一种测定三维渗流过程中CO2可溶表面活性剂在CO2/水体系中的浓度分布装置及方法

摘要

本发明的一种测定三维渗流过程中CO2可溶表面活性剂在CO2/水体系中的浓度分布的装置，包括三维岩心模型；三维岩心模型的进口端连接有相并联的乳液发生器和原油注入装置，乳液发生器的进口端连接有相并联的CO2气体注入装置和表面活性剂注入装置；三维岩心模型的出口端通过回压阀连接有相并联的气源瓶和盛液瓶，三维岩心模型顶面和一个侧面上开有若干等间距的取样口，取样口与三维岩心模型内的岩心相连通，每个取样口通过带阀门的管路各自连接有取样器。在模型不同部位取样，将水相和CO2相分离，CO2相样品溶解在水中，用高效液相色谱法(HPLC)检测表面活性剂的浓度。本发明的装置和方法操作简单，测定准确率高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定三维渗流过程中CO₂可溶表面活性剂在CO₂/水体 系中的浓度分布装置及方法，属于油气田开发工程技术领域。

背景技术

由于CO₂是一种在油和水中溶解度都很高的气体，CO₂驱以成本低廉、 成效显著、可回收重复利用、无毒环保，当它大量溶解于原油中时，可以 使原油体积膨胀、黏度下降，还可以降低油水间的界面张力，提高原油采 收率技术。在低渗透油藏、高含水油藏以及深层油藏中都有良好的应用前 景，并且注CO₂气体能够减少空气中CO₂量，降低温室效应，有利于环境 保护。但是在油藏条件下，CO₂一般处于超临界状态下(温度和压力分别处 于31.1℃和7.38MPa以上)，具有很强流动性，驱油时容易产生气窜或粘性 指进，与表面活性剂水溶液形成CO₂乳液是控制CO₂流度的有效措施。但 是加入表面活性剂就涉及渗流过程中CO₂可溶表面活性剂在CO₂/水体系中 的浓度分布的问题，这为表面活性剂在渗流过程中的运移提供依据。

申请号为CN201110191927.4的专利公开了一种低浓度粘弹性表面活性 剂溶液的制备方法及浓度测定，一些相关的研究只是测定了化合物在有水 中或油中的分配系数和浓度分布，但是并未涉及岩心在三维渗流过程及CO₂可溶表面活性剂在CO₂/水体系中的浓度分布的方法，没有测定在三维渗流 过程中CO₂可溶表面活性剂在CO₂/水体系中的浓度分布的方法及装置。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种操作简单，测定准确率 高的测定三维渗流过程中CO₂可溶表面活性剂在CO₂/水体系中的浓度分布 装置及方法。

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种测定三维渗流过程中CO2可溶表面活性剂在CO2/水体系 中的浓度分布的装置，包括内填石英砂且为方形的三维岩心模型；

所述三维岩心模型的进口端连接有相并联的乳液发生器和原油注入装 置，所述乳液发生器的进口端连接有相并联的CO₂气体注入装置和表面活 性剂注入装置；

所述三维岩心模型的出口端通过回压阀连接有相并联的气源瓶和盛液 瓶，三维岩心模型顶面和一个侧面上开有若干等间距的取样口，取样口与 三维岩心模型内的岩心相连通，每个取样口通过带阀门的管路各自连接有 取样器。

优选的，上述取样器包括圆筒形的不锈钢外壳和透明玻璃内胆，不锈 钢外壳上设置有观察窗口，取样器两端分别设置有与透明玻璃内胆相连通 的进液口和出液口，进液口通过管线与三维岩心模型的取样口连接，出液 口连接有阀门，透明玻璃内胆的内部设置有活塞。

优选的，上述三维岩心模型包括方形的金属外壳，外壳的长、宽、厚 分别为100cm、40cm、40cm，外壳内设置有方形的内腔，内腔填满粒径为 120～140目之间的石英砂，外壳的进口端和出口端两端分别设置有螺纹接 口，三维岩心模型顶部面和一个侧面上各开有21个取样口，三维岩心模型 外包绕有加热保温套。

优选的，上述原油注入装置包括原油中间容器，CO₂气体注入装置包括 CO₂气体中间容器，表面活性剂注入装置包括表面活性剂中间容器，原油中 间容器、CO₂气体中间容器和表面活性剂中间容器内均设置有活塞，并且原 油中间容器、CO₂气体中间容器和表面活性剂中间容器均各自连接有可推动 活塞移动的平流泵。

采用上述测定三维渗流过程中CO₂可溶表面活性剂在CO₂/水体系中的 浓度分布的装置进行的测定方法，包括以下步骤：

步骤1，将三维岩心模型的岩心温度加热到30℃～90℃，并维持该温度 10-12小时，然后通过气源瓶给回压阀设定回压，以给岩心加围压；

步骤2，将三维岩心模型的岩心抽真空后饱和水，然后以1ml/min的流 速向岩心内泵入原油，直至岩心被原油驱替至束缚水状态；

步骤3，采用平流泵以5ml/min的流速分别将CO₂气体中间容器内的 CO₂气体和表面活性剂中间容器内的表面活性剂溶液进行压缩，使CO₂气 体压力和表面活性剂溶液压力升至与原油驱替压力相同；

步骤4，将CO₂气体与表面活性剂溶液按照一定气液比注入乳化发生器 内进行乳化，并将乳化后的稳定乳液注入岩心内，待岩心内压力稳定后， 达到了超临界CO₂乳液渗流状态；

步骤5，待三维岩心模型出口端产出液中含有乳液时，通过取样口对岩 心不同位置进行取样，取样后待取样器内乳液破灭后，将取样器内的CO₂气体注入相溶解在超纯水中，用高效液相色谱法(HPLC)检测表面活性剂 的浓度，即可获得表面活性剂在超临界CO₂相中的溶解度。

优选的，在步骤4中CO₂与表面活性剂溶液在乳液发生器内进行混合 时，其气液比选取2:1、3:1或5:1。

本发明的有益效果是：本发明的装置采用三维岩心模型模拟真实的藏 油环境，在模型不同部位取样，取样器可视化，能够准确检测出表面活性 剂的浓度，从而确定表面活性剂在超临界CO₂和水两相中的溶解度，获得 表面活性剂在不同温度压力油藏中的一维分布运移特征。操作简单，测定 的准确率高。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2本发明取样器的结构示意图；

其中，1三维岩心模型，2原油中间容器，3表面活性剂中间容器，4CO₂气体中间容器，5平流泵，6乳化发生器，7六通阀，8取样口，9取样器， 10回压阀，11气源瓶，9-1进液口，9-2观察窗口，9-3内胆，9-4外壳，9-5 活塞，9-6出液口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：

本发明的装置采用相似理论设计三维岩心模型1尺寸和实验参数，CO₂相携带表面活性剂注入模型，在模型不同部位取样，取样器9可视化，中 间有活塞9-5，再用泵把水顶替出来，将水相和CO₂相分离，CO₂相样品溶 解在水中，用高效液相色谱法(HPLC)检测表面活性剂的浓度，从而确定 表面活性剂在超临界CO₂和水两相中的溶解度，获得表面活性剂在不同温 度压力油藏中的三维分布运移特征。

实施例1：如图1、2所示，一种测定三维渗流过程中CO₂可溶表面活性 剂在CO₂/水体系中的浓度分布的装置，包括内填石英砂且为方形的三维岩 心模型1；三维岩心模型1包括方形的金属外壳9-4，外壳9-4的长、宽、 厚分别为100cm、40cm、40cm，外壳9-4内设置有方形的内腔，内腔填满 粒径为120～140目之间的石英砂，外壳9-4的进口端和出口端两端分别设置 有螺纹接口，三维岩心模型1顶部面和一个侧面上各开有21个取样口8， 一共42个取样口8，三维岩心模型1外包绕有加热保温套。

三维岩心模型1的进口端通过六通阀7连接有相并联的乳液发生器和原 油注入装置，乳液发生器的进口端连接有相并联的CO₂气体注入装置和表 面活性剂注入装置；三维岩心模型1的出口端通过回压阀10连接有相并联 的气源瓶11和盛液瓶，三维岩心模型1顶面和一个侧面上开有若干等间距 的取样口8，取样口8与三维岩心模型1内的岩心相连通，每个取样口8通 过带阀门的管路各自连接有取样器9。

取样器9包括圆筒形的不锈钢外壳9-4和透明玻璃内胆9-3，不锈钢 外壳9-4上设置有观察窗口9-2，取样器9两端分别设置有与透明玻璃内胆 9-3相连通的进液口9-1和出液口9-6，进液口9-1通过管线与三维岩心模 型1的取样口8连接，出液口9-6连接有阀门，透明玻璃内胆9-3的内部 设置有活塞9-5。原油注入装置包括原油中间容器2，CO₂气体注入装置包 括CO₂气体中间容器4，表面活性剂注入装置包括表面活性剂中间容器3， 原油中间容器2、CO₂气体中间容器4和表面活性剂中间容器3内均设置有 活塞9-5，并且原油中间容器2、CO₂气体中间容器4和表面活性剂中间容 器3均各自连接有可推动活塞9-5移动的平流泵5。

实施例2：一种采实施例1所述的测定三维渗流过程中CO₂可溶表面活 性剂在CO₂/水体系中的浓度分布的装置进行的测定方法，包括以下步骤：

步骤1，将三维岩心模型1的岩心温度加热到30℃～90℃，并维持该温 度10-12小时，然后通过气源瓶11给回压阀10设定回压，以给岩心加围压； 设定回压为10MPa，该压力即为填砂模型出口端压力，决定填砂模型所处 的油藏条件；

步骤2，将三维岩心模型1的岩心抽真空后饱和水，然后以1ml/min的 流速向岩心内泵入原油，直至岩心被原油驱替至束缚水状态；

步骤3，采用平流泵5以5ml/min的流速分别将CO₂气体中间容器4内 的CO₂气体和表面活性剂中间容器3内的表面活性剂溶液进行压缩，使CO₂气体压力和表面活性剂溶液压力升至与原油驱替压力相同；

步骤4，将CO₂气体与表面活性剂溶液按照一定气液比注入乳化发生器 6内进行乳化，并将乳化后的稳定乳液注入岩心内，待岩心内压力稳定后， 达到了超临界CO₂乳液渗流状态；

步骤5，待三维岩心模型1出口端产出液中含有乳液时，通过从42个 取样口8的任意一个或者几个中取样，完成对岩心不同位置进行取样，取 样后待取样器9内乳液破灭后，将取样器9内的CO₂气体注入相溶解在超 纯水中，用高效液相色谱法(HPLC)检测表面活性剂的浓度，即可获得表 面活性剂在超临界CO₂相中的溶解度。

将CO₂气体和表面活性剂溶液注入乳化发生器6内进行乳化之前，先 采用平流泵5以3-5ml/min的流速将CO₂气体中间容器4内的CO₂气体和 表面活性剂中间容器3内的表面活性剂溶液进行压缩，使CO₂气体压力和 表面活性剂溶液压力升至与原油驱替压力相同。CO₂与表面活性剂溶液在乳 液发生器内进行混合时，其气液比选取2:1、3:1或5:1。表面活性剂溶液为 质量浓度0.5～1.5wt％的二-(2-乙基己基)-磺酸琥珀酸钠溶液(AOT)。