CN111855522B - 一种岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验装置及方法 - Google Patents

一种岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验装置及方法，该方法包括将目标岩心置于岩心夹持器中，再按照相应的连接关系搭建所述高温高压岩心自发渗吸实验装置，并将恒温箱的温度调至实验温度；将回压控制装置的压力设置为目标压力实验压力；将恒压装置的压力调整至略低于实验压力后，通过高压气瓶中的气体对中间容器中所盛装的渗流液体进行补压；将恒压装置的压力上调至略高于实验压力，再将中间容器内补压后的渗流液体通入岩心夹持器中，此时计量管端有气体产出，当气体排空后，开始计量渗吸出的原油量，并停止通入渗流液体；启动高压驱替泵，将渗流液体储罐所盛装的渗流液体通入岩心夹持器中，并通过计量管计量渗吸出的原油量。

Description

一种岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验装置及方法，属于石油勘探开发及油藏工程技术领域。
背景技术
目前，石油工程实验方法中，渗吸实验是研究储层润湿性及渗吸置换过程的主要方法，目前主要测量方法有两种，即称重法和渗吸瓶测量法。
称重法测量原理及所用装置的结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，该装置包括固定架1、吊绳2、岩心3、烧杯4以及天平5：该方法是将岩心浸泡到烧杯里面的水中，通过天平计量不同时刻烧杯重量，再通过烧杯重量变化与油水密度差的比值获得渗吸出的油量。
渗吸瓶测量原理及所用装置的结构示意图如图2所示，从图2中可以看出，该装置包括渗吸瓶6、岩心3、岩心架7及密封底座8：该方法是将岩样放置到渗吸瓶中并充满水，通过浮力，渗吸出的原油集中到细口处，并计量。
从两种实验方法可以看到，由于设备条件，实验必须在常压条件下进行，较高的温度下，实验也难以完成。由于渗吸实验是为了还原地层条件下的渗吸过程，因此，实验条件与地层条件越接近，实验越完美。而致密砂岩地层深度在2000米以上，地层压力都在20MPa以上，温度在60℃到100℃以上，目前实验手段难以模拟该条件下的渗吸过程。
但是，目前渗吸采油是解决致密油藏开发的一种非常具有潜力的手段，因此，建立一套高温高压岩心自发渗吸实验方法及装置，具有重要的意义。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种岩心夹持器。
本发明的另一个目的在于提供一种高温高压岩心自发渗吸实验装置，其中该装置包括所述岩心夹持器。
本发明的又一个目的在于提供一种高温高压岩心自发渗吸实验方法，其中该实验方法利用所述高温高压岩心自发渗吸实验装置。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种岩心夹持器，其中，所述岩心夹持器包括两端开口的缸体、岩心固定装置、上盖体及下盖体；
所述岩心固定装置为内部具有螺旋结构的空心柱体，其位于缸体内部，用以固定目标岩心；
所述上盖体通过密封结构与该缸体的上端开口密闭连接，且该上盖体开设有液体出口；
所述下盖体通过密封结构与该缸体的下端开口密闭连接，且该下盖体开设有用于连通外部与岩心固定装置的空心的液体入口；
所述上盖体的底部与岩心固定装置之间形成空腔，所述下盖体与岩心固定装置接触用以支撑该岩心固定装置，且该下盖体的顶部伸入岩心固定装置的空心中并与目标岩心相接触，以起到固定目标岩心位置的作用。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，优选地，所述上盖体的底部为倒圆锥形结构，以使该上盖体的底部与岩心固定装置之间形成锥形空腔。
其中，该上盖体的底部与岩心固定装置之间形成锥形空腔，方便岩心中渗吸出的原油的收集和排除。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，优选地，所述下盖体的顶部为锥形结构。
其中，下盖体的顶部为锥形结构可以避免岩心与下盖体大面积接触，影响渗吸过程。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，优选地，所述密封结构包括密封圈。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，优选地，所述液体入口为T型结构的液体入口。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，优选地，所述岩心固定装置的材质为塑料。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，优选地，所述缸体、上盖体及下盖体的材质均为不锈钢。
其中，在本发明具体实施方式中，可以根据承压大小确定缸体的壁厚。
根据本发明具体实施方案，在所述的岩心夹持器中，所述岩心固定装置的内部具有螺旋结构，该螺旋结构具有以下3个作用：
1、固定岩心：在实验中使岩心固定在岩心夹持器中，不会发生位移或翻到；
2、导流作用：使流体按照螺旋孔道上升，有利于渗流液体定向流动；
3、增加冲刷能力：由于螺旋结构，减小了流动剖面，从而在相同的流量条件下，可以形成更高的流速，从而达到增加冲刷能力的作用，有利于将渗吸处的流体携带并计量，从而增加实验精度。
本发明所提供的该岩心夹持器的工作原理为：
实验中，实验流体从底部液体入口注入，上部液体出口流出，实验流体与目标岩心发生接触，产生渗吸作用，渗吸出的流体被注入的实验流体携带出岩心夹持器后进行计量。
另一方面，本发明还提供了一种高温高压岩心自发渗吸实验装置，其中，所述高温高压岩心自发渗吸实验装置包括：
驱替单元、增压单元、岩心加持单元以及出口控制和计量单元；
其中，所述驱替单元包括高压驱替泵，所述增压单元包括高压气瓶、中间容器及恒压装置，所述岩心加持单元包括以上所述的岩心夹持器以及用于放置该岩心夹持器的恒温箱，所述出口控制和计量单元包括回压控制装置、渗流液体储罐及计量管，该计量管位于渗流液体储罐所盛装的渗流液体中且渗流液体的液面高度略低于计量管的计量刻度，以计量渗吸出的流体的量；
所述高压驱替泵的入口连有入口管路，该入口管路***渗流液体储罐所盛装的渗流液体中，该高压驱替泵的出口通过出口管路与所述岩心夹持器的液体入口相连接，该岩心夹持器的液体出口通过管路经由回压控制装置与所述计量管的入口相连；
所述高压气瓶的出口通过管路依次经由恒压装置、中间容器与所述岩心夹持器的液体入口相连接；
所述中间容器为用于盛装渗流液体的容器。
其中，渗流液体储罐与中间容器中所盛装的渗流液体相同。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验装置中，优选地，所述渗流液体储罐为烧杯。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验装置中，所用计量管为本领域使用的常规设备，在本发明一具体实施方式中，该计量管可以为顶端开放的倒漏斗形采集器。
根据本发明具体实施方案，在所述的高温高压岩心自发渗吸实验装置中，所述高压驱替泵用于在实验过程中，按照一定的流速，从烧杯中吸取渗流液体，并对该渗流液体增压后再将其循环注入岩心夹持器，使渗流液体按照一定的压力在岩心夹持器中循环流动，在渗吸的同时，将渗吸出的流体携带出来，进入计量管进行计量。
实验过程中，岩心放入岩心夹持器后，岩心夹持器内部处于低压状态，为了达到高压状态，必须进行补压，本领域现有技术中通常使用增压泵补压，但是其所用***复杂，速度慢，渗吸过程在补压过程中同时发生，不利于实验数据的采集和分析。在本发明具体实施方案中，利用气体增压快的特点，首先采用气体实现对岩心夹持器内进行增压，然后利用气体驱替中间容器中所盛装的渗流液体进入岩心夹持器，尽量减少过程时间，从而提高数据采集的质量。
根据本发明具体实施方案，在所述的高温高压岩心自发渗吸实验装置中，所述岩心夹持器主要用于固定岩心，提供渗吸空间和渗吸液流动通道，该恒温箱用于提供恒温条件。
根据本发明具体实施方案，当岩心夹持器形成高压后，渗流液体、渗吸出的流体以及气体会通过回压控制装置流出，回压控制装置通过控制岩心夹持器液体出口压力，达到控制岩心夹持器内压力环境的目的；从岩心夹持器中流出的流体(渗流液体、渗吸出的流体以及气体)在计量管中分离，计量管为顶端开放的倒漏斗形采集器，流出的气体分离后，将从顶端释放，渗吸出的流体(油)聚集在计量管顶部，从而达到计量的目的。
又一方面，本发明还提供了一种高温高压岩心自发渗吸实验方法，其中，所述高温高压岩心自发渗吸实验方法利用以上所述的高温高压岩心自发渗吸实验装置，该实验方法包括以下步骤：
(1)将目标岩心置于岩心夹持器中，再按照相应的连接关系搭建所述高温高压岩心自发渗吸实验装置，并将恒温箱的温度调至实验温度；
(2)将回压控制装置的压力设置为实验压力；
(3)将恒压装置的压力调整至略低于实验压力后，通过高压气瓶中的气体对中间容器中所盛装的渗流液体进行补压；
(4)将恒压装置的压力上调至略高于实验压力，再将步骤(3)中间容器内补压后的渗流液体通入岩心夹持器中，此时计量管端有气体产出，当气体排空后，开始计量渗吸出的原油量，并停止通入渗流液体；
(5)启动高压驱替泵，将渗流液体储罐所盛装的渗流液体通入岩心夹持器中，并通过计量管计量渗吸出的原油量。
根据本发明具体实施方案，优选地，当所述渗流液体为单一介质时，该方法还包括将进入计量管的渗流液体分离后再将其送至渗流液体储罐或者中间容器中，以对其进行循环使用的操作。
在渗流液体为单一介质时，如水，在计量管中将其分离并与渗流液体储罐或中间容器中的渗流液体合并进行回收后，可以将其重新注入岩心夹持器中，达到循环注入的目的。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验方法中，优选地，所述渗流液体为水。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验方法中，优选地，所述实验压力为10-30MPa。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验方法中，优选地，所述实验温度为常温-90℃。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验方法中，优选地，步骤(3)为：将恒压装置的压力调整至比实验压力低1-5MPa后，通过高压气瓶中的气体对中间容器中所盛装的渗流液体进行补压。
根据本发明具体实施方案，在所述的实验方法中，优选地，步骤(4)为：将恒压装置的压力上调至比实验压力高1-5MPa，再将步骤(3)中间容器内补压后的渗流液体通入岩心夹持器。
本发明所提供的岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验方法及装置很好地解决了岩心高温高压下渗吸测量的问题，使渗吸测量实验条件更加符合现场条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本领域现有称重法测量原理及所用装置的结构示意图。
图2为本领域现有渗吸瓶测量原理及所用装置的结构示意图。
图3为本发明实施例中所提供的该岩心夹持器的结构示意图。
图4为本发明实施例中所提供的该高温高压岩心自发渗吸实验装置的结构示意图。
图5为本发明实施例中所提供的高温高压下渗吸实验所得实验结果与对比例中常规渗吸实验所得实验结果的对比曲线图。
主要附图标号说明：
0、岩心夹持器；
1、固定架；
2、吊绳；
3、岩心；
4、烧杯；
5、天平；
6、渗吸瓶；
7、岩心架；
8、密封底座；
9、上盖体；
10、缸体；
11、岩心固定装置；
12、下盖体；
13、高压驱替泵；
14、渗流液体储罐；
15、回压控制装置；
16、计量管；
17、恒温箱；
18、恒压装置；
19、高压气瓶；
20、中间容器。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种岩心夹持器，该岩心夹持器的结构示意图如图3所示，从图3中可以看出，该岩心夹持器包括两端开口的缸体10、岩心固定装置11、上盖体9及下盖体12；
所述岩心固定装置11为内部具有螺旋结构的空心柱体，其位于缸体10内部，用以固定目标岩心3；
所述上盖体9通过密封结构(如密封圈，图中未示出)与该缸体10的上端开口密闭连接，且该上盖体9开设有液体出口；
所述下盖体12通过密封结构(如密封圈，图中未示出)与该缸体10的下端开口密闭连接，且该下盖体12开设有用于连通外部与岩心固定装置11的空心的液体入口；
所述上盖体9的底部与岩心固定装置11之间形成空腔，所述下盖体12与岩心固定装置11接触用以支撑该岩心固定装置11，且该下盖体12的顶部伸入岩心固定装置11的空心中并与目标岩心3相接触；
本实施例中，所述上盖体9的底部为倒圆锥形结构，以使该上盖体9的底部与岩心固定装置11之间形成锥形空腔。
本实施例中，所述下盖体12的顶部为锥形结构。
本实施例中，所述液体入口为T型结构的液体入口。
本实施例中，所述岩心固定装置11的材质为塑料。
本实施例中，所述缸体10、上盖体9及下盖体12的材质均为不锈钢。
实施例2
本实施例提供了一种高温高压岩心自发渗吸实验装置，其中，所述高温高压岩心自发渗吸实验装置的结构示意图如图4所示，从图4中可以看出，其包括：驱替单元、增压单元、岩心加持单元以及出口控制和计量单元；
其中，所述驱替单元包括高压驱替泵13，所述增压单元包括高压气瓶19、中间容器20及恒压装置18，所述岩心加持单元包括实施例提供的岩心夹持器0以及用于放置该岩心夹持器的恒温箱17，所述出口控制和计量单元包括回压控制装置15、渗流液体储罐14及计量管16，该计量管位于渗流液体储罐所盛装的渗流液体中且渗流液体的液面高度略低于计量管的计量刻度；
所述高压驱替泵的入口连有入口管路，该入口管路***渗流液体储罐所盛装的渗流液体中，该高压驱替泵的出口通过出口管路与所述岩心夹持器的液体入口相连接，该岩心夹持器的液体出口通过管路经由回压控制装置与所述计量管的入口相连；
所述高压气瓶的出口通过管路依次经由恒压装置、中间容器与所述岩心夹持器的液体入口相连接；
所述中间容器为用于盛装渗流液体的容器。
本实施例中，所述渗流液体储罐为烧杯。
实施例3
本实施例提供了一种高温高压岩心自发渗吸实验方法，其中，所述高温高压岩心自发渗吸实验方法利用实施例2所提供的高温高压岩心自发渗吸实验装置，实验所用目标岩心取自鄂尔多斯盆地长7储层露头平行样，岩样长度为5cm，直径为2.5cm，渗透率为0.15mD，孔隙度为10.5％，岩心内饱和煤油，含油饱和度为51％。实验温度为60℃，实验压力为11MPa。
该实验方法包括以下步骤：
(1)将已经饱和原油的目标岩心置于岩心夹持器中，再按照相应的连接关系搭建所述高温高压岩心自发渗吸实验装置，并将恒温箱的温度调至60℃；
(2)将回压控制装置的压力设置为11MPa；
(3)将恒压装置的压力调整至8MPa后，通过高压气瓶中的气体对中间容器中所盛装的渗流液体进行补压；
(4)将恒压装置的压力上调至12MPa，再将步骤(3)中间容器内补压后的渗流液体通入岩心夹持器中，此时计量管端有气体产出，当气体排空后，开始计量渗吸出的原油量，并停止通入渗流液体；
(5)启动高压驱替泵，将渗流液体储罐所盛装的渗流液体通入岩心夹持器中，并通过计量管计量渗吸出的原油量。
本实施例中，所述渗流液体为水，因此该方法还包括将进入计量管的渗流液体分离后再将其送至渗流液体储罐或者中间容器中，以对其进行循环使用的操作。
对比例1
以与实施例3中相同的岩心，采用目前本领域常规使用的渗吸实验对该岩心进行渗吸驱油测试。本对比例中所用的目标岩心与实施例3中所用的岩心相同，实验温度为室温，实验压力为常压。
其中，本发明实施例3及对比例2中所获得的实验数据如下表1所示。
表1
本发明实施例3中所提供的高温高压下渗吸实验所得实验结果与对比例2中常规渗吸实验所得实验结果的对比曲线图如图5所示，从图5中可以看出，由于本发明所提供的该高温高压岩心自发渗吸实验方法采用的实验压力及实验温度为较高的压力及较高的温度，与本领域现有的常规渗吸实验相比，其温度和压力发生了变化，这也导致了渗吸曲线发生了偏移。
由此也可以进一步说明，本发明所提供的岩心夹持器、高温高压岩心自发渗吸实验方法及装置很好地解决了岩心高温高压下渗吸测量的问题，使渗吸测量实验条件更加符合现场条件。
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。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。

Claims (12)

1.一种高温高压岩心自发渗吸实验装置，其特征在于，所述高温高压岩心自发渗吸实验装置包括：驱替单元、增压单元、岩心加持单元以及出口控制和计量单元；
其中，所述驱替单元包括高压驱替泵，所述增压单元包括高压气瓶、中间容器及恒压装置，所述岩心加持单元包括岩心夹持器以及用于放置该岩心夹持器的恒温箱，其中，所述岩心夹持器包括两端开口的缸体、岩心固定装置、上盖体及下盖体；
所述岩心固定装置为内部具有螺旋结构的空心柱体，其位于缸体内部，用以固定目标岩心；
所述上盖体通过密封结构与该缸体的上端开口密闭连接，且该上盖体开设有液体出口；
所述下盖体通过密封结构与该缸体的下端开口密闭连接，且该下盖体开设有用于连通外部与岩心固定装置的空心的液体入口，所述液体入口为T型结构的液体入口；其中，所述下盖体的顶部为锥形结构；
所述上盖体的底部为倒圆锥形结构，以使该上盖体的底部与岩心固定装置之间形成锥形空腔，所述下盖体与岩心固定装置接触用以支撑该岩心固定装置，且该下盖体的顶部伸入岩心固定装置的空心中并与目标岩心相接触；
所述出口控制和计量单元包括回压控制装置、渗流液体储罐及计量管，该计量管位于渗流液体储罐所盛装的渗流液体中且渗流液体的液面高度略低于计量管的计量刻度；
所述高压驱替泵的入口连有入口管路，该入口管路***渗流液体储罐所盛装的渗流液体中，该高压驱替泵的出口通过出口管路与所述岩心夹持器的液体入口相连接，该岩心夹持器的液体出口通过管路经由回压控制装置与所述计量管的入口相连；
所述高压气瓶的出口通过管路依次经由恒压装置、中间容器与所述岩心夹持器的液体入口相连接；
所述中间容器为用于盛装渗流液体的容器。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述渗流液体储罐为烧杯。
3.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述密封结构包括密封圈。
4.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述岩心固定装置的材质为塑料。
5.根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征在于，所述缸体、上盖体及下盖体的材质均为不锈钢。
6.一种高温高压岩心自发渗吸实验方法，其特征在于，所述高温高压岩心自发渗吸实验方法利用权利要求1-5任一项所述的高温高压岩心自发渗吸实验装置，该实验方法包括以下步骤：
（1）将目标岩心置于岩心夹持器中，再按照相应的连接关系搭建所述高温高压岩心自发渗吸实验装置，并将恒温箱的温度调至实验温度；
（2）将回压控制装置的压力设置为实验压力；
（3）将恒压装置的压力调整至略低于实验压力后，通过高压气瓶中的气体对中间容器中所盛装的渗流液体进行补压；
（4）将恒压装置的压力上调至略高于实验压力，再将步骤（3）中间容器内补压后的渗流液体通入岩心夹持器中，此时计量管端有气体产出，当气体排空后，开始计量渗吸出的原油量，并停止通入渗流液体；
（5）启动高压驱替泵，将渗流液体储罐所盛装的渗流液体通入岩心夹持器中，并通过计量管计量渗吸出的原油量。
7.根据权利要求6所述的实验方法，其特征在于，当所述渗流液体为单一介质时，该方法还包括将进入计量管的渗流液体分离后再将其送至渗流液体储罐或者中间容器中，以对其进行循环使用的操作。
8.根据权利要求6或7所述的实验方法，其特征在于，所述渗流液体为水。
9.根据权利要求6或7所述的实验方法，其特征在于，所述实验压力为10-30MPa。
10.根据权利要求6或7所述的实验方法，其特征在于，所述实验温度为常温-90oC。
11.根据权利要求6或7所述的实验方法，其特征在于，步骤（3）为：将恒压装置的压力调整至比实验压力低1-5MPa后，通过高压气瓶中的气体对中间容器中所盛装的渗流液体进行补压。
12.根据权利要求6或7所述的实验方法，其特征在于，步骤（4）为：将恒压装置的压力上调至比实验压力高1-5MPa，再将步骤（3）中间容器内补压后的渗流液体通入岩心夹持器。
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