本發(fā)明涉及一種用于核磁共振巖心分析的兼容設(shè)備。通過該設(shè)備的支持,可以利用核磁共振技術(shù)對巖心中流體的注入、流動及產(chǎn)出進行實時定量評價。因此該設(shè)備對于模擬油氣藏儲量流體產(chǎn)出過程有極大意義。
背景技術(shù):
在油氣藏的勘探開發(fā)過程中,需要對賦存在儲層巖石中的流體進行詳細(xì)評價已得到產(chǎn)量、產(chǎn)出能力等指標(biāo)。隨著地層深度的改變,地層溫度和壓力也將發(fā)生較大的變化,這些環(huán)境因素的改變會對流體本身的物理屬性造成很大的影響。因此在對其進行開發(fā)過程前對地層中的巖石進行取芯后在地面實驗室中進行相關(guān)模擬,進而了解巖石中賦存流體的屬性和產(chǎn)出能力隨著溫度及壓力變化規(guī)律將極為重要。同時,實際油氣藏開采過程中需要介入水驅(qū)、氣驅(qū)以及聚合物驅(qū)等多重開采手段,對不同技術(shù)的開采效率的評價及影響因素的分析也極為重要。
自被發(fā)明以來,核磁共振技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物及能源領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。由于該技術(shù)是一種無損、安全、快速的檢測手段,其信號響應(yīng)直接來自于樣品中賦存的流體貢獻(xiàn),因此利用該技術(shù)對巖心中賦存流體特性和實時監(jiān)測流體產(chǎn)出進行評價將非常有優(yōu)勢。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種核磁共振兼容的巖心夾持裝置,用以模擬研究地層環(huán)境下油氣儲層內(nèi)部流體的賦存和流動,以及油氣資源采收率問題。解決的實際問題在于:該裝置能夠模擬目標(biāo)油氣儲藏的地層環(huán)境(溫度和壓力),并可以進行驅(qū)動狀態(tài)下實時監(jiān)測巖心內(nèi)流體的賦存和流動情況。該夾持裝置主體采用無磁無氫非金屬材料,因此保證不會對核磁共振測量過程造成干擾。該裝置可用于與核磁共振化學(xué)譜、成像等技術(shù)組合實現(xiàn)地層條件下的飽和巖心在線測量,用以研究油氣藏中多次采油過程和提高采收率等熱門課題。
為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種核磁共振高溫高壓巖石驅(qū)替系統(tǒng),包括核磁共振兼容的巖心夾持裝置,所述巖心夾持裝置由一對堵頭、一對巖心堵塞、環(huán)壓無磁腔體、聚四氟乙烯熱縮管、驅(qū)替管線組成;被夾持的巖心外部為聚四氟乙烯熱縮管,左右兩端各由左巖心堵塞和右?guī)r心堵塞固定,且聚四氟乙烯熱縮管與巖心堵塞之間由O-型密封圈密封,所述巖心堵塞軸線均開設(shè)貫穿孔,通過不銹鋼螺栓與驅(qū)替液注入和流出管線相連接,所述驅(qū)替液注入和流出管線貫穿所述一對堵頭,并通過第一螺栓進行密封,在所述一對堵頭上開設(shè)環(huán)壓液注入和流出管線貫穿孔,用第二螺栓對所述管線進行緊扣固定。
核磁共振分析儀,包含有磁體系統(tǒng),梯度成像系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)。
環(huán)壓液體循環(huán)系統(tǒng),包含環(huán)壓液注入和流出管線,第一、第二、第三溫度探測器,第一、第二壓力探測器,循環(huán)泵,單向安全閥,加熱箱,冷卻箱,回壓閥門,環(huán)壓流體采集箱,安全閥門和止動閥門;所述環(huán)壓液注入管線一端連接循環(huán)泵,另一端位于堵頭的環(huán)壓液注入管線貫穿孔,中間段依次連接單向安全閥、加熱箱、第一壓力探測器、第一溫度探測器、安全閥門和止動閥門,加熱箱內(nèi)的管線侵入加熱箱內(nèi),加熱后的環(huán)壓液被注入至高溫高壓驅(qū)替腔體內(nèi);所述環(huán)壓液流出管線一端連接循環(huán)泵,另一端位于堵頭的環(huán)壓液流出管線貫穿孔,中間段依次連接環(huán)壓流體采集箱、第一回壓閥門、第二溫度探測器、冷卻箱、第二壓力探測器、第三溫度探測器,冷卻箱內(nèi)的管線侵入冷卻箱內(nèi),冷卻后的環(huán)壓液被重新采集抽入循環(huán)泵中。
驅(qū)替液進給系統(tǒng),包括驅(qū)替液注入和流出管線,第三、第四、第五壓力探測器,待選驅(qū)替液缸體組,高壓閥門組,單向閥門組,驅(qū)動泵,驅(qū)替液采集箱,第二回壓閥門,驅(qū)替液回收箱;所述驅(qū)替液注入管線一端連接驅(qū)替液采集箱,另一端貫穿設(shè)有環(huán)壓液流出管線貫穿孔的堵頭,中間段依次連接驅(qū)動泵、第三壓力探測器、高壓閥門組、待選驅(qū)替液缸體組、單向閥門組、第四壓力探測器;所述驅(qū)替液流出管線一端連接驅(qū)替液回收箱,另一端貫穿設(shè)有環(huán)壓液注入管線貫穿孔的堵頭,中間段依次連接第五壓力探測器、第二回壓閥門。
所述加熱箱內(nèi)的管線侵入高溫硅油箱內(nèi),用于加熱環(huán)壓液,進而流入環(huán)壓腔體后進行加熱被測巖心。
采用全氟油在巖心夾持裝置中循環(huán)的方式來實現(xiàn)對夾持樣品的溫度和壓力控制。
巖心夾持裝置采用核磁共振兼容的無順磁非金屬材料,保證在核磁共振所需的磁場環(huán)境不被破壞,同時此種材質(zhì)也能保證夾持器的輕便和承壓。
巖心夾持裝置通過連接不同驅(qū)替流體來源,完成油氣儲藏中關(guān)于不同階段采油過程的采收率模擬。
本發(fā)明還提供了一種核磁共振高溫高壓巖石驅(qū)替方法,包括以下步驟:
1)安裝被測量巖心;利用左巖心堵塞和右?guī)r心堵塞固定被夾持巖心,使用聚四氟乙烯熱縮管將所述三部分進行包裹,之后將這部分組件放入烘箱后將其緊固,之后采用無磁螺栓將兩節(jié)無磁管線擰固在左巖心堵塞和右?guī)r心堵塞兩端,所述無磁管線用于巖心驅(qū)替通道,隨后將前述過程得到的部件塞入無磁環(huán)壓腔體內(nèi)部后,利用無磁堵頭、O-型密封圈和無磁螺栓將前述過程得到的部件密封于無磁環(huán)壓腔體內(nèi),隨后在左右堵頭處安裝環(huán)壓液注入流出管線,完成最終整體組裝。
2)為了進行核磁共振實驗測量,將裝有密封巖心的該夾持裝置放置于核磁共振測量筒體內(nèi)部,磁體在磁體中間產(chǎn)生B0磁場,梯度成像系統(tǒng)產(chǎn)生用于成像功能的梯度磁場,而射頻系統(tǒng)產(chǎn)生B1磁場。
3)將夾持裝置放置入核磁共振分析儀后,開始連接環(huán)壓液循環(huán)通道,整個環(huán)壓液的循環(huán)過程如下:首先將環(huán)壓流體采集箱注滿環(huán)壓流體全氟油,環(huán)壓液通過管線被吸入至循環(huán)泵中,然后通過單向安全閥進入加熱箱進行加熱,加熱后的環(huán)壓液經(jīng)過溫度和壓力探測器后從驅(qū)替裝置的底部注入,當(dāng)環(huán)壓液注滿環(huán)壓腔體后從上部流出,進過溫度和壓力探測器后進入冷卻箱,冷卻后的環(huán)壓液通過溫度測量達(dá)到低溫標(biāo)準(zhǔn)后,通過回壓閥門返回環(huán)壓流體采集箱。
4)通過調(diào)節(jié)回壓閥門,設(shè)定無磁環(huán)壓管腔內(nèi)對樣品施加的壓力,通過調(diào)節(jié)加熱箱的設(shè)定溫度來改變環(huán)壓液溫度,進而達(dá)到改變被夾持樣品溫度,通過溫度傳感器和壓力傳感器來實時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部壓力和溫度的變化情況。
5)開啟環(huán)壓液體循環(huán)管線,等待被夾持巖心達(dá)到目標(biāo)溫度和壓力,當(dāng)達(dá)到設(shè)定的環(huán)壓和溫度后,即可進行驅(qū)替管線的操作,通常在該操作前,開啟射頻系統(tǒng),采集系統(tǒng)背景噪聲信號,保證現(xiàn)有環(huán)境無明顯外來干擾。
6)選擇某種驅(qū)替流體,打開該種驅(qū)替液對應(yīng)的缸體,開啟驅(qū)動泵,從驅(qū)替液采集箱中抽取平衡液,打開所述缸體對應(yīng)的高壓閥門,將驅(qū)替液注入驅(qū)替液活塞管缸內(nèi),進而通過單向閥門將驅(qū)替液體從驅(qū)替管線中注入至被夾持巖心中,通過調(diào)節(jié)回壓閥門設(shè)定相應(yīng)的驅(qū)替壓力,開始驅(qū)替實驗過程。
7)利用射頻系統(tǒng),發(fā)射射頻脈沖序列,采集得到驅(qū)替實驗過程中的核磁共振信號,得到巖心內(nèi)部的流體運移和產(chǎn)出情況。
9)驅(qū)替過程中,可能涉及多次不同流體的驅(qū)替實驗,當(dāng)需要使用其他驅(qū)替液缸體內(nèi)的驅(qū)替液進行驅(qū)替實驗時,控制其對應(yīng)的高壓閥門,進行相應(yīng)選擇。
8)驅(qū)替實驗完成后,關(guān)閉驅(qū)替流體通道和環(huán)壓液循環(huán)通道,首先將驅(qū)替液管線拆除,之后,打開環(huán)壓液循環(huán)管線中的止動閥門,排出環(huán)壓管線和腔體內(nèi)部所有的環(huán)壓液,環(huán)壓液排空后即可拆除環(huán)壓液循環(huán)管線,從核磁共振分析儀測量筒體中取出該巖心夾持裝置,卸載夾持裝置中的堵頭和巖心堵塞,去除熱縮管,取出巖心,清洗儀器,以備下次實驗。
為了與核磁共振分析儀相兼容,需要保證夾持裝置所使用的材料均為無磁非金屬材料。同時,為了保證測量過程中無背景信號干擾實驗結(jié)果,實驗過程中所用的夾持裝置本身及環(huán)壓液均為無氫材料。為了保證高溫高壓的順利測量,所有材料均需要能夠承受特定的高溫高壓屬性。環(huán)壓腔體需要能夠耐高溫高壓,機械強度需要較高。環(huán)壓液采用安全的閃點燃點高的全氟油。為了保證巖心內(nèi)部物理環(huán)境不受外部環(huán)壓液影響,通過熱縮管將其與環(huán)壓液隔絕開來。熱縮管除了能夠耐高溫高壓之外,尺寸相對其他材料較薄,這樣保證了熱傳導(dǎo)的高效率。整體夾持裝置零部件數(shù)量相對較少,按照由里至外的安裝順序可快速的進行組裝。
該裝置依據(jù)核磁共振分析儀的形狀,可以豎直或水平放置入核磁共振分析儀測量腔體內(nèi)。整體夾持裝置與分析儀之間可以相互拆解,因此保持了兩個系統(tǒng)的獨立性和完整性,安全可靠。之間的冷卻裝置會保證高溫過程中的熱傳導(dǎo)效應(yīng)不會影響RF射頻線圈的溫度,進而不會因為溫度的改變造成測量熱噪聲的顯著增加。環(huán)壓無磁腔體為一體化設(shè)計,除兩端堵頭部分,整體無開孔設(shè)計,保證了設(shè)計的高強度應(yīng)用和安全性。
利用無磁無氫元素含量的環(huán)壓液循環(huán)為夾持樣品提供特定的溫度和壓力條件。通過高精度循環(huán)泵來驅(qū)動環(huán)壓液的循環(huán)。環(huán)壓液在注入環(huán)壓無磁腔體之前到排出環(huán)壓無磁腔體之間的管線外部采用高溫隔熱材料,保證線路的安全性。同時,各處的溫度傳感器和壓力傳感器保證環(huán)壓液循環(huán)系統(tǒng)和驅(qū)替循環(huán)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。
實驗完成后,整體裝置的拆卸過程極為簡易。只需要將兩端環(huán)壓系統(tǒng)接頭和驅(qū)替系統(tǒng)接頭打開,該驅(qū)替裝置即可從核磁共振分析儀中取出。通過打開上下堵頭,即可將被左右?guī)r心堵塞和熱縮管包裹的被測巖心從管腔內(nèi)部取出。取出后將聚四氟乙烯熱縮管切割開,即可拿到被測巖心并進行樣品更換。
與常規(guī)的核磁共振夾持裝置相比,該裝置零部件數(shù)量較少,操作方便,易于組裝和更換樣品。同時,該夾持裝置與較為昂貴的核磁共振分析儀完全獨立,互不影響,保證了系統(tǒng)內(nèi)部各個單元的安全性。利用該夾持裝備為被測巖心提供相應(yīng)的地層壓力和溫度,還原地層的原狀情況。在對樣品施加核磁共振成像或時域測量分析的過程中,即可獲得樣品在油氣藏地層條件下的流體物理屬性和空間分布等信息。通過該裝置與不同流體驅(qū)替管道的連接,可有效仿真和動態(tài)監(jiān)測地層條件下油氣藏儲層流體的開采過程,為油氣藏多次采油過程中提高采收率的方案制定提供寶貴的指導(dǎo)意見。
附圖說明
圖1為巖心夾持裝置剖面圖。
圖2為巖心夾持裝置放置于核磁共振分析儀中開啟環(huán)壓循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
圖3為開啟環(huán)壓循環(huán)系統(tǒng)下進行驅(qū)替實驗示意圖。
具體實施方式
結(jié)合說明書附圖說明本發(fā)明的具體實施方式。
如圖1所示,本發(fā)明的核磁共振兼容巖心夾持器用于夾持被分析的巖心1,為其提供設(shè)定的溫度和壓力。在被夾巖心1外部為聚四氟乙烯熱縮管2,一對巖心堵塞3,以及熱縮管與巖心堵塞之間的O-型密封圈4。巖心堵塞通過不銹鋼螺栓5與驅(qū)替管線6相連接。外部兩端通過一對堵頭7,O-型密封圈8與無磁環(huán)壓夾持體9相連接。驅(qū)替管線6和堵頭7之間通過特殊材質(zhì)的螺栓10進行密封。在堵頭7開設(shè)環(huán)壓液注入和流出管線12,用特質(zhì)螺栓11進行緊扣。
圖2解釋了該裝置放置于核磁共振分析儀內(nèi)部并開啟環(huán)壓液體工作狀態(tài)示意圖。該驅(qū)替裝置13放置于包含有磁體系統(tǒng)14,梯度成像系統(tǒng)15和射頻系統(tǒng)16的核磁共振分析儀。在環(huán)壓液體循環(huán)管線中,包含溫度探測器17、18、19,壓力探測器20、21,循環(huán)泵22,單向安全閥23,加熱箱24,冷卻箱25,回壓閥門26,環(huán)壓流體采集箱27,安全閥門28和止動閥門29。發(fā)熱管道浸入高溫硅油箱內(nèi),用于加熱環(huán)壓液,進而流入環(huán)壓腔體后進行加熱被測巖心。環(huán)壓液自下而上注入至高溫高壓驅(qū)替腔體內(nèi)。通過壓力閥門控制,對夾持的巖心施加相應(yīng)數(shù)值的壓力。當(dāng)環(huán)壓液體從環(huán)壓腔體中流出時,進過冷卻管道。冷卻管道浸入冷卻液箱內(nèi)。冷卻后的環(huán)壓液被重新采集抽入循環(huán)泵中。
圖3闡述了該裝置放置于核磁共振分析儀內(nèi)部,聯(lián)通環(huán)壓液體循環(huán)管線后開始進入驅(qū)替管線的工作狀態(tài)示意圖。該驅(qū)替裝置13放置于包含有磁體系統(tǒng)、梯度成像系統(tǒng)和射頻系統(tǒng)的核磁共振分析儀中,接通環(huán)壓液體循環(huán)管線30。在驅(qū)替管線中,包含壓力探測器31、32、33,驅(qū)動泵34,平衡液采集箱35、安全閥門36、37、38,驅(qū)替液缸體39、40、41,單向安全閥42、43、44,回壓閥門45以及驅(qū)替排除流體采集箱46。該裝置可根據(jù)實際需求選用不同的組件提供不同的流體進行驅(qū)替。比如對于飽和油的巖心中,為了識別油氣的采收率,可以先期采用水驅(qū)替油,之后可以注入二氧化碳,最后可以研究聚合物驅(qū)油的過程。
本發(fā)明的核磁共振兼容巖心夾持器的工作過程為:
1)安裝被測量巖心。利用巖心左右堵塞3固定被夾持巖心1,使用熱縮管2將該三部分進行包裹。之后將這部分組件放入烘箱后將其緊固。之后采用無磁螺栓5將兩節(jié)無磁管線6擰固在巖心左右堵塞兩端。該無磁管線用于巖心驅(qū)替通道。隨后將該部分塞入無磁環(huán)壓腔體9內(nèi)部后,利用無磁堵頭7、O-型密封圈8和無磁螺栓10將該組件密封于無磁環(huán)壓腔體9內(nèi)。隨后在左右堵頭處安裝環(huán)壓液流入流出管線12,完成最終整體組裝。
2)為了進行核磁共振實驗測量,將裝有密封巖心的該夾持裝置放置于核磁共振測量筒體內(nèi)部。如圖2所示,磁體14在磁體中間產(chǎn)生B0磁場,梯度成像系統(tǒng)15產(chǎn)生用于成像功能的梯度磁場,而射頻系統(tǒng)16產(chǎn)生B1磁場。
3)將夾持裝置放置入核磁共振分析儀后,開始連接環(huán)壓液循環(huán)通道。整個環(huán)壓液的循環(huán)過程如下:首先將環(huán)壓流體采集箱27注滿環(huán)壓流體全氟油。環(huán)壓液通過管線被吸入至循環(huán)泵22中。然后通過單向安全閥23進入加熱箱24進行加熱。加熱后的環(huán)壓液經(jīng)過溫度和壓力探測器后從驅(qū)替裝置13的底部注入。當(dāng)環(huán)壓液注滿環(huán)壓腔體后從上部流出,進過溫度和壓力探測器后進入冷卻箱25。冷卻后的環(huán)壓液通過溫度測量達(dá)到低溫標(biāo)準(zhǔn)后,通過回壓閥門26返回環(huán)壓流體采集箱27。
4)通過調(diào)節(jié)回壓閥門26,可設(shè)定無磁環(huán)壓管腔內(nèi)對樣品施加的壓力。通過調(diào)節(jié)加熱箱24的設(shè)定溫度來改變環(huán)壓液溫度,進而達(dá)到改變被夾持樣品溫度。通過溫度傳感器18、19和壓力傳感器20、21來實時監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部壓力和溫度的變化情況。
5)如圖3所示,開啟環(huán)壓液體循環(huán)管線30,等待被夾持巖心達(dá)到目標(biāo)溫度和壓力。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的環(huán)壓和溫度后,即可進行驅(qū)替管線的操作。通常在該操作前,開啟射頻系統(tǒng)16,采集系統(tǒng)背景噪聲信號,保證現(xiàn)有環(huán)境無明顯外來干擾。
6)選擇某種驅(qū)替流體(以驅(qū)替液缸體39為例)。開啟驅(qū)動泵34,從平衡液采集箱35中抽取平衡液,關(guān)閉高壓閥門37、38,打開高壓閥門36,將平衡液注入平衡液/驅(qū)替液活塞管缸內(nèi),進而通過單向閥門42將驅(qū)替液體從驅(qū)替管線中注入至被夾持巖心中。通過調(diào)節(jié)回壓閥門45設(shè)定相應(yīng)的驅(qū)替壓力,開始驅(qū)替實驗過程。
7)利用射頻系統(tǒng)16,發(fā)射射頻脈沖序列,采集得到驅(qū)替實驗過程中的核磁共振信號,得到巖心內(nèi)部的流體運移和產(chǎn)出情況。
9)驅(qū)替過程中,可能涉及多次不同流體的驅(qū)替實驗。當(dāng)需要使用其他驅(qū)替液缸體內(nèi)的驅(qū)替液進行驅(qū)替實驗時,可控制高壓閥門36、37和38,進行相應(yīng)選擇。
8)驅(qū)替實驗完成后,關(guān)閉驅(qū)替流體通道和環(huán)壓液循環(huán)通道。首先將驅(qū)替液管線拆除。之后,打開環(huán)壓液循環(huán)管線中的止動閥門29,排出環(huán)壓管線和腔體內(nèi)部所有的環(huán)壓液。環(huán)壓液排空后即可拆除環(huán)壓液循環(huán)管線,從核磁共振分析儀測量筒體中取出該巖心夾持裝置。卸載夾持裝置中的堵頭和巖心堵塞,去除熱縮管,取出巖心,清洗儀器,以備下次實驗。