测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油效率实验装置及实验方法与流程

本发明涉及石油开采特别是三次采油技术领域，尤其涉及一种测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油效率实验装置及实验方法。

背景技术：

在油田开发过程中，在地层天然能量不足的情况下，为提高原油采收率，就需要借助水驱、气驱、化学驱等增加驱油能量。水驱油是通过注入水补充地层能量，保持以较高的生产压差促进原油开采。而注氮气驱油是通过将气体与采出流体相混合，通过气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，从而促进井液流出提高采收率。水驱与气驱的驱替性质不同，当岩石润湿性为水湿时，水驱为自吸过程，而气驱为排驱过程。水驱方式是一种较为传统的提高采收率方法，但注水容易引起堵塞、腐蚀和结垢等损害油层的问题。

近两年，在经济成本允许的情况下，气驱作为清洁环保又不损害油层的驱替方式被越来越多油田所采用。气驱由于其无污染等优点被广泛应用于各大油田生产开发，其中使用最为频繁的气体是氮气，因为氮气性质稳定，不易发生反映污染或破坏地层及流体。但是，在实际的生产地层中都存在微裂缝与细小通道，这使得氮气驱在刚开始注入地层时有较为明显的驱油效果，但随着注气量的增大，压力也随之增大，许多小的裂缝通道在压力的作用下变为大的高渗通道。此时氮气开始从流动阻力更小的高渗通道排出，即发生了气窜现象。参与驱油的氮气体积大大降低，驱油效率也因此骤降。

考虑到泡沫驱可封堵大孔道，增大孔隙流动阻力，使得注入气体更多地参与到驱油过程中，提高原油采收率，在发生气窜后可向地层注入泡沫驱。本实验装置模拟的正是这一过程，通过实验装置可测定在氮气泡沫驱是否可以提高原油采收率以及采收率的提高程度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术之不足，测定氮气辅助重力驱动与氮气及氮气泡沫辅助重力驱动的原油采收率的差异，为通过气驱及化学驱增加采收率的方法提供指导依据，本发明提供了一种测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油效率实验装置及实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油实验装置，具有模拟岩心，包括注入系统、温度控制系统、回压控制系统和数据采集系统；

所述的温度控制系统包括外包于模拟岩心外的恒温箱；

所述的数据采集系统包括依次管路连接在模拟岩心出口的气液分离装置、排水集气装置和量筒，所述气液分离装置下端设有天平；

所述的注入系统包括通过管路连通的平流泵、原油罐、氮气罐、起泡剂罐和泡沫发生器，所述的起泡剂罐、氮气罐和原油罐的入口分别与平流泵连接、出口则通过管路汇集后与模拟岩心入口的管路连通，所述的氯气罐出口具有两根与模拟岩心管路汇集处连通的管路，所述泡沫发生器设置在其中一根管路上；

所述的回压控制系统包括砂体入口处压力表、砂体出口处压力表和回压阀，所述砂体入口处压力表设置在注入系统汇集并连接至模拟岩心的管路上，所述砂体出口处压力表设置在模拟岩心与气液分离装置之间的管路上，所述回压阀则设置在砂体出口处压力表与气液分离装置之间的管路上；所述平流泵的出口管路上设有阀门，所述起泡剂罐、氮气罐、原油罐和泡沫发生器罐的出入口管路上也分别设有阀门，所述模拟岩心与砂体出口处压力表之间的管路上也设有阀门。

进一步的，模拟岩心为石英砂填充成的长方体模型。在制备模拟岩心时，可采用不同直径的石英砂充填，获得含有不同孔隙度和渗透率的模拟岩心。

进一步的，恒温箱内具有温度计，温度计与恒温箱构成温度控制系统，可更好的模拟地层的实际情况。

进一步的，所述的排水集气装置包括锥形瓶、短管和长管，所述锥形瓶内盛装有实验水，所述长管一端伸入实验水、另一端与量筒管路连通，所述短管一端与气液分离装置管路连通、另一端伸入锥形瓶并位于实验水上方。

上述测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油效率实验装置的实验方法，包括如下实验步骤，

a、准备阶段：搭建实验装置，将填充好的模拟岩心连入其中，并检查装置气密性，通过恒温箱将模拟岩心所处温度调至设定温度，准备好实验所需的原油、氮气、蒸馏水以及所需的起泡剂；

b、模拟油饱和岩心过程：打开原油罐阀门，将原油通过平流泵打入模拟岩心，将模拟岩心饱和油，并计算原始含油饱和度s0；

c、氮气驱替原油实验阶段：关闭原油罐阀门，打开氮气罐与模拟岩心连通的阀门，使用回压阀设置回采压差，开始持续防喷，进行氮气驱油，直到产油速率急剧下降；关闭阀门，停止注气，计算此时的含油饱和度sn，将氮气驱油效率记为ηn，则

d、氮气泡沫辅助重力驱替原油实验阶段：打开起泡剂罐阀门及氮气罐与泡沫发生器相连的阀门，控制泡沫的气液比，制备氮气泡沫；打开泡沫发生器与模拟岩心相连的阀门，启动平流泵向模拟岩心中注入氮气泡沫；

e、再次氮气驱替原油实验阶段：再次打开氮气罐与模拟岩心相连的阀门进行注氮气驱油，记录此时驱出的原油质量，计算加入氮气泡沫驱替后的模拟岩心中的原油饱和度sf，将氮气泡沫辅助驱油效率记为ηf，则

进一步的，根据所研究油藏地的实际需求，所述的恒温箱设定温度为90℃，回采压差为6mpa，泡沫的气液比为3:1。

本发明的有益效果是，本发明提供的测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油效率实验装置及实验方法，可有效测定氮气辅助重力驱动与氮气及氮气泡沫辅助重力驱动的原油采收率的差异，为通过气驱及化学驱增加采收率的方法提供指导依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明最优实施例的结构示意图。

图2是本发明最优实施例中气液分离装置与排水集气装置的工作过程示意图。

图3是氮气辅助重力驱和氮气及氮气泡沫辅助重力驱油的原油采出程度变化曲线图。

图中1、泡沫发生器2、模拟岩心3、回压阀4、气液分离装置5、天平6、排水集气装置7、量筒8、原油罐9、氮气罐10、平流泵11、起泡剂罐12-1～12-10、阀门13-1、砂体入口处压力表13-2、砂体出口处压力表14、恒温箱15、油气混合液流16、分离出的原油17、氮气流18、由于氮气流入而驱出的水流19、与排出氮气体积相同的蒸馏水。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1和图2所示的测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油实验装置，是本发明最优实施例，具有模拟岩心2，包括注入系统、温度控制系统、回压控制系统和数据采集系统。

所述的模拟岩心2为石英砂填充成的长方体模型。在制备模拟岩心2时，可采用不同直径的石英砂充填，获得含有不同孔隙度和渗透率的模拟岩心2。

所述的温度控制系统包括外包于模拟岩心2外的恒温箱14。恒温箱14内具有温度计，温度计与恒温箱14构成温度控制系统。考虑到模拟砂体模拟的是井下高温高压环境中的岩心饱和原油情况，在模拟岩心2外部添加温度控制系统，可以更好地模拟地层实际情况。

所述的数据采集系统包括依次管路连接在模拟岩心2出口的气液分离装置4、排水集气装置6和量筒7，所述气液分离装置4下端设有天平5。气液分离装置4优选为可视化的气液分离装置4，采用透明可视材料制成，并在其下端设计可对气液分离装置4分离出的原油16质量进行测量的天平5。所述的排水集气装置6包括锥形瓶、短管和长管，所述锥形瓶内盛装有实验水，所述长管一端伸入实验水、另一端与量筒7管路连通，所述短管一端与气液分离装置4管路连通、另一端伸入锥形瓶并位于实验水上方。

实验装置的排出液(油气混合液流15)首先进入气液分离器并将分离出的原油16留在气液分离器中，天平5安装在气液分离器下部，用于测量分理出的原油质量。然后分离出的氮气流17通过短管继续流入排水集气装置6，氮气流17由短管进入锥形瓶，锥形瓶中由于氮气流入而驱出的水流18通过长管流入量筒7中，排出与排出氮气体积相同的蒸馏水19，通过测量蒸馏水的体积可以测定实验装置排出气体的体积。根据驱出的原油质量和排出的气体计算砂体中的原油饱和度，可量化氮气及氮气泡沫的驱油效果。

所述的注入系统包括通过管路连通的平流泵10、原油罐8、氮气罐9、起泡剂罐11和泡沫发生器1，所述的起泡剂罐11、氮气罐9和原油罐8的入口分别与平流泵10连接、出口则通过管路汇集后与模拟岩心2入口的管路连通，所述的氯气罐出口具有两根与模拟岩心2管路汇集处连通的管路，所述泡沫发生器1设置在其中一根管路上。

所述的回压控制系统包括砂体入口处压力表13-1、砂体出口处压力表13-2和回压阀3，所述砂体入口处压力表13-1设置在注入系统汇集并连接至模拟岩心2的管路上，所述砂体出口处压力表13-2设置在模拟岩心2与气液分离装置4之间的管路上，所述回压阀3则设置在砂体出口处压力表13-2与气液分离装置4之间的管路上。回压阀3用于控制模拟岩心2的回采压差。氮气会在回采压差作用下由模拟砂体的一端向另一端移动，并携带出储存在模拟砂体孔隙中的油流，从而完成氮气驱替原油过程，后期的氮气泡沫驱油过程也是同理。

所述平流泵10的出口管路上设有阀门，所述起泡剂罐11、氮气罐9、原油罐8和泡沫发生器1罐的出入口管路上也分别设有阀门，所述模拟岩心2与砂体出口处压力表13-2之间的管路上也设有阀门。

在实验中，实验用油采用脱气原油，实验用气采用纯度为99％的氮气，实验用水采用蒸馏水，实验中所用起泡剂选用浓度为0.5％的十二烷基硫酸钠(sds)。

上述测定氮气及氮气泡沫辅助重力驱油效率实验装置的实验方法，包括如下实验步骤，

a、准备阶段：搭建实验装置，将填充好的模拟岩心2连入其中，并检查装置气密性，通过恒温箱14将模拟岩心2所处温度调至90℃，准备好实验所需的原油、氮气、蒸馏水以及所需的起泡剂。在此步骤中，设定温度为所研究地层的油藏温度，根据实验选取的不同油田区块的实际地层平均温度可以进行改变。

b、模拟油饱和岩心过程：打开原油罐8阀门12-7，将原油通过平流泵10打入模拟岩心2，将模拟岩心2饱和油，并计算原始含油饱和度s0；

c、氮气驱替原油实验阶段：关闭原油罐8阀门12-7，打开氮气罐9与模拟岩心2连通的阀门12-8，使用回压阀3将回采压差设置为6mpa，开始持续防喷，进行氮气驱油，直到产油速率急剧下降；关闭阀门12-8，停止注气，计算此时的含油饱和度sn，将氮气驱油效率记为ηn，则在此步骤中，回采压差依据油藏压力进行设定，根据实验针对的油田区块的实际地层压力可进行改变。

d、氮气泡沫辅助重力驱替原油实验阶段：打开起泡剂罐11阀门12-10及氮气罐9与泡沫发生器1相连的阀门12-9，控制泡沫的气液比为3:1，制备氮气泡沫；打开泡沫发生器1与模拟岩心2相连的阀门12-6，启动平流泵10向模拟岩心2中注入氮气泡沫。在此步骤中，泡沫的气液比由油田实际底层参数决定，若实验选用常规油田区块实际地层参数则泡沫气液比为1:1,若选用区块为致密油气田则泡沫气液比为3:1。

e、再次氮气驱替原油实验阶段：再次打开氮气罐9与模拟岩心2相连的阀门12-8进行注氮气驱油，记录此时驱出的原油质量，计算加入氮气泡沫驱替后的模拟岩心2中的原油饱和度sf，将氮气泡沫辅助驱油效率记为ηf，则

在实验过程中，首先通过平流泵10将脱气原油打入模拟岩心2中，模拟油饱和岩心过程。待原油在模拟岩心2(砂体)中流动稳定后。开始下一阶段，通过控制压差进行氮气驱油过程，并时刻观察原油驱替效率的变化，当原油驱替效率急速下降时，考虑由于砂体中存在高渗通道使气体发生了气窜，只有极少量氮气还参与驱油过程，参与驱替的气体量减少，使得驱油效果变差。而后开始下一阶段，向模拟岩心2中注入氮气与起泡剂在泡沫发生器1中混合生成的氮气泡沫，封堵大孔道，增加高渗通道的流动阻力，从而再次进行驱油。

在上述实验过程中，可记录并比较ηn与ηf的实验数值，可有效测定氮气辅助重力驱动与氮气及氮气泡沫辅助重力驱动的原油采收率的差异，为通过气驱及化学驱增加采收率的方法提供指导依据。图3为氮气辅助重力驱和氮气及氮气泡沫辅助重力驱油的原油采出程度变化曲线。从图中可得两组实验的生产速度呈现逐渐下降的趋势；在注入泡沫前的一段生产时间内，两组实验的采出程度大致相同；注入泡沫后，两组实验的采出程度逐渐拉开差距，氮气辅助重力驱替的最终采出程度为33.14％，氮气及氮气泡沫辅助重力驱替的最终采收率达到44.37％，注入氮气泡沫后，采出程度提高了11.23％。通过比较ηn与ηf的实验数值，可得出氮气及氮气泡沫辅助重力驱的驱油效率明显高于氮气辅助重力驱，具有更好的驱油效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。