CN105715239A - 可视化纳米磁流体平板驱油实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可视化纳米磁流体平板驱油实验装置及实验方法。可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，包括：中间容器、填砂平板、平板夹持器、磁场发生器、注入端压力表、采出端压力表、流体计量器、真空泵，填砂平板由平板夹持器固定，在填砂平板上不同位置钻眼并套上橡胶管用来模拟井点；中间容器通过驱替液输送管线与填砂平板注入端相连，流体计量器及真空泵通过采出液输送管线与填砂平板采出端相连；磁场发生器布置于填砂平板四周。本发明提供的实验装置结构简单、布设方便，能够模拟不同非均质特征多孔介质驱油过程，实验过程及结果可为油田实施纳米磁流体驱油、进一步挖潜剩余油提供可靠的技术依据，具有一定的指导及借鉴意义。
Description
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种可视化纳米磁流体平板驱油实验装置及实验方法。
背景技术
注水开发是保持地层压力、提高原油采收率的最有效且应用最广的方法。但是由于长期注水冲刷形成的注采井之间的“优势通道”以及油藏复杂地质因素使得注入水并未能按照预期的驱替路径流动，导致波及范围小、驱替效率低、原油动用程度低，也是注水开发后期油井高含水的一个重要影响因素。如何进一步提高采收率已成为亟待解决的难题。目前国内外提高采收率方法包括热力方法、化学方法、注气方法及微生物法等，其驱油机理主要为降低驱替液与原油流度比、界面张力从而提高驱替波及范围、洗油效率，但以上方法并不能有效解决油藏非均质性、复杂构造等因素造成驱替效率低的问题。
纳米磁流体是一种新型功能材料，既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性，通过外加磁场可以控制铁磁流体流动行为，正因如此，在实际中有着广泛的应用，比如磁流体密封、润滑、选矿、医疗器械、声光调节等。国外学者针对纳米磁流体多孔介质流动问题进行了实验研究(BorglinS.,MoridisG.,OldenburgC.ExperimentalStudiesoftheFlowofFerrofluidinPorousMedia[J].TransportinPorousMedia,2000,41(1):61-80.)，结果表明利用磁场可以定向控制纳米磁流体的流动方向。基于该结论，研究人员提出将纳米磁流体作为驱替液，通过磁场改变驱油方向及速度，提高驱替波及效率，从而提高油藏原油采收率的思想(吴永彬,王红庄.纳米磁流体驱替开采油藏的方法及其井网结构:中国,CN103334724A[P].)。
发明内容
目前并没有纳米磁流体驱替开采油藏的工程实例，为了验证该技术的效果及可行性并为现场施工提供指导借鉴，本发明提供了一种可视化纳米磁流体平板驱油实验装置及实验方法。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，包括：储油中间容器、储水中间容器、储纳米磁流体中间容器、填砂平板、平板夹持器、磁场发生器、注入端压力表、采出端压力表、流体计量器、真空泵，其特征在于：在填砂平板上不同位置钻眼并套上橡胶管用来模拟井点，填砂平板由平板夹持器固定，储油中间容器、储水中间容器、储纳米磁流体中间容器分别与驱替液输送管线相连，驱替液输送管线与填砂平板注入端相连；所述的流体计量器及真空泵分别与采出液输送管线相连，采出液输送管线与填砂平板采出端相连；所述的注入端压力表安置在驱替液输送管线，测量填砂平板注入端压力；所述的采出端压力表安置在采出液输送管线，测量填砂平板采出端压力；所述的磁场发生器布置于填砂平板四周。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、通过制作不同的填砂平板模型可以考虑不同非均质介质情况下驱替实验，并且可以考虑不同注采井网，此外，通过调节平板夹持器可以方便进行平面及纵向驱替实验切换。
2、驱替全程可视化，可以实时动态监测驱替前缘位置，并通过计算机图像处理得到不同时刻驱替波及范围。
3、通过布置及调节磁场发生器可以人为施加不同外加磁场，根据驱替状态实时调整纳米磁流体的驱替路径、驱替速度。
4、实验装置结构简单、布设方便，实验过程及结果可为油田实施纳米磁流体驱油、进一步挖潜剩余油提供可靠的技术依据，具有一定的指导及借鉴意义。
附图说明
图1为可视化的纳米磁流体平板驱油实验装置示意图；
图2为平面非均质填砂平板模型示意图；
图3为纵向非均质填砂平板模型示意图；
图中，1、储油中间容器；11、控油阀门；2、储水中间容器；21、控水阀门；3、储纳米磁流体中间容器；31、控纳米磁流体阀门；4、填砂平板；5、平板夹持器；6、磁场发生器；7、注入端压力表；71、注入端压力表阀门；8、采出端压力表；81、采出端压力表阀门；9、流体计量器；91、采出液控制阀门；10、真空泵；101、控泵阀门。
具体实施方式
如图1所示，可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，包括：储油中间容器1、储水中间容器2、储纳米磁流体中间容器3、填砂平板4、平板夹持器5、磁场发生器6、注入端压力表7、采出端压力表8、流体计量器9、真空泵10，其中：
所述的储油中间容器1中储存实验用煤油，采用苏丹红配色用于识别；储水中间容器2中储存水，采用甲基蓝配色用于识别；储纳米磁流体中间容器3中储存纳米磁流体，纳米磁流体是稳定的胶状液体，由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液和分散剂三者混合而成。
所述的填砂平板4由平板外壳及内部人造砂岩构成，其中平板外壳由6块有机玻璃板胶接而成，内部填充人造砂岩，人造砂岩由玻璃砂、环氧树脂胶结压实而成，通过调整玻璃砂目数、玻璃砂与环氧树脂的重量比例的可以得到不同渗透率、孔隙度的多孔介质模型；在填砂平板4上不同位置钻眼并套上橡胶管用来模拟井点，可以实现不同井网模型驱替实验。图2，图3所示分别为实验设计的平面及纵向非均质填砂平板。
填砂平板4由平板夹持器5固定，通过旋转平板夹持器5可以方便地进行平面及纵向驱替实验切换。
储油中间容器1、储水中间容器2、储纳米磁流体中间容器3分别通过驱替液输送管线与填砂平板4注入端相连；所述的流体计量器9及真空泵10分别与采出液输送管线相连，采出液输送管线与填砂平板4采出端相连；所述的注入端压力表7安置在驱替液输送管线，测量填砂平板4注入端压力；所述的采出端压力表8安置在采出液输送管线，测量填砂平板4采出端压力。
所述的磁场发生器6布置于填砂平板4四周，利用电磁感应产生高的磁感应强度，并且通过调节电流大小可以控制磁场大小。
所述的流体计量器9用于计量采出端流体体积。
所述真空泵10用于将填砂平板4抽真空，方便填砂平板4初始状态饱和油。
高压柱塞泵通过泵送管线分别与储油中间容器1、储水中间容器2、储纳米磁流体中间容器3相连；高压柱塞泵能够提供恒流/恒压等输液模式。
作为改进，利用摄像机拍摄整个驱替过程，并将数据传输至计算机，通过图像处理分析可以获得不同时刻驱替波及范围。
作为改进，本发明填砂平板模型并不局限于图2、图3所示，可以根据不同油藏的岩石、地质特征制作，从而使得平板模型更符合实际情况。
可视化纳米磁流体平板驱油实验方法，采用上述实验装置，具体步骤如下：
步骤1：填砂平板制作
按照如图2、3所示，采用不同目数玻璃砂制作平面及纵向非均质填砂平板，其中高渗区域用目数60玻璃砂填充，低渗区域用目数80玻璃砂填充；经测量得到高渗区域渗透率13.77×10-12m2、孔隙度0.38，低渗区域渗透率1.38×10-12m2、孔隙度0.27，平面非均质填砂平板平均孔隙度0.28，纵向非均质填砂平板平均孔隙度0.33；
步骤2：填砂平板抽真空
将填砂平板4安置于平板夹持器5中，关闭控油阀门11、控水阀门21、控纳米磁流体阀门31、注入端压力表阀门71及采出液控制阀门91，打开采出端压力表阀门81、控泵阀门101及真空泵10，对填砂平板4抽真空；当采出端压力表8压力数值下降到1×10-2Pa时，关闭采出端压力表阀门81、控泵阀门101及真空泵10。
步骤3：填砂平板初始饱和油
打开高压柱塞泵、控油阀门11，使得油进入并饱和填砂平板4；当油均匀分布填砂平板后，关闭高压柱塞泵、控油阀门11。
步骤4：水驱油过程
打开摄像机实时记录驱替过程，并将视频资料传输至计算机；打开高压柱塞泵并设定恒压或恒流注入模式，打开控水阀门21及注入端压力表阀门71，打开采出液控制阀门91及采出端压力表阀门81；通过流体计量器9记录不同时刻采出液中油、水体积，记录注入端压力表7、采出端压力表8压力值。当采出端流体不含油时，关闭高压柱塞泵、控水阀门21、注入端压力表阀门71、采出端压力表阀门81及采出液控制阀门91。
步骤5：磁场作用下纳米磁流体驱油过程
打开高压柱塞泵并设定恒压或恒流注入模式，打开控纳米磁流体阀门31及及注入端压力表阀门71，打开采出液控制阀门91及采出端压力表阀门81；打开磁场发生器6并设定初始磁场大小；通过流体计量器9记录不同时刻采出液中油、纳米磁流体体积，记录注入端压力表7及采出端采出端8压力值。当采出端流体不含油时，关闭高压柱塞泵、控纳米磁流体阀门31、注入端压力表阀门71、采出端压力表阀门81及采出液控制阀门91。
步骤6：参数敏感性分析
重复步骤1至步骤5，分别对多个模型相同的填砂平板进行驱油实验；在多次驱油动态模拟实验中，改变高压柱塞泵的注入压力或注入速度、磁场发生器6产生的磁场大小，并分多个时间点对实验过程中的相关参数记录。
步骤7：数据处理
根据原油采收率的常规计算方法，根据步骤1、步骤4、步骤5及步骤6中所记录的实验数据，即可得到不同实验工况下的原油采收率；此外，对拍摄驱替过程视频数据进行图像处理，可以得到实时驱替波及范围。
作为改进，步骤1中可以根据不同油藏地质特征结合不同目数的玻璃砂制作反映实际油藏非均质特征填砂平板4，使得实验结果更具有实际意义。
作为改进，在安置好填砂平板4后，通过调节平板夹持器6可以方便进行平面及纵向填砂平板驱油实验。
利用本发明中描述的实验装置及方法，对图2、3所示的平面及纵向非均质填砂平板首先进行常规水驱油，待采出液中不含油后更换纳米磁流体驱油。从实验结果看到：对于非均质油藏，利用传统水驱造成波及范围小、驱替效率低的问题，采收率仅为40％左右；当更换纳米磁流体驱油后，在磁场控制下纳米磁流体向波及范围低的低渗区域驱替，提高了驱替液波及范围，继水驱后还可再提高20％-30％采收率。
Claims (7)
1.一种可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，包括：储油中间容器、储水中间容器、储纳米磁流体中间容器、填砂平板、平板夹持器、磁场发生器、注入端压力表、采出端压力表、流体计量器、真空泵，其特征在于：在填砂平板上不同位置钻眼并套上橡胶管用来模拟井点，填砂平板由平板夹持器固定，所述的储油中间容器、储水中间容器、储纳米磁流体中间容器分别与驱替液输送管线相连，驱替液输送管线与填砂平板注入端相连；所述的流体计量器及真空泵分别与采出液输送管线相连，采出液输送管线与填砂平板采出端相连；所述的注入端压力表安置在驱替液输送管线，测量填砂平板注入端压力；所述的采出端压力表安置在采出液输送管线，测量填砂平板采出端压力；所述的磁场发生器布置于填砂平板四周。
2.根据权利要求1所述的可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，其特征在于：利用摄像机拍摄整个驱替过程，并将数据传输至计算机。
3.根据权利要求1-2所述的可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，其特征在于：所述的填砂平板由平板外壳及内部人造砂岩构成，其中平板外壳由块有机玻璃板胶接而成，内部填充人造砂岩，人造砂岩由玻璃砂、环氧树脂胶结压实而成，通过调整玻璃砂目数、玻璃砂与环氧树脂的重量比例的可以得到不同渗透率、孔隙度的多孔介质模型。
4.根据权利要求1-3所述的可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，其特征在于：所述的储油中间容器中储存实验用煤油，采用苏丹红配色用于识别；储水中间容器中储存水，采用甲基蓝配色用于识别；储纳米磁流体中间容器中储存纳米磁流体，纳米磁流体是稳定的胶状液体，由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液和分散剂三者混合而成。
5.根据权利要求1-4所述的可视化纳米磁流体平板驱油实验装置，其特征在于：高压柱塞泵通过泵送管线分别与储油中间容器、储水中间容器、储纳米磁流体中间容器相连；高压柱塞泵能够提供恒流/恒压等输液模式。
6.一种可视化纳米磁流体平板驱油实验方法，采用权利要求1-5之一所述的实验装置，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：填砂平板制作
采用不同目数玻璃砂制作平面及纵向非均质填砂平板；
步骤2：填砂平板抽真空
将填砂平板安置于平板夹持器中，关闭控油阀门、控水阀门、控纳米磁流体阀门、注入端压力表阀门及采出液控制阀门，打开采出端压力表阀门、控泵阀门及真空泵，对填砂平板抽真空；当采出端压力表压力数值下降到1×10-2Pa时，关闭采出端压力表阀门、控泵阀门及真空泵；
步骤3：填砂平板初始饱和油
打开高压柱塞泵、控油阀门，使得油进入并饱和填砂平板；当油均匀分布填砂平板后，关闭高压柱塞泵、控油阀门；
步骤4：水驱油过程
打开摄像机实时记录驱替过程，并将视频资料传输至计算机；打开高压柱塞泵并设定恒压或恒流注入模式，打开控水阀门及注入端压力表阀门，打开采出液控制阀门及采出端压力表阀门；通过流体计量器记录不同时刻采出液中油、水体积，记录注入端压力表、采出端压力表压力值；当采出端流体不含油时，关闭高压柱塞泵、控水阀门、注入端压力表阀门、采出端压力表阀门及采出液控制阀门；
步骤5：磁场作用下纳米磁流体驱油过程
打开高压柱塞泵并设定恒压或恒流注入模式，打开控纳米磁流体阀门及及注入端压力表阀门，打开采出液控制阀门及采出端压力表阀门；打开磁场发生器并设定初始磁场大小；通过流体计量器记录不同时刻采出液中油、纳米磁流体体积，记录注入端压力表及采出端采出端压力值；当采出端流体不含油时，关闭高压柱塞泵、控纳米磁流体阀门、注入端压力表阀门、采出端压力表阀门及采出液控制阀门；
步骤6：参数敏感性分析
重复步骤1至步骤5，分别对多个模型相同的填砂平板进行驱油实验；在多次驱油动态模拟实验中，改变高压柱塞泵的注入压力或注入速度、磁场发生器产生的磁场大小，并分多个时间点对实验过程中的相关参数记录；
步骤7：数据处理
根据原油采收率的常规计算方法，根据步骤1、步骤4、步骤5及步骤6中所记录的实验数据，得到不同实验工况下的原油采收率。
7.根据权利要求6所述的可视化纳米磁流体平板驱油实验方法，其特征在于，对拍摄驱替过程视频数据进行图像处理，得到实时驱替波及范围。
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