一种正反向连续渗流与驱替实验装置与方法

文献发布时间：2024-07-23 01:35:21

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，特别是涉及一种正反向连续渗流与驱替实验装置与方法。

背景技术

在石油开采过程中，通过注入流体包括水或者气体来提高油气采收率，同时二氧化碳驱油及二氧化碳地质埋存是实现国家“双碳”目标的重要手段，因此，需要开展不同流体注入过程中驱油效果的实验研究，为现场应用提供支撑。

通常的驱替实验设备一般使用一个双缸泵作为流体注入的系统，实现连续注入流体。双缸泵可以在恒定的压力条件下稳定的输出固定流量，然而实验过程中上游端需要不断补充所使用的流体，下游端直接排走流体，流体不能重复使用，造成了一定的浪费。此外，当实验在较高温度下开展时双缸泵补充的流体温度往往低于实验温度，会造成较大的实验误差，如果增加一个加温的设备来提前加热补充的流体则会大大增加仪器的成本。

另外，在驱油和二氧化碳埋存的实验过程中，当需要研究流动方向的改变对流体渗流的影响时，需要将上游的注入泵改为接收泵，而将下游的接收泵改为注入泵，但是下游端的其它配套设施，比如气液分离设备将无法使用。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种正反向连续渗流与驱替实验装置与方法，实现了流体在岩心中持续流动及驱替的过程模拟，并可以便捷地改变流动的方向，得到了流体在岩心正反方向流动和驱替效果的区别，提高了正反向连续渗流与驱替实验的效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：

一种正反向连续渗流与驱替实验装置，所述正反向连续渗流与驱替实验装置包括：

高精度流体注入计量泵(1)、高精度流体接收计量泵(2)、正反向流动切换管阀系统(6)、气液/液液分离系统(8)和数据采集系统(9)；

所述正反向连续渗流与驱替实验装置的实验模式包括：连续渗流实验模式、连续驱替实验模式、正反向流动实验模式或正反向驱替实验模式；

所述连续渗流实验模式具体包括：

通过高精度流体注入计量泵(1)注入目标流体，打开正反向流动切换管阀系统(6)中的第一阀门和第二阀门，并保持正反向流动切换管阀系统(6)中的第三阀门和第四阀门关闭；目标流体通过岩心样品进入高精度流体接收计量泵(2)；当高精度流体注入计量泵(1)的体积为0或接近0时，关闭第一阀门和第二阀门后关闭高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)；然后将高精度流体接收计量泵(2)的控制方式和参数设置为高精度流体注入计量泵(1)关闭前的控制方式和参数；将高精度流体注入计量泵(1)的控制方式和参数设置为高精度流体接收计量泵(2)关闭前的控制方式和参数；启动高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)，同时打开第三阀门和第四阀门；目标流体从同一方向通过岩心样品进入高精度流体接收计量泵(2)；

所述连续驱替实验模式具体包括：

在连续渗流实验模式的基础上，同时使用气液/液液分离系统(8)连续分离驱替后的目标流体；驱替后的目标流体进入高精度流体注入计量泵(1)内循环使用，被驱替的目标流体分离后通过流量计和数据采集系统(9)进行精确计量和分析；

所述正反向流动实验模式具体包括：

高精度流体注入计量泵(1)注入的目标流体经过岩心样品后由高精度流体接收计量泵(2)接收；需要切换目标流体的流动方向时，同时关闭第一阀门和第二阀门，同时打开第三阀门和第四阀门，目标流体通过岩心样品的方向瞬间完成逆转；

所述正反向驱替实验模式具体包括：

在正反向流动实验模式的基础上，将气液/液液分离系统(8)切换到目标流体流动方向的下游端进行流体分离，得到驱替后的目标流体和被驱替的目标流体。

可选地，所述正反向连续渗流与驱替实验装置还包括：

岩心夹持器(3)，用于对所述岩心样品施加压力；

围压控制泵(4)，用于控制所述压力；

温度控制系统(5)，用于控制岩心样品的温度；

传感器模块(7)，用于测量岩心样品两端的压力差。

可选地，所述高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)的控制方式包括：恒压模式或恒速模式。

可选地，目标流体具体包括：气相流体、液相流体、气液流体或液液流体。

一种正反向连续渗流与驱替实验方法，所述正反向连续渗流与驱替实验方法包括：

连续渗流实验模式、连续驱替实验模式、正反向流动实验模式或正反向驱替实验模式；

所述连续渗流实验模式具体包括：

所述连续驱替实验模式具体包括：

所述正反向流动实验模式具体包括：

所述正反向驱替实验模式具体包括：

可选地，所述正反向连续渗流与驱替实验方法还包括：

岩心夹持器(3)对所述岩心样品施加压力；

围压控制泵(4)控制所述压力；

温度控制系统(5)控制岩心样品的温度；

传感器模块(7)测量岩心样品两端的压力差。

可选地，所述高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)的控制方式包括：恒压模式或恒速模式。

可选地，目标流体具体包括：气相流体、液相流体、气液流体或液液流体。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的正反向连续渗流与驱替实验方法。

一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现所述的正反向连续渗流与驱替实验方法。

在本发明实施例中，正反向连续渗流与驱替实验装置包括：高精度注入计量泵、岩心夹持器、高精度接收计量泵、围压控制泵、上下游定容流体储罐、温压测量及控制系统、压差传感器和正反向流动管阀切换系统、气液/液液分离装置及阀组。实现了连续流体流动并研究岩心的速敏等性质、实现流动的正反向切换并研究岩心的渗透率方向性、实现气体连续驱替和正反向驱替等实验目的、还可以实现不同性质流体的回注。本发明实施例可以使实验过程的压力状态保持平稳，从而大大减小实验误差，同时本发明可节省流体并使得实验易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的正反向连续渗流与驱替实验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的正反向连续渗流与驱替实验装置的详细结构图；

图3为本发明实施例提供的连续流动实验过程种上下游压力示意图；

图4为本发明实施例提供的连续流动实验过程种上下游压差示意图；

图5为本发明实施例提供的连续流动实验过程种上下游泵的流速示意图；

图6为本发明实施例提供的正反向测试实验过程中上下游压力示意图；

图7为本发明实施例提供的正反向测试实验过程中上下游压差示意图。

符号说明：

高精度流体注入计量泵-1，高精度流体接收计量泵-2，岩心夹持器-3，围压控制泵-4，温度控制系统-5，正反向流动切换管阀系统-6，传感器模块-7，气液/液液分离系统-8，数据采集系统-9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种正反向连续渗流与驱替实验装置与方法，以解决现有的流体不能重复使用、实验误差大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1示出了上述一种正反向连续渗流与驱替实验装置的一种示例性结构。下面对各模块进行详细介绍。

高精度流体注入计量泵(1)、高精度流体接收计量泵(2)、正反向流动切换管阀系统(6)、气液/液液分离系统(8)和数据采集系统(9)；

所述正反向连续渗流与驱替实验装置还包括：

岩心夹持器(3)，用于对所述岩心样品施加压力；

围压控制泵(4)，用于控制所述压力；

温度控制系统(5)，用于控制岩心样品的温度；

传感器模块(7)，用于测量岩心样品两端的压力差。

在一个示例中，高精度流体注入计量泵1作为目标流体的注入泵，上游端与需要使用的定容流体罐通过管线和阀门相连接用于接收流体，下游端通过一个正反向流动切换管阀系统6与岩心夹持器3连接。高精度流体注入计量泵1含有自动控制系统，可以实现恒压控制并可提供精确的体积计量，精度为0.001毫升或更高。

在一个示例中，岩心夹持器3的上游端通过正反向流动控制阀组连接一个高精度计量泵作为流体的注入泵，下游端通过正反向流动切换管阀系统6连接另一个高精度流体接收计量泵2作为流体的接收泵。岩心夹持器3可以只施加围压，也可以施加轴压，可以使用成熟的岩心夹持器设计。围压通过一个围压泵控制，围压泵可以设定恒定围压控制或者根据流体压力设定恒定有效应力控制。

在一个示例中，传感器模块7具体可以为压差传感器，直接准确测量岩心两端的压力差。

岩心夹持器3下游端的高精度流体接收计量泵2可以和上述的高精度流体注入计量泵1采用相同配置。高精度流体接收计量泵2与岩心夹持器3之间的连接通过正反向流动切换管阀系统6；高精度流体接收计量泵2通过管线和阀门与排空和真空相连接。

在一个示例中，气液/液液分离系统8及阀组，通过管阀组连接岩心夹持器3的上游和下游端，可以选择从不同的岩心样品端口获取流体；分离后的流体，通过阀组可以选择任一种流体作为回注流体，另外一种流体作为取样流体。

在一个示例中，上下游定容流体储罐，通过管阀分别与正反向流动切换管阀系统6的上下游相连，用于脉冲衰减法渗透率测试。

在一个示例中，温度控制系统5用于控制高精度流体注入计量泵1、高精度流体接收计量泵2、岩心夹持器3及相应的管阀系统于一恒定温度。

所述高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)的控制方式包括：恒压模式或恒速模式。

所述正反向连续渗流与驱替实验装置的实验模式包括：连续渗流实验模式、连续驱替实验模式、正反向流动实验模式或正反向驱替实验模式；

所述连续渗流实验模式具体包括：

目标流体具体包括：气相流体、液相流体、气液流体或液液流体。

所述连续驱替实验模式具体包括：

在一个示例中，连续驱替实验模式与连续渗流实验模式相似，区别在于驱替的过程中要不断分离驱替后的流体，其中被驱替的流体分离后进行精确计量，驱替用的流体进入泵内循环使用。

所述正反向流动实验模式具体包括：

在一个示例中，这样的正反向流动控制阀组设计可以使得流动方向在瞬间完成切换。该方法也可以通过使用上下游的定容流体储罐完成，即流体通过上游定容流体储罐流经样品流入下游定容流体储罐，在实验过程中以上述方式切换阀组，可以得到瞬时正反向流动的切换。

所述正反向驱替实验模式具体包括：

在一个示例中，正反向驱替实验模式与正反向流动实验模式相似，区别在于切换正反向流动控制阀组的同时，将气液/液液分离装置的阀门同时做出相应切换，即将气液/液液分离装置切换到流动方向的下游端进行流体分离。

实施例1：

使用稳态法测试岩心样品渗透时，需要一定的时间建立稳态流动，且需要流速稳定一段时间后才能准确计算出渗透率。如果使用单泵系统，往往在达成稳定流动前单泵的体积已经为零；若使用双泵系统，则会浪费较多的流体。因此，本发明实施例可以在不浪费流体的同时达到稳态法准确测试渗透率的目的。

1.样品的制备及安装

本实施案例中使用的岩心样品为标准尺寸岩心样品，比如直径为2.5厘米，高度为5厘米。安装样品前将样品在外置设备中饱和油。

2.系统准备

请参见图2，关闭所有阀门，样品安装在岩心夹持器3中，打开阀22，通过设置围压泵4压力对岩心夹持器3施加围压，此案例中设置围压为20MPa。设置系统温度到目标温度，此案例中设置温度为60摄氏度。

打开阀9和阀10，通过阀9及管线将油样品注满注入泵。同时将接收泵的体积降到最小。待系统温度达到设定温度后，关闭所有阀门。

3.渗透率连续测试

设置注入泵和接收泵的压力，其中注入泵的压力高于接收泵，本实施例中，设置注入泵压力为10MPa，接收泵压力为9MPa。打开阀7、8、13和14。然后打开阀1和阀2，让油流过样品到达下游，当注入泵体积快减少至0的时候，关闭阀1和阀2，设置接收泵的压力为10MPa，设置注入泵的压力为9MPa，同时打开阀3和阀4，继续流动实验。如果需要可以按此方法多次切换，上下游压力压差变化以及泵的流速变化示意图如图3、图4和图5。通过达西定律直接计算渗透率。

4.气体驱替油的实验

上述实验完成后，关闭除阀22外所有阀门。将注入泵和接收泵中的油排净，在注入泵中注满二氧化碳至12MPa，注入少量二氧化碳至接收泵，将接收泵压力升至9MPa。打开阀7和8，然后打开阀1和2，再打开阀13、12、17、18和16。保持注入泵的压力为12MPa，此时二氧化碳流过样品并携带驱替出来的油经过气液分离装置，二氧化碳通过分离装置后进入接收泵，油从取样口取出后计量及分析。当注入泵体积接近为0或者接收泵体积将满的时候，关闭阀1和阀2，设置注入泵压力为9MPa，设置接收泵压力为12MPa，同时打开阀3和阀4，可以继续驱替实验，如果需要，可以按同理反复开关阀1、2及阀3、4切换注入泵和接收泵进行驱替实验。

驱替实验过程中，可以改变围压条件或者注入压力条件等，研究这些参数对驱替效果的影响。

5.反向流动实验

当上述驱替实验结束后，假设注入泵是充满二氧化碳的状态，而接收泵是接近空体积的状态，关闭阀1和阀2，打开阀3和阀4，此时二氧化碳从样品的另外一端流入样品，开展反向驱替实验。此时同时需要将气液分离装置的阀组切换，首先关闭阀13、12和16，然后打开阀14、11和15，此时可以从图2中样品的上端的地方接收流体进行分离。

6.正反向渗透率实验

当样品中所有油被驱替出来以后，可以使用脉冲衰减法开展渗透率实验。首先，关闭除阀22以外所有阀门，然后打开阀9、7和5将上游定容流体罐1中注入二氧化碳，打开阀1、13和14以及阀2、6开展实验，在实验过程中，可以快速同时关闭阀1和阀2，并快速同时打开阀3和阀4，使得流动方向转向。此时测得的压力和压差变化曲线如图6和图7所示。通过脉冲衰减法公式可以计算样品不同方向的渗透率。

上述的实验流程1至6不需要按次序开展，在实验过程中，可以选择相应的步骤开展相关实验。

综上所述，在本发明实施例中，正反向连续渗流与驱替实验装置包括：高精度注入计量泵、岩心夹持器、高精度接收计量泵、围压控制泵、上下游定容流体储罐、温压测量及控制系统、压差传感器和正反向流动管阀切换系统、气液/液液分离装置及阀组。实现了连续流体流动并研究岩心的速敏等性质、实现流动的正反向切换并研究岩心的渗透率方向性、实现气体连续驱替和正反向驱替等实验目的、还可以实现不同性质流体的回注。本发明实施例可以使实验过程的压力状态保持平稳，从而大大减小实验误差，同时本发明可节省流体并使得实验易于操作。

为实现上述目的，本发明实施例还提供了如下方案：

一种正反向连续渗流与驱替实验方法，包括：

连续渗流实验模式、连续驱替实验模式、正反向流动实验模式或正反向驱替实验模式；

所述连续渗流实验模式具体包括：

步骤1：通过高精度流体注入计量泵(1)注入目标流体，打开正反向流动切换管阀系统(6)中的第一阀门和第二阀门，并保持正反向流动切换管阀系统(6)中的第三阀门和第四阀门关闭；目标流体通过岩心样品进入高精度流体接收计量泵(2)；当高精度流体注入计量泵(1)的体积为0时，关闭第一阀门和第二阀门后关闭高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)；然后将高精度流体接收计量泵(2)的控制方式和参数设置为高精度流体注入计量泵(1)关闭前的控制方式和参数；将高精度流体注入计量泵(1)的控制方式和参数设置为高精度流体接收计量泵(2)关闭前的控制方式和参数；启动高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)，同时打开第三阀门和第四阀门；目标流体从同一方向通过岩心样品进入高精度流体接收计量泵(2)；

所述高精度流体注入计量泵(1)和高精度流体接收计量泵(2)的控制方式包括：恒压模式或恒速模式。

目标流体具体包括：气相流体、液相流体、气液流体或液液流体。

所述连续驱替实验模式具体包括：

步骤2：在连续渗流实验模式的基础上，同时使用气液/液液分离系统(8)连续分离驱替后的目标流体；驱替后的目标流体进入高精度流体注入计量泵(1)内循环使用，被驱替的目标流体分离后数据采集系统(9)进行精确计量和分析；

所述正反向流动实验模式具体包括：

步骤3：高精度流体注入计量泵(1)注入的目标流体经过岩心样品后由高精度流体接收计量泵(2)接收；需要切换目标流体的流动方向时，同时关闭第一阀门和第二阀门，同时打开第三阀门和第四阀门，目标流体通过岩心样品的方向瞬间完成逆转；

所述正反向驱替实验模式具体包括：

步骤4：在正反向流动实验模式的基础上，将气液/液液分离系统(8)切换到目标流体流动方向的下游端进行流体分离，得到驱替后的目标流体和被驱替的目标流体。

所述正反向连续渗流与驱替实验方法还包括：

岩心夹持器(3)夹持所述岩心样品；

围压控制泵(4)控制所述压力；

温度控制系统(5)控制岩心样品的温度；

传感器模块(7)测量岩心样品两端的压力差。

进一步地，本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的计算机程序，以执行所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的一种正反向连续渗流与驱替实验方法。

此外，上述的存储器中的计算机程序通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现所述的一种正反向连续渗流与驱替实验方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明实施例的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明实施例的限制。

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该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
专利发明人：
专利申请人：东北石油大学;

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