專利名稱：透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油地質(zhì)分析試驗儀器，通過石油、天然氣儲集層巖石可視流動實驗，對實驗現(xiàn)象進行圖像分析，從定性、定量兩方面診斷石油、天然氣滲流機理及儲層傷害程度和傷害機理。
石油、天然氣滲流機理是油氣資源勘探與開發(fā)都非常重視的問題，因為它控制了油氣進入儲集層的富存狀態(tài)和油氣開發(fā)中的采出程度。由于油氣滲流機理不清，可能造成勘探中偏離了有利的含油區(qū)域，在開發(fā)中未能很好地開發(fā)地下資源，造成資源大大的浪費。石油、天然氣滲流機理研究始終貫穿于整個石油勘探與開發(fā)的過程中。五十年代末、六十年代初人們開始重視油氣滲流機理的研究，但由于研究手段跟不上，使研究的廣度、深度均受到限制。過去人們在油氣滲流機理研究中使用過玻璃珠模型、沙子模型、光刻模型、光刻復制模型，這些模型為油氣滲流機理的研究起到了非常重要的作用。但他們最大的缺點是與儲層真實孔隙結(jié)構(gòu)、巖石表面特性相差太遠，加上不同區(qū)域儲層性質(zhì)的差異，滲流特征也不同，這些問題這些模型無法解決。后來(1997年)，出現(xiàn)了真實砂巖微觀孔隙模型，取自研究區(qū)的真實巖樣制作而成，與過去模型相比大大的前進了一步。但目前的真實砂巖微觀孔隙模型只能用反射光觀察孔隙中的流動過程，效果很差，并且無法將滲流特征或傷害特征與儲層性質(zhì)聯(lián)系起來，也無法直接將實驗結(jié)果量化，使油氣滲流機理和儲層傷害研究受到限制。本發(fā)明可以解決這些問題。
石油、天然氣儲集層傷害對石油天然氣工業(yè)來說是一個非常復雜而嚴重的問題。不僅損失珍貴的油氣資源，而且也大大提高了生產(chǎn)成本，因而對石油、天然氣儲層傷害程度及傷害機理的研究，就是為了科學地認識、診斷、評價、預防和處理油氣儲層傷害的發(fā)生。
石油、天然氣儲集層傷害的結(jié)果就是儲集層滲透率的降低，儲集層傷害始終貫穿于油氣開發(fā)生產(chǎn)的全過程，是外來工作液與地層巖石之間、外來工作液與儲集層油氣水之間發(fā)生物理的、化學的、生物的及其復合作用，導致油、氣井減產(chǎn)、停產(chǎn)。
對儲集層傷害研究，國外在十九世紀三十年代就已經(jīng)開始，七十年代日臻成熟，美國石油工程學會(SPE)1974年召開第一屆防止地層傷害國際學術(shù)會議，自1974年起每兩年召開一次，討論與交流儲層傷害與儲層保護方面的技術(shù)問題。我國在五十年代就注意到儲層傷害這個問題，八十年代以來從理論上、實踐上全面研究了油氣儲層傷害與保護技術(shù)，到九十年代初，我國在保護儲集層技術(shù)方面的水平已逐步接近國際水平?；緦崿F(xiàn)了無傷害地發(fā)現(xiàn)油氣層，確保油氣井良好的生產(chǎn)條件，以及采用特殊措施提高產(chǎn)能，建立起了完善的理論體系，擁有了系統(tǒng)的分析測試手段。
回顧儲集層傷害機理與集層傷害程度研究的現(xiàn)狀，會認識到我們的研究方法還有欠缺儲層傷害機理1、細管現(xiàn)象(1)儲集層孔隙中油、氣、水相對含量改變使相對滲透率受影響；(2)表面活性劑侵入使?jié)櫇裥允苡绊懀?3)粘性流體侵入使孔隙產(chǎn)生液鎖。
2、固相侵入有機和無機微粒的侵入致使儲層滲透率降低。
3、結(jié)垢碳酸鹽、硫酸鹽的沉淀析出，降低了儲集層滲透率。
4、集層巖石的傷害(1)離子環(huán)境改變，電性平衡破壞，使巖石微粒產(chǎn)生遷移；
(2)膠結(jié)顆粒的松散溶解，使巖石微粒產(chǎn)生分散；(3)礦物的溶解及重新化合；(4)液體進入礦物晶格，產(chǎn)生晶格膨脹；(5)儲集巖石結(jié)構(gòu)的疏松，產(chǎn)生跨塌現(xiàn)象。
儲集層傷害程度儲集層傷害程度評價的主要手段是實驗室?guī)r芯流動實驗，巖芯流動實驗包括敏感性(水敏，酸敏，速敏，鹽敏，堿敏等)實驗、當量液體滲透率實驗、體積流量評價實驗、系列流體滲透率評價實驗、雙向流動相對滲透率實驗、潤濕性實驗、鹽度評價實驗、鉆井液傷害評價實驗。所使用的儀器設備包括三個部分動力部分，巖芯夾持器，計量部分。
(1)動力部分恒速泵、恒壓泵、氣瓶。
(2)巖芯夾持器為一內(nèi)含膠皮套的筒狀金屬套，兩端有流體進出通道，巖芯密封其中。
(3)計量部分壓力計、流量計、粘度計，各部分由管線，閥門及中間容器相互連接。
巖芯流動試驗的基本流程為將儲集層上鉆好的小巖芯柱(φ2.5cm)密封于夾持器套筒內(nèi)，膠皮套加環(huán)壓，緊緊匝住巖芯柱，用配備好的流體經(jīng)恒速泵(恒壓泵)從夾持器入口端進入，通過巖芯柱，出口端進行流量計量，依據(jù)進出口端壓差、流量計算出滲透率，確定儲層傷害程度。
巖芯流動試驗設備數(shù)十年以來不斷改進，在自動化方面有了較大發(fā)展，但試驗原理、流程沒有改變，始終離不開筒式夾持器。巖芯柱密封于夾持器套筒內(nèi)，實驗過程完全不可視，成為“暗箱”操作，得到的是儲集層傷害的宏觀表征，是儲集層傷害因素微觀特性的集中反應。現(xiàn)有的流動試驗將儲集層傷害程度與儲集層傷害機理研究割裂開來，不能透過巖芯流動試驗的現(xiàn)象，揭示儲層傷害的本質(zhì)。
本發(fā)明目的在于借助透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀，使?jié)B流機理與產(chǎn)生原因相結(jié)合、使儲集層傷害機理與傷害程度研究相結(jié)合。通過可視化的圖像分析手段再現(xiàn)實驗中各種現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展過程，多種微細事件的觀察，準確同時地獲取各種信息。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采取的技術(shù)方案為一種透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀(附

圖1)，包括透光巖石滲透薄片(8)、單偏光顯微鏡(5)、錐光鏡(9)、CCD攝像頭(6)、圖像采集卡(7)、壓力傳感器(3)、壓力采集卡(4)、中間容器(2)、計算機(10)、恒速泵(1)、圖像分析系統(tǒng)(11)、集液器(12)。
實施過程為恒速泵(1)通過剛性連接管件、閥門與中間容器(2)、壓力傳感器(3)，透光巖石滲透薄片(8)連接；巖石滲透薄片固定于偏光顯微鏡載物臺上，單偏光經(jīng)錐光鏡(9)透過滲透薄片；CCD攝像頭(6)采集偏光顯微鏡(5)中圖像；圖像采集卡(7)為計算機(10)提供圖像信息；壓力采集卡(4)將壓力信息傳入計算機(10)；使用圖像分析系統(tǒng)(11)對滲透薄片進行圖像處理。
本發(fā)明還通過如下方案實施儲層巖石礦物含有大量的粘土礦物，同時由于顆粒之間壓融和成巖作用，使巖石孔隙非常復雜。因而，制做滲透薄片要盡可能保護巖石礦物類型及結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀特征。滲透薄片(附圖2)厚0.25mm，包括輸入流體剛性細管(a)、載玻璃載片(b)、儲集層巖石切片(c)、有機玻璃(d)、輸出流體剛性細管(e)。單偏光能夠透過，具光性特征。
滲透薄片的制作(1)儲集巖石切片(c)經(jīng)脂肪抽提器洗油，放入干燥器抽空飽和可溶性含油溶顏料的有機玻璃單體，在恒溫水浴中固化。
(2)使用1000號粗金剛砂在磨片機上磨出一個面，并用50號碳化硼精磨出光面。
(3)環(huán)氧樹脂將光面兩側(cè)與載玻片(b)粘貼，巖石切片(c)需留出滲流通道。
(4)用粗金剛砂磨巖石切片另一面。
(5)粘貼好的巖石切片放入氯仿浸泡，洗凈有機玻璃質(zhì)。
(6)使用玻璃片將磨好的巖石切片密封成為薄片，兩側(cè)有細剛性管件(a、e)與外界相通，薄片上下透視窗口部位用冷杉膠各貼一塊等大厚膠皮。
(7)密封好的薄片放入玻璃盒內(nèi)。將玻璃盒放入干燥器內(nèi)抽真空，注入液態(tài)有機玻璃(d)，將薄片充分包裹，使?jié)B透薄片具有承壓能力。
(8)水浴固化后，揭掉膠皮，用酒精洗凈冷杉膠。
恒速泵控制進入滲流薄片的流體速度，并獲取流量參數(shù)。
中間容器將進入滲流薄片的流體與泵隔離開來，避免酸、堿流體對泵的腐蝕。
壓力傳感器適時記錄滲透薄片入口端壓力值，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)輸入計算機，計算出相應滲透率資料。
偏光顯微鏡對滲透薄片進行儲集層巖石的礦物含量、膠結(jié)物成份、膠結(jié)類型、成巖作用及成巖自生礦物進行鑒定，確定巖石顆粒類型、結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀及孔喉配置，定性化判斷儲層傷害機理。
CCD攝像頭將顯微鏡下滲透薄片的圖像信息進行采集，記錄不同時段內(nèi)滲透薄片發(fā)生的現(xiàn)象，由圖像分析系統(tǒng)對顆粒大小、分選、磨圓、孔隙大小、形態(tài)分布進行定量計算，定量研究油氣儲氣層的傷害程度。
圖像分析系統(tǒng)能夠提供面孔率、孔徑、喉道配位數(shù)、裂逢分析數(shù)據(jù)以及提取巖石顆粒骨架。
錐光鏡使透過的單偏光聚焦，增加圖像的立體感及清晰度。
本發(fā)明集透光巖石薄片技術(shù)、顯微圖像技術(shù)、巖芯流動實驗技術(shù)為一體，多方面、多層次展現(xiàn)儲集層巖石學特征與油氣滲流機理及儲層傷害的關(guān)系；儲集層孔隙和喉道特征、外來流體對油氣滲流機理及儲層傷害的影響。實現(xiàn)了儲集層傷害定性、定量研究，拓展了油氣儲集層研究的領(lǐng)域、再現(xiàn)油氣滲流及儲層傷害的發(fā)生發(fā)展過程，為評價儲層、揭示油氣滲流機理及儲層傷害機理提供了一項新的技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.一種透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀，由透光巖石滲透薄片(8)、單偏光顯微鏡(5)、錐光鏡(9)、CCD攝像頭(6)、圖像采集卡(7)、壓力傳感器(3)、壓力采集卡(4)、中間容器(2)、計算機(10)、恒速泵(1)、圖像分析系統(tǒng)(11)、集液器(12)組成。其中恒速泵(1)通過剛性連接管件、閥門與中間容器(2)、壓力傳感器(3)，透光巖石滲透薄片(8)連接；巖石滲透薄片固定于偏光顯微鏡載物臺上，單偏光經(jīng)錐光鏡(9)透過滲透薄片；CCD攝像頭(6)采集偏光顯微鏡(5)中圖像，通過圖像采集卡(7)為計算機(10)提供圖像信息；壓力采集卡(4)將壓力信息傳入計算機(10)；使用圖像分析系統(tǒng)(11)對采集圖像進行處理。
2.透光巖石滲透薄片的制作將儲集巖石切片(c)飽和可溶性含油溶顏料的有機玻璃單體，在恒溫水浴中固化。然后使用環(huán)氧樹脂將切片兩側(cè)與載玻片(b)粘貼，用粗金剛砂磨巖石切片，磨至高級藍綠干涉色。磨好的巖石切片放入氯仿浸泡，洗凈有機玻璃質(zhì)。使用玻璃片將磨好的巖石切片密封制成薄片，兩側(cè)有細剛性管件(a、e)與外界相通，薄片上下透視窗口部位用冷杉膠各貼一塊等大厚膠皮。密封好的薄片放入20×5×3cm玻璃盒內(nèi)。將玻璃盒放入干燥器內(nèi)抽真空后，注入液態(tài)有機玻璃(d)，將薄片充分包裹，使?jié)B透薄片具有承壓能力。經(jīng)水浴固化后，揭掉膠皮，用酒精洗凈冷杉膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀，其特征在于該系統(tǒng)偏光顯微鏡(5)對透光巖石滲透薄片(8)進行儲集層巖石的礦物含量、膠結(jié)物成份、膠結(jié)類型、成巖作用及成巖自生礦物進行鑒定，確定巖石顆粒類型、結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀及孔喉配置，定性化判斷油氣滲流機理及儲層傷害機理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀，其特征在于該系統(tǒng)CCD攝像頭(6)將顯微鏡(5)下透光巖石滲透薄片(8)的圖像信息進行采集，記錄不同時段內(nèi)滲透薄片發(fā)生的現(xiàn)象，由圖像分析(11)系統(tǒng)對薄片顆粒大小、分選、磨圓、孔隙大小、形態(tài)分布進行定量計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透射顯微油氣滲流機理及儲層傷害分析儀，其特征在于該系統(tǒng)恒速泵(1)控制進入滲流薄片(8)的流體速度，并獲取流量參數(shù)。壓力傳感器(3)適時記錄滲透薄片(8)入口端壓力值，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入計算機，計算出相應滲透率數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明是一種診斷石油、天然氣滲流機理、儲層傷害程度及傷害機理的儀器，通過可視化的圖像分析手段再現(xiàn)實驗中各種現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展過程，及時準確地獲取儲集層傷害機理及傷害程度方面的信息，多方面、多層次展現(xiàn)儲集層巖石學特征與滲流機理和儲層傷害的關(guān)系；儲集層孔隙和喉道特征、外來流體等各因素對滲流機理和儲層傷害的影響。實現(xiàn)了油氣滲流機理和儲集層傷害定性、定量研究，拓展了油氣儲集層研究的領(lǐng)域、再現(xiàn)油氣滲流機理和儲層傷害的發(fā)生發(fā)展過程，為評價儲層、揭示滲流機理和儲層傷害機理提供了一項新的技術(shù)手段。
文檔編號G01N13/04GK1525154SQ0310651
公開日2004年9月1日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者朱玉雙, 王曉方 申請人:朱玉雙, 王曉方