专利名称：超临界二氧化碳驱油物理模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置，其属于石油工程和工 艺技术领域。
背景技术：
在注C02采油过程中，由于粘型指进和油藏的非均质性，通常会发生气体 窜流现象，严重影响C02波及效率及驱替效率，因而有必要对该方面进行深入 研究。物理模拟是最常见有效的实验手段之一，目前，关于C02驱油物理模拟
方面，大多数实验装置上模拟岩心系统主要是采用金属管填砂模型或天然岩心 模型制成的一维单管模式，不能对气体窜流现象进行较好的分析，若采用二维 或三维岩心物理模型，由于模型复杂，大大提高了制作和操作成本。另外，进
行超临界C02驱油物理模拟实验过程中，如何使储罐中C02气体在进入驱替模
拟岩心前达到超临界状态以及如何对其流量进行精确计量，是保证实验效果接 近实际及实验结果精确的关键。目前，多数实验装置不能够很好的解决这方面 难题。
发明内容
为了解决上述物理模拟研究中存在的问题，本发明提供-种超临界二氧化
碳驱油物理模拟装置，该装置将先把C02气体经过冷却液化后，更容易实现实 验工况下的高温高压超临界状态，同时也为解决注入C02流量精确计量的难题； 模拟岩心装置采用双管模型，可以模拟非均质油藏C02驱过程中出现指进和窜
流现象；可以完成驱油非稳态过程中C02、油、水三相流体在多孔介质中的相 对渗透率、饱和度、驱油效率等多项参数瞬态测量，对非均质油藏C02驱过程 中出现指进和窜流现象影响的波及效率及驱替效率进行深入研究。
木发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是 一种超临界二氧化碳驱
油物理模拟装置主要包括一个注入系统、模拟岩心装置、温度压力测控系统和 出口计量系统；所述模拟岩心装置采用第一模拟岩心装置和第二模拟岩心装置
3并列与注入系统连接，第一模拟岩心装置和第二模拟岩心装置各自设有一个出
口计量系统；所述注入系统向模拟岩心装置依次注入地层水、原油和超临界二 氧化碳，并采用所述温度压力测控系统控制整个系统的压力和温度为要求的设 定值，最后用出口计量系统测量通过模拟岩心装置的二氧化碳气体、地层水、 原油的体积。
所述注入系统主要包含设置在空气恒温箱(7)中的三个中间容器，由一台 高压计量泵向这三个中间容器中的驱活塞的一侧提供高压水产生驱动力，让第 一中间容器、第二中间容器和第三中间容器依次向第一模拟岩心装置和第二模 拟岩心装置驱地层水、原油和超临界二氧化碳。
所述第一中间容器中的超临界二氧化碳由一台二氧化碳泵从储罐中抽取液 态二氧化碳供给；储存在二氧化碳瓶中的二氧化碳气体进入设置在冷浴中的储 罐，经冷却后转变为液态二氧化碳。
所述第一模拟岩心装置和第二模拟岩心装置设置在空气恒温箱中。
所述出口计量系统主要包含连接稳压阀的油水计量管和连接油水计量管的 气体流量计；它还包含连接稳压阀的稳压罐，采用一个手动泵连接稳压罐。
本发明的有益效果是 一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置采用二个并 列的模拟岩心装置与注入系统连接，每个模拟岩心装置各自设有一个出口计量 系统；注入系统向模拟岩心装置依次注入地层水、原油和超临界二氧化碳，并 采用所述温度压力测控系统控制整个系统的压力和温度为要求的设定值，最后 用出口计量系统测量通过模拟岩心装置的二氧化碳气体、地层水、原油的体积。 该装置先将C02气体经过冷却液化后再加压升温，这样更容易实现实验工况下 的高温高压超临界状态，同时也解决了对注入C02流量精确计量的难题；模拟 岩心装置采用双管模型，可以模拟非均质油藏C02驱过程中出现指进和窜流现 象；注入系统向模拟岩心装置依次注入地层水、原油和超临界二氧化碳，并采用测控系统控制整个系统的压力和温度，最后用出口计量系统测量二氧化碳气
体、地层水、原油的体积。该装置设计压力为0 40MPa，设计温度为0 180 °C，主要应用于超临界C02混相驱或非混相驱、连续气驱或水气交替驱等多种 方案室内试验研究中。可以完成驱油非稳态过程中co2、油、水三相流体在多 孔介质中的相对渗透率、饱和度、驱油效率等多项参数瞬态测量，对非均质油
藏C02驱过程中出现指进和窜流现象影响的波及效率及驱替效率进行深入研究。
图1是一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置系统图。
图中1、 C02气罐，2、储罐，3、冷浴，4、 C02泵，5、蒸馏水容器，6、 高压计量泵，7、空气恒温箱，8a、第一中间容器，8b、第二中间容器，8c、第 三中间容器，9a、第一模拟岩心装置，9b、第二模拟岩心装置，10a、第一稳压 阀，10b、第二稳压阀，lla、第一稳压罐，llb、第二稳压罐，12a、第一手动泵， 12b、第二手动泵，13a、第一油水计量管，13b、第二油水计量管，14a、第一气 体流量计，14b、第二气体流量计，P、压力表，D、差压变送器，T、热电偶。
具体实施例方式
图1示出了一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置系统图。它主要包括一 个注入系统、模拟岩心装置、温度压力测控系统和出口计量系统；模拟岩心装 置采用第一模拟岩心装置9a和第二模拟岩心装置9b并列与注入系统连接，设 置在空气恒温箱7中的第一模拟岩心装置9a和第二模拟岩心装置9b各自设有 一个出口计量系统。
注入系统包含设置在空气恒温箱7中的三个中间容器，由一台高压计量泵6 经过滤器吸取蒸馏水箱5中的蒸馏水，向这三个中间容器中的驱活塞的左侧提 供高压水产生驱动力，让第三中间容器8c、第二中间容器8b和第一中间容器 8a依次向第一模拟岩心装置9a和第二模拟岩心装置9b驱地层水、原油和超临 界二氧化碳。第一中间容器8a中的超临界二氧化碳由一台二氧化碳泵4从储罐2中抽取液态二氧化碳经止回阀和转换阀供给；液态二氧化碳是让储存在二氧化 碳瓶1中的二氧化碳气体进入设置在冷浴3中的储罐2经冷却后生成的。
出口计量系统用来测量在模拟岩心装置中使用过的地层水、原油和二氧化碳 气体的量。第一模拟岩心装置9a使用的出口计量系统包含一个连接第一稳压阀 10a的第一油水计量管13a，第一气体流量计14a通过针阀连接到第一油水计量 管13a上。第一稳压阀10a还连接一个第一稳压罐lla，采用一个第一手动泵12a 经针阀对第一稳压罐lla的压力进行调节，以满足系统的工作压力。第二模拟岩 心装置％使用的出口计量系统包含一个连接第二稳压阀10b的第二油水计量管 13b，第二气体流量计14b通过针阀连接到第二油水计量管13b上。第二稳压阀 10b还连接一个第二稳压罐llb，采用一个第二手动泵12b经针阀对第二稳压罐 llb的压力进行调节，以满足系统的工作压力。
温度压力测控系统用来测控整个系统的温度和压力，正如图1中所示设置 了热电偶T、差压变送器D和压力表P。.
利用上述超临界二氧化碳驱油物理模拟装置的试验步骤如下 第一步，完成准备工作。根据模拟油藏致密度要求分别选用不同粒径石英 砂填充入第一模拟岩心装置9a和第二模拟岩心装置9b压实封盖，完成模拟岩 心的制备，同时完成实验介质模拟原油、地层水、C02气体的准备工作，完成实 验流程各部连接、试压等系列工作。
第二步，将实验流体介质注入中间容器(第一中间容器8a、第二中间容器 8b、第三中间容器8c)。首先，让二氧化碳瓶中的二氧化碳气体进入设置在冷浴 3中的储罐2，经冷却后转变为液态二氧化碳，由一台二氧化碳泵4将储罐2中 抽取的液态二氧化碳打入第一中间容器8a中，通过加热加压达到实验要求的超 临界状态；分别将模拟原油和地层水注入第二中间容器8b和第三中间容器8c 中。第三步，进行驱替实验。通过高压计量泵6向中间容器一端注高压水驱动 活塞产生连续稳定驱动力，先将第三中间容器8c中地层水注入抽真空后的第一 模拟岩心装置9a和第二模拟岩心装置9b中建立饱和水；浸泡一段时间后，将 第二中间容器8b中的模拟原油注入驱替地层水建立饱和油；达到模拟油层要求 后，再次将中间容器8c中地层水注入含饱和油的模拟岩心装置9a、 ％中进行水 驱油实验过程；水驱油过程达到预定效果后，将第一中间容器8a中超临界二氧 化碳注入水驱后的第一模拟岩心装置9a和第二模拟岩心装置9b中进行气驱实 验，达到预定效果后，停止实验。
驱替实验过程中模拟岩心出口压力采用第一稳压阀10a、第二稳压阀10b及 其配套系统(包括第一手动泵12a、第二手动泵12b、第一稳压罐lla、第二稳 压罐lib)来实现；通过第一油水计量管13a、第二油水计量管13b、第一气体 流量计14a、第二气体流量计14b分别计量出口各相体积流量；温控部分分别采 用恒温冷浴槽3控制二氧化碳液化温度，空气恒温箱7控制中间容器中实验流 体温度；温度、压力、差压分别采用热电偶T、压力表P、差压变送器D来实时 采集。
权利要求
1、一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置；其特征是它主要包括一个注入系统、模拟岩心装置、温度压力测控系统和出口计量系统；所述模拟岩心装置采用第一模拟岩心装置(9a)和第二模拟岩心装置(9b)并列与注入系统连接，第一模拟岩心装置(9a)和第二模拟岩心装置(9b)各自设有一个出口计量系统；所述注入系统向模拟岩心装置依次注入地层水、原油和超临界二氧化碳，并采用所述温度压力测控系统控制整个系统的压力和温度为要求的设定值，最后用出口计量系统测量通过模拟岩心装置的二氧化碳气体、地层水、原油的体积。
2、 据权利要术l所述的超临界二氧化碳驱油物理模拟装置；其特征是所 述注入系统主要包含设置在空气恒温箱(7)中的三个中间容器，由一台高压计 量泵(6)向这三个中间容器中的驱活塞的一侧提供高压水产生驱动力，让第一 中间容器(8a)、第二中间容器(8b)和第三中间容器(8c)依次向第一模拟岩 心装置(9a)和第二模拟岩心装置(9b)驱地层水、原油和超临界二氧化碳。
3、 据权利要术2所述的超临界二氧化碳驱油物理模拟装置；其特征是所 述第一中间容器(8a)中的超临界二氧化碳由一台二氧化碳泵(4)从储罐(2) 中抽取液态二氧化碳供给；储存在二氧化碳瓶(1)中的二氧化碳气体进入设置 在冷浴(3)中的储罐(2)，经冷却后转变为液态二氧化碳。
4、 据权利要术1所述的超临界二氧化碳驱油物理模拟装置；其特征是所 述第一模拟岩心装置(9a)和第二模拟岩心装置(9b)设置在空气恒温箱(7) 中。
5、 据权利要术l所述的超临界二氧化碳驱油物理模拟装置；其特征是所 述出口计量系统主要包含连接稳压阀的油水计量管和连接油水计量管的气体流 量计；它还包含连接稳压阀的稳压罐，采用一个手动泵连接稳压罐。
全文摘要
一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置，其属于石油工程和工艺技术领域。该装置采用二个并列的模拟岩心装置与注入系统连接，每个模拟岩心装置各自设有一个出口计量系统；注入系统向模拟岩心装置依次注入地层水、原油和超临界二氧化碳，并采用所述温度压力测控系统控制整个系统的压力和温度为要求的设定值，最后用出口计量系统测量通过模拟岩心装置的二氧化碳气体、地层水、原油的体积。该装置先将CO<sub>2</sub>气体经过冷却液化后再加压升温至超临界状态，解决了注入CO<sub>2</sub>流量精确计量的难题；采用双管模型，可以模拟非均质油藏CO<sub>2</sub>驱过程中出现指进和窜流现象；该装置设计压力为0～40MPa，设计温度为0～180℃，主要应用于超临界CO<sub>2</sub>混相驱或非混相驱、连续气驱或水气交替驱等研究。
文档编号E21B43/22GK101446189SQ200810246990
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月28日 优先权日2008年12月28日
发明者瑜 刘, 刘卫国, 宋永臣, 毅 张, 赵越超 申请人:大连理工大学