一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置及方法
【专利摘要】一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置，包括地层条件模拟系统、岩心饱和流体系统、二氧化碳注入系统和二氧化碳计量系统。本发明还提供的测量二氧化碳驱油过程中二氧化碳滞留率方法，能够独立完成二氧化碳驱油过程中二氧化碳阶段滞留率及最终滞留率的测量。该方法采用三维岩心作为岩心样品，大小可调，可以根据相似原理设计模拟出二氧化碳在油藏中的实际滞留过程。二氧化碳的注入速度、模拟地层温度、模拟地层压力和岩心样品饱和的流体特征可调，具有普适性。测量过程方便、易操作。
【专利说明】一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置及方法，属于油气田开发的
【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 由于人类在工业生产以及其他活动中对化石能源的大量使用，温室气体排放量 (尤其是二氧化碳）日益增加，由此引发的全球气候变暖问题日益严峻。氧化碳捕集与埋存 (CO2CaptureandStorage)技术作为一种行之有效的二氧化碳减排方案，受到各国专家的 重视。二氧化碳地质埋存的主要方式包括油气藏埋存、深部盐水层埋存、煤层埋存以及深海 埋存等。相对于其它埋存方式，油层的勘探与开发程度更高，地质资料更加详实。同时，将二 氧化碳作为驱油剂注入油气藏将能显著提高油气采收率，进而实现二氧化碳减排和利用的 双赢。因此在二氧化碳驱油的同时，实现注入二氧化碳在油气藏中的埋存是目前最经济、最 可行的埋存技术。二氧化碳地质埋存主要考虑以下因素：（1)位于地质构造稳定区域；（2) 储层孔隙度和渗透率高，有一定的存储能力；(3)上覆不透气盖层。由于油气藏一般处于地 质构造稳定地区，圈闭较为发育，若要实施该技术，应该对二氧化碳驱油过程中，注入二氧 化碳在油气藏中的滞留潜力进行评价，对二氧化碳在油藏中的存储容量进行初步了解。
[0003] 目前对二氧化碳在油气藏中的埋存潜力的评价主要采用油藏工程方法和数值模 拟方法进行理论分析。缺乏针对某一油气藏具体地质条件的室内模拟实验评价，尤其是二 氧化碳驱与二氧化碳地质油气藏埋存同时进行的物理模拟实验及评价方法。
[0004] 中国专利CN202102631U涉及一种地质埋存条件下二氧化碳迀移物理模拟平台， 它包括模型系统，模型系统上端通过阀门连接有注入驱替系统和真空控制系统，注入驱替 系统下端通过阀门连接有回压控制系统，回压控制系统下端设有出口计量系统。本实用新 型结构简单，实现了对二氧化碳地质埋存过程的模拟，精确的计算出岩石样品的残余水饱 和度参数和岩石样品在地下水逆流后被圈闭的二氧化碳饱和度参数。该对比专利可以模拟 二氧化碳在水层及二氧化碳在废弃油气藏中的地质埋存过程。但缺乏对二氧化碳驱油过程 的模拟，难以评价在二氧化碳驱油过程中，注入二氧化碳在油气藏中埋存潜力。该对比专利 采用实验流体驱替出被圈闭的二氧化碳，进而计算被圈闭的二氧化碳饱和度参数，忽略了 埋存过程中二氧化碳在实验流体中的溶解，而在地质条件下，二氧化碳在实验流体中的溶 解量极大。
【发明内容】
[0005] 发明概述
[0006] 针对以上的技术不足，本发明提供了一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置。
[0007] 本发明还提供了一种利用上述装置测量二氧化碳驱油过程中二氧化碳滞留率的 方法。本发明能够模拟油气藏具体地质条件下二氧化碳驱油过程的前提下，同时测量相应 条件下二氧化碳的滞留率。本发明通过计量二氧化碳驱油过程中注入岩心样品二氧化碳体 积与排出二氧化碳体积之差计算二氧化碳的滞留率，可得到二氧化碳驱油过程中，二氧化 碳的实时滞留率，即二氧化碳的阶段滞留率，以及驱油过程结束后二氧化碳最终滞留率的 精确值。
[0008] 术语解释：
[0009] 1.二氧化碳的最终滞留率：二氧化碳注入过程中，留存于地层岩心中二氧化碳的 总质量与注入二氧化碳总质量的比率，表征地层岩石的二氧化碳埋存潜力。
[0010] 2.二氧化碳的阶段滞留率：二氧化碳注入过程中，某一时刻留存于地层岩心中二 氧化碳的质量与注入二氧化碳质量的比值。
[0011] 3.PV:注入孔隙体积倍数，即注入岩心样品的流体体积与岩心样品孔隙体积的比 值，IPV即表示注入岩注入岩心样品的流体体积与岩心样品孔隙体积的比值为1。
[0012] 4.气体突破时间：二氧化碳驱油过程中，岩心夹持器出口段开始产出二氧化碳气 体时的时间。
[0013] 发明详述
[0014] 本发明的技术方案如下：
[0015] 一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置，包括地层条件模拟系统、岩心饱和流 体系统、二氧化碳注入系统和二氧化碳计量系统；
[0016] 所述地层条件模拟系统包括：岩心样品10,岩心夹持器11，恒温箱12,手摇泵14， 回压阀15,回压气罐21，第一测压点8、第二测压点9、第三测压点13、第四测压点20 ;
[0017] 所述岩心饱和流体系统包括：地层水罐2、地层油罐3、六通阀5和六通阀6 ;
[0018] 所述二氧化碳注入系统包括：二氧化碳气瓶1、二氧化碳气罐4和平流泵7 ;
[0019] 所述二氧化碳计量系统包括：分离瓶16、精密天平17、干燥管18和气体流量计 19 ；
[0020] 所述二氧化碳气瓶1与二氧化碳气罐4顶部出口通过六通阀5连接：用以为二氧 化碳气罐注入二氧化碳；所述平流泵7与地层水罐2、地层油罐3和二氧化碳气罐4底部出 口通过六通阀6连接；所述地层水罐2、地层油罐3和二氧化碳气罐4内均设置有活塞；所 述平流泵7通过向地层水罐2底部泵入蒸馏水推动其中活塞将地层水罐2内活塞以上的地 层水驱出；所述岩心样品10置于岩心夹持器11中；所述岩心夹持器11入口端与地层水罐 2、地层油罐3和二氧化碳气罐4顶部通过六通阀5连接，并接入第一测压点8监测入口压 力；所述岩心夹持器11环压端与手摇泵14连接，手摇泵14通过泵入蒸馏水挤压岩心夹持 器11中的橡胶套为岩心样品10加环压，并连入第三测压点13监测环压；所述岩心夹持器 11出口端与回压阀15入口端连接，并连入第二测压点9监测出口压力；所述回压阀15回 压端与回压气罐21连接，并连入第四测压点20监测回压；所述回压阀15出口端通过软管 连入顶部通过双孔活塞密封的分离瓶16,分离瓶16置于精密天平17上，并通过软管连入干 燥管18 ;所述干燥管18与气体流量计19相连；所述回压气罐21内充有固定压力的氮气； 所述地层水罐2、地层油罐3、二氧化碳气罐4、岩心夹持器11和回压阀15均置于恒温箱12 内；所述第一测压点8、第二测压点9、第三测压点13、第四测压点20均接入电脑用于实时 自动采集和记录压力。
[0021] 一种利用上述装置测量二氧化碳驱油过程中二氧化碳滞留率的方法，包括步骤如 下：
[0022] (1)对岩心夹持器11烘干；
[0023] (2)将目标油气藏钻井取心得到的岩样或对应地层层位的露头岩石切割成长方体 作为装填岩心样品10,将岩心样品10烘干称重记做mi，测量所述岩心样品10长a，宽b，高c，并置于岩心夹持器11中；
[0024] (3)将岩心夹持器11抽真空6_7h;
[0025] (4)使用平流泵7将地层水罐2中的地层水泵入岩心夹持器11，并加压至 9-llMPa，维持5-7h;取出岩心样品10称重记做m2，并重新置于岩心夹持器11中；
[0026] 其孔隙度⑦表达式：
[0027]
【权利要求】
1. 一种测量二氧化碳驱油过程滞留率的装置，包括地层条件模拟系统、岩心饱和流体 系统、二氧化碳注入系统和二氧化碳计量系统； 所述地层条件模拟系统包括：岩心样品（10)，岩心夹持器（11)，恒温箱（12)，手摇泵 (14)，回压阀（15)，回压气罐（21)，第一测压点（8)、第二测压点（9)、第三测压点（13)、第四 测压点（20); 所述岩心饱和流体系统包括：地层水罐（2)、地层油罐（3)、六通阀（5)和六通阀（6); 所述二氧化碳注入系统包括：二氧化碳气瓶（1)、二氧化碳气罐（4)和平流泵（7); 所述二氧化碳计量系统包括：分离瓶（16)、精密天平（17)、干燥管（18)和气体流量计 (19) ； 所述二氧化碳气瓶（1)与二氧化碳气罐（4)顶部出口通过六通阀（5)连接：用以为二 氧化碳气罐注入二氧化碳；所述平流泵（7)与地层水罐（2)、地层油罐（3)和二氧化碳气罐 (4)底部出口通过六通阀（6)连接；所述地层水罐（2)、地层油罐（3)和二氧化碳气罐（4) 内均设置有活塞；所述平流泵（7)通过向地层水罐（2)底部泵入蒸馏水推动其中活塞将地 层水罐⑵内活塞以上的地层水驱出；所述岩心样品（10)置于岩心夹持器（11)中；所述 岩心夹持器（11)入口端与地层水罐（2)、地层油罐（3)和二氧化碳气罐（4)顶部通过六通 阀（5)连接，并接入第一测压点（8)监测入口压力；所述岩心夹持器（11)环压端与手摇泵 (14)连接，手摇泵（14)通过泵入蒸馏水挤压岩心夹持器（11)中的橡胶套为岩心样品（10) 加环压，并连入第三测压点（13)监测环压；所述岩心夹持器（11)出口端与回压阀（15)入 口端连接，并连入第二测压点（9)监测出口压力；所述回压阀（15)回压端与回压气罐（21) 连接，并连入第四测压点（20)监测回压；所述回压阀（15)出口端通过软管连入顶部通过 双孔活塞密封的分离瓶（16)，分离瓶（16)置于精密天平（17)上，并通过软管连入干燥管 (18);所述干燥管（18)与气体流量计（19)相连；所述回压气罐（21)内充有固定压力的氮 气；所述地层水罐（2)、地层油罐（3)、二氧化碳气罐（4)、岩心夹持器（11)和回压阀（15)均 置于恒温箱（12)内；所述第一测压点（8)、第二测压点（9)、第三测压点（13)、第四测压点 (20) 均接入电脑用于实时自动采集和记录压力。
2. -种利用如权利要求1所述装置测量二氧化碳驱油过程中二氧化碳滞留率的方法， 其特征在于，包括步骤如下： (1) 对岩心夹持器（11)烘干； (2) 将目标油气藏钻井取心得到的岩样或对应地层层位的露头岩石切割成长方体作为 装填岩心样品（10)，将岩心样品（10)烘干称重记做mi，测量所述岩心样品（10)长a，宽b， 高c，并置于岩心夹持器（11)中； (3) 将岩心夹持器（11)抽真空6-7h; (4) 使用平流泵（7)将地层水罐（2)中的地层水泵入岩心夹持器（11)，并加压至 9-llMPa，维持5-7h;取出岩心样品（10)称重记做叫，并重新置于岩心夹持器（11)中； 其孔隙度P表达式：
式Q)中，P~为地层水密度； (5) 使用平流泵（7)分别以力和2^的泵入速度将地层水罐（2)的地层水泵入岩心夹 持器（11)中，并使用第一测压点⑶分别记录岩心夹持器（11)入口端压力曲线，取两种泵 入速度下压力曲线稳定段的压力值pjPp2，其中，所述压力曲线稳定段是指压力曲线上压 力值的波动在±0. 5%，持续30min及以上的区段； 其水测渗透率k表达式（ii):
式（ii)中，U为地层水粘度； (6) 使用平流泵（7)以0.01?0.lml/min速度将地层油罐（3)中的地层油泵入岩心夹 持器（11)，直至注入地层油的体积达到2PV后停止；计量驱出地层水的体积V1; 其含油饱和度S。表达式（iii):
(7) 打开二氧化碳气瓶⑴向二氧化碳气罐⑷中注入二氧化碳，至第一测压点⑶示 数不再发生变化后停止注入； (8) 利用恒温箱（12)对岩心夹持器（11)及二氧化碳气罐⑷进行加热，恒温至要模拟 地层温度1\，待用； (9) 观察第一测压点（8)示数，通过平流泵（7)和二氧化碳气罐顶部阀门调节二氧化碳 气罐（4)压力至要模拟地层压力P(l，并记录此时二氧化碳气罐中二氧化碳的体积％，同时调 节回压阀（15)的压力至模拟地层压力，待用； (10) 通过平流泵（7)以速度v将二氧化碳气罐（4)中二氧化碳泵入岩心夹持器（11) 中，并记录泵入的初始时间h，使用电脑记录&时刻第一测压点（8)的压力示数Pi，并监测 第二测压点（9)、第三测压点（13)、第四测压点（20)的压力示数；同时，通过手摇泵（14)控 制岩心夹持器（11)的环压，使其始终比二氧化碳的注入压力大2?3MPa; (11) 使用气体流量计（19)记录&时刻，排出二氧化碳的体积Vp并记录气体突破时间 tb; (12) 待分离瓶（16)中不再有原油产出，且精密天平（17)的示数不再发生变化后，关闭 平流泵（7)，并记录时间t;记录此时二氧化碳气罐⑷中二氧化碳的压力pt，排出二氧化碳 的总体积Vt及室温T2; (13) 计算二氧化碳滞留率； 气体状态方程： pV=ZnRT(iv) 式中 p-气体压力，Pa; V-气体体积，m3; Z-压缩因子； n-气体物质的量，mol; R-气体常数，8. 314m3 ?Pa?IT1 ?mor1;
【文档编号】G01N33/00GK104483449SQ201410747382
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】李松岩, 李兆敏, 董全伟, 李宾飞, 张超, 张习斌 申请人:中国石油大学(华东)