一种准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置

摘要

本发明公开了一种准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置。所述自发渗吸实验测量装置包括高压渗吸岩心夹持器、原油饱和及渗吸实验组件的转换装置、原油饱和组件和岩心渗吸组件；所述高压渗吸岩心夹持器中的围压系统能够调节渗吸实验过程中岩心围压，模拟储层的地应力条件，使物理模拟实验更具有代表性；原油饱和及渗吸实验转换装置能够在储层条件下给岩心饱和含溶解气实验用油后开展渗吸实验，保证实验用模拟油与储层中原油物性相同，提高渗吸实验结果的准确性；渗吸实验组件能调节渗吸实验中，岩心端面的渗吸压力，真实反应现场焖井开发的实际压力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置，属于油藏开发技术领域。

背景技术

我国低渗透油气资源丰富，分布范围广泛，油田开发中后期低渗油藏的挖潜是油田增产稳产的重要内容。由于低渗透油藏具有孔喉细小、非均质性强、渗流能力低等特点，使低渗油藏面临注入能力差和采油效率低等困难。相比之下，低渗油藏中自发渗吸的驱油方式具有高效实施性强的特点，近年来备受关注。因此，需要提供一种能够在储层条件下开展渗吸实验的设备，从而准确的反应低渗透油藏自发渗吸提高采收率的效果。

目前，实验室内的渗吸实验主要使用的是Amott渗吸瓶，该渗吸装置的测量原理是：把饱和原油的岩心浸泡在装有渗吸液的渗吸瓶内，渗吸液将把原油从岩心的孔隙置换出来，在浮力的作用下油滴上浮到渗吸瓶顶端的刻度管中，根据刻度管的度数得到渗吸采收率。现有的高温、高压渗吸瓶，是将原有玻璃材质的Amott渗吸瓶的改成金属材质，使其具有导热和耐压的能力，能够在条件下高温、高压开展渗吸实验。上述方法存在如下缺陷：受到Amott渗吸瓶设计的局限性，渗吸实验开始前，都先用岩心饱和设备给实验岩心饱和模拟实验油，然后再放入到渗吸瓶内开展渗吸实验，这导致实验用油只能使用不含溶解气的模拟死油进行实验，其原油性质与实际储层含溶解气的原油的差异较大，会影响渗吸实验的结果。高压渗吸实验是通过增加高压渗瓶内渗吸液压力实现的。由于岩心完全浸泡在渗吸液中，导致岩心与渗吸液接触的各个面受到的压力相同，但是实际储层中地应力使岩心四周的受到的压力并不相同，现阶段的高压渗吸实验装置并不能解决这个问题，造成渗吸实验的误差。因此有必要提供一种可准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的可准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置；该装置能够在储层条件下完成含溶解气原油的岩心饱和实验，然后开展渗吸实验，确保了实验模拟油与储层原油性质的物理性质的相同；同时该实验装置能够调整岩心的围压和渗吸实验的压力，使实验条件能真实的反应储层和现场开发的情况，保证了渗吸实验结果的准确性。

本发明提供的自发渗吸实验测量装置，包括高压渗吸岩心夹持器、原油饱和及渗吸实验组件的转换装置、原油饱和组件和岩心渗吸组件；其中，

所述高压渗吸岩心夹持器包括壳体和套筒；所述套筒设于所述壳体Ⅰ内，两者形成的环腔作为围压腔；所述壳体Ⅰ的侧壁上设有围压液入口和围压液出口，均与围压控制系统连接；所述套筒用于放置岩心；

所述原油饱和及渗吸实验组件的转换装置包括壳体Ⅱ和活塞Ⅰ；所述壳体Ⅱ的一端与所述高压渗吸岩心夹持器连接，所述壳体Ⅱ依次与所述壳体Ⅰ和所述套筒配合；所述壳体Ⅱ的另一端与所述原油饱和组件或所述岩心渗吸组件配合；所述壳体Ⅱ内设有一空腔Ⅰ和与所述空腔Ⅰ连通的至少一条渗吸液/实验用油流动通道，所述渗吸液/实验用油流动通道的一端与所述原油饱和组件或所述岩心渗吸组件的空腔连通，另一端延伸至所述套筒内并位于所述岩心上方；所述空腔Ⅰ内设有所述活塞Ⅰ，通过所述活塞Ⅰ的移动控制所述渗吸液/实验用油流动通道的开闭；所述空腔Ⅰ通过液压油注入管线Ⅰ与压力控制系统连接Ⅰ，用于对所述活塞Ⅰ施加液压；

所述原油饱和组件包括壳体Ⅲ和活塞Ⅱ；所述壳体Ⅲ与所述壳体Ⅱ连接，所述渗吸液/实验用油流动通道与所述壳体Ⅲ形成的空腔Ⅱ连通；所述活塞Ⅱ设于所述空腔Ⅱ中，将所述空腔Ⅱ分为液压油腔和实验模拟油腔；所述液压油腔通过液压油注入管线Ⅱ与压力控制系统连接Ⅱ连接，用于对所述活塞Ⅱ施加液压；所述实验模拟油腔通过原油注入管线与中间容器Ⅰ连接；

所述岩心渗吸组件包括壳体Ⅳ；所述壳体Ⅳ与所述壳体Ⅱ连接，所述渗吸液/实验用油流动通道与所述壳体Ⅳ形成的空腔Ⅲ连通；所述壳体Ⅳ通过渗吸液体注入管线与中间容器Ⅱ连接；所述壳体Ⅳ上延伸出一毛细管。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述壳体的两端设有端口，分别通过上端头和下端头密封；

所述上端口与所述壳体Ⅰ和所述壳体Ⅱ螺纹配合，并配合胶圈，保证密封性；

所述壳体Ⅰ的材质为不锈钢；

所述套筒的材质为橡胶。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述壳体Ⅱ与所述壳体Ⅲ和所述壳体Ⅳ通过螺纹配合，并配合胶圈；

所述壳体Ⅱ的材质为不锈钢；

所述渗吸液/实验用油流动通道沿所述壳体Ⅱ的轴向布置。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述壳体Ⅱ内还设有与所述空腔Ⅰ连接的渗吸液/实验用油流动旁路，所述渗吸液/实验用油流动旁路的另一端与所述原油饱和组件或所述岩心渗吸组件的空腔连通；

所述渗吸液/实验用油流动旁路的直径小于所述渗吸液/实验用油流动通道的直径。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述壳体Ⅱ的一端形成锥形收集腔，位于所述岩心上方。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述壳体Ⅲ的材质为不锈钢。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述空腔Ⅲ为一锥形腔。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述原油注入管线和所述渗吸液体注入管线上均设有开关。

上述的自发渗吸实验测量装置中，所述中间容器Ⅰ和所述中间容器Ⅱ均与ISCO泵连接，用于给注入原油或渗吸液提供压力。

本发明提供的准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置，通过围压系统能够调节渗吸实验过程中岩心围压，模拟储层的地应力条件，使物理模拟实验更具有代表性；原油饱和及渗吸实验转换装置，能够在储层条件下给岩心饱和含溶解气实验用油后开展渗吸实验，保证实验用模拟油与储层中原油物性相同，提高渗吸实验结果的准确性；在渗吸实验组件能调节渗吸实验中，岩心端面的渗吸压力，真实反应现场焖井开发的实际压力。

附图说明

图1为本发明准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置的结构示意图；

图中各标记如下：

1壳体，2套筒，3围压液入口，4围压液出口，5围压控制系统，6岩心，7壳体，8活塞，9密封圈，10空腔，11液压油入口，12液压油注入管线，13压力控制系统，14、15渗吸液/实验用油入口，16、17渗吸液/实验用油流动通道，18密封圈，19原油收集腔，25壳体，26空腔，27渗吸液注入口，28渗吸液体注入管线，29开关，30毛细管刻度管，31中间容器，32ISCO泵，33端头，38温度控制系统。

图2为本发明准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置中原油饱和及渗吸实验转换装置的结构示意图；

图中各标记如下：

7壳体，8活塞，9密封圈，10空腔，11液压油入口，12液压油注入管线，13压力控制系统，14、15渗吸液/实验用油入口，16、17渗吸液/实验用油流动通道，18密封圈，19原油收集腔。

图3为本发明准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置中原油饱和组件的结构示意图；

图中各标记如下：

20壳体，21空腔，22原油注入管线，23压力控制系统2，24液压油注入口，39活塞，34密封圈，35原油注入口，36原油注入管线，37开关。

图4为本发明准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置中岩心渗吸组件的结构示意图；

图中各标记如下：

25壳体，26空腔，27渗吸液注入口，28渗吸液体注入管线，29开关，30毛细管刻度管。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1所示，为本发明提供的可以准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置，用于渗吸实验。整个装置包括：壳体1，壳体1两端开口，并且开口处安装端头33；壳体外壁设有围压液入口3、围压液出口4，围压液入口3和围压液出口4与围压控制系统5连接；套筒2，套筒2被固定在前后端头33上，套筒内放置实验岩心6；壳体7与前端的端头33相连；壳体7外壁测设有液压油入口11，液压油入口11与液压油注入管线12相连；油注入管线12与压力控制系统13相连；壳体7后端与壳体20或壳体25连接；壳体20和壳体25外壁测分别设有原油注入口24和渗吸液注入口27；原油注入口24和渗吸液注入口27，通过原油注入管线22和渗吸液体注入管线28与中间容器31相连；中间容器31与ISCO泵32相连。

特殊要求参考图1，岩心夹持器壳体1采用不锈钢材质，两端开口用于安装端头33。壳体1和端头33形成的密封空腔用于装围压液。因为壳体1内需要注入围压液，因此壳体1和端头33需要密封连接，壳体1和端头33采用螺纹密封连接，在壳体1处设置内置螺纹，端头33处设置外螺纹。套筒2为橡胶材质，在受到围压液压力后能够收缩，与内置岩心贴合，将围压压力传到岩心。壳体7和端头33采用螺纹密封连接，在壳体1处设置外置螺纹，端头33处设置内螺纹。壳体7的前端插入套筒2，为了保证壳体7前端与套筒密封性，在壳体前端设置胶圈18。壳体7后端会与壳体20或壳体25相连，实验为高压实验，因此壳体7与可以壳体20或壳体25相连时采用螺纹密封，在壳体7后端设置外螺纹，壳体20和壳体25设置内螺纹。ISCO泵32是精密控制泵，具有恒压和恒流模式，给实验提供压力。

具体说明如图1，通过套筒2、前后端的端头33和壳体7相连把套筒密封在壳体1中，使岩心6密封在套筒中，围压液密封在壳体内空腔内。通过围压注入口4，向外壳中注入围压液，通过围压控制系统控制围压，套筒2将传递围压使岩心受到不同压力。饱和岩心实验阶段，将壳体7与壳体20连接，开关23与中间容器31连接，中间容器与ISCO泵32连接。壳体7通过液压管线12与压力控制系统13相连，设置压力控制系统为实验压力(高于饱和原油压力)，此时活塞8在空腔10的最左端阻断渗吸液/实验用油流动通道16、17，使空腔21与岩心6分离。打开压力控制系统23让空腔21与中间容器31联通，通过ISCO泵32给中间容器31加压，把中间容器31内的原油转到空腔21内，整个过程中通过ISCO泵32控制压力保证高于原油的饱和压力。空腔21充满原油后，通过ISCO泵32控制空腔21内原油的压力，使其逐渐达到实验压力。通道16内的原油压力高于空腔10内液压油压力，活塞8被推向空腔10的右端，渗吸液/实验用油流动通道16、17形成通路，使空腔21与岩心6联通，空腔21内原油能够流入到岩心6内。关闭压力控制系统23，让原油逐渐流入到岩心6完成岩心饱和。完成原油饱和后打开压力控制系统23，剩余原油从原油注入管线22流出，渗吸液/实验用油流动通道16内原油压力低于实验压力，活塞8移到空腔10左端，阻断渗吸液/实验用油流动通道16、17，使岩心6内原油压力维持在实验压力，高于原油饱和压力，避免原油脱气变成死油。

高压渗吸实验阶段，将原油饱和组件从壳体7取下，安装岩心渗吸组件，将壳体25与壳体7连接，开关29与中间容器31联通，中间容器31内装有渗吸液，通过ISCO泵32给中间容器加压，渗吸液会流入到空腔26内。空腔26内充满渗吸液后，通过ISCO泵32给空腔26加压到实验压力后关闭开关29。空腔26压力达到实验压力，渗吸液/实验用油流动通道16内的渗吸液压力略微高于空腔10内的液压油压力，活塞8被推向空腔10的右端，渗吸液/实验用油流动通道16、17形成通路，使空腔26与岩心6联通，空腔26内渗吸液能够流入到岩心6内，与岩心6端面相互作用，岩心产出的油滴将会被原油收集腔19捕获，锥形的原油收集腔19保证全部油滴能够通过渗吸液/实验用油流动通道17进入空腔26，锥形的空腔26能是油滴全部进入毛细管刻度管30内，通过毛细管刻度管30读取渗吸原油体积，获得渗吸采收率。

在图2中，本实施例提供的原油饱和及渗吸实验转换装置，用于原油饱和实验及渗吸实验的转换。整个装置包括：壳体7，壳体7与前端的端头33相连，壳体7后端与壳体20或壳体25连接；壳体7内置空腔10用于放置活塞8，活塞8设置密封圈；壳体7外壁测设有液压油入口11，液压油入口11与液压油注入管线12相连；油注入管线12与压力控制系统13相连；壳体7上端设有渗吸液/实验用油入口14、15，渗吸液/实验用油入口14、15与空腔21和空腔26连接；壳体7下端设有原油收集腔19，原油收集腔19与岩心6上端面连接；壳体7内置渗吸液/实验用油流动通道16、17，连接空腔21、空腔26和岩心6。

特殊要求参考图2，原油饱和及渗吸实验转换装置壳体7采用不锈钢材质，内部放置活塞8，实验在高压条件下进行，为确保活塞8与空腔10的密封性，活塞8设置密封圈9；壳体7下端插入到套筒内，保证密封性在壳体7下端设置密封圈18；壳体7分别与端头33和壳体20或壳体25连接，为保证密封性采用螺纹连接；原油收集器腔19采用锥形设计，保证油滴能够全部进入渗吸液/实验用油流动通道17；壳体内置渗吸液/实验用油流动通道17的直径比渗吸液/实验用油流动通道16宽。

具体说明如图2，通过螺纹将壳体7与端头33和壳体20或壳体26连接，通过液压油注入管线将液压油注满空腔10，将活塞8推到空腔10最左端；设置压力控制系统13的压力逐渐达到实验压力；活塞8阻断了渗吸液/实验用油流动通道16和17，当渗吸液/实验用油流动通道16内液体压力为实验压力时，活塞8移动到空腔10的右端，渗吸液/实验用油流动通道16和17为通路；渗吸实验阶段，岩心产出的油滴，通过原油收集腔19和渗吸液/实验用油流动通道17进入毛细管刻度管30内。

在图3中，本实施例提供的原油饱和组件，用于渗吸实验前岩心饱和储层条件含溶解气的模拟油。整个装置包括：壳体20，壳体20内置空腔21，空腔21内安装活塞39，活塞39有胶圈；壳体20外壁设有模拟油注入口35，模拟油注入口35通过注入管线36与中间容器31连接，中间容器31与ISCO泵32相连。壳体20上端设有液压油注入口24，液压油注入口24与液压油注入管线22连接，液压油注入管线22与压力控制系统23连接。

特殊要求参考图3，原油饱和组件壳体20采用不锈钢材质，内部放置活塞39。活塞39将空腔21分为上下两个部分，上部空腔用于装液压油，保持实验压力，下部空腔用于放实验模拟油，实验在高压条件下进行，保证活塞与壳体20内壁的密封性，活塞39设置胶圈34。壳体20与壳体7相连，为保证密封性采用螺纹连接，在壳体20内置螺纹。压力控制系统23，具有恒压和横流模式，控制实验过程中的压力。

具体说明如图3，通过螺纹将壳体20与壳体7连接，通过管线22将液压油注满空腔21，使活塞39移动到空腔21的最底端，通过压力控制系统调节压力达到实验模拟油的饱和压力；打开开关37，原油注入口35注入管线36中间容器31和ISCO泵形成通路，通过ISCO泵横流模式将实验用模拟油注入到活塞39下端的空腔21内，这个阶段保证控制压力系统压力为实验用模拟油的饱和压力，确保导油过程中实验用油不会脱气；实验用原油完全充满空腔21时，关闭开关37；逐渐升高压力控制系统23的压力，使其达到实验压力，液压油将压力传递到活塞39上，活塞39向下移动推动空腔21下部的实验模拟油进入岩心内。

在图4中，本实施例提供的岩心渗吸组件，用于开展高压渗吸实验。整个装置包括：壳体25，壳体内置锥形空腔26，空腔26与刻度管30连接；壳体26上端设有渗吸液体注入口27，渗吸液注入口27通过注入管线28与中间容器31连接，中间容器31与ISCO泵32相连。

特殊要求参考图4，原油饱和组件壳体26采用不锈钢材质，壳体26与壳体7相连，为保证密封性采用螺纹连接，在壳体26内置螺纹；空腔26设计为锥形，保证油滴能全部进入到毛细管刻度管30中；毛细管刻度管30由蓝宝石玻璃制作，具有耐高压的能力，刻度精度为0.01ml确保原油体积度数的准确性。

具体说明如图4，通过螺纹将壳体26与壳体7连接，打开开关29，渗吸液入口27、注入管线28、中间容器31和ISCO泵32连接形成通路，控制ISCO泵32把中间容器内的渗吸液注入空腔26内，逐渐增加压力使空腔26内渗吸液达到实验压力，关闭开关29，开始渗吸实验。

应用本发明自发渗吸实验测量装置时，可按照下述步骤进行：

1、实验仪器安装

将套筒2固定在端头33后，讲其安装在岩心夹持器内，把岩心6放入到套筒2内，保证岩心6底端仅贴下端头33。将转接装置底端涂抹凡士林，插入套筒2与岩心6上端面贴合，扭紧转换装置和上端头的螺纹保证密封性。

2、设置岩心围压

根据储层地应力的条件设置实验围压。将围压液注入到壳体1内，使用围压控制系统5控制围压，保持实验所需压力。壳体1内围压液压力作用于套筒2上，套筒2压缩，将压力传导到实验岩心6，真实模拟岩心在储层条件的受力情况。

3、岩心饱和实验

将原油饱和组件与转换装置相连，扭紧转换装置和原油饱和组件的螺纹，保证密封性。通过压力控制系统13给转换装置内活塞8加压到实验压力，使活塞8处于空腔的最左端。通过压力控制系统23给原油饱和组件的活塞39增加压力到原油饱和压力，使活塞39处于空腔21的最底端。打开原油饱和组件的开关，并将原油饱和组件与中间容器31、ISCO泵32连接，设置ISCO泵32为横流，将中间容器31内的实验模拟油缓慢注入到原油饱和装置内，后关闭开关37。通过压力控制系统23给原油饱和组件内的原油加压至实验压力，此时原油通过转换装置进入岩心6，维持实验压力1个月保证岩心内孔隙完全饱和原油和老化，岩心饱和实验结束。通过压力控制系统23降低原油饱和组件压力到实验压力下，这时转换装置内的活塞39阻断原油饱和组件和岩心6的联通，保证岩心内饱和油不会脱气，让后逐渐将原油饱和组件内的压力降低至大气压，并拆卸原油饱和组件。

4、岩心渗吸实验

将岩心渗吸组件与转换装置相连，扭紧转换装置和岩心渗吸组件的螺纹，保证密封性。岩心渗吸组件与中间容器31、ISCO泵32连接，打开开关29使其联通，通过ISCO泵32将渗吸液注入到岩心渗吸组件内，通过设置ISCO泵32的压力，使渗吸液压力达到实验压力后关闭开关29。渗吸液压力达到实验压力后，渗吸液通过转换装置与岩心接触后相互作用，在渗吸作用下原油从岩心中排除，油滴沿着转换装置内的通道进入到毛细管刻度管30中，每间隔6小时读取一次毛细管刻度管30内的原油体积，计算得到原油采收率，直到毛细管刻度管30内原油体积不再变化结束实验，获得渗吸过程中原油的总采收率。

本发明提供的可以准确模拟储层及现场开发条件的自发渗吸实验测量装置具有如下优点：

1、准确性，根据储层地应力条件，能给岩心施加围压，同时能够根据现场开发压力，调整渗吸压力，实验能准确的模拟储层和现场的开发实际情况，使实验结果准确。

2、通过原油饱和及渗吸转换装置，能够在完成岩心饱和储层条件下的含溶解气的原油的实验后，开展渗吸实验，保证实验用模拟油与储层原油的物理性质相同，进一步提升了实验的结果的准确性。

3、锥形设计的原油收集腔，和转接装置中设计的垂直通道，保证了渗吸过程中全部油滴都能进入刻度管中，确保了渗吸实验的精度。

4、转接装置中的活塞，实现通过控制实验压力达到岩心与上部实验组件的通断，保证了在实验压力下原油饱和实验和渗吸实验的转换。

5、设备的安装和保养方便，原油饱和实验和渗吸实验转换只需更换上端实验设备既可以完成，便于实验人员的使用。