CN103471966A - 油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置及方法，其中的测试装置包括反应管（10），反应管（10）的两端均设有端盖总成（11），反应管（10）内设有石英砂（12），反应管（10）上设有加热装置（13）和温控装置（14），反应管（10）上还设有多个取样口（15）。该油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置及方法能够真实模拟油气藏条件，实现索瑞特效应的测量，使深入研究重力作用对扩散过程的影响成为可能，为准确计算及规律的显现奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发实验技术领域，特别是一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特（Soret）参数的测试装置，还是一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法。
背景技术
索瑞特效应（Soret effect）是流体扩散研究中的重要现象，它是指：在双组分混合物中，由于温差作用使一种分子由低温区向高温区迁移，另一种分子由高温区向低温区迁移。索瑞特参数用来描述这种由温差引起的组分扩散性能，定义如下：
式中：ST--索瑞特参数；C1--组分1的浓度；
微小温差作用下的浓度改变量。
Soret效应已在许多领域给予研究，目前随着CO2埋存与利用研究项目的广泛开展，多孔介质内的Soret效应对CO2埋存过程中组分的扩散作用需要定量分析。在实际研究过程中，Soret效应和重力作用是无法分离的，因而中国及欧洲研究者合作拟开展微重力条件下的Soret效应组分扩散研究，从而将Soret效应和重力作用定量的区分开。由于太空实验空间的限制，实验装置不能过大，只能选用较小的容器，无法模拟多孔介质内的组分扩散情况；在地面实验室，已有一些研究者分析了多孔介质内的组分扩散过程，分析以数值模拟方法为主，实验测试工作很少。在较少的实验中，又以简单模型为主，未充分考虑地层条件的影响。以上两种状况，使得油气藏条件下的组分扩散研究无法精确分析Soret效应或重力作用。
发明内容
为了解决现有的实验设备和方法无法精确分析油气藏条件下的组分扩散的索瑞特效应或重力作用的技术问题，本发明人提供了一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置及方法。该油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置及方法能够真实模拟油气藏条件，实现索瑞特效应的测量，使深入研究重力作用对扩散过程的影响成为可能。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，包括反应管，反应管的两端均设有端盖总成，反应管内设有石英砂，反应管上设有加热装置和温控装置，反应管上还设有多个取样口。
反应管包括分别设置在反应管两端的端部钢筒和设置在反应管中部的中间钢筒，端部钢筒和中间钢筒之间通过隔热短节连接。
隔热短节为筒形，隔热短节包括承压外筒和套接在承压外筒内的隔热内筒，端部钢筒和中间钢筒均与隔热内筒密封连接。
端盖总成包括外盖和密封插接于外盖的内柱塞，外盖和内柱塞均与端部钢筒密封连接，内柱塞内设有能够与端部钢筒的内部连通的内通孔。
在反应管内，取样口处设有丝网垫，丝网垫的直径等于反应管的内径。
丝网垫含有多层丝网，所述丝网的孔径小于石英砂的粒径。
加热装置设置在一个端部钢筒上，温控装置设置在另一个端部钢筒上。
一个端盖总成连接有用于向反应管内注入原油样品的第一注入装置，另一个端盖总成连接有用于向反应管内注入补充液的第二注入装置。
一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法，包括以下步骤：
步骤一：用上述的第一注入装置向上述的反应管内注入原油样品，用上述的第二注入装置向该反应管内注入补充液；
步骤二：使该反应管一端的温度低于该反应管另一端的温度；
步骤三：在上述所述的取样口取样；
步骤四：在不同的时刻重复步骤三。
在步骤一和步骤二之间，使该反应管静置一天，检测该反应管的密封性。
本发明的有益效果是：
1.真实模拟油气藏孔隙介质内的流体组分浓度变化情况；
2.测试方法严格控制了外壁温度传导对内部扩散作用的影响；
3.测试方法可适应测试时间久、扩散作用微弱的过程；
4.测试方法能有效分析重力作用的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置作进一步详细的描述。
图1是油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置的结构示意图。
图2是反应管的结构示意图。
图3是隔热短节的结构示意图。
图4是端盖总成的结构示意图。
图5是现有方法与本发明提供的方法在反应管内不同位置的温度分布图。
图6是现有方法与本发明提供的方法在反应管内不同位置的浓度分布图。
其中10.反应管，101.端部钢筒，102.中间钢筒，11.端盖总成，111.外盖，112.内柱塞，12.石英砂，13.加热装置，131.制热循环，132.加热温控器，14.温控装置，141.流体循环盘管，142.加热温控器，143.制冷温控器，15.取样口，16.隔热短节，161.承压外筒，162.隔热内筒，17.丝网垫，18.第一注入装置，181.中间容器，19.第二注入装置，191.中间容器，21.阀门，22.保温罩，23.支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置进行详细说明。一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，包括反应管10，反应管10的两端均设有端盖总成11，反应管10内设有石英砂12，反应管10上设有加热装置13和温控装置14，反应管10上还设有多个取样口15，如图1和图2所示。
长筒形的反应管10内部填满石英砂12，石英砂12压实后模拟油气藏内流体分布的多孔空间。为保证温差热量在孔隙介质间传导，在反应管的两端分别加装了隔热管，反应管主体内壁喷涂硅橡胶隔热层，反应管外壁加保温罩22，使反应管10内部温度变化不受环境温度影响。中间容器181中装有原油样品，中间容器191中装有补充液，在反应管10水平放置时，密度较重的补充液占据下部空间，它不仅起到恒定反应压力的作用，而且通过补充液的不断增加，相应消减重力的影响程度。反应管10设置在支架23上，反应管10能够以水平方向为轴旋转，当反应管10竖直放置时，可有效监测到重力效应的作用程度。反应管10有7个取样口15，保持压力恒定的条件下取样，分析流体组分变化情况，即可测得不同时刻、不同位置的Soret参数。
具体的，反应管10包括分别设置在反应管10两端的端部钢筒101和设置在反应管10中部的中间钢筒102，端部钢筒101和中间钢筒102之间通过隔热短节16连接，如图2所示。中间钢筒102的内壁打磨后喷涂硅橡胶隔热涂层，反应管10有7个取样口15，中间钢筒102上均匀分布5个取样口15。另外两个取样口15设置在反应管10的两端，该两个取样口15可以兼具注入或产出功能。
隔热短节16为筒形，隔热短节16包括承压外筒161和套接在承压外筒161内的隔热内筒162，端部钢筒101和中间钢筒102均与隔热内筒162密封连接，如图3所示。承压外筒161是具有内丝扣的钢管，隔热内筒162的材料为隔热性能良好且具有较好机械强度的peek材料，隔热内筒162的内部有O型圈卡槽和内丝扣，隔热内筒162的两端分别与端部钢筒101和中间钢筒102密封插接，O型圈可以保证***的密封。隔热内筒162外侧具有外丝扣，隔热内筒162与承压外筒161为螺纹连接配合，这样可以使反应管10承压能力更加可靠。
端盖总成11包括外盖111和密封插接于外盖111的内柱塞112，外盖111和内柱塞112均与端部钢筒101密封连接，内柱塞112内设有能够与端部钢筒101的内部连通的内通孔。内柱塞112内具有2重O型圈密封，以适应反应时间长的组分的扩散过程，如图4所示。
在反应管10内，取样口15处设有丝网垫17，丝网垫17的厚度为1mm，丝网垫17的直径等于反应管10的内径。丝网垫17内的原油渗流阻力远低于孔隙介质内的原油渗流阻力，这样可以使取样过程平稳，对丝网垫17附近孔隙内的原油造成的扰动尽量小。
丝网垫17含有多层丝网，所述丝网的孔径略小于石英砂12的粒径，丝网可以为金属丝网。在本实施例中，丝网垫17采用3层200目的铜丝网。另外，取样口15具有2个功能，一是放置测温探针，二是定期提取原油样品。
反应管10含有两个端部钢筒101，加热装置13设置在一个端部钢筒101上，温控装置14设置在另一个端部钢筒101上。如图1所示，加热装置13设置在反应管10的右侧，温控装置14设置在反应管10的左侧。
加热装置13包括制热循环131和加热温控器132构成，加热温控器132的控温范围：常温～100℃。与制热循环131相接触的端部钢筒101的内壁无隔热涂层。制热循环131采用水循环，以适应对温控稳定性的高精要求。温控装置14包括流体循环盘管141、加热温控器142和制冷温控器143，该温控装置14具有制冷功能，控温范围：-20℃～100℃。与流体循环盘管141相接触的端部钢筒101的内壁无隔热涂层。采用耐低温流体循环，以适应对温控稳定性的高精要求。
另外，一个端盖总成11连接有用于向反应管10内注入原油样品的第一注入装置18，另一个端盖总成11连接有用于向反应管10内注入补充液的第二注入装置19。具体的，一个端盖总成11与中间容器181连接，中间容器181与第一注入装置18连接，另一个端盖总成11与中间容器191连接，中间容器191与第二注入装置19连接，第一注入装置18和第二注入装置19为注入泵，补充液为水。
一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法，所述油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法包括以下步骤：
普通原油多数由C1-C30（普通原油C30以上组分含量很低，沥青质原油除外）多组分组成，研究原油不同组分在孔隙介质内的浓度变化是组分扩散、渗流机理的深入分析。利用上述方法及装置，在尽量减小重力影响时，采用反应管水平放置的方式，测量原油不同组分的Soret参数。若分析重力作用，采用反应管竖直放置的方式。
步骤一：用上述的第一注入装置18向反应管10内注入原油样品，用第二注入装置19向该反应管10内注入补充液。具体的，首先按照设计要求，如图1所示，将石英砂12填压入反应管10内，安装后做水平调整。抽真空后，用第一注入装置18将准备好的原油样品经中间容器181注入反应管10内。装有补充液，如蒸馏水的中间容器191也与反应管连通，用第二注入装置19向该反应管10内注入补充液，使第一注入装置18与第二注入装置19保持相同压力，校准温度探针。
步骤二：使该反应管10一端的温度低于该反应管10另一端的温度；如在确保温度探针测量温度相同的前提下，反应管两侧同时提供稳定的热源控制；例如：左侧60℃，右侧30℃。确认保温罩有效，减少环境温度的干扰。
步骤三：在7个取样口15取样；在第二注入装置19保持恒压功能的前提下，取样动作要求平稳，阀门开启量很小。取样后立刻进行组分浓度分析。
步骤四：在不同的时刻重复步骤三。
直至实验结束。流程、设备整理。按照背景技术中的公式一计算，得到不同时间点、不同位置的Soret参数。
另外，在步骤一和步骤二之间，需要使该反应管10静置一天，检测该反应管10的密封性。具体是，样品压力达到设计压力，如40MPa时，关闭反应管10两端的阀门21。反应管10静置1天，观察压力是否稳定，杜绝微渗现象。出现微渗状况时，渗漏点附近将出现微小压差，压差对组分扩散、运移造成的扰动远大于温差的作用，因而杜绝微渗是要求严格控制的。
该油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法与常规容器内的实验方法比较，本发明具有以下优点：
1.真实模拟油气藏孔隙介质内的流体组分浓度变化情况；
2.测试方法严格控制了外壁温度传导对内部扩散作用的影响；
3.测试方法可适应测试时间久、扩散作用微弱的过程；
4.测试方法能有效分析重力作用的影响。
下面介绍该油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法与现有方法的试验结果对比。
实验内容：40MPa条件下，两端温度分别为30℃和60℃；原油组分中C1-C30含量占99.9mol%，其中C1含量为24.6%。
采用反应管水平放置的方式，实验操作过程如前述。在反应管0cm（30℃）、33cm、50cm、66cm、84cm和100cm（60℃）处取样分析C1含量。图5列出了温度稳定后不同位置温度测试情况，常规方法受容器筒壁导热的影响，测量的温度值偏高，且在中间位置易出现凹段。温度曲线呈非线性变化。而本发明提供的方法的隔热短节及外筒内的涂层设计，使温度曲线成线性分布，使测试结果与理论相接近。
图6列出了tx时刻C1含量随距离变化情况，常规方法在温度低端C1含量具有跳跃性，新方法则显示出较好的平稳性。这种差异显然是测试方法不同引起的，新方法提供的数据为Soret参数的准确计算及规律的显现奠定了基础。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。
Claims (10)
1.一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于，所述油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置包括反应管（10），反应管（10）的两端均设有端盖总成（11），反应管（10）内设有石英砂（12），反应管（10）上设有加热装置（13）和温控装置（14），反应管（10）上还设有多个取样口（15）。
2.根据权利要求1所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：反应管（10）包括分别设置在反应管（10）两端的端部钢筒（101）和设置在反应管（10）中部的中间钢筒（102），端部钢筒（101）和中间钢筒（102）之间通过隔热短节（16）连接。
3.根据权利要求2所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：隔热短节（16）为筒形，隔热短节（16）包括承压外筒（161）和套接在承压外筒（161）内的隔热内筒（162），端部钢筒（101）和中间钢筒（102）均与隔热内筒（162）密封连接。
4.根据权利要求2所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：端盖总成（11）包括外盖（111）和密封插接于外盖（111）的内柱塞（112），外盖（111）和内柱塞（112）均与端部钢筒（101）密封连接，内柱塞（112）内设有能够与端部钢筒（101）的内部连通的内通孔。
5.根据权利要求1所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：在反应管（10）内，取样口（15）处设有丝网垫（17），丝网垫（17）的直径等于反应管（10）的内径。
6.根据权利要求5所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：丝网垫（17）含有多层丝网，所述丝网的孔径小于石英砂（12）的粒径。
7.根据权利要求2所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：加热装置（13）设置在一个端部钢筒（101）上，温控装置（14）设置在另一个端部钢筒（101）上。
8.根据权利要求1所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试装置，其特征在于：一个端盖总成（11）连接有用于向反应管（10）内注入原油样品的第一注入装置（18），另一个端盖总成（11）连接有用于向反应管（10）内注入补充液的第二注入装置（19）。
9.一种油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法，其特征在于：所述油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法包括以下步骤：
步骤一：用权利要求8所述的第一注入装置（18）向权利要求1～8中任意一项所述的反应管（10）内注入原油样品，用权利要求8所述的第二注入装置（19）向该反应管（10）内注入补充液；
步骤二：使该反应管（10）一端的温度低于该反应管（10）另一端的温度；
步骤三：在权利要求1～8中任意一项所述的取样口（15）取样；
步骤四：在不同的时刻重复步骤三。
10.根据权利要求9所述的油气藏孔隙介质内流体索瑞特参数的测试方法，其特征在于：在步骤一和步骤二之间，使该反应管（10）静置一天，检测该反应管（10）的密封性。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JPS62122122A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-03 | Nec Corp | 不純物拡散方法 |
| JPH05152231A (ja) * | 1991-11-28 | 1993-06-18 | Kokusai Electric Co Ltd | 縦型拡散・ｃｖｄ装置における炉内温度分布プロフアイル測定方法 |
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2013
- 2013-08-01 CN CN201310331985.1A patent/CN103471966B/zh active Active
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