二氧化碳驱替岩芯过程中监测岩芯中剩余油分布的实验装置和方法与流程

本发明涉及一种二氧化碳驱油岩芯微观剩余油空间分布研究装置，具体涉及一种液态或者超临界状态二氧化碳在驱油过程中岩芯中微观剩余油空间分布的实验装置。

背景技术：

目前在液态或超临界态二氧化碳驱油岩芯微观剩余油空间分布研究中存在如下问题：

在对储层进行二氧化碳驱替，对于液态或者超临界状态的二氧化碳驱油时，在驱替过程当中，不同相态驱替介质驱替对于储层的微观剩余油空间分布以及不同驱替参数下储层的微观剩余油的空间分布研究尚属空白阶段。而通过液态或超临界状态二氧化碳岩心驱替实验，对于岩芯内部微观剩余油的空间分布研究以及不同的二氧化碳注入参数变化时，岩芯内微观剩余油空间如何分布研究对于宏观储层的不同相态二氧化碳以及不同注入参数组合驱油空间剩余油的分布研究具有重要的指导意义。目前对于液态或超临界状态二氧化碳驱油的室内物理实验研究主要通过分析进行二氧化碳驱替时岩芯出口端二氧化碳气体量、水量、驱出油量比例进而分析二氧化碳驱油时岩芯内部剩余油含量，以及注二氧化碳时气窜对于采收率的影响，但并未提出一种有效的方法确定不同相态二氧化碳以及不同注入参数驱替岩芯时岩芯中微观剩余油在岩芯尺度空间如何分布。例如：一份专利公开号为CN101446189B的专利申请中，公开了一种超临界二氧化碳驱油物理模拟装置，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CO2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C02流量精确计量的难题；采用双管模型，可以模拟非均质油藏CO2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CO2混相驱或非混相驱、连续气驱或水气交替驱等研究。但该装置无法确定进行超临界二氧化碳驱替后岩芯中剩余油空间如何分布，以及无法确定在不同相态，以及不同二氧化碳注入参数组合情况下，岩芯中的微观剩余油如何分布。

另外一份专利公开号为CN105003234A的专利申请中，公开了一种判断二氧化碳驱油藏气窜的新方法，该判断二氧化碳驱油藏气窜的新方法包括：步骤1，收集整理二氧化碳驱油藏油井的气油比和产出气二氧化碳含量，绘制生产气油比与产出气二氧化碳含量的关系图版；步骤2，根据当前地层压力水平和原油性质，将该生产气油比与产出气二氧化碳含量的关系图版划分为多个区域；以及步骤3，分析各区域的特征，判断该生产气油比与产出气二氧化碳含量的关系图版的右上角区域为二氧化碳气窜的区域。但该方法同样并不能预测进行二氧化碳驱替时，储层中未动用剩余油的分布区域，也并未得出对于不同注气参数情况下，储层剩余油的分布。

技术实现要素：

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装置和方法，利用本装置和方法可以对不同相态不同二氧化碳注入参数情况下，岩芯中的微观剩余油空间分布进行研究，有益于对实际油田进行二氧化碳驱油的二氧化碳相态选择，实现二氧化碳驱油时注入参数的优选。

本发明的技术方案是：该种二氧化碳驱替岩芯过程中监测岩芯中剩余油分布的实验装置，由第一储罐、第二储罐、第一增压泵、第二增压泵、加热器、第一冷却器、带有密封封隔器的岩芯夹持器、CT扫描仪、固体过滤器、液体过滤器、第二冷却器、第一控制阀、第二控制阀、第一压力表、第二压力表、第一温度表、第二温度表和其它连接管件构成，其独特之处在于：

所述第一储罐的输出管路通过两通与第一增压泵入口管路相连接，第一增压泵出口管路与加热器的入口管路连接，加热器的出口管路与第一冷却器的入口管路连接，第一冷却器的出口管路与岩芯夹持器内部的密封封隔器的入口管路连接；岩芯夹持器的第一出口管路与固体过滤器的入口管路连接，固体过滤器的出口管路与液体分离器的入口管路连接，液体分离器的出口管路与第二冷却器的入口管路连接，最后第二冷却器的出口管与第二储罐连接形成闭合回路；

所述第二储罐与第二增压泵的入口管路连接，第二增压泵的出口管路与岩芯夹持器的围压控制入口连接；密封封隔器用于密封岩芯夹持器入口管路与岩芯间的缝隙，防止在进行注二氧化碳进行岩芯驱替时二氧化碳的泄露；

所述第一储罐有效容积超过15000L，内部储存至少12000L的液态二氧化碳，第二储罐有效容积超过15000L，内部存储至少4000L液态二氧化碳；其中，第一增压泵用于使二氧化碳增压至7.5MPa，加热器用于使二氧化碳增温至35℃，冷却器用于使二氧化碳冷却至25℃之间；

岩芯夹持器位于CT扫描仪的扫描空间内，以实现在整个液态或者超临界态二氧化碳驱替岩芯实验的过程中，对不同注入二氧化碳PV数时的岩芯中的微观剩余油进行监测。

利用前述的实验装置获取液态或者超临界状态二氧化碳驱油过程中岩芯内微观剩余油空间分布状态的方法步骤如下：

将所述第一储罐输出口通过两通连接第一控制阀入口，第一控制阀控制二氧化碳流通管路的通停；

将第一控制阀出口与第一增压泵入口相连接，通过第一增压泵使流经该增压泵的二氧化碳增压至试验设计压力7.5MPa；

将第一增压泵出口管路与第一压力表入口管路连接，通过第一压力表监测流过增压泵后的管路中二氧化碳压力是否同时满足液态和超临界态二氧化碳所需的压力；

第一压力表出口与加热器入口管路连接，通过加热器对流经的二氧化碳加热至超临界二氧化碳所需温度35℃，以使得流经加热器的二氧化碳转变为超临界态；

将加热器的出口与第一温度表入口连接，通过第一温度表监测加热器调节后的二氧化碳温度；

将第一温度表的出口管路与第一冷却器的入口管路连接，如用超临界二氧化碳驱替岩芯，则第一冷却器此时关闭，若用液态二氧化碳驱替，加热器此时关闭，第一冷却器打开；

将第一冷却器的出口管路与第二温度表入口管路连接，通过第二温度表监测流出第一冷却器的二氧化碳温度；

将第二温度表出口管路与岩芯夹持器内部的密封封隔器入口管路连接，岩芯夹持器的出口管路与固体过滤器的入口管路连接，通过固体过滤器过滤流出岩芯夹持器的液体中的固体杂质；

固体过滤器的出口管路与液体过滤器的入口管路连接，通过液体过滤器过滤流出液中的水相以及油相；

将液体过滤器出口管路连接第二冷却器入口管路，第二冷却器冷却二氧化碳至第二储罐的二氧化碳存储温度，之后将冷却后的二氧化碳返回第二储罐；

开始实验前，在岩芯放入到岩芯夹持器中以后，所述第二储罐的出口管路的第二控制阀打开，第二控制阀出口管路与第二增压泵入口管路连接，第二增压泵出口管路与岩芯夹持器的围压控制入口管路连接控制将被驱替岩芯的围压；

开始实验，在进行超临界或液态二氧化碳岩芯驱替的过程中的不同驱替阶段，通过CT扫描仪实时监测岩芯中微观剩余油空间分布状态，获取扫描后的结果；

利用所获取的CT扫描结果对液态以及超临界状态二氧化碳和不同二氧化碳注入参数条件下，岩芯中空间微观剩余油的分布规律进行研究。

本发明具有如下有益效果：首先，本发明采用第一增压泵与加热器以及第一冷却器串联的组合系统，单独开关加热器与第一冷却器，实现一条管路即可实现液态或者超临界态二氧化碳对于实验岩芯的驱替；其次，本发明首次引进了利用CT扫描岩芯微观剩余油，实现了监测液态或超临界态二氧化碳进行岩芯驱替过程中的岩芯剩余油的空间分布状态；同时，本发明可以对不同相态不同二氧化碳注入参数情况下，岩芯中的微观剩余油空间分布进行研究，从而有益于对实际油田进行二氧化碳驱油的二氧化碳相态选择，完成二氧化碳驱油时注入参数的优选。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明应用时，超临界二氧化碳驱替阶段与CT扫描阶段的对照图。

图3是本发明具体实施例中，二氧化碳注入量0PV时获得的CT扫描结果图。

图4是本发明具体实施例中，二氧化碳注入量0.5PV时获得的CT扫描结果图。

图5是本发明具体实施例中，二氧化碳注入量1PV时获得的CT扫描结果图。

图6是本发明具体实施例中，二氧化碳注入量2PV时获得的CT扫描结果图

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1所示，该种二氧化碳驱替岩芯过程中监测岩芯中剩余油分布的实验装置，由第一储罐1、第二储罐2、第一增压泵3、第二增压泵4、加热器5、第一冷却器6、带有密封封隔器8的岩芯夹持器7、CT扫描仪9、固体过滤器10、液体过滤器11、第二冷却器12、第一控制阀13、第二控制阀14、第一压力表15、第二压力表16、第一温度表17、第二温度表18和其它连接管件构成，其独特之处在于：

所述第一储罐1的输出管路通过两通与第一增压泵3入口管路相连接，第一增压泵3出口管路与加热器5的入口管路连接，加热器5的出口管路与第一冷却器6的入口管路连接，第一冷却器6的出口管路与岩芯夹持器内部的密封封隔器8的入口管路连接；岩芯夹持器7的第一出口管路与固体过滤器10的入口管路连接，固体过滤器10的出口管路与液体分离器11的入口管路连接，液体分离器11的出口管路与第二冷却器12的入口管路连接，最后，第二冷却器12的出口管与第二储罐,2连接形成闭合回路；

所述第二储罐2与第二增压泵4的入口管路连接，第二增压泵4的出口管路与岩芯夹持器7的围压控制入口连接；密封封隔器8用于密封岩芯夹持器7入口管路与岩芯间的缝隙，防止在进行注二氧化碳进行岩芯驱替时二氧化碳的泄露；

所述第一储罐1有效容积超过15000L，内部储存至少12000L的液态二氧化碳，第二储罐2有效容积超过15000L，内部存储至少4000L液态二氧化碳；其中，第一增压泵3用于使二氧化碳增压至7.5MPa，加热器5用于使二氧化碳增温至35℃，冷却器6用于使二氧化碳冷却至25℃之间；

岩芯夹持器7位于CT扫描仪9的扫描空间内，以实现在整个液态或者超临界态二氧化碳驱替岩芯实验的过程中，对不同注入二氧化碳PV数时的岩芯中的微观剩余油进行监测。

下面给出一个利用本发明进行二氧化碳驱替岩芯微观剩余油分布实验的实例：

首先给出应用时，各个部件的具体功能：

第一储罐已存储足量的进行岩芯驱替的液态二氧化碳。

第二储罐存储储罐容量1/4体积的液态二氧化碳，用于岩芯驱替实验前为待驱替岩芯的围压提供动力液，同时，用于存储回收驱替后的二氧化碳。

第一增压泵用于使流经该增压泵的二氧化碳增压至同时满足液态和超临界状二氧化碳所需压力。

第二增压泵用于使从第二储罐流出的二氧化碳增压，用于控制被驱替岩芯的围压。

加热器用于使从第一增压泵流出的增压至8MPa的二氧化碳升度到超临界二氧化碳所需的设计温度35℃，加热器升温后的二氧化碳形成超临界状态。

第一冷却器用于进行液态二氧化碳岩芯驱替实验中对流经第一增压泵后的二氧化碳冷却至满足液态二氧化碳设计温度25℃，冷却后的二氧化碳形成液态二氧化碳。

岩芯夹持器用于放置待进行液态和超临界相态驱替的岩芯。

密封封隔器用于密封岩芯夹持器7与岩芯间的缝隙，防止在进行注二氧化碳进行岩心驱替时二氧化碳的泄露。

CT扫描仪用于实时监测在不同二氧化碳注入PV数时，驱替岩芯中的微观剩余油的分布。

固体过滤器用于对从驱替岩芯中流出的不纯净的二氧化碳进行固体的过滤。

液体过滤器用于对从固体过滤器流出的除去固体杂质的二氧化碳进行液体杂质的分离。

第二冷却器用于对从液体分离器流出的二氧化碳进行冷却至二氧化碳第二储罐温度。

第一控制阀用于控制二氧化碳驱替实验管路的通停。

第二控制阀用于控制实验岩芯的围压。

第一压力表用于监测流经第一增压泵增压后的二氧化碳是否同时满足液态和超临界状态二氧化碳的压力。

第二压力用于监测经第二增压泵增压后的二氧化碳压力是否达到岩芯的围压设计压力。

第一温度表用于监测流经加热器的二氧化碳温度是否满足超临界二氧化碳所需的温度。

第二温度表用于监测流经第一冷却器的二氧化碳温度是否满足液态二氧化碳所需的温度

下面给出具体步骤：

步骤一：实验开始前，采集自某实际储层的岩芯直径为2.54cm、长度为120cm的长岩芯放入到岩芯夹持器7中以后，所述储罐2的出口管路与第二增压泵4之间的控制阀14打开，储罐2中的二氧化碳流向增压泵4，增压泵4将流经的液态二氧化碳加压至实际储层目前地层压力15MPa，用于控制被驱替岩芯的围压，同时观测第二压力表16的压力变化，待压力稳定在15MPa时可进行后续操作步骤。

步骤二：将储罐1输出口通过两通连接第一控制阀13入口，第一控制阀13控制超临界二氧化碳岩芯驱替管路的关停，第一控制阀13出口与第一增压泵3入口相连接，第一增压泵3使流经该增压泵的二氧化碳增压至超临界状二氧化碳所需压力（二氧化碳在压力大于7.38MPa，温度高于31.2℃时形成超临界状态），为了克服管路摩阻损失，本次实验第一增压泵3使流经该增压泵的二氧化碳增压至7.5MPa，增压后的二氧化碳从第一增压泵3出口管路流经第一压力表15入口管路，第一压力表15用于监测增压泵增压后管路中二氧化碳压力是否达到实验设计压力7.5MPa，对于满足超临界二氧化碳压力的二氧化碳从第一压力表15出口管路流经加热器5入口管路，加热器5对流经的满足超临界二氧化碳压力的二氧化碳加热至满足超临界二氧化碳所需温度（二氧化碳在压力大于7.38MPa，温度高于31.2℃时形成超临界状态），同时考虑管路对二氧化碳的温度扩散，因此加热器5加热温度调节至35℃，最终流经加热器5的二氧化碳转变为超临界态。加热器5出口与第一温度表17入口连接，第一温度表17用于监测加热器5调节后的二氧化碳温度是否满足超临界二氧化碳的温度要求，第一温度表17出口管路与冷却器6的入口管路连接（此时冷却器关闭），冷却器出口与第二温度表18入口管路连接，第二温度表18用于监测流出冷却器二氧化碳温度变化是否满足超临界二氧化碳的温度要求，满足超临界状态的二氧化碳从第二温度表18出口管路流入岩芯夹持器7内部的密封封隔器8后对岩芯夹持器7内的岩芯进行超临界二氧化碳驱替，密封封隔器8用于密封岩芯夹持器7的入口与岩芯间的空隙，防止在进行注超临界二氧化碳进行岩芯驱替过程中超临界二氧化碳的泄露，岩芯夹持器7的出口管路与固体过滤器10的入口管路连接，固体过滤器10用于过滤流出岩芯夹持器混合液体中的固体杂质，固体过滤器10的出口管路与液体过滤器11的入口管路连接，液体过滤器过滤从固体过滤器10流出的二氧化碳中的油相和水相，除去液体杂质。液体过滤器11出口管路连接冷却器12入口管路，冷却器冷却从液体过滤器11流出的二氧化碳至储罐2的二氧化碳存储温度返回储罐2。

步骤三：在以上对试验岩芯进行超临界二氧化碳驱替的过程当中，通过 GE Light Speed 8 医用多层 X 光CT扫描仪，分别在注入超临界二氧化碳0PV体积，0.5PV体积，1PV体积，2PV体积时通过CT扫描仪监测其剩余油的微观分布图，监测流程时间点与超临界二氧化碳驱替时间点对应关系如附图2所示。

步骤四：通过GE Light Speed 8 医用多层 X 光CT扫描仪对试验岩芯的中间截面处，分别在注入超临界二氧化碳体积为0PV、0.5PV、1PV、2PV时进行分时间段定点扫描，最终得到实验岩心的中间截面微观剩余油分布图，如附图3-附图6所示，由图中可以看出超临界二氧化碳在对饱和油的岩芯进行驱替时，由于超临界二氧化碳与原油间有极低的界面张力以及非常优越的传质性，因此，超临界二氧化碳驱替岩芯中的剩余油分布较均匀，无因非均质而形成的大面积的剩余油富集区域。

在实施本发明时需要注意以下问题：二氧化碳有四种存在状态：气态、液态、固态、超临界态，受温度压力影响，二氧化碳储罐中流出的二氧化碳经过加压泵增压达到7.5MPa时已经同时满足液态和超临界态二氧化碳的压力，加压后的二氧化碳在温度超过31.2℃就会变为超临界态/在0℃~31.2℃之间就会变为液态，变为液态或者超临界态的二氧化碳进入岩芯驱替原油，同时通过CT扫描仪对不同注入PV数二氧化碳的岩芯进行CT扫描，进而分析出岩芯中微观剩余油分布。注入PV数即是注入岩芯中空隙体积的倍数，注入0.5PV的二氧化碳即注入岩芯中相当于岩芯孔隙体积的0.5倍。