用于實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種用于實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的方法及其裝置。主要為了解決目前在實驗室內(nèi)模擬巖心驅(qū)替時巖心在變形過程中的孔隙度易發(fā)生變化導(dǎo)致所獲得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。該方法概括為：通過經(jīng)驗公式計算得出驅(qū)替時所需的合理驅(qū)替壓力，根據(jù)孔隙度變化公式來計算保持孔隙度所需的環(huán)壓和驅(qū)替壓力，以保持巖心孔隙度不變，并保持巖心驅(qū)替過程中環(huán)壓隨驅(qū)替壓力的變化而變化，使得其壓差不變。設(shè)計了一個裝置具有可調(diào)節(jié)溫度的電加熱巖心夾持器，在巖心夾持器出口端加回壓閥，保持夾持器內(nèi)始終有一定的壓力，根據(jù)經(jīng)驗公式求得合理驅(qū)替壓力，然后通過環(huán)壓系統(tǒng)保持夾持器環(huán)壓與驅(qū)替壓力的壓差不變，確保巖心在變形過程中的孔隙度不變。
【專利說明】用于實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于實驗室內(nèi)巖心帶壓放置驅(qū)替的方法及其裝置，具體涉及一種 在油田開發(fā)生產(chǎn)中對地層巖心進行更精確模擬實驗的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在油藏開發(fā)工程中，對巖心進行測試驅(qū)替實驗一般都在實驗室內(nèi)進行。但是經(jīng)過 長時間的實際應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的測試驅(qū)替方法存在以下問題：目前實驗室內(nèi)常用的測試 驅(qū)替方法只是對待測試巖心的一端加壓注水和飽和油，加溫放置后，然后直接進行測試實 驗。由此導(dǎo)致：1、在待測試巖心加溫放置的過程中沒有加壓；2、僅對待測試巖心一端加高 壓可能造成巖心孔隙結(jié)構(gòu)被破壞或者壓裂；3、目前實驗室內(nèi)使用的恒溫箱不能實現(xiàn)高溫， 因此也就難以模擬地層溫度。以上三方面因素使得目前室內(nèi)實驗所獲得的對巖心測試驅(qū)替 實驗的數(shù)據(jù)誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實驗室內(nèi)模擬巖心帶壓 放置驅(qū)替的方法及其裝置。利用該方法和裝置可以在驅(qū)替過程中巖心孔隙度保持不變，從 而確保所獲得的數(shù)據(jù)真實可靠。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：該種用于實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的裝置，由 第一恒壓恒速泵、第二恒壓恒速泵、第一活塞容器、第二活塞容器、流量計量器、電加熱巖心 夾持器、帶有壓力顯示表的第一壓力傳感器和第二壓力傳感器、回壓閥以及量筒組成。
[0005] 其中，所述回壓閥具有閥座和回壓容器腔、進液口、出液口、活塞、彈簧以及彈簧調(diào) 整旋鈕，進液口和出液口位于回壓容器腔內(nèi)的液流通道兩端，彈簧推動活塞沿回壓容器腔 的內(nèi)腔向上運動，彈簧調(diào)整旋鈕用于調(diào)整彈簧的彈性力。
[0006] 電加熱巖心夾持器具有可封閉巖心的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔外套有耐高溫高壓的膠套， 所述內(nèi)腔的兩端通過帶有密封塞的螺紋連接端封閉，并分別引出與所述內(nèi)腔相連通的夾持 器液流輸入管和夾持器液流輸出管；在所述兩個螺紋連接端之間固定有密封的環(huán)形圓筒外 壁和環(huán)形圓筒內(nèi)壁；環(huán)形圓筒內(nèi)壁與膠套之間形成第一環(huán)套空間，環(huán)形圓筒外壁與環(huán)形圓 筒內(nèi)壁之間形成第二環(huán)套空間，在第二環(huán)套空間內(nèi)置有電加熱器，電加熱器的調(diào)溫裝置位 于環(huán)形圓筒外壁之外；經(jīng)密封處理后貫穿環(huán)形圓筒外壁和環(huán)形圓筒內(nèi)壁，固定有一根環(huán)壓 導(dǎo)入管，環(huán)壓導(dǎo)入管的開口位于第一環(huán)套空間內(nèi)。
[0007] 第一恒壓恒速泵的泵出口端經(jīng)管路與并聯(lián)的第一活塞容器和第二活塞容器的活 塞驅(qū)動力入口端相連；第一活塞容器和第二活塞容器的兩個內(nèi)容物輸出端分別經(jīng)過第一閥 門和第二閥門控制通斷后經(jīng)管路匯流至電加熱巖心夾持器的夾持器液流輸入管，在所述管 路進入夾持器液流輸入管之前，管路上連接有流量計量器和第三閥門； 第二恒壓恒速泵的泵出口端經(jīng)管路與電加熱巖心夾持器上的環(huán)壓導(dǎo)入管相連接，在所 述管路進入環(huán)壓導(dǎo)入管之前，管路上連接有第一壓力傳感器和第四閥門；電加熱巖心夾持 器的夾持器液流輸出管經(jīng)管路與所述回壓閥上的進液口相連接，在所述管路進入進液口之 前，管路上連接有第二壓力傳感器和第五閥門；所述回壓閥上的出液口與量筒相連接。
[0008] -種利用權(quán)利要求1中所述裝置在實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的方法， 該方法由如下步驟組成： 第一步，關(guān)閉權(quán)利要求1中所述裝置內(nèi)的所有閥門，檢查裝置的密封性； 第二步，調(diào)節(jié)權(quán)利要求1中所述電加熱巖心夾持器的溫度至接近地層溫度，通過溫度 傳感器監(jiān)測其溫度變化，保持其溫度始終在地層溫度附近； 第三步，向權(quán)利要求1中所述裝置內(nèi)第一活塞容器A和第二活塞容器B中分別裝入一 定量的水和油，使油和水分別充滿第一閥門、第二閥門和第三閥門之間的管線； 第四步，通過驅(qū)替壓力梯度與流速的關(guān)系式得驅(qū)替壓力梯度區(qū)間為

【權(quán)利要求】
1. 一種用于實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的裝置，由第一恒壓恒速泵（1)、第 二恒壓恒速泵（9)、第一活塞容器(A)、第二活塞容器（B)、流量計量器（5)、電加熱巖心夾持 器（6)、帶有壓力顯示表的第一壓力傳感器（8)和第二壓力傳感器（10)、回壓閥以及量筒 (17) 組成； 其中，所述回壓閥具有閥座（12)和回壓容器腔（13)、進液口（18)、出液口（19)、活塞 (22)、彈簧（23)以及彈簧調(diào)整旋鈕（20)，進液口（18)和出液口（19)位于回壓容器腔（13) 內(nèi)的液流通道兩端，彈簧（23)推動活塞（22)沿回壓容器腔（13)的內(nèi)腔向上運動，彈簧調(diào)整 旋鈕（20)用于調(diào)整彈簧（23)的彈性力； 電加熱巖心夾持器（6)具有可封閉巖心（31)的內(nèi)腔，所述內(nèi)腔外套有耐高溫高壓的膠 套（29)，所述內(nèi)腔的兩端通過帶有密封塞的螺紋連接端封閉，并分別引出與所述內(nèi)腔相連 通的夾持器液流輸入管（33)和夾持器液流輸出管（21);在所述兩個螺紋連接端之間固定有 密封的環(huán)形圓筒外壁（27)和環(huán)形圓筒內(nèi)壁（32);環(huán)形圓筒內(nèi)壁（32)與膠套（29)之間形成 第一環(huán)套空間（30)，環(huán)形圓筒外壁（27)與環(huán)形圓筒內(nèi)壁（32)之間形成第二環(huán)套空間（28)， 在第二環(huán)套空間（28)內(nèi)置有電加熱器（26)，電加熱器（26)的調(diào)溫裝置（25)位于環(huán)形圓筒 外壁（27)之外；經(jīng)密封處理后貫穿環(huán)形圓筒外壁（27)和環(huán)形圓筒內(nèi)壁（32)，固定有一根環(huán) 壓導(dǎo)入管（24)，環(huán)壓導(dǎo)入管（24)的開口位于第一環(huán)套空間（30)內(nèi)； 第一恒壓恒速泵（1)的泵出口端經(jīng)管路與并聯(lián)的第一活塞容器(A)和第二活塞容器 (B)的活塞驅(qū)動力入口端相連；第一活塞容器(A)和第二活塞容器（B)的兩個內(nèi)容物輸出端 分別經(jīng)過第一閥門（2)和第二閥門（3)控制通斷后經(jīng)管路匯流至電加熱巖心夾持器（6)的 夾持器液流輸入管（33)，在所述管路進入夾持器液流輸入管（33)之前，管路上連接有流量 計量器（5)和第三閥門（4); 第二恒壓恒速泵（9 )的泵出口端經(jīng)管路與電加熱巖心夾持器（6 )上的環(huán)壓導(dǎo)入管（24 ) 相連接，在所述管路進入環(huán)壓導(dǎo)入管（24)之前，管路上連接有第一壓力傳感器（8)和第四 閥門（7); 電加熱巖心夾持器（6)的夾持器液流輸出管（21)經(jīng)管路與所述回壓閥上的進液口 (18) 相連接，在所述管路進入進液口（ 18)之前，管路上連接有第二壓力傳感器（10)和第五 閥門（11); 所述回壓閥上的出液口（19)與量筒（17)相連接。
2. -種利用權(quán)利要求1中所述裝置在實驗室內(nèi)精確模擬巖心帶壓放置驅(qū)替的方法，該 方法由如下步驟組成： 第一步，關(guān)閉權(quán)利要求1中所述裝置內(nèi)的所有閥門，檢查裝置的密封性； 第二步，調(diào)節(jié)權(quán)利要求1中所述電加熱巖心夾持器（6)的溫度至接近地層溫度，通過溫 度傳感器監(jiān)測其溫度變化，保持其溫度始終在地層溫度附近； 第三步，向權(quán)利要求1中所述裝置內(nèi)第一活塞容器(A)和第二活塞容器（B)中分別裝入 一定量的水和油，使油和水分別充滿第一閥門（2)、第二閥門（3)和第三閥門（4)之間的管 線. 第四步，通過驅(qū)替壓力梯度與流速的關(guān)系式得驅(qū)替壓力梯度區(qū)間為
式中：v-滲流速度，cm/s-驅(qū)替壓力梯度，Mpa/cm;G--啟動壓力梯度， Mpa/cm;a、b、c--二次多項式系數(shù)，主要與流度有關(guān)，可通過擬合巖心壓差一流速實驗數(shù) 據(jù)求得； 合理驅(qū)替壓力為(2)，式中I--巖心長度，單位m; 第五步，為保證巖石孔隙度不變，按照巖石彈性變形中孔隙度變化公式，確定出進行驅(qū) 替實驗時的合理環(huán)壓Pc:
上式就是巖石彈性變形過程中孔隙度變化公式； 由該式可知孔隙度絕對變化量與孔隙度本身、有效孔隙壓縮系數(shù)和凈圍壓〇°c-P)有 關(guān)； 若保持凈圍壓不變，孔隙度也不變；反之，孔隙度將發(fā)生變化；因此，通過計算得出驅(qū) 替壓力八在其合理范圍內(nèi)，隨著其不斷增大，環(huán)壓也不斷變化，這樣就可以保證巖心在 合理帶壓驅(qū)替情況下進行試驗； 式中：Vp-巖石表觀體積，m3 ;Vb-孔隙體積，m3 ;Cbp-擬表觀體積壓縮系數(shù)，1/Mpa;Cbc-表觀體積壓縮系數(shù)，1/Mpa;Cpp-有效孔隙壓縮系數(shù)，1/Mpa;Cr-巖石骨架顆粒體積 壓縮系數(shù)，1/Mpa;Pc-上覆壓力（環(huán)壓)，Mpa;P-流體壓力（驅(qū)替壓力），Mpa; 第六步，對位于權(quán)利要求1中所述裝置內(nèi)電加熱巖心夾持器（6)內(nèi)的巖心（31)進行飽 和油實驗，打開第四閥門（7)和第一閥門（2)，啟動第二恒壓恒速泵（9)向電加熱巖心夾持 器（6)內(nèi)的第一環(huán)套空間（30)加入環(huán)壓； 第七步，按照第四步和第五步中所得出的數(shù)值，確定出進行驅(qū)替實驗時保證巖心孔隙 度不發(fā)生改變的凈圍壓數(shù)值(A-P); 第八步，啟動權(quán)利要求1中所述裝置中第一恒壓恒速泵（1)，調(diào)節(jié)壓力至第四步所獲得 驅(qū)替壓力值/7的中間值P打開第二活塞容器（B)對應(yīng)的第二閥門（3); 第九步，打開權(quán)利要求1中所述裝置中的回壓閥，調(diào)節(jié)彈簧調(diào)整旋鈕（20)，使得所述回 壓閥內(nèi)的回壓值等于由第八步所獲得的驅(qū)替壓力/^，開始飽和油實驗； 第十步，飽和完畢后，整個權(quán)利要求1中所述裝置不拆卸，關(guān)閉第一恒壓恒速泵（1)和 活塞容器B的閥門，關(guān)閉第三閥門（4)和第五閥門（11) 1，加壓放置24h; 第十一步，啟動權(quán)利要求1中所述裝置中的恒速恒壓泵，打開第一活塞容器(A)的閥 門，打開閥門4和閥門11，開始驅(qū)油實驗；當(dāng)驅(qū)油實驗開始時，驅(qū)替壓力P取值為中間值P +，回壓閥也調(diào)節(jié)至P+，此時壓力傳感器檢測到驅(qū)替壓力變化，通過與環(huán)壓傳感器檢測到的 壓力進行對比，為保持凈圍壓不變，手動啟動恒速恒壓泵進行增壓，環(huán)壓Pc為Pc+ ;由公式 (3)知：若始終保持環(huán)壓與驅(qū)替壓力的差值不變，就可保證巖心的孔隙度不變； 因此，調(diào)節(jié)驅(qū)替壓力P的值為P^，回壓閥調(diào)節(jié)至P^，則環(huán)壓也在不斷調(diào)節(jié)至Pc$ ;關(guān)閉 加熱器，保證巖心實驗在接近真實地層溫度，壓力條件下進行；待排出液全部是水時，驅(qū)油 實驗完畢； 第十二步，按照第十一步循環(huán)操作，多次調(diào)節(jié)驅(qū)替壓力P，環(huán)壓Pc以及回壓閥壓力值， 進行試驗； 第十三步，根據(jù)流量計量器的計量結(jié)果以及量筒的計量結(jié)果，計算每個驅(qū)替壓力P的 試驗數(shù)據(jù)：巖心含油飽和度和孔隙度，滲透率等參數(shù)，求其平均值。
【文檔編號】E21B43/16GK104405377SQ201410718929
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】張繼成, 位建成, 榮紅麗, 李琦, 王瀟悅, 王鴻博 申請人:東北石油大學(xué)