一种驱替实验装置及实验方法与流程

本申请涉及油气田开发工程技术领域，具体涉及一种驱替实验装置及实验方法。

背景技术：

温室气体减排和地质埋存日益受到全世界的关注，co2驱油技术在国内越来越受到重视。co2驱油技术分为混相驱和非混相驱两种，理论和实践已证明混相驱的驱油效率比非混相驱的高，这两种技术界限就是最小混相压力，即形成混相的最低压力，只有驱替压力高于最小混相压力，才能实现混相驱替，因此，co2与原油的最小混相压力是co2驱油研究中的一个重要参数，co2驱最小混相压力的测量对提高co2驱采收率具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种驱替实验装置，包括驱替流体供给系统、原油供给系统、驱替系统和监视系统；所述驱替系统包括岩心模型和夹持器，所述岩心模型固定于所述夹持器内，所述夹持器的入口端连接有注入管路，所述夹持器的出口端连接有输出管路，所述注入管路和输出管路上各设有一个回压阀，所述注入管路或输出管路上设有压力测量装置；所述驱替流体供给系统和原油供给系统均与所述注入管路连通；所述监视系统设置为监视所述岩心模型内的驱替过程。

本发明的实施例还提供一种利用所述驱替实验装置进行驱替实验的方法，包括：

所述原油供给系统向所述驱替系统的岩心模型注入原油，使岩心模型内饱和原油；

调节所述两个回压阀的压力为实验压力后，所述驱替流体供给系统向所述驱替系统的岩心模型注入驱替流体；

所述监视系统监视所述岩心模型内的驱替过程。

有益效果：

本发明实施例的驱替实验装置，能够模拟驱替流体与原油的驱替过程，并且可以通过调节回压阀的压力来模拟不同实验压力下的驱替过程。

附图说明

附图用来提供对本发明实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明实施例的技术方案，并不构成对本发明实施例技术方案的限制。

图1为本发明一实施例的驱替实验装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例测试驱替流体与原油最小混相压力的实验方法的流程图；

附图标记为：1、流体输送装置；2、第一阀门；3、原油储存容器；4、第二阀门；5、第四阀门；6、驱替流体储存容器；7、第三阀门；8、第一回压阀；9、压力测量装置；10、显示装置；11、摄像装置；12、夹持器；13、岩心模型；14、第二回压阀；15、排液瓶。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。

一些实验室中用于研究最小混相压力的实验方法主要有细长管法、升泡仪法和消除界面张力法三种。但是此三种测试方法均存在一定的弊端：细长管通过测定注入压力对采收率的影响来确定最小混相压力，测量过程复杂，耗时比较长，仪器要求高，经济性差。界面张力消失法通过测量气与油的界面张力随压力变化曲线来判断最小混相压力点，该方法受油气比影响较大，不容易控制。升泡仪法通过气泡形状大小的改变判断最小混相压力，受人为因素影响大，误差相对较大。而且这些测试方法用岩心多为统一制定，与实际采收岩心有出入，不能真实还原采收环境，导致测试结果与实际有差距。

如图1所示，本发明一实施例提供一种驱替实验装置，包括驱替流体供给系统、原油供给系统、驱替系统和监视系统。

所述驱替系统包括岩心模型13和夹持器12，所述岩心模型13固定于所述夹持器12内，所述夹持器12的入口端连接有注入管路，所述夹持器12的出口端连接有输出管路，所述注入管路和输出管路上各设有一个回压阀，所述注入管路或输出管路上设有压力测量装置9；所述输出管路的另一端可连接至一排液瓶15，以收集实验过程中排出的液体；所述驱替流体供给系统和原油供给系统均与所述注入管路连通；所述监视系统设置为监视所述岩心模型13内的驱替过程。

所述岩心模型13根据目标油藏地层孔隙结构进行加工得到，因此可还原真实的目标油藏地层孔隙结构，驱替实验过程更接近真实情况。所述岩心模型13采用透明材料，比如玻璃材质制成，以便于所述监视系统能够观察到岩心模型13内的状态变化，以监视所述岩心模型13内的驱替过程。

在一示例性的实施例中，所述岩心模型13包括上玻璃片和下玻璃片，下玻璃片的上表面加工有一片孔隙区域，该孔隙区域根据目标油藏地层孔隙结构刻蚀、加工而成，上玻璃片盖在下玻璃片上并将下玻璃片的所述孔隙区域密封。所述岩心模型13设有与所述孔隙区域连通的注入孔和输出孔，用于原油和驱替流体的注入和输出。所述岩心模型13在制作时，先使用矿场岩心ct扫描得到真实岩心的孔隙结构分布，再经图像处理获得孔径及其面积分布频率并绘制孔喉分布图片，最后采用激光雕刻技术对平面玻璃加工形成所述孔隙区域。所述岩心模型13整体可以为正方形，边长为90-110mm，刻蚀区域的边长为30-50mm，比如45mm，孔隙体积0.5ml，最小孔径38μm。

所述夹持器12内设有流体注入通道和流体输出通道，流体注入通道的一端即为所述夹持器12的入口端，流体注入通道的另一端与所述岩心模型13的注入孔密封连接，所述岩心模型13的输出孔与所述流体输出通道的一端密封连接，所述流体输出通道的另一端即为所述夹持器12的出口端。所述岩心模型13与夹持器12两者之间孔道的密封连接处，可采用密封胶圈等密封件进行密封。

所述夹持器12内设有水浴腔，所述岩心模型13固定于所述水浴腔内，并位于水浴腔内的水浴介质中，水浴介质可用来增加岩心模型13的围压。在驱替实验过程中，岩心模型13内部注入有流体，其内部具有一定压力，所述围压可使岩心模型13内外压差变小，避免在岩心模型13内部压力较大时损坏岩心模型13。此外，通过调节水浴腔内的水浴介质的温度，可模拟不同目标油藏温度下的驱替过程。所述水浴腔上方设有可视窗口，便于所述监视系统观察岩心模型13内的驱替过程。

所述夹持器12的外部设有加热套，加热套设置为对所述水浴腔内的水浴介质进行加热。通过控制加热套的加热温度，可使水浴腔内的水浴介质加热到实验所需温度，如此可根据不同的目标油藏温度，使岩心模型13达到相应的目标油藏温度。可将所述夹持器12设计为最高承受压力为50mpa，最高耐温为150℃，可满足模拟实际油藏条件的需求。

所述监视系统包括显示装置10和摄像装置11，所述摄像装置11设置为拍摄所述岩心模型13内的驱替过程，并将所拍摄图像实时发送至所述显示装置10。所述摄像装置11包括高速摄像头，其位于所述岩心模型13的上方，高频率拍摄图像，观察驱替过程的状态变化。所述显示装置10包括计算机，计算机内的数据采集系统实时采集所述摄像装置11拍摄的图像，并予以显示。

所述压力测量装置9可以为压力传感器，用于测量实验压力，所述监视系统还设置为与所述压力测量装置9通讯连接并获取所述压力测量装置9测得的压力数据。所述监视系统包括数据采集系统，数据采集系统实时采集所述压力测量装置9测得的压力数据。

所述驱替实验装置还包括温度测量装置，温度测量装置设置为对实验过程中岩心模型13的温度进行测量。所述温度测量装置可以为温度传感器，设置为对所述夹持器12的水浴腔内的水浴温度进行测量。

所述监视系统还设置为与所述温度测量装置通讯连接并获取所述温度测量装置测得的温度数据。所述监视系统包括数据采集系统，数据采集系统实时采集所述温度测量装置测得的温度数据。

所述驱替流体供给系统设置为向所述驱替系统的岩心模型13注入驱替流体，驱替流体可以为驱替实验所需的液体或者气体，比如在二氧化碳驱油的实验过程中，所述驱替流体为二氧化碳气体。

所述驱替流体供给系统包括流体输送装置1和驱替流体储存容器6，所述驱替流体储存容器6内由可上下移动的活塞分隔成密闭的两个空间，其中一空间充满有驱替流体，该空间通过管道与所述夹持器12入口端的注入管路连通，另一空间通过管道与所述流体输送装置1的输出端连通。通过所述流体输送装置1输出的流体驱动所述驱替流体储存容器6内的活塞移动，从而使驱替流体储存容器6内的驱替流体流入到所述注入管路，并注入到岩心模型13内。

所述原油供给系统与所述驱替流体供给系统结构类似，包括流体输送装置1和原油储存容器3，所述原油储存容器3内由可上下移动的活塞分隔成密闭的两个空间，其中一空间充满有原油，该空间通过管道与所述夹持器12入口端的注入管路连通，另一空间通过管道与所述流体输送装置1的输出端连通。通过所述流体输送装置1输出的流体驱动所述原油储存容器3内的活塞移动，从而使原油储存容器3内的原油流入到所述注入管路，并注入到岩心模型13内。

所述驱替流体供给系统和所述原油供给系统两者的流体输送装置1可共用一个，流体输送装置1可以为柱塞泵或其它输送泵。所述驱替流体储存容器6与流体输送装置1和夹持器12入口端的注入管路连接的管道上分别设有第三阀门7和第四阀门5。所述原油储存容器3与流体输送装置1和夹持器12入口端的注入管路连接的管道上分别设有第一阀门2和第二阀门4。通过调节相应的阀门，流体输送装置1将原油和驱替流体依次注入到岩心模型13内。

所述驱替流体供给系统和所述原油供给系统还可以采用其他方式向所述驱替系统注入驱替流体和原油，本申请不作限制。但本实施例所采用的方式，更有利于小剂量驱替流体和原油的注入，方便实验操作。

本发明的实施例还提供一种利用所述驱替实验装置进行驱替实验的方法，包括如下步骤：

所述原油供给系统向所述驱替系统的岩心模型注入原油，使岩心模型内饱和原油；

调节所述两个回压阀的压力为实验压力后，所述驱替流体供给系统向所述驱替系统的岩心模型注入驱替流体；

所述监视系统监视所述岩心模型内的驱替过程。

如图2所示，在一个具体实施例中，利用所述驱替实验装置测试co2与原油最小混相压力的方法，包括如下步骤：

s1、所述原油供给系统向所述驱替系统的岩心模型注入原油，使岩心模型内饱和原油；

s2、调节所述两个回压阀的压力为实验压力后，所述驱替流体供给系统向所述驱替系统的岩心模型注入驱替流体；

s3、所述监视系统监视所述岩心模型内原油与驱替流体是否混相；

如未混相，则升高所述实验压力，重复步骤s1～s3，直至混相，则所述压力测量装置测得的压力即为原油与所述驱替流体的最小混相压力。

结合附图1，下面详细说明利用所述驱替实验装置测试co2与原油最小混相压力的方法。

根据目标油藏地层孔喉结构，加工岩心模型13；采集目标油藏原油样本并测量目标油藏温度；将原油样品充满原油储存容器3的上部；用co2充满驱替流体储存容器6的上部；调整实验温度，比如40℃，使岩心模型13所处的温度为目标油藏温度；在岩心模型13内饱和原油；根据实验要求调节实验压力，比如co2注入压力为8mpa，向岩心模型13内注入co2模拟驱替过程；观察摄像装置11(可利用高速摄像头以100帧每秒的速率采集照片)拍摄图像中原油与co2两相界面的状态，判断原油与co2是否混相；若未达到混相，则重复以下步骤：在岩心模型13内饱和原油，调高实验压力，向岩心模型13内注入co2模拟驱替过程，观察摄像装置11拍摄图像中原油与co2两相界面的状态；直到观察不到co2与原油的相界面，即达到混相状态，则此次压力测量装置9所测得的实验压力即为co2与原油的最小混相压力。

所述在岩心模型13内饱和原油的方法为：关闭驱替流体储存容器6两端管道上的第三阀门7和第四阀门5，开启原油储存容器3两端管道上的第一阀门2和第二阀门4，启动流体输送装置1将原油注入岩心模型13，直至饱和。

所述根据实验要求调节实验压力，比如co2注入压力为8mpa，向岩心模型13内注入co2模拟驱替过程的方法为：关闭原油储存容器3两端管道上的第一阀门2和第二阀门4，开启驱替流体储存容器6两端管道上的第三阀门7和第四阀门5，将第一回压阀8和第二回压阀14的压力调节为8mpa，启动流体输送装置1将co2注入岩心模型13内。

实验过程中，通过第一回压阀8和第二回压阀14来控制所述岩心模型13内的压力；所述监视系统内的数据采集系统实时采集混相过程中摄像装置11拍摄的图像，以及所述压力测量装置9测得的压力数据和温度测量装置测得的温度数据。

上述实验测试结果如表1所示，对比本实施例的测试方法和其他测试方法的结果如表2所示。

表1co2与原油接触状态随压力变化情况

由表1可知，所测油藏原油在压力为10.3mpa时油气界面逐渐消失，开始出现混相，10.3mpa即为该油藏原油最小混相压力，测试时间2小时。所测油藏实际油藏压力为15.6mpa，驱替过程中co2可达到混相。

表2三种不同方法对同一油藏最小混相压力的测量结果

由表2可知，本实施例的测量方法测定最小混相压力的时间大大缩短，对比其他两种方法的13天和7天，本实施例的测量方法用时2小时即完成测量；三种方法所得最小混相压力值相近，可知本实施例的方法在缩短时间的前提下保证了测量质量。

本发明实施例的实验装置结构简单、测试方法操作简便，对比其他测试方法不仅保障了测试结果的准确、精准，更大幅缩短了测试时间，提高了实验效率。

本发明实施例的实验装置中，所述岩心模型是通过模拟油藏地层孔隙结构加工而成，实验原油和温度均与目标油藏相同，实验过程与真实的地层co2驱油过程相同，获得的数据与地层条件下更为接近，因而更加准确。

本发明实施例的实验装置中，采用微观可视化的岩心模型和监视系统，监视系统可实时采集混相过程的混相状态图片、压力及温度数据，实现原油与co2体系混相的动态可视化过程，驱替过程更为直观，根据监视系统显示的co2与原油的相界面状态，即可分析确定最小混相压力。