渗吸实验装置及其方法与流程

本发明涉及渗吸采油领域，具体而言，涉及一种渗吸实验装置及其方法。

背景技术：

多孔介质内通过毛管力的作用而产生的润湿相对非润湿相的驱替作用叫做渗吸，由于低渗油藏孔喉细小，毛管力高，自发渗吸作用是其重要的采油机理。因此，在实验室中模拟地层条件下的渗吸实验对指导裂缝、基质组成的多孔介质油藏的高效开发具有重要意义。

现有的渗吸实验装置的研究方法主要为体积法和质量法两种，其中质量法由于实验自动化程度高和易操作等原因在目前的渗吸研究中应用广泛，但由于岩心样品在渗吸过程中的质量变化非常小，易受震动、空气等外界因素的影响，轻微的扰动便会带来较大的误差，影响测量精度。

当前自发渗吸实验装置的实验条件多为常温常压，无法较好的模拟地层(一定温度与压力)条件下的基质岩石的渗吸作用，导致常规常压的渗吸仪器的测量结果与真实地层情况存在一定差异。而传统的高压渗吸仪器无法直接加载于核磁共振检测仪器内，制约了高压条件下岩心样品渗吸采出程度变化规律的进一步的微观表征，且同时存在测量误差较大，无法满足可视化需要等问题。

针对现有实验装置的不足，有必要探索一种可与核磁共振检测仪联合使用的可视化的渗吸实验装置，为深入研究模拟低渗透油藏基质在一定温度与压力下的渗吸动态规律提供重要科学依据。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种渗吸实验装置，以缓解现有中存在的渗吸实验装置不能直接加载于核磁共振检测仪器内、测量误差大及无法满足可视化的需要的问题，该渗吸实验装置具有可直接加载于核磁共振检测仪内、测量精度高以及能够满足可视化的需要的优点。

本发明的第二目的在于提供一种渗吸实验方法，该方法采用了上述渗吸实验装置，具有测量误差小且能够可视化的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种渗吸实验装置，包括测量组件，以及用于容纳待测岩心样品和渗吸介质的容纳组件，所述测量组件和所述容纳组件均采用非金属材料制备而成，且所述测量组件和所述容纳组件表面均设置有疏油层；

所述容纳组件包括腔体和设置于所述腔体侧壁的观察窗；

所述测量组件包括刻度管，所述刻度管与所述腔体相连通。

作为进一步优选地技术方案，所述测量组件还包括上端封盖、下端封盖和环绕所述刻度管的至少三个连接杆，所述连接杆的顶端和底端分别与所述上端封盖和所述下端封盖相连；

所述刻度管的上端与所述上端封盖相连，下端与所述下端封盖相连；所述刻度管通过所述下端封盖上的连通孔与所述腔体相连通。

作为进一步优选地技术方案，所述上端封盖和所述下端封盖均设有与所述刻度管的外围尺寸相匹配的固定槽，所述刻度管的上端和下端分别设置于两个所述固定槽中。

作为进一步优选地技术方案，所述下端封盖包括固定部和连接部，所述固定部的外围尺寸大于所述连接部的外围尺寸；所述腔体顶端设有连接口，所述连接部的大小与所述连接口的大小相匹配；所述连接部与所述连接口相连。

作为进一步优选地技术方案，所述连接部与所述连接口为螺纹连接。

作为进一步优选地技术方案，所述连通孔呈圆台型，所述连通孔顶端的直径与所述刻度管的内径相同，所述连通孔底端的直径与所述腔体的内径相同。

作为进一步优选地技术方案，所述容纳组件还包括进液口和压力控制接口，所述腔体内设有岩心样品支撑座；

优选地，所述观察窗包括放大镜片。

作为进一步优选地技术方案，所述渗吸实验装置还包括支撑组件，所述支撑组件与所述测量组件或所述容纳组件相连；

优选地，所述测量组件、所述容纳组件的非观察窗部分和所述支撑组件均由peek材料制成。

第二方面，本发明提供了一种采用上述渗吸实验装置的渗吸实验方法，包括以下步骤：

(a)、渗吸实验装置连接：将已知基本物理参数和建立束缚水饱和度的岩心样品放置于容纳组件中，将测量组件与容纳组件连接；

(b)、实验测试：向腔体内注入渗吸介质至刻度管的标记线处；

(c)、数据测量与信息采集：每隔20-40min读取刻度管内读数，同时通过观察窗进行岩心样品图像采集，当刻度管内读数稳定24-36h不变时，停止计量。

作为进一步优选地技术方案，步骤(b)中在停止注入渗吸介质后还包括打开压力控制接口，接入压力泵，并调节压力泵输出压力的大小以达到实验所需压力；最后，将渗吸实验装置放置于恒温箱内，设置实验所需温度的步骤；

优选地，步骤(a)之前还包括渗吸前t2驰豫时间测定：将建立束缚水饱和度的岩心样品放置于核磁共振测量仪内，设置核磁实验参数，获取渗吸前岩心样品内油水分布特征；

优选地，步骤(c)之后还包括渗吸终止时刻t2驰豫时间测定：将渗吸实验装置放置于核磁共振测量仪内，设置核磁实验参数，获取渗吸终止时岩心样品内油水分布特征。

本发明提供的渗吸实验装置及其方法，其有益效果为：

本发明提供的渗吸实验装置包括测量组件和容纳组件，应用时，将待测岩心样品放入容纳组件中，并向容纳组件的腔体中注入渗吸介质，待渗吸介质即将充满刻度管的标记线时停止注入，然后每隔一段时间采集刻度管上的数据即可；同时，由于容纳组件腔体的侧壁上设有观察窗，还可采集岩心样品渗吸过程中的图像，获得不同时刻岩心样品的渗吸采出程度变化规律；另外，由于测量组件和容纳组件表面均设置有疏油层，因此，渗吸原油不易吸附于测量组件和容纳组件的表面，进而提高测量精度，提高观察视窗清晰度，满足可视化的需要；此外，由于测量组件和容纳组件均采用非金属材料制备而成，因此上述渗吸试验装置还可以直接加载于核磁共振检测仪内，获取渗吸前和渗吸终止时多孔介质的油水分布特征等微观表征数据。

此外，peek材料具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能，当测量组件、容纳组件的非观察窗部分和支撑组件均由peek材料制成时，上述渗吸实验装置可满足耐压15mpa使用需要，与核磁共振检测仪连用，可详细表征高压条件下岩心样品渗吸采出程度的变化规律。

本发明提供的渗吸实验方法方法工艺步骤合理，并且由于采用了上述渗吸实验装置，因此具有可采集岩心样品渗吸过程中的图像、测量精度高和满足可视化需要的优点。

附图说明

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

图1是本发明一种实施方式的渗吸实验装置的结构示意图；

图2是本发明一种实施方式的测量组件的分解结构示意图；

图3是本发明一种实施方式的容纳组件的分解结构示意图；

图4是本发明一种实施方式的支撑组件的结构示意图；

图5为本发明一种实施方式的渗吸实验方法的流程图。

图标：1-测量组件；2-支撑组件；3-容纳组件；4-压帽；4(1)-第一压帽；4(2)-第二压帽；4(3)-第三压帽；4(4)-第四压帽；5-上端封盖；6-连接杆；6(1)-第一连接杆；6(2)-第二连接杆；6(3)-第三连接杆；6(4)-第四连接杆；7-刻度管；8-下端封盖；9-连接口；10-腔体；11-观察窗；12-待测岩心样品；13-岩心样品支撑座；14-进液口；15-底盖螺钉；16-底盖；17-压力控制接口；18-固定部；19-连接部。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一方面，如图1-4所示，本发明提供了一种渗吸实验装置，包括测量组件1，以及用于容纳待测岩心样品12和渗吸介质的容纳组件3，测量组件1和容纳组件3均采用非金属材料制备而成，且测量组件1和容纳组件3表面均设置有疏油层(未图示)；

容纳组件3包括腔体10和设置于腔体10侧壁的观察窗11；

测量组件1包括刻度管7，刻度管7与腔体10相连通。

现有的渗吸实验装置不能直接加载于核磁共振检测仪器内、测量误差大及无法满足可视化的需要。与现有技术相比，本发明提供的渗吸实验装置包括测量组件和容纳组件，应用时，将待测岩心样品放入容纳组件中，并向容纳组件的腔体中注入渗吸介质，待渗吸介质即将充满刻度管的标记线时停止注入，然后每隔一段时间采集刻度管上的数据即可；同时，由于容纳组件腔体的侧壁上设有观察窗，还可采集岩心样品渗吸过程中的图像，获得不同时刻岩心样品的渗吸采出程度变化规律；另外，由于测量组件和容纳组件表面均设置有疏油层，因此，渗吸原油不易吸附于测量组件和容纳组件的表面，进而提高测量精度，提高观察视窗清晰度，满足可视化的需要；此外，由于测量组件和容纳组件均采用非金属材料制备而成，因此上述渗吸试验装置还可以直接加载于核磁共振检测仪内，获取渗吸前和渗吸终止时多孔介质的油水分布特征等微观表征数据。

本发明中，典型但非限制性的非金属材料包括陶瓷材料或塑料材料，优选为工程塑料材料，更优选为peek(polyetheretherketone，聚醚醚酮)材料，peek材料具有耐高温、自润滑、易加工和高机械强度等优异性能；具有较好的承压性与满足核磁共振测试的要求。

应当理解的是，疏油层可采用现有的任意一种或至少两种具有疏油效果的材料采用喷涂或印刷等方式设置于测量组件和容纳组件表面即可。

本发明中，典型但非限制性的渗吸介质包括模拟地层水、压裂液、化学剂溶液、生物酶溶液或模拟油中的任意一种。

在一种优选地实施方式中，测量组件1还包括上端封盖5、下端封盖8和环绕刻度管7的至少两个连接杆6，连接杆6的顶端和底端分别与上端封盖5和下端封盖8相连；

刻度管7的上端与上端封盖5相连，下端与下端封盖8相连；刻度管7通过下端封盖8上的连通孔(未图示)与腔体10相连通。

本优选地实施方式提供了一种特定结构的测量组件，即刻度管7通过上端封盖5和下端封盖8来固定，同时，环绕刻度管7的至少三个连接杆6能够将上端封盖5和下端封盖8连接起来，使整个测量组件1的结构更加稳固，整体性好。

需要说明的是，连接杆6可设置为三个、四个或五个等，优选设置为四个。连接杆6的顶端与上端封盖5通过压帽4相连，连接杆的底端与下端封盖为螺纹连接。如图2所示，连接杆包括第一连接杆6(1)、第二连接杆6(2)、第三连接杆6(3)和第四连接杆6(4)，压帽包括第一压帽4(1)、第二压帽4(2)、第三压帽4(3)和第四压帽4(4)。

在一种优选地实施方式中，上端封盖5和下端封盖8均设有与刻度管7的外围尺寸相匹配的固定槽(未图示)，刻度管7的上端和下端分别设置于两个所述固定槽中。上述设置有固定槽的上端封盖和下端封盖能够十分方便和稳固地将刻度管固定，并且当需要清洗或更换刻度管时，直接将其从固定槽中取出即可。

在一种优选地实施方式中，下端封盖8包括固定部18和连接部19，固定部18的外围尺寸大于连接部19的外围尺寸；腔体10顶端设有连接口9，连接部19的大小与连接口9的大小相匹配；连接部19与连接口9相连。本实施方式提供了一种特定的测量组件和容纳组件的连接方式，即采用上述结构，测量组件的下端封盖的连接部能够完全贴合地嵌入容纳组件腔体的连接口内，由此实现测量组件和容纳组件的连接固定。

在一种优选地实施方式中，所述连接部与连接口9为螺纹连接。可选的，连接部设有外螺纹，连接口设有与上述外螺纹相匹配的内螺纹，外螺纹和内螺纹相互配合，将连接部与连接口连接起来，上述连接方式稳固可靠。

可选的，连接部的外周向上加工有凹槽，上述凹槽内加工有螺纹，同时，容纳组件的腔体侧壁上加工有与凹槽相匹配的通孔，实际应用时，将螺钉通过上述通孔插入并连接于凹槽中即可。上述凹槽和通孔可设置为一个、两个、三个或四个等。

在一种优选地实施方式中，所述连通孔呈圆台型，所述连通孔顶端的直径与刻度管7的内径相同，所述连通孔底端的直径与腔体10的内径相同。

用一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥，底面与截面之间的部分叫做圆台。上述圆台型的连通孔能够更加快速有效地将渗吸介质向上推送到刻度管中。

在一种优选地实施方式中，容纳组件3还包括进液口14和压力控制接口17，腔体10内设有岩心样品支撑座13。渗吸介质可通过进液口注入腔体内；压力控制接口连接压力泵等，可根据需要调节压力泵输出压力的大小，控制容纳装置内的压力大小；岩心样品支撑座用于放置待测岩心样品。

可选的，上述腔体内设置有用于固定待测岩心样品的固定支架。

在一种优选地实施方式中，观察窗11包括放大镜片。为了更加清晰的观察和采集不同时刻测试岩心样品的渗吸现象，上述观察窗设置了放大镜片来放大图像。

可选的，如图3所示，容纳组件3还包括设置于腔体10底端的底盖16，进液口14和压力控制接口17设置于底盖16，底盖16通过底盖螺钉15与腔体10相连。

在一种优选地实施方式中，所述渗吸实验装置还包括支撑组件2，支撑组件2与测量组件1或容纳组件3相连。

可选的，上述支撑组件包括底座和支撑臂，上述支撑臂与下端封盖的固定部相连，上述底座呈o型。

优选地，所述测量组件、所述容纳组件的非观察窗部分和所述支撑组件均由peek材料制成。当测量组件、容纳组件的非观察窗部分和支撑组件均由peek材料制成时，上述渗吸实验装置可满足耐压15mpa使用需要，与核磁共振检测仪连用，可详细表征高压条件下岩心样品渗吸采出程度的变化规律。

优选地，观察窗采用特种玻璃制备而成。

通过选用上述特定的材质，上述渗吸实验装置可满足耐压15mpa，温度小于70℃的使用需要。

实际实验过程中，从岩心样品内部渗吸到外表面的原油不能完全脱附进入到渗吸介质中，部分会附着于岩心样品表面，影响体积测试精度。因此，优选地，在上述腔体内增设搅拌装置，通过在实验过程中适时搅动渗吸介质，排除附着于岩心样品表面的气泡及油滴，进一步提高渗吸实验的精度。

第二方面，本发明提供了一种采用上述渗吸实验装置的渗吸实验方法，包括以下步骤：

(a)、渗吸实验装置连接：将已知基本物理参数和建立束缚水饱和度的岩心样品放置于容纳组件中，将测量组件与容纳组件连接；

(b)、实验测试：向腔体内注入渗吸介质至刻度管的标记线处；

(c)、数据测量与信息采集：每隔20-40min读取刻度管内读数，同时通过观察窗进行岩心样品图像采集，当刻度管内读数稳定24-36h不变时，停止计量。

上述岩心样品的物理参数是指孔隙度、渗透率、比表面、相渗透率、润湿性、孔隙-喉道和孔喉等参数。以上时间间隔典型但非限制性的为：20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min。以上读数稳定时间典型但非限制性的为：24h、25h、26h、27h、28h、29h、30h、31h、32h、33h、34h、35h或36h。

本发明提供的渗吸实验方法方法工艺步骤合理，并且由于采用了上述渗吸实验装置，因此具有可采集岩心样品渗吸过程中的图像、测量精度高和满足可视化需要的优点。

可选的，上述岩心样品的基本物理参数根据岩石物性《sy/t6385-2016》与润湿性《sy/t5153-2007》测量标准得到。

可选的，上述岩心样品束缚水饱和度采用高压驱替装置建立。

在一种优选地实施方式中，步骤(b)中在停止注入渗吸介质后还包括打开压力控制接口，接入压力泵，并调节压力泵输出压力的大小以达到实验所需压力；最后，将渗吸实验装置放置于恒温箱内，设置实验所需温度的步骤。

通过以上步骤，能够根据实际需要使岩心样品处于固定的温度和压力下，以更好的模拟地层条件，使测量结果更加准确地反映出真实的地层情况下渗吸出油的各项数据，为实际应用提供可靠参考。

优选地，步骤(a)之前还包括渗吸前t2驰豫时间测定：将建立束缚水饱和度的岩心样品放置于核磁共振测量仪内，设置核磁实验参数，获取渗吸前岩心样品油水分布特征。

优选地，步骤(c)之后还包括渗吸终止时刻t2驰豫时间测定：将渗吸实验装置放置于核磁共振测量仪内，设置核磁实验参数，获取渗吸终止时岩心样品油水分布特征。

本发明的渗吸实验装置由于采用非金属材质制成，因此可直接加载于核磁共振测量仪内，在渗吸前和渗吸终止时将其放入核磁共振测量仪内，设置好实验参数后，即可获取更为精确和广泛的实验数据。

优选地，如图5所示为采用上述渗吸实验装置的渗吸实验方法，具体包括以下步骤：

(a)、岩心样品预处理：根据岩石物性《sy/t6385-2016》与润湿性《sy/t5153-2007》测量标准，测取岩心样品孔隙度、渗透率与润湿性等岩心样品基本物理参数，利用高压驱替装置建立岩心样品束缚水饱和度；

(b)、渗吸前t2驰豫时间测定：将建立束缚水饱和度的岩心样品放置于核磁共振测量仪内，设置核磁实验参数，获取渗吸前岩心样品内油水分布特征；

(c)、渗吸实验装置连接：将岩心样品放置于容纳组件的岩心样品支撑座上，将测量组件与容纳组件连接，最后将其放置于支撑组件上；

(d)、实验测试：打开容纳组件上的进液口，腔体内注入实验所需渗吸介质(渗吸介质经除氢处理)，待渗吸介质充满至刻度管的标记线时，停止注入；关闭进液口，打开压力控制接口，根据实验需要，调节压力泵输出压力大小，控制实验装置内所需压力；最后，将渗吸实验装置放置于恒温箱内，设置实验所需温度；

(e)、数据测量与信息采集：每隔20-40min读取刻度管内读数，同时通过观察窗进行岩心样品图像采集，当刻度管内读数稳定24-36h不变时，停止计量(期间可根据实验需求，将装置从恒温箱取出，进行核磁检测)；

(f)、渗吸终止时刻t2驰豫时间测定：将渗吸实验装置放置于核磁共振测量仪内，设置实验参数，获取渗吸终止时岩心样品内油水分布特征。

上述渗吸实验方法工艺步骤合理，并且采用了本发明所提供的渗吸实验装置，由于该渗吸实验装置采用非金属材料制成，因此能够与核磁共振测量仪联合使用，并能实现可视化，可模拟地层的高温高压环境，能够广泛而精确地测取实验数据，为深入研究模拟低渗透油藏基质在一定温度与压力下的渗吸动态规律提供重要科学依据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。