CN106908579A - 一种研究高矿化度地层水对co2驱影响的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，实验装置，包括气瓶、岩心夹持器、气液分离装置，气瓶与活塞容器连接，活塞容器顶部与回压阀和压力计连接，活塞容器底部与ISCO泵连接，压力计与岩心夹持器连接，岩心夹持器出口端连接有气液分离装置，气液分离装置通过气体流量计与上位机连接。回压阀连接有回压泵，岩心夹持器侧面连接有环压泵，自吸吸程高，岩心夹持器出口端连接有回压阀，回压阀连接有回压泵，本发明设计的装置可对比CO2驱替前后岩心渗透率、孔隙度、孔隙结构、岩心矿物含量、岩石表面形貌、岩心质量以及采收率的变化，研究CO2驱替对储层物性及开发参数的影响。
Description
技术领域
本发明属于驱替技术领域，具体涉及一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置。
背景技术
随着油气田开发的不断发展，优质储层的原油储量越来越少，目前勘探的新增储量主要是低渗透油藏，并且其中绝大部分为超低渗透油藏和特低渗透油藏。针对超低渗透油藏和特定渗透油藏，常规的注水开发存着“注不进，采不出”的问题。二氧化碳（CO2）在地层中具有流动性好、能够使原油体积发生大幅度膨胀、大幅度降低原油粘度、降低油气界面张力、与原油发生混相作用等优点。因此，CO2驱开发能弥补注水开发的不足，注入地层中的CO2能够波及到水驱难以波及到的低渗透区域，并与地层原油充分接触，驱动地层剩余油，有效提高微观和宏观驱油效率，进而达到提高原油采收率的目的。CO2驱不仅可以提高石油采收率，而且还能够实现CO2的地下封存，从而减少大气中人为排放的CO2，达到节能减排的目的。
然而，CO2是一种特殊的气体，当其注入含水砂岩储层后，在储层温度、压力条件下，CO2会与地层水、储层岩石接触会发生复杂的物理化学反应，二氧化碳在注入地层驱油过程中，注入的二氧化碳在地层水中溶解后，与地层水反应会形成碳酸溶液，并解离出H+和HCO3-、CO3 2-。
一方面，CO2溶于地层水形成的酸性流体会溶蚀岩石中的胶结物，进而提高储层的渗透率，但同时由于地层水中成垢离子的不断增加，在储层压力、温度等条件发生变化时生成次生矿物，堵塞孔隙使储层渗透率降低。
另一方面，若地层水本身含有高浓度的钙离子、镁离子、钡离子、锶离子，随着CO2的注入，地层水中碳酸根和碳酸氢根离子浓度的增加，碳酸根和碳酸氢根离子与钙离子、镁离子、钡离子、锶离子反应生成碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、碳酸锶固相沉积，堵塞孔隙喉道从而降低储层渗透率，进而影响到二氧化碳的驱油效果。
现有技术如授权公告号102865899 B，中国发明授权专利文献 公开了一种在高温高压岩心驱替过程中可进行流体体积原位测量的方法，以及能使用该方法进行流体体积测量的装置。该方法分为三步，第一步为正式驱替前的准备工作，目的是使岩心内流体、导管中流体及容器中流体处在应高温高压环境下；第二步开始正式驱替，通过压力泵打入驱替液体，从岩心中驱替出的流体(尤其是气和油)汇集于一密闭透明容器中；第三步为计量各流体体积，待油气水充分分层后，由于三种流体的颜色不同，通过容器上的刻度即可读出三者的体积。所设计的流体体积测量装置结构简单，只需在常规高温高压岩心驱替实验装置的基础上增加四个阀门，两个导管，两个压力测量仪，一个收集容器，一个缓冲容器和一个半渗透隔板即可，但装置收集实验数据准确性不高，且耐腐蚀性和疏油性有所欠缺，驱替过程中装置的真空性不太理想。
发明内容
本发明针对上述技术问题提供一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，装置驱替效果好，耐腐蚀性强，可实现对CO2与地层水作用生成沉淀的定量化数据采集，数据准确性高，可研究CO2驱体对储层物性及开发参数的影响。
本发明针对上述技术问题所采取的方案为：一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，包括气瓶、岩心夹持器、气液分离装置，气瓶与活塞容器连接，活塞容器顶部与回压阀和压力计连接，活塞容器底部与ISCO泵连接，压力计与岩心夹持器连接，岩心夹持器出口端连接有气液分离装置，气液分离装置通过气体流量计与上位机连接。
回压阀连接有回压泵，不会造成回压下降且回压波动小，有效保持岩心注入端回压恒定。
岩心夹持器侧面连接有环压泵和阀门，自吸吸程高，岩心夹持器出口端连接有回压阀，回压阀连接有回压泵，有效保持岩心出口端回压恒定。
活塞容器为：CO2活塞容器或去离子水活塞容器或地层水活塞容器。可通过阀门的调节实现CO2或地层水或去离子水交替注入。
气瓶和ISCO泵出口端设有阀门，活塞容器输入端和输出端均设有阀门，岩心夹持器输入端和输出端均设有阀门，可通过阀门控制装置内部流体的开启与关闭，提升装置安全性能。
气液分离装置内壁设有疏油涂层，疏油涂层由以下成分及重量份组成：树脂100~120份、抗污剂1~2份、消泡剂0.1~0.2份、乙醇0.11~0.3份、流平剂0.1~0.3份、SiO2纳米粒子3~5份、咯烷酮羧酸钠0.3~1份、黑炭3~5份、二甲苯溶剂20~30份、稀释剂1~10份。避免驱替得到的油性流体附着在气液分离装置内壁造成实验数据的准确性下降，还可避免油性流体对气液分离装置的腐蚀，延长气液分离装置的使用寿命。
岩心夹持器内设有铅套，铅套内壁设有耐腐蚀涂层，耐腐蚀涂层由以下成分及重量份组成：对苯二甲酯环氧树脂31~34份、丙烯酸异辛酯13~16份、氟硅酸钾7~12份、生化黄腐酸钾0.002~0.01份、碳酸二辛酯9~12份、三硫代碳酸酯4~7份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯0.5~0.8份、硼镁石粉13~14 份、咯烷酮羧酸钠0.001~0.002份、环氧硬脂酸辛酯6~11份，可以有效防止超临界CO2对密封套的腐蚀。还具有一定的抑菌、抗凝絮功能，降低铅套的通透性。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过本发明的试验装置可对比CO2驱替前后岩心渗透率、孔隙度、孔隙结构、岩心矿物含量、岩石表面形貌、岩心质量以及采收率的变化，研究CO2驱替对储层物性及开发参数的影响。实验装置的气液分离装置内壁设有疏油涂层，具有较好的耐腐蚀性和疏油性，避免驱替得到的油性流体附着在气液分离装置内壁造成实验数据的准确性下降，还可避免油性流体对气液分离装置的腐蚀，延长气液分离装置的使用寿命。岩心夹持器内设有铅套，铅套内壁设有耐腐蚀涂层可以有效防止超临界CO2对密封套的腐蚀。还具有一定的抑菌、抗凝絮功能，降低铅套的通透性，本装置结构简单，采集数据准确，使用寿命长，制造成本低。
附图说明
图1为本发明一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置的示意图。
附图标记说明：1气瓶；2 ISC0泵；3活塞容器；4压力计；41气体流量计；5岩心；6回压泵；61环压泵；62第二回压泵；7回压阀；71第二回压阀；8气液分离装置；9上位机；10岩心夹持器。
具体实施例
以下结合附图和实施例作进一步详细描述：
实施例1：
如图1所示，一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，包括气瓶1、岩心夹持器10、气液分离装置8，气瓶1与活塞容器3连接，活塞容器3顶部与回压阀71和压力计4连接，活塞容器3底部与ISCO泵2连接，压力计4与岩心夹持器10连接，岩心夹持器10出口端连接有气液分离装置8，气液分离装置8通过气体流量计41与上位机9连接。
回压阀71连接有回压泵62，不会造成回压下降且回压波动小，有效保持岩心5注入端回压恒定。
岩心夹持器10侧面连接有环压泵61和阀门，自吸吸程高，岩心夹持器10出口端连接有回压阀7，回压阀7连接有回压泵6，有效保持岩心5出口端回压恒定。
活塞容器3为：CO2活塞容器或去离子水活塞容器或地层水活塞容器。可通过阀门的调节实现CO2或地层水或去离子水交替注入。
气瓶1和ISCO泵2出口端设有阀门，活塞容器3输入端和输出端均设有阀门，岩心夹持器10输入端和输出端均设有阀门，可通过阀门控制装置内部流体的开启与关闭，提升装置安全性能。
气液分离装置8内壁设有疏油涂层，疏油涂层由以下成分及重量份组成：树脂100~120份、抗污剂1~2份、消泡剂0.1~0.2份、乙醇0.11~0.3份、流平剂0.1~0.3份、SiO2纳米粒子3~5份、咯烷酮羧酸钠0.3~1份、黑炭3~5份、二甲苯溶剂20~30份、稀释剂1~10份。避免驱替得到的油性流体附着在气液分离装置8内壁造成实验数据的准确性下降，还可避免油性流体对气液分离装置8的腐蚀，延长气液分离装置8的使用寿命。
岩心夹持器10内设有铅套，铅套内壁设有耐腐蚀涂层，耐腐蚀涂层由以下成分及重量份组成：对苯二甲酯环氧树脂31~34份、丙烯酸异辛酯13~16份、氟硅酸钾7~12份、生化黄腐酸钾0.002~0.01份、碳酸二辛酯9~12份、三硫代碳酸酯4~7份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯0.5~0.8份、硼镁石粉13~14 份、咯烷酮羧酸钠0.001~0.002份、环氧硬脂酸辛酯6~11份，可以有效防止超临界CO2对密封套的腐蚀。还具有一定的抑菌、抗凝絮功能，降低铅套的通透性。
采用本实验装置研究CO2提高采收率过程中地层水沉淀驱替的方法，步骤如下：
1）在岩心5注入端和出口端分别切下岩心切片A、B，洗岩心5，干燥称重，测岩心5孔隙体积、气测渗透率，去离子水饱和岩心5，测核磁共振，驱替，得岩心5水测渗透率；
2）用原油驱替去离子水饱和原油，保持温度、压力放置20~26h，进行CO2水气注入，洗岩心5，干燥，测质量、孔隙体积、气测渗透率，抽真空，去离子水饱和岩心5，去离子水驱替，测岩心5水测渗透率，测核磁共振；
3）在岩心5注入端和出口端分别切下岩心切片C、D，清洗，烘干，将岩心切片A、B、C、D进行电镜扫描、表面元素和岩石矿物分析，更换岩心、压力、温度重复步骤1、2、3。
步骤2中采用沥青质原油驱替去离子水饱和原油，使原油饱和度达到设定值，保持温度、压力放置20~26h，进行CO2水气注入，先注入CO2再注入去离子水，2~4个循环周期注入。
实施例2：
如图1所示，一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，包括气瓶1、岩心夹持器10、气液分离装置8，气瓶1与活塞容器3连接，活塞容器3顶部与回压阀71和压力计4连接，活塞容器3底部与ISCO泵2连接，压力计4与岩心夹持器10连接，岩心夹持器10出口端连接有气液分离装置8，气液分离装置8通过气体流量计41与上位机9连接。
回压阀71连接有回压泵62，不会造成回压下降且回压波动小，有效保持岩心5注入端回压恒定。
岩心夹持器10侧面连接有环压泵61和阀门，自吸吸程高，岩心夹持器10出口端连接有回压阀7，回压阀7连接有回压泵6，有效保持岩心5出口端回压恒定。
活塞容器3为：CO2活塞容器或去离子水活塞容器或地层水活塞容器。可通过阀门的调节实现CO2或地层水或去离子水交替注入。
气瓶1和ISCO泵2出口端设有阀门，活塞容器3输入端和输出端均设有阀门，岩心夹持器10输入端和输出端均设有阀门，可通过阀门控制装置内部流体的开启与关闭，提升装置安全性能。
气液分离装置8内壁设有疏油涂层，疏油涂层由以下成分及优选重量份组成：树脂110份、抗污剂1.4份、消泡剂0.16份、乙醇0.18份、流平剂0.2份、SiO2纳米粒子4份、咯烷酮羧酸钠0.7份、黑炭4份、二甲苯溶剂25份、稀释剂8份。避免驱替得到的油性流体附着在气液分离装置8内壁造成实验数据的准确性下降，还可避免油性流体对气液分离装置8的腐蚀，延长气液分离装置8的使用寿命。
稀释剂为丙酮、甲乙酮、环己酮、苯、甲苯、二甲苯、正丁醇、苯乙烯中的一种以上，其质量比为1:10。树脂为氟改性有机硅树脂、氨基丙烯酸树脂。抗污剂由聚(十七氟癸基)甲基硅氧烷、聚(九氟己基)硅氧烷、聚甲基(三氟丙基)硅氧烷、PDMS、PTFE组成。消泡剂由乳化硅油。流平剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷组成。
岩心夹持器10内设有铅套，铅套内壁设有耐腐蚀涂层，耐腐蚀涂层由以下成分及优选的重量份组成：对苯二甲酯环氧树脂32份、丙烯酸异辛酯15份、氟硅酸钾11份、生化黄腐酸钾0.007份、碳酸二辛酯11份、三硫代碳酸酯6份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯0.7份、硼镁石粉13.6份、咯烷酮羧酸钠0.0016份、环氧硬脂酸辛酯8份，可以有效防止超临界CO2对密封套的腐蚀。还具有一定的抑菌、抗凝絮功能，降低铅套的通透性。
采用本装置研究CO2提高采收率过程中地层水沉淀驱替方法，步骤如下：
1）在岩心5注入端和出口端分别切下岩心切片A、B，厚度优选2mm，洗岩心5，干燥称重，测岩心5孔隙体积、气测渗透率，去离子水饱和岩心5，测核磁共振，驱替，得岩心5水测渗透率；
2）采用沥青质原油驱替去离子水饱和原油，保持温度、压力放置优选24h，进行CO2水气注入，先注入CO2再注入去离子水，进行3个循环周期注入，洗岩心5，干燥，测质量、孔隙体积、气测渗透率，抽真空，去离子水饱和岩心5，去离子水驱替，测岩心5水测渗透率，测核磁共振；
3）在岩心注入端和出口端分别切下岩心切片C、D，清洗，烘干，将岩心切片A、B、C、D进行电镜扫描、表面元素和岩石矿物分析，更换岩心、压力、温度重复步骤1、2、3。
实施例3：
如图1所示，装置中的岩心夹持器10采用316型不锈钢，岩心5直径25mm，岩心5长度范围为25~35mm，最高承压70MPa，岩心夹持器10的内腔设有密封铅套，在密封铅套的外面注入密封液体，使对岩心5施加一个均匀的围压（环压），确保测试流体通过岩心5时不会发生渗漏。围压通过驱替泵动态跟踪，一般围压比驱替压力高2MPa左右。装置中采用铅套替换常用的橡胶套，可以有效防止超临界CO2对密封套的腐蚀。驱替泵采用ISCO泵2，ISCO泵2的双缸能够连续驱替，并且注入量精确，驱替压力高。由于CO2可压缩性强，装置中在CO2活塞容器3出口段设置回压阀71，在CO2活塞容器中的压力低于回压阀71设定压力时，CO2不流出，在CO2活塞容器中的压力高于回压阀71设定压力时，CO2才流出。这样保证了在设计压力下，ISCO泵2驱替的体积等于驱替入岩心5中的CO2体积（设计压力条件下）。CO2、地层水、去离子水活塞容器下端都与驱替泵相连，上端都与岩心夹持器10的入口端相连，这样通过阀门的调节实现CO2、地层水、去离子水交替注入。岩心夹持器10的出口端设置回压阀7，来设置驱替的出口端压力。在出口末端设置气液分离装置8，出口端流出的液体留在试管中，通过试管刻度计量产出液体的体积，流出气体从塞子上端的出气口流出，然后通过气体流量计41计量气体流速和流量。
采用本实验装置研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验方法：
岩心处理：为观察CO2驱替前后岩石表面形貌、岩石矿物的变化情况，在目前现有的技术条件下，进行了特殊处理，反应前，在岩心5的注入端和岩心的出口端分别切取厚度优选为2mm的岩心片A和B，作为的分析样品。CO2驱替后，再在岩心5的注入端和岩心的出口端分别切取厚度优选为2mm的岩心片C和D，尽可能避免岩心的不均匀性。
为了分别研究CO2-水-岩石相互作用、CO2-地层水沉淀作用对储层物性及开发参数的影响，通过设计了两大组对比实验，如表1所示。在压力、温度变化相同的条件下，不考虑地层水沉淀情况下，CO2-水-岩石作用对储层物性及开发参数的影响。通过对比实验1与2，排除CO2对岩石溶蚀的影响因素，得到CO2与地层水在储层环境中生成的沉淀对储层物性及开发参数的影响，如表1所示，每组实验都进行了在不同温度、不同压力下不同矿化度的地层水、不同沥青质含量的原油饱和岩心5的CO2驱替实验。
表1 CO2水气交替驱替方案
| 序号 | 实验组 | 饱和水 | 饱和油 |
| 1 | 去离子水 | 去沥青质原油 | |
| 2 | 地层水 | 去沥青质原油 |
通过对比CO2驱替前后岩心渗透率、孔隙度、孔隙结构、岩心矿物含量、岩石表面形貌、岩心质量以及采收率的变化，研究CO2驱替对储层物性及开发参数的影响。
CO2-水-岩石相互作用岩心驱替实验：首先在岩心5的注入端和出口端各切下一片岩心切片A、B，然后用蒸馏法洗岩心5，干燥，称重，测岩心5孔隙体积、气测渗透率；利用去离子水饱和岩心5，测核磁共振；打开去离子水活塞容器阀门，利用去离子水驱替，得到岩心5的水测渗透率；利用去沥青质原油驱替去离子水饱和原油，使原油饱和度达到设定值，保持温度、压力放置24小时，使水和原油充分自由分布。通过调节CO2活塞阀门和去离子水活塞阀门在实验温度、压力下进行CO2水气交替注入；先注入5PV的CO2再注入5PV去离子水，共进行3个循环周期注入。清洗岩心5，干燥岩心5，测质量、孔隙体积、气测渗透率。抽真空，用去离子水饱和岩心5，然后用去离子水驱替岩心5，测反应后岩心5的水测渗透率，然后测核磁共振测试；在岩心5的注入端和出口端各切下一片岩心切片C、D，清洗，烘干，和实验前的岩心切片A、B一起进行电镜扫描、表面元素和岩石矿物分析。更换岩心，在不同压力、温度条件下重复上面的实验过程。
CO2-地层水沉淀岩心驱替实验：实验过程和CO2-水-岩石相互作用岩心驱替实验相同，通过调节去离子水活塞阀门和地层水阀门，将去离子水驱替换成地层水驱替，并进行不同矿化度的地层水驱替实验。
实验方案：CO2-地层水沉淀CO2岩心驱替实验的反应温度(T)、CO2压力(p)、地层水矿化度及其他条件如表2所示。
表2 CO2-地层水沉淀岩心实验方案参数
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，包括气瓶（1）、岩心夹持器（10）、气液分离装置（8），其特征在于：所述气瓶（1）与活塞容器（3）连接，所述活塞容器（3）顶部与回压阀（71）和压力计（4）连接，所述活塞容器（3）底部与ISCO泵（2）连接，所述压力计（4）与岩心夹持器（10）输入端连接，所述岩心夹持器（10）出口端连接有气液分离装置（8），所述气液分离装置（8）与气体流量计（41）连接，气体流量计（41）与上位机（9）连接。
2.根据权利要求1所述的一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，其特征在于：所述回压阀（71）连接有回压泵（62）。
3.根据权利要求1所述的一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器（10）侧面连接有环压泵（61）和阀门，所述岩心夹持器（10）出口端连接有回压阀（7），所述回压阀（7）连接有回压泵（6）。
4.根据权利要求1所述的一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，其特征在于：所述活塞容器（3）为CO2活塞容器或去离子水活塞容器或地层水活塞容器。
5.根据权利要求1所述的一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，其特征在于：所述气瓶（1）和ISCO泵（2）出口端设有阀门，所述活塞容器（3）输入端和输出端均设有阀门，所述岩心夹持器（10）输入端和输出端均设有阀门。
6.根据权利要求1所述的一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，其特征在于：所述气液分离装置（8）内壁设有疏油涂层，所述疏油涂层由以下成分及重量份组成：树脂100~120份、抗污剂1~2份、消泡剂0.1~0.2份、乙醇0.11~0.3份、流平剂0.1~0.3份、SiO2纳米粒子3~5份、咯烷酮羧酸钠0.3~1份、黑炭3~5份、二甲苯溶剂20~30份、稀释剂1~10份。
7. 根据权利要求1所述的一种研究高矿化度地层水对CO2驱影响的实验装置，其特征在于：所述岩心夹持器（10）内设有铅套，所述铅套内壁设有耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层由以下成分及重量份组成：对苯二甲酯环氧树脂31~34份、丙烯酸异辛酯13~16份、氟硅酸钾7~12份、生化黄腐酸钾0.002~0.01份、碳酸二辛酯9~12份、三硫代碳酸酯4~7份、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯0.5~0.8份、硼镁石粉13~14 份、咯烷酮羧酸钠0.001~0.002份、环氧硬脂酸辛酯6~11 份。
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