一种低渗透岩心时域动态CT扫描渗吸实验装置及实验方法与流程

本发明涉及一种低渗透岩心时域动态CT扫描的专用渗吸实验装置及实验方法，属于低渗透油藏渗吸驱油研究领域。

背景技术：

随着科学的发展，CT扫描技术已逐渐应用于石油工程低渗透油藏研究领域，随着CT扫描设备精度的不断提高，使得CT扫描低渗-特低渗岩心，提取内部三维空间微纳米孔喉信息成为可能。

低渗透油藏孔喉细小，毛细管作用力强，在水驱开发过程中，裂缝-基质间的渗吸作用是其重要的采油机理。利用CT扫描技术真实还原水驱过程中低渗岩心渗吸规律，描述剩余油微观赋存状态是剩余油挖潜的重要依据。

因此，有必要探索一种能够保持岩心位置稳定且可操作性强的高精度CT扫描渗吸实验装置与实验方法，揭示低渗砂岩渗吸过程中剩余油微观赋存状态变化，为深入研究低渗透油藏水驱开发过程中的基质渗吸动态规律提供重要科学依据。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种低渗透岩心时域动态CT扫描渗吸实验装置及实验方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种低渗透岩心时域动态CT扫描渗吸实验装置，包括CT扫描渗吸岩心模拟系统、岩心预处理供液系统、岩心预处理真空系统和CT扫描仪；所述CT扫描渗吸岩心模拟系统包括CT扫描岩心室和用于支撑CT扫描岩心室的岩心室支架，CT扫描岩心室包括岩心室外壳，在岩心室外壳内放置柱状岩心，在岩心室外壳的两端分别设置有用于柱状岩心轴向固定的第一端面固定顶针和第二端面固定顶针，在岩心室外壳的两侧分别设置有用于柱状岩心径向固定的第一径向固定块和第二径向固定块；所述岩心预处理供液系统包括中间容器，中间容器通过供液主管线与岩心室外壳内部连通；所述岩心预处理真空系统包括真空泵，真空泵通过抽真空管线与岩心室外壳内部连通，真空泵还连接排液管，在排液管的末端连接有液体回收罐；所述CT扫描仪对应设置在CT扫描渗吸岩心模拟系统的一侧。

优选的，该实验装置还包括岩心室温度控制系统，所述岩心室温度控制系统包括设置在岩心室外壳内部的温度控制器，温度控制器通过温度控制连线连接温度控制电源。

优选的，所述岩心室支架的顶部设置有托盘，CT扫描岩心室放置在托盘上，所述岩心室支架的底部设置有支架座。

优选的，所述第一端面固定顶针设置在第一端面固定帽上，第一端面固定帽与岩心室外壳的一端连接，在第一端面固定帽的中心设置有第一通孔，第一端面固定顶针的一端从第一通孔中穿过，在第一端面固定帽的外侧且对应第一通孔处设置有第一螺帽，第一端面固定顶针与第一螺帽螺纹连接；所述第二端面固定顶针设置在第二端面固定帽上，第二端面固定帽与岩心室外壳的另一端连接，在第二端面固定帽的中心设置有第二通孔，第二端面固定顶针的一端从第二通孔中穿过，在第二端面固定帽的外侧且对应第二通孔处设置有第二螺帽，第二端面固定顶针与第二螺帽螺纹连接。

优选的，所述岩心室外壳为两端开口的筒状结构，所述第一端面固定帽和第二端面固定帽分别与岩心室外壳的端部螺纹连接。

优选的，所述第一端面固定帽的内侧设置有第一端面密封，第一端面固定帽的外侧与第一螺帽之间设置有第一端面轴向密封；所述第二端面固定帽的内侧设置有第二端面密封，第二端面固定帽的外侧与第二螺帽之间设置有第二端面轴向密封。

优选的，所述第一径向固定块与第一径向固定螺栓螺纹连接，第二径向固定块与第二径向固定螺栓螺纹连接，第一径向固定螺栓和第二径向固定螺栓分别从岩心室外壳的侧面穿过，且均与岩心室外壳螺纹连接；所述第一径向固定块和第二径向固定块的截面呈弧形。

优选的，所述中间容器设置多个，每一中间容器均通过一输出管线与供液主管线连接，在供液主管线上还连接有多个供液支线，在每一供液支线上均设置一供液恒流泵，所述供液恒流泵的总个数与中间容器的总个数相等。

优选的，在供液主管线、输出管线、供液支线、抽真空管线和排液管上均设置有阀门。

一种低渗透岩心时域动态CT扫描渗吸实验方法，采用上述的实验装置，具体包括以下步骤：

步骤一、低渗透标准岩心钻取与物性标定：钻取系列低渗透砂岩岩心，标定岩心润湿性，正反测取气测孔渗数据，筛选不同渗透率且正反渗透率相近的系列低渗透标准岩心备用；

步骤二、CT专用小岩心钻取：选取润湿性确定正反渗透率接近的低渗透标准岩心，依据渗透率大小决定钻取直径，直径选取范围为0.05～1cm；

步骤三、CT专用小岩心的放置：将钻取的CT专用小岩心，放置于CT扫描渗吸岩心模拟系统内；首先，通过调节轴向的第一端面固定顶针与第二端面固定顶针进行轴向固定；其次，通过调节第一径向固定螺栓与第二径向固定螺栓进行径向固定；最后，依据实验要求，通过调节第一径向固定块与第二径向固定块，进行岩心区域边界封闭；

步骤四、设备连接：将岩心预处理供液系统、岩心预处理真空系统与CT扫描岩心室连接就绪；

步骤五、岩心干样CT扫描：模拟油藏条件，通过岩心室温度控制系统调节CT扫描岩心室温度，待温度稳定后，根据岩心渗透率大小，以区分图像孔喉清晰为基准，设定CT扫描相关参数，进行岩心干样CT扫描，获取孔喉三维信息；

步骤六、岩心饱和油预处理与CT扫描数据提取：打开真空泵与抽真空管线，关闭供液主管线，抽真空至负压0.1MPa，保持12h以上，然后关闭真空泵与抽真空管线，打开供液主管线和放置模拟油的其中一中间容器，待模拟油充满CT扫描岩心室后，将供液主管线阀门关闭，饱和12h后，进行CT扫描，提取渗吸前饱和油的三维空间信息；

步骤七、岩心渗吸过程CT扫描与数据提取：打开供液主管线、排液管、另一中间容器、及与该中间容器相对应的供液支线与供液恒流泵，将存有地层水、表面活性剂或生物酶渗吸介质的中间容器内的渗吸介质注入并充满CT扫描岩心室内，然后关闭所有管线，设定CT扫描仪器相关参数，进行多次CT扫描，获取单位时间内低渗砂岩不同渗吸介质侵入后，剩余油微观赋存状态与分布规律。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明提供的实验装置及方法可测量低渗-特低渗岩心在一定温度和压力下渗吸采油量随时间的变化关系，对比不同渗吸时间内低渗砂岩三维空间内微观剩余油富集规律，为深入研究低渗透油藏水驱开发过程中的基质渗吸动态规律提供重要科学依据。

2、本发明实验装置中测试岩心通过轴向的第一端面固定顶针、第二端面固定顶针轴向固定与径向的第一径向固定螺栓、第二径向固定螺栓的径向固定后，稳定性能好，在岩心室内岩心位置始终保持稳定，轴向与径向位移量不超过0.1mm；另外，所述的岩心室外壳与第一端面固定帽、第二端面固定帽螺纹连接，通过端面密封和端面轴向密封进行密封后，密封性能好。

3、本发明装置还包括岩心室温度控制系统，通过岩心室温度控制系统可自动调节岩心模拟系统内部温度。

4、本发明中间容器可为多个，中间容器内可存放地层水、表面活性剂、生物酶等渗吸介质，可研究CT扫描不同渗吸介质对低渗砂岩渗吸微观影响规律。

5、本发明通过调节第一径向固定块和第二径向固定块在测试岩心轴向的固定位置，还可控制测试岩心边界条件(即控制测试岩心与液体的接触面积)，用于研究不同边界条件低渗岩心渗吸规律。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明实验装置的整体结构示意图；

图2为本发明中CT扫描岩心室的分解图；

图3为测试岩心在岩心室外壳内部固定的结构示意图；

图4为本发明实验方法的流程图。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种低渗透岩心时域动态CT扫描渗吸实验装置，包括CT扫描渗吸岩心模拟系统、岩心预处理供液系统3、岩心预处理真空系统4和CT扫描仪5。所述CT扫描渗吸岩心模拟系统包括CT扫描岩心室1和用于支撑CT扫描岩心室1的岩心室支架2，CT扫描岩心室1包括岩心室外壳12，在岩心室外壳12内放置柱状测试岩心22，在岩心室外壳12的两端分别设置有用于柱状测试岩心轴向固定的第一端面固定顶针7和第二端面固定顶针17，在岩心室外壳12的两侧分别设置有用于柱状测试岩心22径向固定的第一径向固定块18和第二径向固定块20。所述岩心预处理供液系统3包括中间容器，中间容器通过供液主管线27与岩心室外壳12内部连通，在供液主管线27上设置有供液主管线阀门28。所述岩心预处理真空系统4包括真空泵24，真空泵24通过抽真空管线26与岩心室外壳12内部连通，在抽真空管线26上设置有真空管线阀门25。真空泵24还连接排液管41，在排液管41的末端连接有液体回收罐42，在排液管41上设置有排液管阀门40。所述CT扫描仪5对应设置在CT扫描渗吸岩心模拟系统的一侧。

作为对本发明的进一步设计，该实验装置还包括岩心室温度控制系统，所述岩心室温度控制系统包括设置在岩心室外壳内部的温度控制器23，温度控制器23通过温度控制连线43连接温度控制电源6。通过温度控制电源6可自动调节CT扫描渗吸岩心模拟系统内部温度。

更进一步的，所述岩心室支架2的顶部设置有托盘34，CT扫描岩心室1放置在托盘34上，所述岩心室支架的底部设置有支架座33。该结构可将CT扫描岩心室1支撑到相应位置处，同时具有较好的稳固性。

进一步的，所述第一端面固定顶针7设置在第一端面固定帽10上，第一端面固定帽10与岩心室外壳12的一端连接，在第一端面固定帽10的中心设置有第一通孔，第一端面固定顶针7的一端从第一通孔中穿过，在第一端面固定帽10的外侧且对应第一通孔处设置有第一螺帽8，第一端面固定顶针7与第一螺帽8螺纹连接。所述第二端面固定顶针17设置在第二端面固定帽14上，第二端面固定帽14与岩心室外壳12的另一端连接，在第二端面固定帽14的中心设置有第二通孔，第二端面固定顶针17的一端从第二通孔中穿过，在第二端面固定帽14的外侧且对应第二通孔处设置有第二螺帽16，第二端面固定顶针17与第二螺帽16螺纹连接。

更进一步的，所述岩心室外壳为12两端开口的筒状结构，所述第一端面固定帽10和第二端面固定帽14分别与岩心室外壳12的端部螺纹连接。

进一步的，所述第一端面固定帽10的内侧设置有第一端面密封11，第一端面固定帽10的外侧与第一螺帽8之间设置有第一端面轴向密封9。所述第二端面固定帽14的内侧设置有第二端面密封13，第二端面固定帽14的外侧与第二螺帽16之间设置有第二端面轴向密封15。

更进一步的，所述第一径向固定块18与第一径向固定螺栓19螺纹连接，第二径向固定块20与第二径向固定螺栓21螺纹连接。第一径向固定螺栓19和第二径向固定螺栓21分别从岩心室外壳12的上下两侧面穿过，且均与岩心室外壳12螺纹连接。所述第一径向固定块18和第二径向固定块20的截面呈弧形。

本发明实验装置中测试岩心通过轴向的第一端面固定顶针7、第二端面固定顶针17轴向固定与径向的第一径向固定螺栓19、第二径向固定螺栓21的径向固定后，稳定性能好，在岩心室内岩心位置始终保持稳定，轴向与径向位移量不超过0.1mm。同时，本发明通过调节第一径向固定块和第二径向固定块在测试岩心轴向的固定位置，还可控制测试岩心边界条件，用于研究不同边界条件低渗岩心渗吸规律。

更进一步的，所述中间容器设置两个，分别为第一中间容器32和第二中间容器31，第一中间容器32通过第一输出管线与供液主管线27连接，在第一输出管线上设置有第一输出管线阀门30；第二中间容器31通过第二输出管线与供液主管线27连接，在第二输出管线上设置有第二输出管线阀门29。在供液主管线27上还连接有供液分支主线，在供液分支主线上设置有供液分支主阀门35，供液分支主线分别连接两个供液支线，分别为第一供液支线和第二供液支线，第一供液支线连接第一供液恒流泵39，在第一供液支线上设置有第一供液支线阀门37，第二供液支线连接第二供液恒流泵38，在第二供液支线上设置有第二供液支线阀门36。

如图4所示，一种低渗透岩心时域动态CT扫描渗吸实验方法，包括以下步骤：

步骤一、低渗透标准岩心钻取与物性标定：钻取直井为2.5cm的系列低渗砂岩岩心，标定岩心润湿性，正反测取气测孔渗数据，筛选不同渗透率且正反渗透率相近的系列低渗透标准岩心备用。

步骤二、CT专用小岩心钻取：选取正反渗透率接近的标准岩心，依据渗透率大小决定钻取直径，直径选取范围可为0.05～1cm。

步骤三、CT专用小岩心的放置：将钻取的CT专用小岩心，放置于CT扫描渗吸岩心模拟系统内，首先，通过调节轴向的第一端面固定顶针7与第二端面固定顶针17进行轴向固定。其次，通过调节第一径向固定螺栓19与第二径向固定螺栓21进行径向固定。最后，依据实验要求，通过调节第一径向固定块18与第二径向固定块20，进行岩心区域边界封闭，选择岩心边界半封闭或全封闭。

步骤四、设备连接：将岩心预处理供液系统3、岩心预处理真空系统4与CT扫描岩心室1连接就绪。

步骤五、岩心干样CT扫描：模拟油藏条件，调节CT扫描岩心室1温度，待温度稳定后，根据岩心渗透率大小，以区分图像孔喉清晰为基准，设定CT扫描相关参数，进行岩心干样CT扫描，获取孔喉三维信息。

步骤六、岩心饱和油预处理与CT扫描数据提取：打开真空泵24与真空管线阀门25，关闭供液主管线阀门28和供液分支主阀门35，抽真空至负压0.1MPa，保持12h以上，然后关闭真空泵24与真空管线阀门25，打开与放置模拟油的第一中间容器32连接的第一输出管线阀门30与供液主管线阀门28，待模拟油充满CT扫描岩心室1后，将第一输出管线阀门30与供液主管线阀门28关闭。饱和12h后，进行CT扫描，提取渗吸前饱和油的三维空间信息。

步骤七、岩心渗吸过程CT扫描与数据提取：打开供液管线主阀门28、排液管阀门40、与第二中间容器31连接的第二输出管线阀门29、第二供液恒流泵38与第二供液支线阀门36，将存有地层水、表面活性剂或生物酶渗吸介质的第二中间容器31内的渗吸介质注入并充满CT扫描岩心室1内，然后关闭所有阀门与真空泵和第二供液恒流泵。设定CT扫描仪器相关参数，进行多次CT扫描，获取不同时间内低渗砂岩渗吸介质侵入后，剩余油微观赋存状态与分布规律。

本发明方法可监测低渗-特低渗岩心在一定温度与压力下的微观孔隙内剩余油随时间的渗吸变化规律，为深入研究低渗透油藏水驱开发过程中的基质渗吸动态规律提供重要科学依据。

本发明中柱状测试岩心22可通过巴西劈缝仪，进行裂缝处理，或利用润湿反转剂进行处理，用于研究裂缝性不同润湿性岩心CT扫描时域动态渗吸研究。

本发明实验装置中CT扫描岩心室可承压5MPa，以用于研究高压下CT扫描岩心渗吸规律。

上述方式中未述及的有关技术内容采取或借鉴已有技术即可实现。

需要说明的是，在本说明书的教导下，本领域技术人员所作出的任何等同替代方式，或明显变型方式，均应在本发明的保护范围之内。