本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣開發(fā)增產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)油氣儲(chǔ)層滲流影響評(píng)價(jià)裝置與方法。

背景技術(shù)：

隨著油氣田開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，低滲透、致密等非常規(guī)油氣資源的開發(fā)越來越受到重視。低滲透油氣資源是指油氣儲(chǔ)層滲透率低，儲(chǔ)量豐度低，單井產(chǎn)能低的油氣資源。我國低滲透油氣資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，約占全國已探明儲(chǔ)量的2/3以上，開發(fā)潛力巨大。壓裂技術(shù)作為低滲透油氣田增產(chǎn)的主要措施，已經(jīng)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的水基壓裂液由于存在破膠不完全，返排不徹底，在地層中滯留量大等問題，對(duì)地層傷害嚴(yán)重。因此，主要應(yīng)用于非常規(guī)儲(chǔ)層增產(chǎn)的新一代的低傷害壓裂技術(shù)如二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)等相繼問世。二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)具有低傷害、易返排等優(yōu)勢，目前已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注與研究。而超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)則是二氧化碳干法壓裂技術(shù)的一種特殊形式。

常溫常壓下，二氧化碳為無色無味的氣體，在油藏條件下，二氧化碳通常處于超臨界狀態(tài)(臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.38MPa)。超臨界二氧化碳流體密度大，溶劑化能力強(qiáng)，作為壓裂液能夠有效溶解近井地帶的部分原油組分，從而增加油氣通道的滲流能力；能夠抑制粘土膨脹，使粘土礦物脫水，顆粒變小，增大地層孔隙，提高滲透率；超臨界二氧化碳的表面張力幾乎為零，對(duì)頁巖層的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于甲烷在頁巖中的吸附能力，從而能夠高效置換地層中的甲烷。因此，超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)不僅能高效開發(fā)低滲、致密等特殊儲(chǔ)層，同時(shí)也能有效緩解水力壓裂存在的水資源污染與浪費(fèi)的問題。

然而，在壓裂施工中，超臨界二氧化碳?jí)毫岩阂矔?huì)在足夠高的壓力下進(jìn)入地層的孔隙介質(zhì)內(nèi)，影響儲(chǔ)層流體和粘土礦物的物理和化學(xué)性質(zhì)，一方面，由于二氧化碳進(jìn)入地層后會(huì)與地層水發(fā)生反應(yīng)生成酸，溶解部分地層礦物及雜質(zhì)，提高地層滲透率；另一方面，壓裂液體系內(nèi)的增粘劑也會(huì)對(duì)地層孔喉和微裂縫造成一定程度的堵塞，導(dǎo)致地層損害。目前，國內(nèi)外在超臨界二氧化碳?jí)毫岩旱膬?chǔ)層物性評(píng)價(jià)特別是儲(chǔ)層滲流能力評(píng)價(jià)方面鮮有研究報(bào)道，因此，急需一種實(shí)現(xiàn)上述功能的評(píng)價(jià)裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)油氣儲(chǔ)層滲流影響評(píng)價(jià)裝置與方法，用于測量不同壓裂液體系配比、不同壓裂液體系注入量、不同回壓以及不同巖心等條件下的巖心傷害率，進(jìn)而研究體系配比、體系注入量、回壓以及巖心對(duì)巖心傷害率的影響，為超臨界二氧化碳?jí)毫岩旱默F(xiàn)場施工提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)油氣儲(chǔ)層滲流影響評(píng)價(jià)裝置，包括二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)、超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)以及回壓系統(tǒng)；二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)提供二氧化碳?xì)庠醇皦毫?，二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)連接超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)；超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)為二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)提供的高壓二氧化碳以及壓裂液添加劑提供反應(yīng)場所；超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)與溫度控制系統(tǒng)并聯(lián)，溫度控制系統(tǒng)提供恒溫條件；巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)負(fù)責(zé)測量壓裂液作用前后巖心的滲透率，分別與超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)和回壓系統(tǒng)連接，使壓裂液對(duì)巖心進(jìn)行作用；回壓系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)提供必要的回壓，以模擬真實(shí)地層條件。

二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)，包括二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐、緩沖氣罐、緩沖氣罐閥、高能氣體增壓泵、增壓氣罐以及進(jìn)氣控制閥；二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐、緩沖氣罐、緩沖氣罐閥、高能氣體增壓泵、增壓氣罐、進(jìn)氣控制閥通過耐高壓管線依次連接；進(jìn)氣控制閥與超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)連接，增壓后的二氧化碳通過進(jìn)氣控制閥進(jìn)入超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)。

超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)，為相平衡反應(yīng)釜，包括磁力攪拌器、反應(yīng)釜內(nèi)腔；磁力攪拌器通過螺紋連接在反應(yīng)釜內(nèi)腔上，形成密閉容器；通過磁力攪拌器來加速反應(yīng)的進(jìn)行。

溫度控制系統(tǒng)，包括恒溫油浴鍋、循環(huán)泵、耐高溫管線；恒溫油浴鍋、循環(huán)泵、相平衡反應(yīng)釜依次使用耐高溫管線連接形成密閉循環(huán)系統(tǒng)；通過控制恒溫油浴鍋工作溫度來控制相平衡反應(yīng)釜內(nèi)溫度。

使用恒溫油浴維持系統(tǒng)溫度恒定，溫度上限100℃，精度0.1℃；所有耐壓元器件均可耐壓40Mpa。

巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)，包括恒速恒壓平流泵、中間容器、壓力傳感器、巖心夾持器、手動(dòng)增壓泵、氮?dú)鈨?chǔ)罐、兩相分離器、氣體流量計(jì)；

評(píng)價(jià)油藏時(shí)，恒速恒壓平流泵、中間容器、壓力傳感器、巖心夾持器通過耐高壓管線依次連接；手動(dòng)增壓泵、壓力傳感器、巖心夾持器通過耐高壓管線依次連接；

評(píng)價(jià)氣藏時(shí)，恒速恒壓平流泵、中間容器、壓力傳感器、巖心夾持器、氮?dú)鈨?chǔ)罐、兩相分離器、氣體流量計(jì)通過耐高壓管線依次連接；手動(dòng)增壓泵、壓力傳感器、巖心夾持器通過耐高壓管線依次連接；巖心夾持器通過高壓管線與回壓系統(tǒng)連接。

回壓系統(tǒng)，包括手動(dòng)增壓泵、緩沖容器、壓力傳感器、回壓閥；手動(dòng)增壓泵、緩沖容器、壓力傳感器、回壓閥通過耐高壓管線依次連接。

評(píng)價(jià)超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)油氣儲(chǔ)層滲流能力影響的方法，采用上述實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)巖心滲流能力評(píng)價(jià)，包括以下步驟：

步驟一：將巖心放入巖心夾持器中，油測滲透率時(shí)，用恒速恒壓平流泵以一定速率向巖心中泵入煤油；氣測滲透率時(shí)，調(diào)整氮?dú)鈨?chǔ)罐出氣閥使氮?dú)夂闼僮⑷霂r心中；觀察壓力傳感器讀數(shù)，記錄穩(wěn)定時(shí)的驅(qū)替流量及壓力；

步驟二：打開恒溫油浴鍋以及循環(huán)泵，調(diào)節(jié)恒溫油浴鍋溫度至一定值，建立加熱-循環(huán)系統(tǒng)。

步驟三：將磁力攪拌器與反應(yīng)釜內(nèi)腔分離，向相平衡反應(yīng)釜內(nèi)加入一定量增粘劑和助溶劑，將磁力攪拌器與反應(yīng)釜內(nèi)腔連接好，打開磁力攪拌器；

步驟四：打開二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐，調(diào)節(jié)高能氣體增壓泵及相關(guān)閥門對(duì)二氧化碳進(jìn)行壓縮，壓縮至一定壓力后使高壓二氧化碳進(jìn)入相平衡反應(yīng)釜；

步驟五：超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)巖心進(jìn)行濾失；連接相平衡反應(yīng)釜、巖心夾持器以及回壓系統(tǒng)，其中巖心夾持器沿步驟一中驅(qū)替方向的反方向進(jìn)行連接，并給巖心夾持器施加適當(dāng)圍壓以及利用回壓系統(tǒng)施加適當(dāng)?shù)幕貕?，打開相平衡反應(yīng)釜上的出氣控制閥，使超臨界二氧化碳與巖心進(jìn)行作用。

步驟六：重復(fù)步驟一，巖心驅(qū)替方向與步驟一相同，測定被超臨界二氧化碳?jí)毫岩鹤饔煤蟮膸r心滲透率。

步驟七：計(jì)算巖心初始滲透率、壓裂液作用后滲透率以及巖心傷害率。

計(jì)算巖心傷害率過程為：

假設(shè)步驟一中測得煤油穩(wěn)定流量為Q₁，穩(wěn)定壓力為P₁，步驟六中測得煤油穩(wěn)定流量為Q₂，穩(wěn)定壓力為P₂，巖心長度為L，直徑為D，煤油或氮?dú)庹扯葹棣?，?jì)算巖心傷害率：

式中，

Q₁—巖心傷害前穩(wěn)定流量，cm³/s；

Q₂—巖心傷害后穩(wěn)定流量，cm³/s；

P₁—巖心傷害前穩(wěn)定壓力，0.1Mpa；

P₂—巖心傷害后穩(wěn)定壓力，0.1Mpa；

K₁—巖心初始滲透率，μm²；

K₂—壓裂液傷害之后的巖心滲透率，μm²；

μ—煤油(或氮?dú)?粘度，mPa·s；

L—巖心長度，cm；

D—巖心直徑，cm；

η_d—巖心的滲透率傷害率，％。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件改變實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)壓力、壓裂液體系配比、壓裂液體系注入量、回壓以及巖心類型，從而探究不同儲(chǔ)層條件下壓裂液對(duì)近縫基質(zhì)巖心傷害率以及不同實(shí)驗(yàn)條件下各因素對(duì)巖心傷害率的影響規(guī)律；

(2)裝置操作簡便，方法易于實(shí)施，操作可行性高；

(3)測量方法科學(xué)，能夠達(dá)到較高的測量精度。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及實(shí)施過程更加清楚明了，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的油藏中壓裂液作用前后巖心滲透率測定裝置；

圖3為本發(fā)明的氣藏中壓裂液作用前后巖心滲透率測定裝置；

圖中：1二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)，2超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)，3溫度控制系統(tǒng)，4巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)，5回壓系統(tǒng)5；

11為二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐，12為緩沖氣罐，13為緩沖氣罐閥，14為高能氣體增壓泵，15為增壓氣罐，16為進(jìn)氣控制閥，21為磁力攪拌器，22為反應(yīng)釜內(nèi)腔，31為恒溫油浴鍋，32為循環(huán)泵，41為恒速恒壓平流泵，42為中間容器，43為巖心夾持器，44為手動(dòng)增壓泵，51為手動(dòng)增壓泵，52為緩沖容器，53為回壓閥。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，超臨界二氧化碳?jí)毫岩簩?duì)油氣儲(chǔ)層滲流影響評(píng)價(jià)裝置，包括二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)1、超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2、溫度控制系統(tǒng)3、巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)4以及回壓系統(tǒng)5；二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)1提供二氧化碳?xì)庠醇皦毫?，二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)1連接超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2；超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2為二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)1提供的高壓二氧化碳以及壓裂液添加劑提供反應(yīng)場所；超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2與溫度控制系統(tǒng)3并聯(lián)，溫度控制系統(tǒng)3提供恒溫條件；巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)4負(fù)責(zé)測量壓裂液作用前后巖心的滲透率，分別與超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2和回壓系統(tǒng)5連接，使壓裂液對(duì)巖心進(jìn)行作用；回壓系統(tǒng)5為實(shí)驗(yàn)提供必要的回壓，以模擬真實(shí)地層條件。

二氧化碳增壓及注入系統(tǒng)1，包括二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐11、緩沖氣罐12、緩沖氣罐閥13、高能氣體增壓泵14、增壓氣罐15以及進(jìn)氣控制閥16；二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐11、緩沖氣罐12、緩沖氣罐閥13、高能氣體增壓泵14、增壓氣罐15、進(jìn)氣控制閥16通過耐高壓管線依次連接；進(jìn)氣控制閥16與超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2連接，增壓后的二氧化碳通過進(jìn)氣控制閥16進(jìn)入超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2。

超臨界二氧化碳?jí)毫岩合嗥胶夥磻?yīng)系統(tǒng)2，為相平衡反應(yīng)釜，包括磁力攪拌器21、反應(yīng)釜內(nèi)腔22；磁力攪拌器21通過螺紋連接在反應(yīng)釜內(nèi)腔22上，形成密閉容器；通過磁力攪拌器22來加速反應(yīng)的進(jìn)行。

溫度控制系統(tǒng)3，包括恒溫油浴鍋31、循環(huán)泵32、耐高溫管線；恒溫油浴鍋31、循環(huán)泵32、相平衡反應(yīng)釜依次使用耐高溫管線連接形成密閉循環(huán)系統(tǒng)；通過控制恒溫油浴鍋工作溫度來控制相平衡反應(yīng)釜內(nèi)溫度。

巖心驅(qū)替及滲透率測量系統(tǒng)4，包括恒速恒壓平流泵41、中間容器42、壓力傳感器、巖心夾持器43、手動(dòng)增壓泵44、氮?dú)鈨?chǔ)罐45、兩相分離器46、氣體流量計(jì)；

如圖2所示，評(píng)價(jià)油藏時(shí)，恒速恒壓平流泵41、中間容器42、壓力傳感器、巖心夾持器43通過耐高壓管線依次連接；手動(dòng)增壓泵44、壓力傳感器、巖心夾持器43通過耐高壓管線依次連接；

如圖3所示，評(píng)價(jià)氣藏時(shí)，恒速恒壓平流泵41、中間容器42、壓力傳感器、巖心夾持器43、氮?dú)鈨?chǔ)罐45、兩相分離器46、氣體流量計(jì)通過耐高壓管線依次連接；手動(dòng)增壓泵44、壓力傳感器、巖心夾持器43通過耐高壓管線依次連接；巖心夾持器43通過高壓管線與回壓系統(tǒng)5連接。

回壓系統(tǒng)5，包括手動(dòng)增壓泵51、緩沖容器52、壓力傳感器、回壓閥53；手動(dòng)增壓泵51、緩沖容器52、壓力傳感器、回壓閥53通過耐高壓管線依次連接。

測量超臨界二氧化碳?jí)毫岩簬r心傷害率的方法，采用上述測量超臨界二氧化碳?jí)毫岩簬r心傷害的裝置，具體操作步驟如下：

步驟一：巖心初始滲透率的測定

將巖心放入巖心夾持器43中，并使用手動(dòng)增壓泵44施加一定圍壓；

油測滲透率即模擬油藏條件時(shí)，向中間容器42中加入煤油，并用恒速恒壓平流泵41將中間容器42中的煤油以一定速率穩(wěn)定驅(qū)至巖心夾持器43的巖心中；

氣測滲透率即模擬氣藏條件時(shí)，調(diào)節(jié)氮?dú)鈨?chǔ)罐45出氣閥，使氣體按一定流量穩(wěn)定驅(qū)至巖心夾持器43的巖心中；觀察壓力傳感器讀數(shù)，直至流量以及壓力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且穩(wěn)定時(shí)間需達(dá)到60min，計(jì)算巖心初始滲透率；

步驟二：調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)溫度

打開恒溫油浴鍋31以及循環(huán)泵32，調(diào)節(jié)恒溫油浴鍋31溫度至一定值，建立加熱-循環(huán)系統(tǒng)，持續(xù)2-3個(gè)小時(shí)直至相平衡反應(yīng)釜內(nèi)溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度并保持恒定；

步驟三：加入超臨界二氧化碳?jí)毫岩后w系添加劑

步驟二完成后，通過旋轉(zhuǎn)螺紋使磁力攪拌器21與反應(yīng)釜內(nèi)腔22分離，向相平衡反應(yīng)釜內(nèi)加入一定量增粘劑和助溶劑，將磁力攪拌器21與反應(yīng)釜內(nèi)腔22連接好，打開磁力攪拌器21；

步驟四：建立超臨界二氧化碳?jí)毫岩后w系

打開二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐11開關(guān)閥門和緩沖氣罐閥13，使二氧化碳進(jìn)入緩沖氣罐12與增壓氣罐15，關(guān)閉二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)罐11開關(guān)閥門和緩沖氣罐閥13，打開高能氣體增壓泵14對(duì)增壓氣罐15中的二氧化碳進(jìn)行壓縮，壓縮至一定壓力后打開進(jìn)氣控制閥16，使增壓氣罐15中的高壓二氧化碳進(jìn)入相平衡反應(yīng)釜，相平衡反應(yīng)釜與增壓氣罐15內(nèi)壓力平衡后關(guān)閉進(jìn)氣控制閥16；重復(fù)上述步驟直至相平衡反應(yīng)釜內(nèi)壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力，靜置1-2小時(shí)，直至相平衡反應(yīng)釜內(nèi)體系完全溶解形成單一均相體系；

步驟五：超臨界二氧化碳?jí)毫岩和ㄟ^濾失作用進(jìn)入巖心

將相平衡反應(yīng)釜、巖心夾持器43、回壓閥53、緩沖容器52、壓力傳感器、手動(dòng)增壓泵51依次使用耐高壓管線連接；巖心夾持器43、壓力傳感器、手動(dòng)增壓泵51依次使用耐高壓管線連接；

將巖心夾持器43沿步驟一中驅(qū)替方向的反方向與壓力傳感器、手動(dòng)增壓泵51連接，形成密閉連通的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)增壓泵51給巖心夾持器43施加適當(dāng)圍壓；手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)回壓系統(tǒng)上的手動(dòng)增壓泵51給回壓閥53施加適當(dāng)?shù)幕貕?；打開相平衡反應(yīng)釜上的出氣控制閥，超臨界二氧化碳以一定速率注入巖心夾持器43中，注入一定量超臨界二氧化碳?jí)毫岩汉箨P(guān)閉巖心夾持器43兩端口的閥門，保持巖心夾持器43密閉狀態(tài)，持續(xù)作用120min后轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)增壓泵51緩慢降低回壓閥壓力至大氣壓，該步驟結(jié)束；

步驟六：重復(fù)步驟一，巖心驅(qū)替方向與步驟一相同，測定與超臨界二氧化碳?jí)毫岩鹤饔煤蟮膸r心滲透率。

步驟七：計(jì)算巖心傷害率

假設(shè)步驟一中測得煤油穩(wěn)定流量為Q₁，穩(wěn)定壓力為P₁，步驟六中測得煤油穩(wěn)定流量為Q₂，穩(wěn)定壓力為P₂，巖心長度為L，直徑為D，煤油或氮?dú)庹扯葹棣蹋?jì)算巖心傷害率：

式中，

Q₁—巖心傷害前穩(wěn)定流量，cm³/s；

Q₂—巖心傷害后穩(wěn)定流量，cm³/s；

P₁—巖心傷害前穩(wěn)定壓力，0.1Mpa；

P₂—巖心傷害后穩(wěn)定壓力，0.1Mpa；

K₁—巖心初始滲透率，μm²；

K₂—壓裂液傷害之后的巖心滲透率，μm²；

μ—煤油(或氮?dú)?粘度，mPa·s；

L—巖心長度，cm；

D—巖心直徑，cm；

η_d—巖心的滲透率傷害率，％。

本發(fā)明可通過改變壓裂液體系配比，從而研究不同壓裂液配比對(duì)巖心滲流能力的影響；改變壓裂液體系注入量，從而研究不同壓裂液體系注入量對(duì)巖心滲流能力的影響；改變實(shí)驗(yàn)壓力以及回壓，從而研究不同地層壓力對(duì)巖心滲流能力的影響；使用不同種類、不同滲透率的巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而研究不同儲(chǔ)層中壓裂液作用后巖心滲流能力的變化。