用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法及装置制造方法
【专利摘要】一种用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法及其装置。主要为了解决目前在实验室内模拟岩心驱替时岩心在变形过程中的孔隙度易发生变化导致所获得的数据不准确的问题。该方法概括为：通过经验公式计算得出驱替时所需的合理驱替压力，根据孔隙度变化公式来计算保持孔隙度所需的环压和驱替压力，以保持岩心孔隙度不变，并保持岩心驱替过程中环压随驱替压力的变化而变化，使得其压差不变。设计了一个装置具有可调节温度的电加热岩心夹持器，在岩心夹持器出口端加回压阀，保持夹持器内始终有一定的压力，根据经验公式求得合理驱替压力，然后通过环压系统保持夹持器环压与驱替压力的压差不变，确保岩心在变形过程中的孔隙度不变。
【专利说明】用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于实验室内岩心带压放置驱替的方法及其装置，具体涉及一种 在油田开发生产中对地层岩心进行更精确模拟实验的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在油藏开发工程中，对岩心进行测试驱替实验一般都在实验室内进行。但是经过 长时间的实际应用后，发现现有的测试驱替方法存在以下问题：目前实验室内常用的测试 驱替方法只是对待测试岩心的一端加压注水和饱和油，加温放置后，然后直接进行测试实 验。由此导致：1、在待测试岩心加温放置的过程中没有加压；2、仅对待测试岩心一端加高 压可能造成岩心孔隙结构被破坏或者压裂；3、目前实验室内使用的恒温箱不能实现高温， 因此也就难以模拟地层温度。以上三方面因素使得目前室内实验所获得的对岩心测试驱替 实验的数据误差较大。
【发明内容】
[0003] 为了解决【背景技术】中所提到的技术问题，本发明提供一种实验室内模拟岩心带压 放置驱替的方法及其装置。利用该方法和装置可以在驱替过程中岩心孔隙度保持不变，从 而确保所获得的数据真实可靠。
[0004] 本发明的技术方案是：该种用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的装置，由 第一恒压恒速泵、第二恒压恒速泵、第一活塞容器、第二活塞容器、流量计量器、电加热岩心 夹持器、带有压力显示表的第一压力传感器和第二压力传感器、回压阀以及量筒组成。
[0005] 其中，所述回压阀具有阀座和回压容器腔、进液口、出液口、活塞、弹簧以及弹簧调 整旋钮，进液口和出液口位于回压容器腔内的液流通道两端，弹簧推动活塞沿回压容器腔 的内腔向上运动，弹簧调整旋钮用于调整弹簧的弹性力。
[0006] 电加热岩心夹持器具有可封闭岩心的内腔，所述内腔外套有耐高温高压的胶套， 所述内腔的两端通过带有密封塞的螺纹连接端封闭，并分别引出与所述内腔相连通的夹持 器液流输入管和夹持器液流输出管；在所述两个螺纹连接端之间固定有密封的环形圆筒外 壁和环形圆筒内壁；环形圆筒内壁与胶套之间形成第一环套空间，环形圆筒外壁与环形圆 筒内壁之间形成第二环套空间，在第二环套空间内置有电加热器，电加热器的调温装置位 于环形圆筒外壁之外；经密封处理后贯穿环形圆筒外壁和环形圆筒内壁，固定有一根环压 导入管，环压导入管的开口位于第一环套空间内。
[0007] 第一恒压恒速泵的泵出口端经管路与并联的第一活塞容器和第二活塞容器的活 塞驱动力入口端相连；第一活塞容器和第二活塞容器的两个内容物输出端分别经过第一阀 门和第二阀门控制通断后经管路汇流至电加热岩心夹持器的夹持器液流输入管，在所述管 路进入夹持器液流输入管之前，管路上连接有流量计量器和第三阀门； 第二恒压恒速泵的泵出口端经管路与电加热岩心夹持器上的环压导入管相连接，在所 述管路进入环压导入管之前，管路上连接有第一压力传感器和第四阀门；电加热岩心夹持 器的夹持器液流输出管经管路与所述回压阀上的进液口相连接，在所述管路进入进液口之 前，管路上连接有第二压力传感器和第五阀门；所述回压阀上的出液口与量筒相连接。
[0008] -种利用权利要求1中所述装置在实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法， 该方法由如下步骤组成： 第一步，关闭权利要求1中所述装置内的所有阀门，检查装置的密封性； 第二步，调节权利要求1中所述电加热岩心夹持器的温度至接近地层温度，通过温度 传感器监测其温度变化，保持其温度始终在地层温度附近； 第三步，向权利要求1中所述装置内第一活塞容器A和第二活塞容器B中分别装入一 定量的水和油，使油和水分别充满第一阀门、第二阀门和第三阀门之间的管线； 第四步，通过驱替压力梯度与流速的关系式得驱替压力梯度区间为
【权利要求】
1. 一种用于实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的装置，由第一恒压恒速泵（1)、第 二恒压恒速泵（9)、第一活塞容器(A)、第二活塞容器（B)、流量计量器（5)、电加热岩心夹持 器（6)、带有压力显示表的第一压力传感器（8)和第二压力传感器（10)、回压阀以及量筒 (17) 组成； 其中，所述回压阀具有阀座（12)和回压容器腔（13)、进液口（18)、出液口（19)、活塞 (22)、弹簧（23)以及弹簧调整旋钮（20)，进液口（18)和出液口（19)位于回压容器腔（13) 内的液流通道两端，弹簧（23)推动活塞（22)沿回压容器腔（13)的内腔向上运动，弹簧调整 旋钮（20)用于调整弹簧（23)的弹性力； 电加热岩心夹持器（6)具有可封闭岩心（31)的内腔，所述内腔外套有耐高温高压的胶 套（29)，所述内腔的两端通过带有密封塞的螺纹连接端封闭，并分别引出与所述内腔相连 通的夹持器液流输入管（33)和夹持器液流输出管（21);在所述两个螺纹连接端之间固定有 密封的环形圆筒外壁（27)和环形圆筒内壁（32);环形圆筒内壁（32)与胶套（29)之间形成 第一环套空间（30)，环形圆筒外壁（27)与环形圆筒内壁（32)之间形成第二环套空间（28)， 在第二环套空间（28)内置有电加热器（26)，电加热器（26)的调温装置（25)位于环形圆筒 外壁（27)之外；经密封处理后贯穿环形圆筒外壁（27)和环形圆筒内壁（32)，固定有一根环 压导入管（24)，环压导入管（24)的开口位于第一环套空间（30)内； 第一恒压恒速泵（1)的泵出口端经管路与并联的第一活塞容器(A)和第二活塞容器 (B)的活塞驱动力入口端相连；第一活塞容器(A)和第二活塞容器（B)的两个内容物输出端 分别经过第一阀门（2)和第二阀门（3)控制通断后经管路汇流至电加热岩心夹持器（6)的 夹持器液流输入管（33)，在所述管路进入夹持器液流输入管（33)之前，管路上连接有流量 计量器（5)和第三阀门（4); 第二恒压恒速泵（9 )的泵出口端经管路与电加热岩心夹持器（6 )上的环压导入管（24 ) 相连接，在所述管路进入环压导入管（24)之前，管路上连接有第一压力传感器（8)和第四 阀门（7); 电加热岩心夹持器（6)的夹持器液流输出管（21)经管路与所述回压阀上的进液口 (18) 相连接，在所述管路进入进液口（ 18)之前，管路上连接有第二压力传感器（10)和第五 阀门（11); 所述回压阀上的出液口（19)与量筒（17)相连接。
2. -种利用权利要求1中所述装置在实验室内精确模拟岩心带压放置驱替的方法，该 方法由如下步骤组成： 第一步，关闭权利要求1中所述装置内的所有阀门，检查装置的密封性； 第二步，调节权利要求1中所述电加热岩心夹持器（6)的温度至接近地层温度，通过温 度传感器监测其温度变化，保持其温度始终在地层温度附近； 第三步，向权利要求1中所述装置内第一活塞容器(A)和第二活塞容器（B)中分别装入 一定量的水和油，使油和水分别充满第一阀门（2)、第二阀门（3)和第三阀门（4)之间的管 线. 第四步，通过驱替压力梯度与流速的关系式得驱替压力梯度区间为
式中：v-渗流速度，cm/s-驱替压力梯度，Mpa/cm;G--启动压力梯度， Mpa/cm;a、b、c--二次多项式系数，主要与流度有关，可通过拟合岩心压差一流速实验数 据求得； 合理驱替压力为(2)，式中I--岩心长度，单位m; 第五步，为保证岩石孔隙度不变，按照岩石弹性变形中孔隙度变化公式，确定出进行驱 替实验时的合理环压Pc:
上式就是岩石弹性变形过程中孔隙度变化公式； 由该式可知孔隙度绝对变化量与孔隙度本身、有效孔隙压缩系数和净围压〇°c-P)有 关； 若保持净围压不变，孔隙度也不变；反之，孔隙度将发生变化；因此，通过计算得出驱 替压力八在其合理范围内，随着其不断增大，环压也不断变化，这样就可以保证岩心在 合理带压驱替情况下进行试验； 式中：Vp-岩石表观体积，m3 ;Vb-孔隙体积，m3 ;Cbp-拟表观体积压缩系数，1/Mpa;Cbc-表观体积压缩系数，1/Mpa;Cpp-有效孔隙压缩系数，1/Mpa;Cr-岩石骨架颗粒体积 压缩系数，1/Mpa;Pc-上覆压力（环压)，Mpa;P-流体压力（驱替压力），Mpa; 第六步，对位于权利要求1中所述装置内电加热岩心夹持器（6)内的岩心（31)进行饱 和油实验，打开第四阀门（7)和第一阀门（2)，启动第二恒压恒速泵（9)向电加热岩心夹持 器（6)内的第一环套空间（30)加入环压； 第七步，按照第四步和第五步中所得出的数值，确定出进行驱替实验时保证岩心孔隙 度不发生改变的净围压数值(A-P); 第八步，启动权利要求1中所述装置中第一恒压恒速泵（1)，调节压力至第四步所获得 驱替压力值/7的中间值P打开第二活塞容器（B)对应的第二阀门（3); 第九步，打开权利要求1中所述装置中的回压阀，调节弹簧调整旋钮（20)，使得所述回 压阀内的回压值等于由第八步所获得的驱替压力/^，开始饱和油实验； 第十步，饱和完毕后，整个权利要求1中所述装置不拆卸，关闭第一恒压恒速泵（1)和 活塞容器B的阀门，关闭第三阀门（4)和第五阀门（11) 1，加压放置24h; 第十一步，启动权利要求1中所述装置中的恒速恒压泵，打开第一活塞容器(A)的阀 门，打开阀门4和阀门11，开始驱油实验；当驱油实验开始时，驱替压力P取值为中间值P +，回压阀也调节至P+，此时压力传感器检测到驱替压力变化，通过与环压传感器检测到的 压力进行对比，为保持净围压不变，手动启动恒速恒压泵进行增压，环压Pc为Pc+ ;由公式 (3)知：若始终保持环压与驱替压力的差值不变，就可保证岩心的孔隙度不变； 因此，调节驱替压力P的值为P^，回压阀调节至P^，则环压也在不断调节至Pc$ ;关闭 加热器，保证岩心实验在接近真实地层温度，压力条件下进行；待排出液全部是水时，驱油 实验完毕； 第十二步，按照第十一步循环操作，多次调节驱替压力P，环压Pc以及回压阀压力值， 进行试验； 第十三步，根据流量计量器的计量结果以及量筒的计量结果，计算每个驱替压力P的 试验数据：岩心含油饱和度和孔隙度，渗透率等参数，求其平均值。
【文档编号】E21B43/16GK104405377SQ201410718929
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】张继成, 位建成, 荣红丽, 李琦, 王潇悦, 王鸿博 申请人:东北石油大学