CN204514769U - 一种稳态流法测定超临界co2乳液三相渗透率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，包括一维岩心模型和CT扫描仪；一维岩心模型的进口端连接有相并联的乳液发生器和原油注入装置，乳液发生器的进口端连接有相并联的CO₂气体注入装置和表面活性剂注入装置；一维岩心模型的出口端连接有相并联的气源瓶和盛液细口瓶，盛液细口瓶的出气管依次连接有干燥管和流量计。本实用新型局限性小，能保证合理地接近实验真实值，操作简单，测定准确。

Description

一种稳态流法测定超临界CO2乳液三相渗透率的装置

技术领域

本实用新型涉及一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置。

背景技术

由于CO₂是一种在油和水中溶解度都很高的气体，当它大量溶解于原油中时，可以使原油体积膨胀、黏度下降，还可以降低油水间的界面张力。与其他驱油技术相比，二氧化碳驱油具有适用范围大、驱油成本低、采收率提高显著等优点。这项技术不仅能满足油田开发需求，还能解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。在油藏条件下，CO₂一般处于超临界状态下(温度和压力分别处于31.1℃和7.38MPa以上)，CO₂密度接近液体密度，此时CO₂-表面活性剂溶液体系相当于液—液分散体系，属于乳状液范畴。用超临界CO₂乳液驱油能够有效控制CO₂流度，提高原油采收率。非稳态法测量三相渗透率时计算相对复杂，只能对高于前缘饱和度的相渗曲线，在高含油饱和度期的相渗曲线测的不完整，饱和度的精确测量一直是三相渗透率的测量存在的难点；利用数学模型计算三相渗透率相对快速，但是此法给予过多的假设，模型过于理想化，局限性太大，不能保证合理的接近实验真实值。目前只有测定CO₂气驱两相渗透率的方法，并没有测定CO₂乳液在岩心渗流中油、气、水三相渗透率的装置和方法。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种操作方便，测定准确的稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置。

本实用新型是通过以下措施实现的：

本实用新型的一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，包括横向圆柱形的一维岩心模型和用于对一维岩心模型的岩心进行扫描的CT扫描仪；所述一维岩心模型内填充有石英砂岩心；

所述一维岩心模型的进口端连接有相并联的乳液发生器和原油注入装置，所述乳液发生器的进口端连接有相并联的CO₂气体注入装置和表面活性剂注入装置；

所述一维岩心模型的出口端连接有相并联的气源瓶和盛液细口瓶，所述盛液细口瓶的出气管依次连接有干燥管和流量计，所述一维岩心模型上设置有靠近进口端的压力表Ⅰ和靠近出口端的压力表Ⅱ。

优选的，上述一维岩心模型出口端连接的管路上设置有回压阀，并且在平流泵与CO₂气体中间容器之间的管路上、平流泵与表面活性剂中间容器之间的管路上、平流泵与原油中间容器之间的管路上均设置有控制阀；回压阀与细口瓶之间的管路上，回压阀与气源瓶之间的管路上均设置有气体控制阀。

优选的，上述原油注入装置包括原油中间容器，CO₂气体注入装置包括CO₂气体中间容器，表面活性剂注入装置包括表面活性剂中间容器，原油中间容器、CO₂气体中间容器和表面活性剂中间容器内均设置有活塞，并且原油中间容器、CO₂气体中间容器和表面活性剂中间容器均各自连接有可推动活塞移动的平流泵。活塞分别将三个中间容器内的空腔隔成两个腔室，CO₂气体中间容器、表面活性剂中间容器的一个腔室与平流泵连接，另一个腔室连通溶液发生器，原油中间容器的一个腔室与与平流泵连接，另一个腔室通过管线与一维岩心模型的岩心连接。

本实用新型的CO₂气体中间容器、表面活性剂中间容器、原油中间容器内分别盛装有CO₂气体、表面活性剂液体、原油，平流泵用于驱替活塞移动，将中间容器内的流体进入岩心模型。乳液发生器可使通过的表面活性剂水溶液和CO₂气体产生乳液，回压阀实现对一维岩心模型所处油藏压力的控制。

所述的一维岩心模型采用填砂模型，上部有两个测压点，测压点处接有压力表，测压点位于岩心模型两端，靠近进口端和出口端，实现对一维岩心模型压力测试，一维岩心模型的外壳为PEEK材料。

本实用新型优选的，所述的干燥管内装有CaO，干燥管位于细口瓶与气体流量计入口端之间。本实用新型的装置不适于流体内含有水分的情况，通过干燥后使测得的实验数据更准确。

优选的，上述一维岩心模型包括圆柱形外壳，外壳内设置有圆柱形内腔，内腔填满粒径为50-200目之间的石英砂，外壳的进口端和出口端两端分别设置有螺纹接口，圆柱形内腔的长度为50-100cm，直径为5-10cm。优选的，一维岩心模型的圆柱形内腔的长度为60-80cm，直径为6-8cm

优选的，上述CO₂气体中间容器、表面活性剂中间容器、原油中间容器上均连接有压力表。

本实用新型一种采用稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置进行的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，将一维岩心模型的岩心温度加热到模拟油藏温度，并维持该温度10-12小时，然后通过气源瓶给回压阀设定回压，以给岩心加围压；

步骤2，将一维岩心模型的岩心充分烘干，在两种扫描电压下分别对干岩心进行扫描，记录扫描位置和扫描条件，获得两种能量下干岩心的CT值；

步骤3，将一维岩心模型的岩心抽真空后饱和溴化钠溶液，在与步骤2相同的两种扫描电压、扫描条件和扫描位置下，对岩心进行扫描，获得两种能量下完全饱和溴化钠溶液的岩心CT值；

步骤4，向步骤3中饱和溴化钠溶液的岩心内注入原油，直至岩心被原油驱替至束缚水状态，将CO₂气体与表面活性剂溶液的气液在乳化发生器内进行乳化，并将乳化后的稳定乳液注入岩心内，保持CO₂气体与表面活性剂水溶液注入速度比值不变，逐渐降低或者逐渐提高向岩心内注入原油的速度，待岩心内压力稳定后，即达到了超临界CO₂乳液渗流状态，在与步骤2相同的两种扫描电压、扫描条件和扫描位置下，对岩心进行扫描，获得两种能量下CO₂乳液渗流过程中的岩心CT值；并对CO₂、水、原油三相的流速及岩心两端的压差进行记录；

步骤5，将步骤4中记录的参数带入渗透率公式，计算出超临界CO₂乳液渗流过程中CO₂、水、原油三相渗透率；

步骤6，利用步骤2、3、4中对岩心进行CT扫描值，并采用油、气、水的饱和度公式计算岩心在各条件下对应的饱和度；利用饱和度数据和步骤5中计算出的超临界CO₂乳液渗流过程中CO₂、水、原油三相渗透率数据绘制CO₂、水、原油三相渗透率图线。

优选的，在步骤3中溴化钠溶液浓度范围3wt％～8wt％，在步骤4中CO₂气体与表面活性剂水溶液的气液比为2:1～10:1，以产生稳定的乳液。

优选的，在步骤5中，采用的渗透率公式为：

K＝QμL/ΔPA，式中：Q——单位时间内流体通过岩心的流量，cm³/s；A——液体通过岩心的截面积，cm²；μ——液体的粘度，Pa·s；L——岩心的长度，cm；ΔP——液体通过岩心前后的压差，MPa。

优选的，在步骤6中，油、气、水的饱和度公式：

$S_w=\frac{\left|\begin{array}{ccc}\left[\frac{({\mathrm{CT}}_{E1\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E1})({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})}{({\mathrm{CT}}_{E1\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E1\mathrm{waterwet}})}\right]& ({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1o})& 0\\ \left[\frac{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2})({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})}{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{waterwet}})}\right]& ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2o})& 0\\ 1& 1& 1\end{array}\right|}{\left|\begin{array}{ccc}({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})& ({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1o})& 0\\ ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})& ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2o})& 0\\ 1& 1& 1\end{array}\right|}$

$S_o=\frac{\left|\begin{array}{ccc}({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})& \left[\frac{({\mathrm{CT}}_{E1\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E1})({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})}{({\mathrm{CT}}_{E1\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E1\mathrm{waterwet}})}\right]& 0\\ ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})& \left[\frac{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2})({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})}{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{waterwet}})}\right]& 0\\ 1& 1& 1\end{array}\right|}{\left|\begin{array}{ccc}({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})& ({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1o})& 0\\ ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})& ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2o})& 0\\ 1& 1& 1\end{array}\right|}$

$S_g=\frac{\left|\begin{array}{ccc}({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})& ({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1o})& \left[\frac{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2})({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})}{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{waterwet}})}\right]\\ ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})& ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2o})& \left[\frac{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2})({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})}{({\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{dry}}-{\mathrm{CT}}_{E2\mathrm{waterwet}})}\right]\\ 1& 1& 1\end{array}\right|}{\left|\begin{array}{ccc}({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1w})& ({\mathrm{CT}}_{E1g}-{\mathrm{CT}}_{E1o})& 0\\ ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2w})& ({\mathrm{CT}}_{E2g}-{\mathrm{CT}}_{E2o})& 0\\ 1& 1& 1\end{array}\right|}$

其中，Sg是气体的饱和度；Sw是水的饱和度；So是油的饱和度；CT_E1dry 是E₁能量下干岩心的CT值；CT_E2dry是E₂能量下干岩心的CT值；CT_E1waterwet是E₁能量下完全饱和水的岩石CT值；CT_E2waterwet是E₂能量下完全饱和水的岩石CT值；CT_E1g是E₁能量下气体的CT值CT_E2g是E₂能量下气体的CT值；CT_E1w是E₁能量下水的CT值；CT_E2w是E₂能量下水的CT值；CT_E1o是E₁能量下油的CT值；CT_E2o是E₂能量下油的CT值；且上述公式满足S_g+S_w+S_o＝1。

本实用新型的有益效果是：本实用新型没有过多的假设，局限性小，能保证合理地接近实验真实值，因此能够通过CT双能同步扫描法对超临界CO₂乳液三相流体饱和度精确获取，将实验测得的相关数据带入达西公式即可得到不同饱和度下超临界CO₂乳液在岩心渗流中油、气、水三相流体的相对渗透率，也可用于CO₂泡沫驱两相渗透率的测量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1、平流泵；2、CO₂气体中间容器；3、表面活性剂中间容器；4、原油中间容器；5、乳液发生器；6、六通阀；7、一维岩心模型；8、回压阀；9、CT扫描仪；10、气源瓶；11、盛液细口瓶；12、干燥管；13、流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的描述：

本实用新型提供一种利用稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，能够通过CT双能同步扫描法对超临界CO₂乳液三相流体饱和度精确获取，将实验测得的相关数据带入达西公式即可得到不同饱和度下超临界CO₂乳液三相流体的相对渗透率，该方法也可用于CO₂泡沫驱两相渗透率 的测量。

实施例1：一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，结构如图1所示，包括横向圆柱形的一维岩心模型7和用于对一维岩心模型7的岩心进行扫描的CT扫描仪9，一维岩心模型7内填充有石英砂岩心。具体地，一维岩心模型7包括圆柱形外壳，外壳内设置有圆柱形内腔，内腔填满粒径为50-200目之间的石英砂，外壳的进口端和出口端两端分别设置有螺纹接口，圆柱形内腔的长度为50cm，直径为5cm。CT扫描仪9采用GE公司的LIGHTSPEED 8层螺旋CT，该CT能实现双能同步扫描(DEES)，可在两个不同的能量下同时对岩心进行CT扫描，得到不同能量下三相流体的CT值，可精准计算三相流体的饱和度。

一维岩心模型7的进口端连接有相并联的乳液发生器5和原油注入装置，乳液发生器5的进口端通过六通阀6连接有相并联的CO₂气体注入装置和表面活性剂注入装置；一维岩心模型7的出口端连接有相并联的气源瓶10和盛液细口瓶11，盛液细口瓶11的出气管依次连接有干燥管12和流量计13，一维岩心模型7上设置有靠近进口端的压力表Ⅰ和靠近出口端的压力表Ⅱ。干燥管12内装有CaO，能够对流体进行干燥。本实用新型的装置不适于流体内含有水分的情况，通过干燥后使测得的实验数据更准确。原油注入装置包括原油中间容器4，CO₂气体注入装置包括CO₂气体中间容器2，表面活性剂注入装置包括表面活性剂中间容器3，原油中间容器4、CO₂气体中间容器2和表面活性剂中间容器3内均设置有活塞，并且原油中间容器4、CO₂气体中间容器2和表面活性剂中间容器3均各自连接有可推动活塞移动的平流泵1。CO₂气体中间容器2、表面活性剂中间容器3、原油中间容器4上均连接有压力表。平流泵1用于驱动活塞移动，将中间容 器内的流体进入岩心模型。乳液发生器5可使通过的表面活性剂水溶液和CO₂气体产生乳液。

一维岩心模型7出口端连接的管路上设置有回压阀8，并且在平流泵1与CO₂气体中间容器2之间的管路上、平流泵1与表面活性剂中间容器3之间的管路上、平流泵1与原油中间容器4之间的管路上均设置有控制阀；回压阀8与细口瓶之间的管路上，回压阀8与气源瓶10之间的管路上均设置有气体控制阀。回压阀8实现对一维岩心模型7所处油藏压力的控制。

实施例2：一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，结构同实施例1所示，不同之处在于：

一维岩心模型7包括圆柱形外壳，外壳内设置有圆柱形内腔，内腔填满粒径为50-200目之间的石英砂，外壳的进口端和出口端两端分别设置有螺纹接口，圆柱形内腔的长度为100cm，直径为10cm。

实施例3：一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，结构同实施例1所示，不同之处在于：

一维岩心模型7包括圆柱形外壳，外壳内设置有圆柱形内腔，内腔填满粒径为50-200目之间的石英砂，外壳的进口端和出口端两端分别设置有螺纹接口，圆柱形内腔的长度为80cm，直径为8cm。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，其特征在于：包括横向圆柱形的一维岩心模型和用于对一维岩心模型的岩心进行扫描的CT扫描仪；所述一维岩心模型内填充有石英砂岩心；

所述一维岩心模型的进口端连接有相并联的乳液发生器和原油注入装置，所述乳液发生器的进口端连接有相并联的CO₂气体注入装置和表面活性剂注入装置；

所述一维岩心模型的出口端连接有相并联的气源瓶和盛液细口瓶，所述盛液细口瓶的出气管依次连接有干燥管和流量计，所述一维岩心模型上设置有靠近进口端的压力表Ⅰ和靠近出口端的压力表Ⅱ。

2.根据权利要求1所述稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，其特征在于：所述一维岩心模型出口端连接的管路上设置有回压阀，并且在平流泵与CO₂气体中间容器之间的管路上、平流泵与表面活性剂中间容器之间的管路上、平流泵与原油中间容器之间的管路上均设置有控制阀；回压阀与细口瓶之间的管路上，回压阀与气源瓶之间的管路上均设置有气体控制阀。

3.根据权利要求1所述稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，其特征在于：所述原油注入装置包括原油中间容器，CO₂气体注入装置包括CO₂气体中间容器，表面活性剂注入装置包括表面活性剂中间容器，原油中间容器、CO₂气体中间容器和表面活性剂中间容器内均设置有活塞，并且原油中间容器、CO₂气体中间容器和表面活性剂中间容器均各自连接有可推动活塞移动的平流泵。

4.根据权利要求1所述稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，其特征在于：所述一维岩心模型包括圆柱形外壳，外壳内设置有圆柱形内腔，内腔填满粒径为50-200目之间的石英砂，外壳的进口端和出口端两端分别设置有螺纹接口，圆柱形内腔的长度为50-100cm，直径为5-10cm。

5.根据权利要求4所述稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，其特征在于：一维岩心模型的圆柱形内腔的长度为60-80cm，直径为6-8cm。

6.根据权利要求1所述稳态流法测定超临界CO₂乳液三相渗透率的装置，其特征在于：所述CO₂气体中间容器、表面活性剂中间容器、原油中间容器上均连接有压力表。