的发育起到明显的遮挡影响，在一定程度上阻止蒸汽腔在储层内部的向上超覆和向外持续扩展，从而影响到夹层上部油层储量的有效动用、注蒸汽开发油藏的产量水平与最终采收率。但由于夹层中的泥质成分遇高温蒸汽冷凝水会发生溶解与溶蚀，而注蒸汽过程中，注入蒸汽的压力与温度均会对夹层的溶蚀速度产生重要影响，因此，通过开展不同类型夹层在注蒸汽条件下的溶蚀室内实验，可以得到蒸汽溶蚀不同类型夹层的速度、蒸汽溶蚀夹层最佳的操作压力与温度等重要参数，以及蒸汽最终突破夹层继续向上扩展的时间，为指导油田现场注蒸汽突破夹层、实现蒸汽腔快速均匀扩展与高效开采具有重要的意义。

此外，蒸汽对储层岩石的改造直接影响到蒸汽腔的发育，对低渗透储层岩石，长期浸泡在蒸汽环境下，由于岩石胶结程度、润湿性等随着高温条件的改变，储层内部孔隙结构、渗透率等关键物性会随之发生改变，定量描述与分析蒸汽对储层岩石的改造作用，对非均质储层的蒸汽腔均匀发育的调控措施制定至关重要。

目前还没有系统的方法与装置用于高温高压蒸汽对不同类型储层岩石的改造和溶蚀特征描述过程的可视化评价。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，以用于高温高压蒸汽对不同类型储层岩石的改造和溶蚀特征描述过程进行可视化评价。

本实用新型的目的是这样实现的，一种蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，所述实验装置包括：

模型系统，所述模型系统由固定设置在一高压舱内的夹持器及其夹持器内设置的岩心构成；所述夹持器包括筒形主体，该筒形主体两端密封设有底堵，所述岩心固定设置在筒形主体中部，所述一侧底堵与岩心之间形成蒸汽监测室，所述另一侧底堵与岩心之间形成蒸汽室；

蒸汽注入系统，所述蒸汽注入系统由蒸汽发生器和第一单向阀组成，该蒸汽注入系统通过管路密封导通于蒸汽室；

蒸汽采出系统，所述蒸汽采出系统由第二单向阀、冷凝器、回压阀组成，该蒸汽采出系统通过管路密封导通于蒸汽室；

围压控制系统，所述围压控制系统由第一气瓶、第一气体流量控制器、第一气体增压泵、第三单向阀组成，该围压控制系统通过管路密封导通于高压舱；

上覆压力控制系统，所述上覆压力控制系统由第二气瓶、第二气体流量控制器、第二气体增压泵、第四单向阀组成，该上覆压力控制系统通过管路密封导通于蒸汽监测室；

抽真空系统，所述抽真空系统由真空泵以及并联设置的第五单向阀、第六单向阀和第七单向阀组成，所述第五、第六和第七单向阀分别通过管路密封导通于高压舱、蒸汽室、蒸汽监测室；

流体分析系统，所述流体分析系统由取样器、气体收集瓶、冷凝水收集瓶、第八单向阀组成，该流体分析系统通过管路密封导通于蒸汽监测室；

图像采集与分析系统，其由工业CT和计算机组成；所述高压舱移动地设置于工业CT的扫描舱内。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述夹持器呈竖直放置，岩心上部为蒸汽监测室，岩心下部为蒸汽室；上、下两端的底堵与筒形主体为螺纹密封连接；相应的管路密封穿过所述上、下底堵。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述岩心两侧与上、下底堵之间依序设有衬环、支撑环和密封环。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述上、下底堵中分别穿设有一个密封塞，所述密封塞与底堵为螺纹连接；相应的管路密封穿过所述密封塞导通于对应的蒸汽监测室或蒸汽室。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述两个支撑环壁厚为所述夹持器内径的1/4，所述两个衬环内径为所述夹持器内径的1/2。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述高压舱、夹持器及其内部的衬环、支撑环的材料为供CT透射扫描的耐温耐压醚醚酮；所述夹持器最高耐温250℃，所述夹持器和高压舱最高耐压12～13MPa。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述围压控制系统中的第一气瓶为氮气瓶。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述高压舱、蒸汽室和蒸汽监测室内分别设有温压监测仪。

由上所述，本实用新型蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，可以用于高温高压蒸汽对不同类型储层岩石的改造和溶蚀特征描述过程进行可视化评价；利用所述蒸汽室注入蒸汽为实际取芯的全直径岩心底部提供了一个高温高压的接触环境，利用蒸汽监测室提供实际油藏上覆压力，可模拟实际油藏内注蒸汽过程中，注入蒸汽对注汽井上部岩心孔隙结构的改造以及对夹层岩心的溶蚀作用；利用从所述蒸汽监测室内的岩心顶部流体取样分析，可适时监测不同岩心样本的蒸汽突破情况；利用工业CT成像适时对岩心扫描，可分析不同岩心样本在不同注蒸汽条件下的溶蚀与突破情况，为夹层大量发育的非均质油藏注蒸汽开发提供关键的操作参数。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置的结构示意图。

图2：为本实用新型实验装置的夹持器内部结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、图2所示，本实用新型提出一种蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置100，所述实验装置100包括：模型系统1、蒸汽注入系统2、蒸汽采出系统3、围压控制系统4、上覆压力控制系统5、抽真空系统6、流体分析系统7和图像采集与分析系统8；

所述模型系统1由固定设置在一高压舱13内的夹持器11及其夹持器11内设置的岩心12构成；如图2所示，在本实施方式中，所述夹持器11呈竖直放置，所述夹持器11包括圆筒形主体111，该圆筒形主体111上、下两端密封设有底堵112、113，所述岩心12固定设置在圆筒形主体111中部，所述上侧底堵112与岩心12之间形成蒸汽监测室114，所述下侧底堵113与岩心12之间形成蒸汽室115；所述蒸汽监测室114用于适时监测储层岩心顶部的蒸汽突破情况；所述蒸汽室115用于为储层岩心底部提供恒温恒压蒸汽环境，以溶蚀储层岩心；所述岩心12两侧与上、下底堵112、113之间依序设有衬环116、支撑环117和密封环118；所述上、下底堵112、119中分别穿设有一个密封塞119；

所述蒸汽注入系统2由蒸汽发生器21和第一单向阀22组成，该蒸汽注入系统2通过管路密封导通于蒸汽室115；

所述蒸汽采出系统3由第二单向阀31、冷凝器32、回压阀33组成，该蒸汽采出系统3通过管路密封导通于蒸汽室115；

所述围压控制系统4由第一气瓶41、第一气体流量控制器42、第一气体增压泵43、第三单向阀44组成，该围压控制系统4通过管路密封导通于高压舱13；

所述上覆压力控制系统5由第二气瓶51、第二气体流量控制器52、第二气体增压泵53、第四单向阀54组成，该上覆压力控制系统5通过管路密封导通于蒸汽监测室114；

所述抽真空系统6由真空泵61以及并联设置的第五单向阀62、第六单向阀63和第七单向阀64组成，所述第五、第六和第七单向阀分别通过管路密封导通于高压舱13、蒸汽室115、蒸汽监测室114；

所述流体分析系统7由取样器71、气体收集瓶72、冷凝水收集瓶73、第八单向阀74组成，该流体分析系统7通过管路密封导通于蒸汽监测室114；所述取样器71的取样口紧贴蒸汽监测室114内储层岩心顶部，利用所述取样器适时抽取蒸汽监测室内流体样本，分析冷凝水含量，可监测不同厚度储层岩心的蒸汽突破时间，并开展蒸汽室压力水平以及压力脉冲对蒸汽突破的影响定量分析；

图像采集与分析系统8由工业CT81和计算机82组成；所述高压舱13移动地设置于工业CT81的扫描舱内。在本实施方式中，所述高压舱13外部尺寸小于所述工业CT的扫描舱，以便在所述工业CT上对所述模型系统进行在线连续扫描，并利用所述计算机对扫描图像进行分析，可对储层岩心的孔隙结构变化特征以及蒸汽的溶蚀特征进行可视化精确描述。

进一步，如图2所示，上、下两端的底堵112、113与圆筒形主体111为螺纹密封连接；所述密封塞119与各个底堵也为螺纹连接；相应的管路密封穿过所述上、下密封塞119导通于对应的蒸汽监测室114或蒸汽室115；所述密封塞用于引入所述注入管路和监测管路，相应的管路外侧用耐高温高压橡胶与密封塞密封连接。

在本实施方式中，所述两个支撑环117壁厚为所述夹持器内径的1/4，所述两个衬环116内径为所述夹持器内径的1/2；所述衬环116作用在于固定测试岩心12，以防岩心在溶蚀过程中突然垮塌；所述下部支撑环117内部中空的部位构成蒸汽室115，上部支撑环117内部中空的部位构成蒸汽监测室114。

在本实施方式中，所述高压舱13、夹持器11及其内部的衬环116、支撑环117的材料为可供CT透射扫描的耐温耐压醚醚酮（PEEK）材料；所述夹持器11最高耐温250℃，所述夹持器11和高压舱13最高耐压12～13MPa。

所述围压控制系统4中的第一气瓶41为氮气瓶，由于氮气具有良好的隔热性能，因此可以对夹持器11起到绝热保温作用，同时由于气体具有较好流动性，因此用氮气作为围压气体，可实现对夹持器各部位均衡施压。

在本实施方式中，所述高压舱13、蒸汽室115和蒸汽监测室114内分别设有温压监测仪9。

本实用新型还提供一种利用上述蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置100进行评价实验的方法，所述方法包括以下步骤：

A、管线及模型连接；

将所述夹持器11的筒形主体111竖立放置，其底端采用内螺纹与底部底堵113的外螺纹密封连接，所述底部底堵113与所述底部密封塞119也采用螺纹连接；在所述夹持器的底部底堵113上侧置放一密封环118，在该密封环118上部置放一支撑环117，在该支撑环上部置放一衬环116，在该衬环116上面放置测试岩心12；在所述岩心12上部放置另一衬环116，在该另一衬环116上部放置另一支撑环117，在该另一支撑环117上部放置另一密封环118，将所述夹持器顶端采用内螺纹与顶部底堵112的外螺纹密封连接并密封，将所述顶部底堵112与所述顶部密封塞119采用螺纹连接并密封；将所述连接好的夹持器11利用螺栓（四个均匀分布的螺栓）固定在高压舱13内部，并关闭高压舱13；

B、模型抽真空；

利用所述抽真空系统6的真空泵61将蒸汽室115、蒸汽监测室114和高压舱13抽真空；

C、注入蒸汽；

开启蒸汽发生器21，打开第一单向阀22，通过相应管路向蒸汽室115内注入蒸汽；

D、上覆压力控制；

开启第二气瓶51、第二气体流量控制器52、第二气体增压泵53、第四单向阀54，利用第二气体增压泵53向蒸汽监测室114内注入氮气，并利用蒸汽室115和蒸汽监测室114内的温压监测仪9适时监测蒸汽室和蒸汽监测室内的压力变化，蒸汽室115内压力略高于蒸汽监测室114内压力，两者之差不超过0.5MPa；

E、围压控制；

开启第一气瓶41、第一气体流量控制器42、第一气体增压泵43、第三单向阀44，利用所述第一气体增压泵43向高压舱13内注入氮气，以对模型产生围压；利用高压舱内的温压监测仪9适时监测高压舱内围压压力，控制围压略低于所述蒸汽监测室114压力，两者之差不超过0.2Mpa；

F、采出蒸汽；

当蒸汽监测室内压力升高到实验测试压力时，关闭所述上覆压力系统5的第四单向阀54，打开所述蒸汽采出系统3的第二单向阀31，将所述回压阀33压力设定为实验测试压力，继续由所述蒸汽注入系统2注入蒸汽，同时通过回压阀33控制蒸汽采出速度与压力，以确保所述蒸汽室115内压力温度恒定；

G、岩心顶部流体分析；

每隔一段时间，打开所述流体分析系统7的第八单向阀74，利用所述取样器71从所述蒸汽监测室114对流体取样，取样频率为：一次/每小时～一次/每天；观测冷凝水收集瓶72中是否有冷凝水出现，从而判断蒸汽突破岩心的时间；为准确判断蒸汽监测室114内出现冷凝水，同时又不引起蒸汽监测室内的压力波动，每次取样的流体体积为0.1～0.2升；每次取样的同时，打开所述上覆压力系统5的第四单向阀54，向所述蒸汽监测室114内补充氮气，以平衡所述蒸汽监测室的压力；

H、岩心孔隙结构变化扫描与分析；

利用所述图像采集与分析系统的工业CT81对模型进行扫描与成像，扫描频率为2～6小时一次；适时分析高温蒸汽环境下，不同的温度与压力条件对岩心孔隙结构的改造特征以及蒸汽溶蚀夹层岩石的变化特征。

由上所述，本实用新型蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置及方法，可以用于高温高压蒸汽对不同类型储层岩石的改造和溶蚀特征描述过程进行可视化评价；利用所述蒸汽室注入蒸汽为实际取芯的全直径岩心底部提供了一个高温高压的接触环境，利用蒸汽监测室提供实际油藏上覆压力，可模拟实际油藏内注蒸汽过程中，注入蒸汽对注汽井上部岩心孔隙结构的改造以及对夹层岩心的溶蚀作用；利用从所述蒸汽监测室内的岩心顶部流体取样分析，可适时监测不同岩心样本的蒸汽突破情况；利用工业CT成像适时对岩心扫描，可分析不同岩心样本在不同注蒸汽条件下的溶蚀与突破情况，为夹层大量发育的非均质油藏注蒸汽开发提供关键的操作参数。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述实验装置包括：

模型系统，所述模型系统由固定设置在一高压舱内的夹持器及其夹持器内设置的岩心构成；所述夹持器包括筒形主体，该筒形主体两端密封设有底堵，所述岩心固定设置在筒形主体中部，所述一侧底堵与岩心之间形成蒸汽监测室，所述另一侧底堵与岩心之间形成蒸汽室；

蒸汽注入系统，所述蒸汽注入系统由蒸汽发生器和第一单向阀组成，该蒸汽注入系统通过管路密封导通于蒸汽室；

蒸汽采出系统，所述蒸汽采出系统由第二单向阀、冷凝器、回压阀组成，该蒸汽采出系统通过管路密封导通于蒸汽室；

围压控制系统，所述围压控制系统由第一气瓶、第一气体流量控制器、第一气体增压泵、第三单向阀组成，该围压控制系统通过管路密封导通于高压舱；

上覆压力控制系统，所述上覆压力控制系统由第二气瓶、第二气体流量控制器、第二气体增压泵、第四单向阀组成，该上覆压力控制系统通过管路密封导通于蒸汽监测室；

抽真空系统，所述抽真空系统由真空泵以及并联设置的第五单向阀、第六单向阀和第七单向阀组成，所述第五、第六和第七单向阀分别通过管路密封导通于高压舱、蒸汽室、蒸汽监测室；

流体分析系统，所述流体分析系统由取样器、气体收集瓶、冷凝水收集瓶、第八单向阀组成，该流体分析系统通过管路密封导通于蒸汽监测室；

图像采集与分析系统，其由工业CT和计算机组成；所述高压舱移动地设置于工业CT的扫描舱内。

2.如权利要求1所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述夹持器呈竖直放置，岩心上部为蒸汽监测室，岩心下部为蒸汽室；上、下两端的底堵与筒形主体为螺纹密封连接；相应的管路密封穿过所述上、下底堵。

3.如权利要求2所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述岩心两侧与上、下底堵之间依序设有衬环、支撑环和密封环。

4.如权利要求3所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述上、下底堵中分别穿设有一个密封塞，所述密封塞与底堵为螺纹连接；相应的管路密封穿过所述密封塞导通于对应的蒸汽监测室或蒸汽室。

5.如权利要求3所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述两个支撑环壁厚为所述夹持器内径的1/4，所述两个衬环内径为所述夹持器内径的1/2。

6.如权利要求4所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述高压舱、夹持器及其内部的衬环、支撑环的材料为供CT透射扫描的耐温耐压醚醚酮；所述夹持器最高耐温250℃，所述夹持器和高压舱最高耐压12～13MPa。

7.如权利要求1所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述围压控制系统中的第一气瓶为氮气瓶。

8.如权利要求1所述的蒸汽改造储层岩石特征评价实验装置，其特征在于：所述高压舱、蒸汽室和蒸汽监测室内分别设有温压监测仪。

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