可旋转渗吸实验装置的制作方法

本发明是关于一种石油天然气工程领域中岩心渗吸性能的评价装置，尤其涉及一种可旋转渗吸实验装置。

背景技术：

在低渗透油藏、致密油藏、碳酸盐岩油藏等油气储层中，均有不同程度的裂缝发育，渗流系统可以包括裂缝系统和基质系统。这种油藏的生产机理主要表现为：在裂缝系统与基质系统之间的流动压力梯度作用下，注入水进入岩块排油(气)；裂缝系统中的水靠毛细管力作用渗入岩块排油(气)；岩块内外的油(气)水分离排油。显然，亲水的致密岩块、水的毛细管自吸作用是主要的采油机理。这种采油(气)机理就是依靠渗吸作用作为排驱原油(气)的动力，实现储层中原油(气)的有效开发。岩心渗吸室内实验常用于预测和评价水驱开发效果。

针对上述低渗透油藏、致密油藏和碳酸盐岩油藏，现阶段其渗吸效果普遍采用室内岩心作为研究对象，对典型岩心进行渗吸效果测试，这其中主要涉及的仪器就是渗吸仪。通过广泛调研，现有的渗吸室内物理实验和测量方法主要包括有体积法、质量法和CT扫描法。由于低渗透、致密油藏孔隙度较低含油量较少，渗吸排出油量也很少，并且由于渗吸时间非常长，一段时间内排出油量少之甚少，同时这少量的油往往会吸附在岩石表面而不是漂浮至渗吸瓶计量段，导致计量误差非常大。

渗吸体积法实验主要包括同向渗吸和逆向渗吸法。同向渗吸体积法实验的主要原理是用带刻度的毛细管与装有岩心的容器相连，通过观察渗吸前后毛细管内液面变化来测量岩心渗吸量的大小。逆向渗吸体积法实验是将岩心完全浸没在液体里，由于渗吸作用岩心内的非润湿相被润湿相驱替出来，在重力作用下汇聚在容器顶部的细管中，通过测量容器顶部的液体或气体体积，得到渗吸采收率。但由于实验过程中始终保持静态，有部分渗吸原油会由于岩心表面的粘附和端部的遮挡而无法重力分异到顶部细管中，而无法实现有效计量，对渗吸测量结果产生较大影响。此外在以油水两相为例，当实验容器中由于操作不当而出现进气现象时，现有的渗吸仪均不能对其进行有效的消除和便捷的处理，对于实验的快速有效的进行产生很大的影响，极大限制了实验的大批量重复进行。

质量法的基本原理为力臂力矩和杠杆原理，连杆一端连着装有岩心的容器，另一端是放在电子天平上已知质量的砝码。将岩心一个端面与润湿液接触(同向渗吸)或将岩心全部浸没在液体中(逆向渗吸)，每隔一定时间记录电子天平读数，直到质量不再增加为止，从而求得该时刻吸入的润湿液量占总孔隙体积的百分数E_t和渗吸体积V_wt。该方法原理简单操作方便，精度较高，但针对岩心表面粘附的渗吸油(气)仍未得到有效计量。

CT扫描法是通过测定X射线穿透物体时线性衰减系数，从而获得全岩心的三维图像。CT扫描技术最大的优点是可以进行孔隙成图，获得较为精确的岩心孔隙度和液体在岩心内部的分布规律，而这也是渗吸实验最关注的方面，尤其对致密岩石和页岩等非常规油气。CT扫描技术在渗吸定性分析方面具有很多优点，例如分析岩心内部渗吸前缘的变化规律，渗吸驱动力中毛管力与重力主导地位的变换关系，气-液渗吸和液-液渗吸规律相同和不同之处，内部非均质性对润湿相和非润湿相在岩心内部的分布规律。CT扫描法主要侧重于实验结果的定性描述，研究岩心内部渗吸前缘的变化规律，对于渗吸效果的测定并不能很好的适用，且CT扫描技术花费时间长，费用昂贵，可重复性差，操作复杂，仪器自身精度对实验结果影响很大。

以上所说的现有实验和测量方法均不能很好的解决岩心表面粘附的渗吸油(气)对实验结果准确性的影响问题。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种可旋转渗吸实验装置，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可旋转渗吸实验装置，提高渗吸排油体积计量的精度，解决现有渗吸仪的测量误差问题。

本发明的另一目的在于提供一种可旋转渗吸实验装置，解决现有渗吸仪在夹持岩心时存在下端遮挡作用而造成测量误差的问题。

本发明的再一目的在于提供一种可旋转渗吸实验装置，能迅速便捷地处理实验中的进气现象，消除计量误差。

本发明的目的是这样实现的，一种可旋转渗吸实验装置，所述可旋转渗吸实验装置包括：

安装座；

容器，其密封安装在所述安装座上端；所述容器内盛装有液体和待测岩样，所述待测岩样浸入在所述液体内并通过一岩样夹持器夹持；所述容器的上部具有透明的测量管，所述测量管上设有刻度；以及

旋转驱动装置，其安装在所述安装座上，并与所述岩样夹持器连接，驱动所述岩样夹持器在所述液体内旋转。

在本发明的一较佳实施方式中，所述容器为阶梯圆柱形的玻璃筒，所述玻璃筒的下部为大直径段，所述玻璃筒的上部为细长管，所述细长管形成所述测量管。

在本发明的一较佳实施方式中，所述旋转驱动装置包括：

电动机，其安装在所述安装座的下端，所述电动机的转速能调节；以及

转动盘，其位于所述容器内，所述转动盘上安装所述岩样夹持器，所述电动机与所述转动盘连接，驱动所述转动盘旋转。

在本发明的一较佳实施方式中，所述安装座内设有轴向通道；所述电动机连接一旋转轴，所述旋转轴穿过所述轴向通道伸入到所述容器内，所述旋转轴固定连接所述转动盘；所述旋转轴与所述安装座之间由密封装置进行密封。

在本发明的一较佳实施方式中，所述安装座的下端固定连接一支架，所述电动机固定连接在所述支架上；所述旋转轴通过轴承转动连接在所述轴向通道内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述安装座上设有与所述容器内部连通的进排液口，所述进排液口通过管路连接泵，所述管路上设有开关阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述测量管的上部设有开关阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述岩样夹持器包括至少三根沿所述转动盘的圆周方向均匀分布的夹持杆，所述夹持杆垂直于所述转动盘的盘面向外伸出，所述夹持杆的一端能沿所述转动盘的径向滑动地连接在所述转动盘上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述转动盘上设有与所述夹持杆数量对应的滑动槽，所述滑动槽沿所述转动盘的径向延伸形成辐射状；所述夹持杆的一端能滑动地连接在所述滑动槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述安装座的上部外侧设有径向向外伸出的环形凸缘，所述安装座的上端伸入到所述容器内，所述容器的端口抵靠在所述环形凸缘上；所述安装座的上端与所述容器之间采用密封圈密封连接；所述容器的端口与所述环形凸缘之间通过环形的密封卡箍密封卡接在一起。

由上所述，本发明的实验装置通过在安装座上设置电动机，带动位于玻璃容器内的转动盘和岩样夹持器一起旋转，岩样夹持器不会遮挡待测岩样的上、下端面，依靠离心作用，并针对不同尺寸的岩心和原油进行相应转速的设置，消除岩心表面粘附的油(气)以及岩心下端遮挡作用对测量结果的影响，解决现有渗吸仪的测量误差问题；通过进排液口的设置及测量管上开关阀的配合，可以有效消除实验过程中进气的影响，对进气影响可以有效而快速的消除和解决。该实验装置测量过程简单、适用广泛、精度高、可重复利用，大大降低了实验成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明可旋转渗吸实验装置的结构示意图。

图2：为本发明可旋转渗吸实验装置在实验过程中的连接关系示意图。

图3：为本发明可旋转渗吸实验装置的渗吸过程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，作为本发明的其中一个具体实施例，并非具体限定本发明的范围。一种可旋转渗吸实验装置100，主要用来评价岩心渗吸性能和效果，可用于预测与评价低渗透、致密油藏和裂缝性油藏等主要依靠渗吸作用开发的油藏的效果。具体以致密储层、碳酸岩盐性储层、页岩储层等裂缝性储层的岩心为研究对象，对岩心在油(气)水两相条件下，由于毛管力和重力而产生的渗吸作用强度进行精确测量与评价，以便为裂缝性储层渗吸作用的评价和采收率预测提供有效、精确、简便的实验测量和模拟装置。所述可旋转渗吸实验装置100具有一个安装座10，安装座10为圆柱状，作为该实验装置的主体结构，安装座10用来安装容器和电动机。该实验装置在实验时是竖直放置的，安装座10的上端密封安装有一玻璃容器，该容器也可以采用其它透明材料制成。所述玻璃容器内盛装有液体8和待测岩样1，液体8通常采用水，待测岩样1内含有油。所述待测岩样1浸入在所述液体8内并通过一岩样夹持器2夹持；所述容器的上部具有透明的测量管31，所述测量管31上设有刻度。所述玻璃容器可以采用阶梯圆柱形的玻璃筒30，所述玻璃筒30的下部为大直径段32，所述玻璃筒30的上部为细长管，所述细长管形成所述测量管31。本实施例中，玻璃筒30的总长为500mm，细长管的长度为191mm，细长管的内径为Φ10mm，有效量程为15ml；大直径段32的内径为Φ87mm。细长管的上部设有开关阀4，开关阀4可以采用玻璃阀门，当玻璃阀门打开后，细长管的上部与大气连通，当玻璃阀门关闭后，细长管的上部封闭。安装座10的上部外侧设有径向向外伸出的环形凸缘101，所述安装座10的上端伸入到玻璃筒30的下端内部，所述玻璃筒30的下端端口抵靠在所述环形凸缘101上。所述安装座10的上端与所述玻璃筒30的内壁之间采用密封圈密封连接。所述玻璃筒30的下端端口与所述环形凸缘101之间通过环形的密封卡箍5密封卡接在一起。密封卡箍5采用弹性密封材料制成，例如硅胶，套在环形凸缘101和玻璃筒30的下端端口结合处的外面，将玻璃筒30的下端端口压紧在环形凸缘101上，并形成密封，防止玻璃筒30内的液体8漏出。所述安装座10上设有与所述玻璃筒30内部连通的进排液口102，用来向玻璃筒30内注入液体8或排出玻璃筒30内的液体8，如图2所示，在实验时，所述进排液口102通过管路连接泵7，所述管路上设有开关阀6，通过泵7将液体8注入到玻璃筒30内，通过管路上的开关阀6控制管路的通断。实验结束后，将玻璃筒30内的液体8排空，通常用丝堵将所述进排液口102封堵。实验过程中，玻璃筒30内的进液和排液由管路连接外部压力装置，例如平流泵7，通过管路上设置的开关阀门6来调节。平流泵7的开关可以对玻璃筒30中进行液体8的注入与排放。特别地，针对实验过程中进气对玻璃筒30上端的测量管31读数的影响，可以通过打开测量管31(细长管)上的玻璃阀门4使测量管31上端与大气相通，然后利用外接的压力装置(平流泵7)向玻璃筒30内进一步注入流体，将进入的空气从测量管31的上部进行排气，排除气体的影响。

所述安装座10上还安装有旋转驱动装置，旋转驱动装置与所述岩样夹持器2连接，驱动所述岩样夹持器2在所述液体8内旋转。具体的，旋转驱动装置包括电动机9、转动盘11和旋转轴12。电动机9的转速可以根据实验所采用的被测岩样性质不同及油的粘度不同而进行调节，本实施例中电动机9设置有十档不同的转速。所述安装座10的下端固定连接一支架13，所述电动机9固定连接在所述支架13上。支架13的两端均为法兰盘，上端的法兰盘用螺栓连接在安装座10的下端面上，电动机9用螺栓连接在支架13的下端法兰盘上。所述安装座10内设有上下贯通的轴向通道，电动机9的输出轴连接所述旋转轴12，旋转轴12穿过所述轴向通道伸入到所述玻璃筒30内，所述旋转轴12伸入到玻璃筒30内的一端固定连接所述转动盘11。所述旋转轴12与所述安装座10之间采用密封装置14进行密封，防止玻璃筒30内的液体8从轴向通道漏出。轴向通道的上端和下端分别设有滚动轴承15，旋转轴12通过滚动轴承15转动连接在轴向通道内，将电动机9的转动传递给玻璃筒30内的转动盘11。支架13的上端法兰盘同时起到轴承盖的作用，将下端的轴承轴向固定。在安装座10的上端面上采用螺栓连接有上轴承盖16，将上端的轴承轴向固定。所述转动盘11上安装有岩样夹持器2，用来夹持待测岩样1,带动待测岩样1一起在液体8内旋转产生离心力，通过离心力的作用将吸附在待测岩样1表面的油脱离待测岩样1表面。所述岩样夹持器2可以采用至少三根沿所述转动盘11的圆周方向均匀分布的夹持杆，所述夹持杆垂直于所述转动盘11的盘面向外伸出，所述夹持杆的一端能沿所述转动盘11的径向滑动地连接在所述转动盘11上。所述转动盘11上设有与所述夹持杆数量对应的滑动槽，所述滑动槽沿所述转动盘11的径向延伸形成辐射状。所述夹持杆的一端滑动连接在所述滑动槽内，各个夹持杆通过径向滑动来调整夹持的尺寸，能够适应不同尺寸的待测岩样1。待测岩样1通常为矩形体，本实施例中采用四根夹持杆，分别夹持住待测岩样1的四个侧面；转动盘11上设有十字交叉的滑动槽，本实验装置能够夹持的最大的待测岩样1尺寸为50mm×50mm×150mm的矩形体。待调整好四根夹持杆的距离夹持住待测岩样1之后，夹持杆可以固定在相应的滑动槽内以保持夹持稳定。由于待测岩样1的上端面和下端面均没有被遮挡，待测岩样1下端也较好的与玻璃筒30中的液体8接触，能更真实的反映完整岩心的渗吸过程，所以该岩样夹持器2可以解决现有渗吸仪在夹持岩心时存在下端遮挡作用而造成测量误差的问题。

其中不同尺寸的岩心，在相同的转速下，岩心外围的离心力不同，因此在原油粘附力相同时，需要调整电动机9相应的转速。电动机9所选择的旋转速度与离心力相关，即为了克服渗吸出的原油在岩心表面的粘附，需要一定的力将其离心出来才能实现有效计量。对于不同的原油，其粘附力是不同的。离心力(F)的大小取决于离心转头的角速度(ω,r/min)和物质颗粒与离心轴的距离(r,mm),为了有效的离心出岩心外表面粘附的原油(气)，相应的，对于不同尺寸的岩心和不同粘度的原油会设定不同的转速设置；故在本实施例中，电动机9上设置转速调整开关，可以调整出十档转速，以适应不同尺寸的待测岩样1。

在测量过程中，用岩样夹持器2固定岩心(待测岩样1)，在岩心发生渗吸作用时，岩心内部原油在毛管力和重力等作用下，从岩心内部排出，且部分油珠粘附在岩心表面，无法计量，由于渗吸排油量本身非常少，粘附在表面无法计量的原油将会带来非常大的误差。如图3所示，本实验装置通过电动机9调节适当的旋转速度，在离心力的作用下使粘附在岩心表面的油珠17脱离岩心表面，并在重力分异作用下漂浮至玻璃筒30上部的测量管31中，在测量管31中聚集成油18，从而大大提高渗吸排油体积计量的精度，克服了原有渗吸仪由于忽略了该部分表面粘附原油和岩心下端被遮挡造成的测量误差，并通过进排液口102的设计，实现了玻璃筒30中的液量调节，克服了实验过程中进气造成的测量误差。重力分异，又称密度分异，是指原来混合在一起的几种密度不同的物质，在重力作用下逐渐按密度差异分开的现象。该实验装置的优点在于，在测量原理和技术上消除了原有的表面粘附和遮挡作用造成的计量误差，对实验中的进气等失误可以实现迅速便捷的处理，极大地提高了渗吸测量仪器精度，且操作方便，易于重复与批量操作，对于高孔隙度高渗透率的裂缝性储层岩样和孔喉尺度较小的致密岩样均具有良好的适用性，为今后研究低渗透、致密储层和裂缝性储层静态渗吸开发效果研究提供了有效的实验技术支持。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。具体实施方式中所说明的特征的所有组合未必是本发明所限制的解决手段，可以理解这些附加的构造特征以及操作改进可以单独使用或者相互结合使用。因此，应该理解本发明不限于任何具体的特征或元件的结合，并且在此描述的任何期望的特征组合都能被实施而不偏离本发明的保护范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。