一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置及其使用方法

摘要

本发明的目的在于提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置及其使用方法，能够实现模拟油气两相缝洞储层中注气体示踪剂的渗流过程，动态监测出气体示踪剂在高温高压条件下向原油中的溶解扩散；为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置，包括:缝洞储层模拟系统、多相流体注入系统、油气分离系统、原油混合分析系统和计量分析系统。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开发技术模拟领域，特别涉及一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置及其使用方法。

背景技术

碳酸盐岩油藏油气资源在全球石油资源中占有重要地位，碳酸盐岩油藏油气资源占全球总油气资源的一半以上；缝洞型碳酸盐岩储层非均质性极强，储集空间多样，储集体类型复杂；由于发育大尺度裂缝与溶洞，使得其储渗模式与流动机理表现出复杂的特征。

缝洞型油藏以缝洞储集体单元为主要开发对象，一个缝洞单元就是一个独立的圈闭空间。在缝洞油藏开发过程中，在生产一定年限后，油井常常因为能量不足而无法导致产量下降。对于同一缝洞单元内的井组内生产井，常常采用井组注水注气方法提高地层能量，从而获得较高且稳定的采收率。因此，对同一缝洞单元井组各井间联通性的评价、地下缝洞分布、区块的剩余油分布的认识对于现场注水井网的布置与参数的设置起着关键的作用。

示踪剂测试技术能较为准确地评价流体的波及状况，认识注入流体流向、流速信息。确定裂洞的发育状况以及区块的剩余油分布，对于进一步认识缝洞型油藏的非均质性特征以及地层缝洞连通关系与分布起到了积极的指导作用。目前国内已有少量关于气体示踪剂监测方面的研究，通过在注入井注入气体示踪剂，在生产井取样监测示踪剂的响应，从而绘制出气体示踪剂的响应曲线，最后由理论曲线和实测曲线拟合反演出地层特性参数。

根据相态理论与扩散理论，气体示踪剂在流动过程中会不断向原油溶解扩散，造成示踪剂滞留损失，且示踪剂的种类不同、地层条件不同，溶解扩散量也不同。如果不把气体示踪剂在油水中的溶解扩散因素考虑在其中，会对现场示踪剂监测的解释结果造成较大误差。目前实验测试气体示踪剂在地层中向油水的溶解扩散实验装置都是基于静态实验，但实际现场情况是油气水和气体示踪剂各相处于动态过程，因此需要进行动态模拟测试。

CN106837317A公开了一种致密储层石油充注模拟方法及系统，该方法包括：获取与致密储层对应的第一样品和与目标烃源岩对应的第二样品；对第一样品进行预处理并进行覆压物性测定和注地层水，获取第一资料；对第二样品进行总有机碳、热解和成熟度测定，对成熟度低于预定值的第二样品进行开放体系的生烃动力学测试，获取第二资料；根据测井资料、第一、第二资料确定所述致密储层的源储配制关系，并根据所述关系装填第一、第二样品，获取模拟样品；根据地层埋藏史和热史，现今地层温度和压力，对模拟样品进行地质过程约束模拟实验后进行石油分布测定，确定石油分布情况，该发明所经过的步骤过于简单，与实际情况可能存在误差。

因此，有针对性的对油气田开发技术模拟领域提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置及其使用方法，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置及其使用方法，能够实现模拟油气两相缝洞储层中注气体示踪剂的渗流过程，动态监测出气体示踪剂在高温高压条件下向原油中的溶解扩散量。

为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置，包括:缝洞储层模拟系统、多相流体注入系统、油气分离系统、原油混合分析系统和计量分析系统；

所述缝洞储层模拟系统用于模拟缝洞型碳酸盐岩储层的环境；

所述多相流体注入系统用于向所述缝洞储层模拟系统中注入气体、原油和示踪剂；

所述油气分离系统用于分离从缝洞储层模拟系统出口端流出的油气混合流体，分离为油相流体和气相；

所述原油混合分析系统用于分析所述缝洞储层模拟系统中原油成分比例；

所述计量分析系统用于分析所述油气分离系统分离后的油相流体和气相中示踪剂的浓度。

进一步的，所述缝洞储层模拟系统包括缝洞储层刻蚀模型、压力表II、回压泵I、回压阀III、阀门H和恒温箱，所述回压泵I、所述缝洞储层刻蚀模型和所述压力表II位于所述恒温箱内，所述回压阀III通过管路与所述缝洞储层刻蚀模型出口端连接，所述回压泵I通过管路与所述回压阀III连接，所述压力表II位于所述缝洞储层刻蚀模型与所述回压阀III连接的管路上，连接所述回压泵I与所述回压阀III的管路上设有阀门H。

进一步的，所述多相流体注入系统包括气体注入系统、油注入系统、水注入系统和压力调节系统、压力表I和汇管，所述气体注入系统、油注入系统、水注入系统和压力调节系统通过管路交汇于所述汇管入口端，所述压力表I位于所述汇管上，所述汇管出口端与所述缝洞储层刻蚀模型入口端连接。

进一步的，所述气体注入系统包括气体注入泵、阀门A、中间容器I和阀门B，所述气体注入泵、所述阀门A、所述中间容器I、所述阀门B和所述汇管通过管路依次连接；

所述水注入系统包括恒压恒速泵I、阀门D、中间容器II和阀门C，所述恒压恒速泵I、所述阀门D、所述中间容器II、所述阀门C和所述汇管通过管路依次连接；

所述油注入系统包括恒压恒速泵II、阀门E、中间容器III和阀门F,所述恒压恒速泵II、所述阀门E、所述中间容器III、所述阀门F和所述汇管通过管路依次连接；

所述压力调节系统包括真空泵和阀门G，所述真空泵、所述阀门G和所述汇管通过管路依次连接。

进一步的，所述中间容器I、所述阀门B、所述中间容器II、所述阀门C、所述中间容器III、所述阀门F、所述阀门G、所述汇管和所述压力表I位于所述恒温箱内部。

进一步的，所述油气分离系统包括油气分离器、液位传感器、自动电控阀、回压泵II、回压阀I、回压阀II和阀门I；所述油气分离器上部与所述回压阀II之间通过管路连接，所述油气分离器下部与所述自动电控阀通过管路连接，所述油气分离器上设置有所述液位传感器，所述液位传感器与所述油气分离器通过电线路连接，所述回压阀II与所述回压泵II之间通过管路连接，所述自动电控阀与所述回压阀I通过管路连接，所述油气分离器与所述回压阀III通过管路连接；所述油气分离器与所述回压阀III连接的管路上设置有阀门L，所述回压阀II与所述回压泵II连接的管路上设置有所述阀门I；所述油气分离器、所述液位传感器和所述阀门L位于所述恒温箱内部。

进一步的，所述原油混合分析系统包括阀门M、真空瓶和气量仪II，所述真空瓶与所述气量仪II之间通过管路连接，所述真空瓶通过管路与所述油气分离器与所述回压阀III之间连接的管路交汇，所述阀门M设置于所述管路上；所述阀门M位于所述恒温箱内部。

进一步的，所述计量分析系统包括节流阀、示踪剂采集器I、示踪剂采集器II、示踪剂分析仪、计算机、阀门K、阀门J、三角瓶和气量仪I，所述回压阀II、所述阀门K、所述节流阀、所述示踪剂采集器I、所述示踪剂分析仪和所述计算机通过管路依次连接，所述回压阀I、所述阀门J、所述三角瓶I和所述气量仪I通过管路依次连接，所述示踪剂分析仪、所述示踪剂采集器II和所述三角瓶I之间通过管路依次连接。

本发明还提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置的使用方法,首先构造地层流体系统，调节恒温箱至合适温度，利用所述水注入系统将地层水注入所述缝洞储层刻蚀模型，利用所述油注入系统先后将死油和活油注入到所述缝洞储层刻蚀模型，待从流出到真空瓶中的原油气油水和地下活油气油比相同时，停止油注入系统，完后地层流体系统的构造,所述死油和所述活油为同一种实验油,所述死油为驱替实验中不可动的实验油,所述活油为驱替实验中可动的实验油；

利用所述气体注入系统将示踪剂和N

所述气相从所述油气分离器上端出口经节流阀进入所述示踪剂采集器I，利用所述示踪剂采集器I采集得到不同时刻气相样品，并利用所述示踪剂分析仪分析所述气相样品中示踪剂的浓度，并由与所述示踪剂分析仪相连接的所述计算机输出示踪剂浓度随时间变化曲线，即得到气相中对应的示踪剂响应曲线；

所述油相流体从所述油气分离器下部流出后，油相流体经管路流入所述三角瓶并脱气，通过衡量所述三角瓶前后质量变化可计算得所述油相流体中原油的量，通过所述气量仪I测得脱出的气体质量，同时脱出的气体进入所述示踪剂采集器II，利用所述示踪剂采集器II采集不同时刻脱出的气体样品，并利用所述示踪剂分析仪分析采出的气体样品中示踪剂浓度，最后换算出原油中的示踪剂溶解扩散比例。

本发明有如下优点：

1、本发明通过所述缝洞储层刻蚀模型模拟实际的储层缝洞，能够准确模拟多项流体在缝洞中的流动过程，为缝洞型油藏实际开发研究具有实际指导作用；

2、本发明的缝洞储层刻蚀模型可以根据实际缝洞油藏特征制成不同形态、不同尺寸，可满足不同缝洞分布的油藏模拟，气体示踪剂种类可根据需要更换，因此具有广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明提供的一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置示意图；

图中，1-气体注入泵，2-阀门A，3-中间容器I，4-阀门B，5-阀门C，6-中间容器II，7-阀门D，8-恒压恒速泵I，9-恒压恒速泵II，10-阀门E，11-中间容器III，12-阀门F，13-真空泵，14-阀门G，15-汇管，16-压力表I，17-回压泵I，18-阀门H，19-回压泵II，20-阀门I，21-示踪剂采集器I，22-示踪剂分析仪，23-计算机，24-示踪剂采集器II，25-气量仪I，26-三角瓶，27-阀门J，28-回压阀I，29-节流阀，30-回压阀II，31-阀门K，32-自动电控阀，33-气量仪II，34-液位传感器，35-阀门L，36-油气分离器，37-阀门M，38-真空瓶，39-回压阀III，40-压力表II，41-缝洞储层刻蚀模型，42-恒温箱。

实施例

使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1所述,一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置，包括:缝洞储层模拟系统、多相流体注入系统、油气分离系统、原油混合分析系统和计量分析系统；所述缝洞储层模拟系统用于模拟缝洞型碳酸盐岩储层的环境；所述多相流体注入系统用于向所述缝洞储层模拟系统中注入气体、原油和示踪剂；所述油气分离系统用于分离从缝洞储层模拟系统出口端流出的油气混合流体，分离为油相流体和气相；所述原油混合分析系统用于分析所述缝洞储层模拟系统中原油成分比例；所述计量分析系统用于分析所述油气分离系统分离后的油相流体和气相中示踪剂的浓度。

实施例2

所述缝洞储层模拟系统包括缝洞储层刻蚀模型41、压力表II40、回压泵I17、回压阀III39、阀门H18和恒温箱42，所述回压泵I17、所述缝洞储层刻蚀模型41和所述压力表II40位于所述恒温箱42内，所述回压阀III39通过管路与所述缝洞储层刻蚀模型41出口端连接，所述回压泵I17通过管路与所述回压阀III39连接，所述压力表II40位于所述缝洞储层刻蚀模型41与所述回压阀III39连接的管路上，连接所述回压泵I17与所述回压阀III39的管路上设有阀门H18。

所述多相流体注入系统包括气体注入系统、油注入系统、水注入系统和压力调节系统、压力表I16和汇管15，所述气体注入系统、油注入系统、水注入系统和压力调节系统通过管路交汇于所述汇管15入口端，所述压力表I16位于所述汇管15上，所述汇管15出口端与所述缝洞储层刻蚀模型41入口端连接。

所述气体注入系统包括气体注入泵1、阀门A2、中间容器I3和阀门B4，所述气体注入泵1、所述阀门A2、所述中间容器I3、所述阀门B4和所述汇管15通过管路依次连接；所述水注入系统包括恒压恒速泵I8、阀门D7、中间容器II6和阀门C5，所述恒压恒速泵I8、所述阀门D7、所述中间容器II6、所述阀门C5和所述汇管15通过管路依次连接；所述油注入系统包括恒压恒速泵II9、阀门E10、中间容器III11和阀门F12,所述恒压恒速泵II9、所述阀门E10、所述中间容器III11、所述阀门F12和所述汇管15通过管路依次连接；所述压力调节系统包括真空泵13和阀门G14，所述真空泵13、所述阀门G14和所述汇管15通过管路依次连接。

所述中间容器I3、所述阀门B4、所述中间容器II6、所述阀门C5、所述中间容器III11、所述阀门F12、所述阀门G14、所述汇管15和所述压力表I16位于所述恒温箱42内部。

所述油气分离系统包括油气分离器36、液位传感器34、自动电控阀32、回压泵II19、回压阀I28、回压阀II30和阀门I20；所述油气分离器36上部与所述回压阀II30之间通过管路连接，所述油气分离器36下部与所述自动电控阀32通过管路连接，所述油气分离器36上设置有所述液位传感器34，所述液位传感器34与所述油气分离器36通过电线路连接，所述回压阀II30与所述回压泵II19之间通过管路连接，所述自动电控阀32与所述回压阀I28通过管路连接，所述油气分离器36与所述回压阀III39通过管路连接；所述油气分离器36与所述回压阀III39连接的管路上设置有阀门L35，所述回压阀II30与所述回压泵II19连接的管路上设置有阀门I20；所述油气分离器36、所述液位传感器34和阀门L35位于所述恒温箱42内部。

所述原油混合分析系统包括阀门M37、真空瓶38和气量仪II33，所述真空瓶38与所述气量仪II33之间通过管路连接，所述真空瓶38通过管路与所述油气分离器36与所述回压阀III39之间连接的管路交汇，所述阀门M37设置与所述管路上；所述阀门M37位于所述恒温箱42内部。

所述计量分析系统包括节流阀29、示踪剂采集器I21、示踪剂采集器II24、示踪剂分析仪22、计算机23、阀门K31、阀门J27、三角瓶26和气量仪I25，所述回压阀II30、所述阀门K31、所述节流阀29、所述示踪剂采集器I21、所述示踪剂分析仪22和所述计算机23通过管路依次连接，所述回压阀I28、所述阀门J27、所述三角瓶26和所述气量仪I25通过管路依次连接，所述示踪剂分析仪22、所述示踪剂采集器II24和所述三角瓶26之间通过管路依次连接。

实施例3

本发明进一步还提供一种监测缝洞油藏注气示踪剂相间动态扩散的实验装置的使用方法的一个实验步骤实施例：

S1、清洗管路；

S2、所述真空泵13将所述中间容器I3、所述中间容器II6和所述中间容器III11抽成真空，然后关闭所有阀门；

S3、地层条件下储层流体配样实验步骤，包括：

S31、调节所述恒温箱42的温度至所需模拟的地层温度，并保持稳定；

S32、打开所述阀门D7，将地层水注入所述中间容器II6，待所述中间容器II6内压力稳定后，停止注入，关闭所述阀门D7；

S33、设定所述回压泵I17的压力，打开所述阀门M37、阀门C5、阀门D7，设定所述恒压恒速泵I8的压力，所述恒压恒速泵I8缓慢驱替所述中间容器II6中的地层水，地层水进入所述缝洞储层刻蚀模型41，一段时间后地层水饱和缝洞储层刻蚀模型41后流入所述真空瓶38；

S34、关闭所述阀门C5、所述阀门D7，打开所述阀门E10，将死油注入所述中间容器III11，待所述中间容器III11内压力稳定后，停止注入所述死油，关闭所述阀门E10；

S35、打开所述阀门F12，设定所述恒压恒速泵II9的压力，打开所述阀门E10，所述恒压恒速泵II9缓慢驱替所述中间容器III11中的死油，死油进入所述缝洞储层刻蚀模型41，一段时间后死油饱和缝洞储层刻蚀模型41后流入所述真空瓶38，当流入到所述真空瓶38的全为不含水的死油时，关闭所述恒压恒速泵II9，关闭所述阀门F12；

S36、将地层条件下的活油注入所述中间容器III11中，待所述中间容器III11内压力稳定后，停止注入活油，关闭所述阀门E10；

S37、打开所述阀门F12，设定所述恒压恒速泵II9的压力，打开所述阀门E10，所述恒压恒速泵II9缓慢驱替所述中间容器III11中的活油，活油进入所述缝洞储层刻蚀模型41，一段时间后活油饱和所述缝洞储层刻蚀模型41后流入至所述真空瓶38，待从流出到真空瓶38中的原油气油水和地下活油气油比相同时，关闭所述恒压恒速泵II9、所述回压泵I17，关闭所述阀门E10、阀门F12、阀门M37，至此，建立带束缚水、残余油的地层流体系统步骤完成；

S4、打开所述阀门A2，将一定量气体示踪剂注入所述中间容器I3内，待容器内压力稳定后，停止注入；

S5、打开所述阀门L35、阀门I20、阀门K31、阀门J27，设定所述回压泵II19的压力，打开所述阀门B4，设定所述气体注入泵1压力，通过所述气体注入泵1连续向所述中间容器I3注入N2，N2与所述中间容器I3中的示踪剂段塞混合后的注入气驱替所述缝洞储层刻蚀模型41中的油水混合物；

S6、所述注入气驱替所述缝洞储层刻蚀模型41中的油水混合物后形成油气混合流体，所述油气混合流体从所述缝洞储层刻蚀模型41出口端流出进入所述油气分离器36，气相从所述油气分离器36上端出口经节流阀29进入所述示踪剂采集器I21，利用所述示踪剂采集器I21采集得到不同时刻气相样品，并利用所述示踪剂分析仪22分析所述气相样品中示踪剂的浓度，并由与所述示踪剂分析仪22相连接的所述计算机23输出示踪剂浓度随时间变化曲线，即得到气相中对应的示踪剂响应曲线；

S7、油相流体从所述油气分离器36下部流出后，由于所述油气分离器36上安装有所述液位传感器34，当液位高于一定阀值后所述液位传感器34控制所述自动电控阀32开启，油相流体经管路流入所述三角瓶26并脱气，通过衡量所述三角瓶26前后质量变化可计算得所述油相流体中原油的量，通过所述气量仪I25测得脱出的气体质量，同时脱出的气体进入所述示踪剂采集器II24，利用所述示踪剂采集器II24采集不同时刻脱出的气体样品，并利用所述示踪剂分析仪22分析采出的气体样品中示踪剂浓度，最后换算出原油中的示踪剂溶解扩散比例。

本发明有如下优势：

1、本发明中的缝洞储层刻蚀模型41为通过地震资料反演的、与储层实际缝洞分布与形状相符的三维模型，通过本发明能够准确模拟多相流体在缝洞储层中的流动过程，对缝洞型油藏的开发与研究具有直接的指导意义；

2、本发明的油气分离器36中安装有液位传感器34，通过监控液面位置从而控制自动电控阀32的开合，从而精确控制油气分离器36中气相不会从底端油相出口流出；

3、产出气体从油气分离器36上端经回压阀II30流入示踪剂采集器I21，气体通过示踪剂分析仪22可实现实时监测气相中示踪剂浓度；

4、产出液经油气分离器36下端出口的自动电控阀32流入三角瓶26在常温常压下进行脱气分离，通过对脱出气体中示踪剂检测，可测得气体在原油中的溶解扩散量比例；

5、本发明的缝洞储层刻蚀模型41可以根据实际缝洞油藏特征制成不同形态、不同尺寸，可满足不同缝洞分布的油藏模拟，气体示踪剂种类可根据需要更换，因此具有广泛的适用性。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。