CN114737933A - 一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置及方法。实验装置由高压驱替泵、原油中间容器、气体中间容器、围压泵、回压阀、回压泵、压力传感器、开关阀、长岩心夹持器、角度测量仪、辅助装置组成。其中辅助装置由支撑架、滑块、固定箍、链轮、电机、恒温箱、循环动力泵、水浴套构成。本发明的实验装置中的辅助装置，通过电机带动链轮的转动，将长岩心夹持器在支撑架内进行不同角度的倾斜，模拟不同油田的各种构造，同时采用循环水浴加热的方式进行加热，保证实验温度的恒定，避免了现有装置配备大型恒温箱体积庞大、升温慢、长岩心不可大角度倾斜或温度不稳定的问题，对研究顶部注气重力驱提高采收率具有重要的现实意义。

Description

一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种模拟油田室内开发实验装置，特别涉及一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置及方法。

背景技术

顶部注气重力驱油是开采背斜构造、断鼻构造、潜山构造油藏顶部剩余油的有效方法，其基本过程是从油藏顶部注入井连续注入气体，并从油藏低部位的生产井进行生产。利用注入气与原油的密度差来抑制黏性指进，提高波及效率，进而大幅度提高采收率。为了更好的建立合适目标油气藏的开发方案，通常需要在室内开展实验，以研究顶部注气重力驱对油气藏采收率的影响。室内实验一般采用长岩心驱替实验来模拟油气藏注气开发，现有的长岩心实验装置主要分为两类，一类为烘箱中水平或略带倾角放置长岩心夹持器(如中国专利CN201310133309.3)，该类长岩心驱替装置能够进行高温高压实验和水平或低倾角背斜地层的模拟实验，整套装置体积庞大，不便于移动，能耗高，升温慢，内部空间有限，在进行高温高压模拟实验时，实验人员需进入烘箱进行管线转接，容易烫伤工作人员，存在安全隐患；另一类为长岩心夹持器外部装上保温壳或加热套(如中国专利CN201820959593.8)，可以进行高温高压实验和倾角较大的背斜地层模拟实验，有效解决了烘箱体积庞大、内部空间有限等问题，但在需要对长岩心夹持器进行不同角度倾斜时，因没有特殊的机械装置对长岩心夹持器进行角度倾斜，需要靠人力的方式来对其进行倾斜，由于长岩心夹持器本身质量较大，人力方式不仅无法精确控制其倾斜的角度，且安全隐患极大，极容易造成对实验人员的砸伤。

为模拟顶部注气重力驱的开发效果，国内对顶部注气重力非混相过程进行了实验研究(刘子恒.碳酸盐岩顶部注气重力驱提高采收率实验研究[J].石油化工高等学校学报,2021,34(02):42-46.)，对比分析水平注气和顶部注气采出程度的差异，该实验在进行顶部注气的过程中只能对长岩心夹持器进行垂直放置，不能对长岩心夹持器倾斜角度进行精确地控制，因此只能适用于某些特殊的油藏，并不能很好的模拟各种不同构造类型的油藏，且在对长岩心夹持器进行垂直放置时，没有特定的机械装置对长岩心夹持器进行固定，实验安全隐患较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置，摆脱长岩心夹持器对于大型烘箱的依靠，善于模拟不同油田的各种构造，提供不同的倾角，装置简单易操作，移动方便，且采用水浴加热的方式进行加热，既保证了实验温度恒定，消除温度对实验结果的影响，且同时具备冷却的功能，可快速给长岩心夹持器进行冷却，大大缩短了实验时间等优点，解决了长岩心夹持器不易倾斜的问题，实现长岩心不同角度(0～90°)的倾斜。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置，由高压驱替泵、原油中间容器、气体中间容器、围压泵、回压阀、回压泵、压力传感器、开关阀、长岩心夹持器、角度测量仪、辅助装置组成；辅助装置由提升机构、传动***、动力***、恒温***构成；

所述提升机构，包括支撑架、滑块、固定箍；所述支撑架，采用重型“C”型钢立柱钢材，冷弯成型，整体为立式结构，分为竖直框架和水平底座，竖直框架顶端有链轮轴，框架两侧设计有滑动轨道，水平底座分为水平框和平衡台，水平框两端各有两个链轮轴，用于固定链轮，两侧也设计有滑动轨道，保证滑块在轨道内自由滑动，平衡台设计为实心钢材，一方面保障整个装置在提升时的稳定性，一方面用于放置电机；所述滑块有出入口两个滑块，入口端滑块位于竖直轨道内，出口端滑块位于水平轨道内，滑块中间部分呈“U”字形，内有用于连接固定箍的轴承，可实现固定有长岩心夹持器的固定箍在滑块“U”字形凹槽内自由的转动，滑块内轴承采用为圆锥滚子轴承；所述固定箍有出入口两个固定箍，固定箍由上下两端组成，固定箍下端左右各有一个轴，用于与出入口滑块内轴承的连接，实现固定箍的自由转动，固定箍上下两端分别设计有部分内嵌式铁块进行配合，用于减轻固定箍在轴向横向所受的力，固定箍上下两端采用螺丝进行锁定；

所述传动***，包括主动链轮Ⅰ、从动链轮Ⅰ、从动链轮Ⅱ、从动链轮Ⅲ、从动链轮Ⅳ、链条；以链条固定点依次连接顺序为链条-从动链轮Ⅲ-链条-从动链轮Ⅱ-链条-主动链轮Ⅰ-链条-从动链轮Ⅰ-链条-从动链轮Ⅳ-链条；链轮材质选用45号钢，热处理采用调质和表面淬火；链条选用链号20A的滚子链；

所述动力***包括电机，通过电机的输出轴与主动链轮Ⅰ连接，为整个传动***提供动力，同时通过调节电机不同的模式(正转和反转)，带动整个传动***往复运动，实现长岩心夹持器不同角度的倾斜；

所述恒温***包括循环动力泵、恒温箱、水浴套组成，所述循环动力泵，出口与恒温箱入口相连，入口与水浴套出口相连，实现整个恒温***内液体不断的循环；所述恒温箱，内有加热装置和冷却装置，可通过设定温度，可对流经箱体的流体进行升温和降温；所述水浴套包裹在长岩心夹持器表面，内部为液体腔，通过液体腔内流体不断地流入与流出，以达到对长岩心夹持器的加热和冷却。

一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验方法，包括如下步骤：

(1)将岩心洗净，烘干称重并测试岩心的孔隙度和渗透率，对岩心抽真空并在地层压力下饱和原油，取出饱和后的岩心并称重，然后将岩心按调和平均排序后放入胶套装入长岩心夹持器中；

(2)将长岩心夹持器水平固定在支撑架上，并连接好管线，打开循环动力泵，设定恒温箱温度，将长岩心夹持器升温至地层温度；

(3)打开电机电源，使长岩心夹持器在传动***的带动下随着支撑架轨道滑动，观察角度测量仪确定倾斜角度，当长岩心夹持器倾斜至所需倾角时，关闭电源；

(4)将装有原油的中间容器的压力通过高压驱替泵提升至地层压力，将装有氮气的中间容器加压至40MPa；

(5)检漏：打开围压泵、回压泵，打开装有氮气的中间容器的阀门，然后关闭阀门，打开长岩心夹持器出入口端阀门，等待10分钟，观察围压、回压、出入口压力，如压力不发生变化，则开始建压，若压力降低，则用泡沫水查漏；

(6)建压：打开装有氮气的中间容器的上端阀门，并在几秒后关闭该阀门，打开长岩心夹持器入口端阀门，重复该操作直至地层压力，同时同步提高围压和回压的压力；

(7)待长岩心夹持器出入口压力升至地层压力时，关闭装有氮气的中间容器，打开长岩心夹持器和装有原油的中间容器的两端阀门，高压驱替泵以恒速模式驱替原油至岩心中，饱和岩心，并记录泵的排量以及出油量，待出油速度稳定后，关闭装有原油的中间容器上端阀门；

(8)打开装有氮气的中间容器的阀门，高压驱替泵以恒速模式进行驱替，计录泵的排量、出油量以及气量；

(9)待出口不出油后，停止进泵，关闭入口端阀门，卸压。

本发明具有如下有益效果

本发明的一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置，解决了长岩心夹持器不可倾斜的问题，实现了室内顶部注气重力驱实验，具有以下优点：本发明的装置能够准确的在人为设定的温度压力下进行顶部注气重力驱替实验以及其他长岩心驱替实验，可实现对长岩心加持器不同角度(0～90°)的倾斜；装置简单，便捷；且采用水浴加热的方式进行加热，既保证了实验温度恒定，消除温度对实验结果的影响，且同时具备冷却的功能，可快速给长岩心夹持器进行冷却，大大缩短了实验所需的时间。

附图说明

图1为本发明一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置的辅助装置结构示意图。

图2为辅助装置内滑块示意图。

图3为辅助装置内固定篐示意图。

图4为一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验方法的连接示意图。

附图标记说明：

1-高压驱替泵；2、3、6、7、14-阀门；4-装有原油的中间容器；5-装有氮气的中间容器；8、10、12、16-压力表；9-辅助装置；11-围压泵；13-回压阀；15-回压泵；17-试管；18-气体流量计量计；19-循环动力泵；20-恒温箱；91-从动链轮Ⅰ；92-电机；93-主动链轮Ⅰ；94-链条；95-从动链轮Ⅱ；96-从动链轮Ⅲ；97-钢丝绳；98-入口端固定箍；99-入口端滑块；910-支撑架；911-长岩心夹持器；912-出口端固定箍；913-出口端滑块；914-从动链轮Ⅳ；915-水浴套；916-角度仪。

具体实施方式

为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

实例1

本实例提供一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置的辅助装置，该装置的结构示意图如图1所示，从图1中可以看出，其包括提升机构、传动***、动力***、恒温***四个部分。

所述提升机构，包括支撑架911、滑块(99、913)、固定箍(98、912)；所述支撑架911，采用重型“C”型钢立柱钢材，冷弯成型，整体为立式结构，分为竖直框架和水平底座，竖直框架顶端有与从动轮Ⅱ95配合的轴，两侧设计有滑动轨道，水平底座分为水平框和平衡台，水平框两端各有两个链轮轴，用于固定链轮，两侧也设计有滑动轨道，保证滑块在轨道内自由滑动，平衡台设计为实心钢材，一方面保障整个装置在提升时的稳定性，一方面用于放置电机92；

所述滑块有入口端、出口端滑块(99、913)，入口端滑块99位于竖直框架轨道内，出口端滑块913位于水平框架内，如图2所示，滑块中间部分为“U”字形凹槽，凹槽两侧各有用于连接固定箍的轴承，可实现固定有长岩心夹持器的固定箍在滑块“U”字形凹槽内自由转动；所述出入口固定箍912、98，如图3所示，固定箍下端左右各有一个轴，用于与滑块内轴承的连接，实现固定箍的自由转动，中间部分用于夹持长岩心夹持器，固定箍上下两端分别设计有部分内嵌式铁块进行配合，用于减轻固定箍在轴向横向所受的力，固定箍上下两端采用螺丝进行锁定；

所述传动***，包括主动链轮Ⅰ93、从动链轮Ⅰ91、从动链轮Ⅱ95、从动链轮Ⅲ96、从动链轮Ⅳ914、链条94，以链条固定点依次连接顺序为链条94-从动链轮Ⅲ96-链条94-从动链轮Ⅱ95-链条94-主动链轮Ⅰ93-链条94-从动链轮Ⅰ91-链条94-从动链轮Ⅳ914-链条94，其中从动链轮Ⅲ96和从动链轮Ⅳ914分别与入口端滑块99、出口端滑块913通过钢丝绳97连接，通过整个传动***带动滑块沿着滑轨运动；

所述动力***包括电机92，电机92放置在支撑架910底座上，电机92的输出轴与主动链轮Ⅰ93连接，为整个传动***提供动力，同时通过调节电机不同的模式(正转和反转)，带动整个传动***往复运动，完成长岩心夹持器不同角度的倾斜；

所述恒温***包括循环动力泵19、恒温箱20、水浴套915组成，所述循环动力泵19，出口与恒温箱20入口相连，入口与水浴套915出口相连，实现整个恒温***内液体不断的循环；所述恒温箱20，内有加热装置和冷却装置，可通过设定温度，可对流经箱体的流体进行升温和降温；所述水浴套915包裹在长岩心夹持器911表面，内部为液体腔，通过液体腔内流体不断地流入与流出，达到对长岩心夹持器911的加热和冷却。

实例2

本实施例提供一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验方法，其中，所述方法利用实例1提供的一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置的辅助装置，所述方法具体包括以下步骤：

(1)将若干短岩心洗净，置于烘箱中烘干称重并测试岩心的孔隙度和渗透率，将这些短岩心放置在中间容器中抽真空并在压力50MPa下充分饱和原油(24h)，取出饱和后的岩心并称重，然后将该短岩心按调和平均排序后放入胶套装入长岩心夹持器中；

(2)将长岩心夹持器911通过出入口固定箍912、98水平固定在支撑架910上，并连接好管线，打开循环动力泵19，设定恒温箱20温度70℃，对长岩心夹持器911进行加热；

(3)打开电机92电源，使长岩心夹持器911在传动***的带动下随着支撑架910轨道滑动，观察角度仪916，当长岩心夹持器911处于垂直状态时，关闭电机92电源；

(4)将装有原油的中间容器4的压力通过高压驱替泵1提升至30MPa，将装有氮气的中间容器5加压至40MPa；

(5)检漏：打开围压泵11、回压泵15，提高围压至5MPa，回压至1MPa，打开装有氮气的中间容器5的上端阀门，并在几秒后关闭该阀门，打开长岩心夹持器出入口端阀门，待气体流量计量计有示数时，提高回压至5MPa，保证出口不再出气，等待10分钟，观察围压、回压、出入口压力，如压力不发生变化，则开始建压，若压力减少，则用泡沫水查漏；

(6)建压：打开围压泵11和回压泵15，提高围压和回压至5MPa，打开装有氮气的中间容器5的上端阀门，并在几秒后关闭该阀门，打开长岩心夹持器911入口端阀门，重复该操作直至30MPa，同时通过围压泵11和回压泵15同步提高围压和回压的压力，始终保持围压和围压高于出入口压力5～9MPa，建压结果：围压35MPa、回压30MPa，出入口压力30MPa；

(7)待长岩心夹持器911出入口压力升至30MPa时，关闭装有氮气的中间容器5，打开长岩心夹持器911和装有原油的中间容器4的两端阀门，高压驱替泵1以0.05ml/min速度驱替原油至岩心中，饱和岩心，并记录高压驱替泵1的排量以及试管17中的出油量，待出油速度稳定后，关闭装有原油的中间容器4上端阀门；

(8)打开装有氮气的中间容器5的两端阀门，高压驱替泵1以0.01ml/min的驱替速度进行驱替，记录高压驱替泵1的排量、试管17中的出油量以及气体计量器18的气量；

(9)待出口不出油后，停止进泵，关闭入口端阀门，卸压。

本发明并不限于上述实施方式，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变更。本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验装置及方法，实验装置由高压驱替泵、原油中间容器、气体中间容器、围压泵、回压阀、回压泵、压力传感器、开关阀、长岩心夹持器、角度测量仪、辅助装置组成；其辅助装置由提升机构、传动***、动力***、恒温***构成。

2.如权利要求1所述提升机构，包括支撑架、滑块、固定箍；所述支撑架，采用重型“C”型钢立柱钢材，冷弯成型，整体为立式结构，分为竖直框架和水平底座，竖直框架顶端有链轮轴，框架两侧设计有滑动轨道，水平底座分为水平框和平衡台，水平框两端各有两个链轮轴，用于固定链轮，两侧也设计有滑动轨道，保证滑块在轨道内自由滑动，平衡台设计为实心钢材，一方面保障整个装置在提升时的稳定性，一方面用于放置电机；所述滑块有出入口两个滑块，入口端滑块位于竖直轨道内，出口端滑块位于水平轨道内，滑块中间部分呈“U”字形，内有用于连接固定箍的轴承，可实现固定有长岩心夹持器的固定箍在滑块“U”字形凹槽内自由的转动，滑块内轴承采用为圆锥滚子轴承；所述固定箍有出入口两个固定箍，固定箍由上下两端组成，固定箍下端左右各有一个轴，用于与出入口滑块内轴承的连接，实现固定箍的自由转动，固定箍上下两端分别设计有部分内嵌式铁块进行配合，用于减轻固定箍在轴向横向所受的力，固定箍上下两端采用螺丝进行锁定。

3.如权利要求1所述传动***，包括主动链轮Ⅰ、从动链轮Ⅰ、从动链轮Ⅱ、从动链轮Ⅲ、从动链轮Ⅳ、链条；以链条固定点依次连接顺序为链条-从动链轮Ⅲ-链条-从动链轮Ⅱ-链条-主动链轮Ⅰ-链条-从动链轮Ⅰ-链条-从动链轮Ⅳ-链条；链轮材质选用45号钢，热处理采用调质和表面淬火；链条选用链号20A的滚子链。

4.如权利要求1所述动力***包括电机，通过电机的输出轴与主动链轮Ⅰ连接，为整个传动***提供动力，同时通过调节电机不同的模式(正转和反转)，带动整个传动***往复运动，实现长岩心夹持器不同角度的倾斜。

5.如权利要求1所述恒温***包括循环动力泵、恒温箱、水浴套组成，所述循环动力泵，出口与恒温箱入口相连，入口与水浴套出口相连，实现整个恒温***内液体不断的循环；所述恒温箱，内有加热装置和冷却装置，可通过设定温度，可对流经箱体的流体进行升温和降温；所述水浴套包裹在长岩心夹持器表面，内部为液体腔，通过液体腔内流体不断地流入与流出，以达到对长岩心夹持器的加热和冷却。

6.如权利要求1所述一种模拟顶部注气重力驱的长岩心实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将岩心洗净，烘干称重并测试岩心的孔隙度和渗透率，对岩心抽真空并在地层压力下饱和原油，取出饱和后的岩心并称重，然后将岩心按调和平均排序后放入胶套装入长岩心夹持器中；

(2)将长岩心夹持器水平固定在支撑架上，并连接好管线，打开循环动力泵，设定恒温箱温度，将长岩心夹持器升温至地层温度；

(3)打开电机电源，使长岩心夹持器在传动***的带动下随着支撑架轨道滑动，观察角度测量仪确定倾斜角度，当长岩心夹持器倾斜至所需倾角时，关闭电源；

(4)将装有原油的中间容器的压力通过高压驱替泵提升至地层压力，将装有氮气的中间容器加压至40MPa；

(5)检漏：打开围压泵、回压泵，打开装有氮气的中间容器的阀门，然后关闭阀门，打开长岩心夹持器出入口端阀门，等待10分钟，观察围压、回压、出入口压力，如压力不发生变化，则开始建压，若压力降低，则用泡沫水查漏；

(6)建压：打开装有氮气的中间容器的上端阀门，并在几秒后关闭该阀门，打开长岩心夹持器入口端阀门，重复该操作直至地层压力，同时同步提高围压和回压的压力；

(7)待长岩心夹持器出入口压力升至地层压力时，关闭装有氮气的中间容器，打开长岩心夹持器和装有原油的中间容器的两端阀门，高压驱替泵以恒速模式驱替原油至岩心中，饱和岩心，并记录泵的排量以及出油量，待出油速度稳定后，关闭装有原油的中间容器上端阀门；

(8)打开装有氮气的中间容器的阀门，高压驱替泵以恒速模式进行驱替，计录泵的排量、出油量以及气量；

(9)待出口不出油后，停止进泵，关闭入口端阀门，卸压。

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