高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置及方法
2023-10-17 11:15:24 2
高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置及方法，所述裝置包括驅替系統、地層滲流模擬系統、微觀可視化系統和流體分析系統，驅替系統包括注入泵（20）、配樣器（21）、真空泵（22）、高溫高壓反應釜和高壓驅替泵（23），地層滲流模擬系統包括巖心夾片（26）、回壓閥（27）、回壓泵（28）、節流閥（17）和多功能烘箱（35），微觀可視化系統包括長焦距高倍顯微鏡（24）、計算機（34）和絕熱可視窗（25）。本發明的有益效果是：能夠表徵複雜油氣藏開採過程中驅替過程的平面滲流特徵及驅油機理，實現對滲流過程的連續動態微觀可視化觀測，為地下油氣藏微觀滲流機理認識和油氣藏動態儲量的預測提供基礎。
【專利說明】高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及油氣田開發【技術領域】，特別是高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗 裝置及方法。
【背景技術】
[0002] -個完整油氣藏的開發過程包括地質勘探、油氣田開發工程、採油工程和地面儲 運過程，而對地層油氣滲流的準確認識是成功開發油氣田的關鍵。
[0003] 油氣資源在能源比例結構中佔有重要地位，我國油氣資源總量豐富，但油氣藏類 型複雜多樣，緻密低滲油氣藏、稠油油藏、高含硫氣藏、凝析氣藏、煤層氣、頁巖氣等油氣藏 的開發難度較大，且大部分常規油田開發進入中後期階段，會出現含水率上升、產油量下降 現象，其主要原因就是該類油氣藏地下滲流機理複雜，油氣性質隨溫度壓力變化較大，加上 邊底水的浸入，導致油氣地下流動阻力增加，油氣藏採收率降低，如何實現油氣藏的高效經 濟開發至關重要。
[0004] 油氣田開發實踐表明，油氣儲層有著極其複雜的內部空間結構和不規則的外部幾 何形狀，油氣藏流體在其中的分布特徵和流動情況複雜多變。因此，有必要清楚認識油氣滲 流的普遍規律，目前人們常基於現場巖心和取樣流體的相關物性，建立相應的簡化物理模 型，轉化成適應各種油氣儲層特徵的數學模型進行相關研究，並產生了諸如CMG、ECLIPSE、 C0MS0L等數值模擬軟體。但由於理論模型較固定，而實際地層條件和流體性質複雜，理論 研究及預測與現場實際生產存在較大的誤差性，所以，必要的實驗技術研究是必不可少的。 專利CN103161452提出了一種二維可視化模擬實驗裝置及其使用方法，但其使用範圍局限 於常溫常壓；而專利CN102053055介紹了一種高溫高壓多功能巖心硫沉積測試裝置及方 法，但適用的流體類型較單一，不能用於複雜油氣藏的地層滲流特徵模擬，且攝像機不能透 過巖心夾持器對巖心硫析出形態和硫晶體沉積長大過程進行微觀可視化觀察；現有的地下 油氣滲流實驗方法大多還停留在宏觀靜態測試，例如驅替實驗幾乎都在密封的高溫高壓環 境下完成，對油氣性質的變化和滲流的機理的認識依據實驗的宏觀現象和一定理論推測完 成，不能實現對地下油氣微觀滲流機理的準確認識和地下流體相態隨溫度壓力變化的微觀 可視化觀測。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種可視化程度高、耐高溫高壓、抗 腐蝕的高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置及方法。
[0006] 本發明的目的通過以下技術方案來實現：高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗 裝置，它包括驅替系統、地層滲流模擬系統、微觀可視化系統、流體分析系統和殘餘流體處 理系統，所述的驅替系統包括注入泵、配樣器、真空泵、高溫高壓反應釜和高壓驅替泵，所述 的高溫高壓反應釜包括油樣高溫高壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜、水樣高溫高壓反應釜， 注入泵通過管路與配樣器進樣口連接，連接注入泵與配樣器的管路上設置有閥門A，真空泵 和配樣器的出口均通過管路A分別與油樣高溫高壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜和水樣高 溫高壓反應釜的上端出口同時連接，配樣器和真空泵的出口分別設置有閥門B和閥門C，油 樣高溫高壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜和水樣高溫高壓反應釜的上端出口分別設置有閥 門D、閥門E和閥門F，地層滲流模擬系統也通過管路A與油樣高溫高壓反應釜、氣樣高溫高 壓反應釜和水樣高溫高壓反應釜的上端出口同時連接，高壓驅替泵通過管路與油樣高溫高 壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜和水樣高溫高壓反應釜的下端入口同時連接，油樣高溫高 壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜和水樣高溫高壓反應釜的下端入口分別設置有閥門G、閥門 Η和閥門I ; 地層滲流模擬系統包括巖心夾片、回壓閥、回壓泵、節流閥和多功能烘箱，高溫高壓反 應釜、氣樣高溫高壓反應釜、水樣高溫高壓反應釜和巖心夾片均置於多功能烤箱內，巖心夾 片巖包括巖心薄片、上抗高溫薄膜、上藍寶石玻璃片、下抗高溫薄膜、下藍寶石玻璃片、左中 心短管和右中心短管，上抗高溫薄膜和下抗高溫薄膜分別覆壓於巖心薄片的上表面和下表 面，上藍寶石玻璃片和下藍寶石玻璃片分別覆壓於上抗高溫薄膜和下抗高溫薄膜的外側， 左中心短管的右端和右中心短管的左端均嵌入巖心薄片內，巖心薄片的四周用高溫高壓橡 膠密封，巖心夾片的左中心短管與分別與油樣高溫高壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜和水 樣高溫高壓反應釜的上端出口同時連接，巖心夾片的右中心短管與回壓閥相連的入口端連 接，左中心短管上依次安裝有壓力表Α和閥門J，右中心短管上依次安裝有閥門Κ和壓力表 B，回壓閥的出口端通過管路與節流閥的入口端連接，回壓閥與回壓泵通過管路相連，且連 接回壓閥與回壓泵的管路上設置有閥門L ; 微觀可視化系統包括長焦距高倍顯微鏡、計算機和絕熱可視窗，多功能烘箱的頂蓋開 有一圓孔，圓孔位於頂蓋內層的部分為螺紋孔，長焦距高倍顯微鏡置於多功能烘箱上，下端 物鏡正對絕熱可視窗，計算機直接連接高倍顯微鏡； 所述絕熱可視窗包括頂盤、底盤和螺栓，頂盤為頂部鑲有抗壓鋼化玻璃且直徑略小於 烘箱頂蓋圓孔的圓盤，頂盤下部開有一凹槽，頂盤左右兩端開有圓形小管道，凹槽大小與巖 心夾片一致，用於放置巖心夾片，巖心夾片的左中心短管和右中心短管分別安裝於頂盤對 應側的圓形小管道內，底盤為底部鑲有抗壓鋼化玻璃且直徑大於烘箱頂蓋圓孔的圓盤，頂 盤設置於底盤上側且通過螺栓與底盤連接，底盤的外圓周設置有螺紋，底盤通過螺紋與烘 箱頂蓋內層連接； 流體分析系統包括氣液分離器、氣相色譜儀、油相色譜儀，節流閥的出口端連接有三 通，氣液分離器左端與三通的第二埠連接，且連接氣液分離器與三通的管路上設置有閥 門M，氣液分離器上端出口連接氣相色譜儀，氣液分離器下端與油相色譜儀連接，氣液分離 器連接氣相色譜儀和油相色譜儀的管路上分別設置有閥門N和閥門0 ; 殘餘流體處理系統連接三通的第三埠，連接殘餘流體處理系統與三通的管路上設置 有閥門P。
[0007] 採用所述的高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置的實驗方法，它包括以下 步驟： S1、實驗準備工作； S11、巖心夾片製作：測試取樣真實巖心孔滲，並將巖心打磨成巖心薄片，並用抗高壓的 兩片藍寶石玻璃夾緊巖心片，嵌入短嘴管，巖心薄片四周採用耐溫耐壓橡膠密封。
[0008] S12、對取樣油氣進行色譜分析。
[0009] S2、微觀滲流實驗； 521、 連接好實驗裝置，用酒精、石油醚清洗實驗系統，用實驗氣體排除管線中殘餘空 氣； 522、 對高溫高壓反應釜抽真空，然後通過注入泵將配樣器中樣品氣轉入高溫高壓反應 釜，用增壓泵直接加到原始地層壓力已； 523、 保持高溫高壓反應釜壓力，升高溫度，直至原始地層溫度下，模擬氣體在原始地層 條件下的狀態； 524、 通過回壓閥將巖心夾片出口端壓力控制在Pi，巖心夾片入口端壓力匕由高壓驅替 泵以恆壓或恆速工作方式自適應，巖心夾片兩端壓差為P 2-Pi，同時利用高倍顯微鏡和計算 機對流體在巖心夾片的微觀滲流現象進行監測和圖像採集。
[0010] S25、流體流過巖心夾片經節流閥減壓後，通過三通並用氣液色譜分析儀對殘餘流 體組分和濃度進行測試，對比實驗前流體樣品； 526、 恆定實驗溫度，多次改變巖心夾片出口端壓力，通過高壓驅替泵恆壓或恆速驅替， 模擬觀察在不同壓力條件下流體在巖心中的微觀滲流狀態變化； 527、 恆定實驗壓力，通過多功能烘箱改變實驗溫度，溫度梯度為Λ T，模擬觀察觀察在 不同溫度條件下流體在巖心中的微觀滲流狀態變化； 528、 利用殘餘流體處理系統對殘餘流體吸收處理； 529、 待實驗結束後，整理實驗儀器，以備下次使用。
[0011] 本發明具有以下優點： 本發明解決了現有裝置無法完成在高溫高壓條件下真實巖心中流體的微觀滲流模擬 技術問題，能夠表徵複雜油氣藏開採過程中地下油氣的微觀滲流特徵、流體相態變化、以及 注氣、注水、注聚合物等驅替過程的平面滲流特徵及驅油機理，該裝置利用長焦距高倍顯微 鏡和計算機測控技術對滲流過程中的流體相態變化、晶體結晶、固相顆粒沉積等特殊現象 進行連續動態微觀可視化觀測，為地下油氣藏微觀滲流機理認識和油氣藏動態儲量的預測 提供基礎。
[0012] 本發明提供了一種高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗測試方法，可用於研究 普通油氣藏在原始地層條件下的油氣水多相流體微觀滲流機理、凝析氣藏的凝析與反凝析 現象、水合物形成機理、高含硫氣藏在地層硫沉積問題、地層浙青質與蠟沉積機理、流體在 地層滲流過程中的泡點與露點測試以及注聚合物等化學劑提高採收率的機理等系列流體 在地層多孔介質中的滲流問題，實現了複雜油氣藏開採過程中地下油氣的微觀滲流特徵模 擬、流體相態變化微觀可視化觀測、以及注氣、注水、注聚合物等驅替過程的平面滲流特徵 及驅油機理模擬，為地層條件下多相流微觀滲流機理、凝析氣藏的凝析與反凝析機理、水合 物形成機理、高含硫氣藏在地層硫沉積機理、浙青質與蠟沉積機理以及地層滲流過程中流 體的泡點與露點測試等研究提供了可靠基礎，適合各種複雜地下流體滲流機理分析，具有 可視化程度高、耐高溫高壓、抗腐蝕等優點，最高溫度和壓力達到200°c和lOOMPa。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的結構示意圖 圖2為本發明的絕熱可視窗的結構示意圖 圖3為圖2沿A-A截面的剖視圖 圖4為本發明的巖心夾片的結構示意圖 圖5為初始狀態下巖心薄片圖 圖6為實驗時間為lOmin時的巖心薄片圖 圖7為實驗時間為20min時的巖心薄片圖 圖8為實驗時間為30min時的巖心薄片圖 圖中，1-閥門A，2-閥門B，3-閥門C，4-閥門G，5-閥門D，6-閥門H，7-閥門E，8-閥門 I，9-閥門F，10-閥門J，11-閥門K，12-閥門L，13-閥門P，14-閥門M，15-閥門N，16-閥 門0,17-節流閥，18-壓力表A，19-壓力表B，20-注入泵，21-配樣器，22-真空泵，23-高 壓驅替泵，24-長焦距高倍顯微鏡，25-絕熱可視窗，26-巖心夾片，27-回壓閥，28-回壓泵， 29-三通，30-殘餘流體處理系統，31-氣液分離器，32-氣相色譜儀，33-油相色譜儀，34-計 算機，35-多功能烘箱，36-油樣高溫高壓反應釜，37-氣樣高溫高壓反應釜，38-水樣高溫高 壓反應釜，39-巖心薄片，40-上抗高溫薄膜，41-上藍寶石玻璃片，42-下抗高溫薄膜，43-下 藍寶石玻璃片，44-左中心短管，45-右中心短管，46-頂盤，47-底盤，48-螺栓，49-抗壓鋼 化玻璃。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發明做進一步的描述，本發明的保護範圍不局限於以下所述： 如圖1所示，高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置，它包括驅替系統、地層滲流 模擬系統、微觀可視化系統、流體分析系統和殘餘流體處理系統30,所述的驅替系統包括注 入泵20、配樣器21、真空泵22、高溫高壓反應釜和高壓驅替泵23,所述的高溫高壓反應釜包 括油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓反應釜37、水樣高溫高壓反應釜38,注入泵20通 過管路與配樣器21進樣口連接，連接注入泵20與配樣器21的管路上設置有閥門A1，真空 泵22和配樣器21的出口均通過管路A分別與油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓反應 釜37和水樣高溫高壓反應釜38的上端出口同時連接，配樣器21和真空泵22的出口分別 設置有閥門B2和閥門C3,油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓反應釜37和水樣高溫高 壓反應釜38的上端出口分別設置有閥門D5、閥門E7和閥門F9,地層滲流模擬系統也通過 管路A與油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓反應釜37和水樣高溫高壓反應釜38的上 端出口同時連接，高壓驅替泵23通過管路與油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓反應釜 37和水樣高溫高壓反應釜38的下端入口同時連接，油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓 反應釜37和水樣高溫高壓反應釜38的下端入口分別設置有閥門G4、閥門H6和閥門18 ;配 樣器21中的樣品通過注入泵20轉入高溫高壓反應釜；真空泵22用於在樣品轉入前對高溫 高壓反應釜抽真空；高壓驅替泵23可連續穩定為流體的驅動提供動力，包括恆速和恆壓兩 種工作方式。
[0015] 地層滲流模擬系統包括巖心夾片26、回壓閥27、回壓泵28、節流閥17和多功能烘 箱35,高溫高壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜37、水樣高溫高壓反應釜38和巖心夾片26均 置於多功能烤箱內，巖心夾片26相當於簡化的地層模型，用於觀察油氣水在巖心薄片39中 的滲流現象；如圖4所示，巖心夾片26巖包括巖心薄片39、上抗高溫薄膜40、上藍寶石玻璃 片41、下抗高溫薄膜42、下藍寶石玻璃片43、左中心短管44和右中心短管45,上抗高溫薄 膜40和下抗高溫薄膜42分別覆壓於巖心薄片39的上表面和下表面，上藍寶石玻璃片41 和下藍寶石玻璃片43分別覆壓於上抗高溫薄膜40和下抗高溫薄膜42的外側，左中心短管 44的右端和右中心短管45的左端均嵌入巖心薄片39內，巖心薄片39的四周用高溫高壓橡 膠密封，巖心夾片26中心為0. 03~0. 8mm巖心薄片39,兩側對稱由內向外分別是用於緩衝壓 力的抗高溫薄膜、藍寶石玻璃片，中心嵌入短嘴管，四周用高溫高壓橡膠密封； 巖心夾片26夾在可視窗內，並置於多功能烘箱35內，巖心夾片26的左中心短管44與 分別與油樣高溫高壓反應釜36、氣樣高溫高壓反應釜37和水樣高溫高壓反應釜38的上端 出口同時連接，巖心夾片26的右中心短管45與回壓閥27相連的入口端連接，左中心短管 44上依次安裝有壓力表A18和閥門J10,右中心短管45上依次安裝有閥門K11和壓力表 B19,回壓閥27的出口端通過管路與節流閥17的入口端連接，回壓閥27與回壓泵28通過 管路相連，且連接回壓閥27與回壓泵28的管路上設置有閥門L12 ;回壓閥27和回壓泵28 用於控制巖心夾片26出口端壓力，結合高壓驅替泵23的使用便可設定巖心夾片26的工作 制度；多功能烘箱35用於調控滲流實驗的溫度。
[0016] 微觀可視化系統包括長焦距高倍顯微鏡24、計算機34和絕熱可視窗25,多功能烘 箱35的頂蓋開有一圓孔，圓孔位於頂蓋內層的部分為螺紋孔，用於固定絕熱可視窗25和地 層巖心夾片26,長焦距高倍顯微鏡24置於多功能烘箱35上，下端物鏡正對絕熱可視窗25， 通過絕熱可視窗25對巖心夾片26的流體滲流過程進行連續動態監測；計算機34直接連接 高倍顯微鏡，用於傳輸和保存顯微鏡觀察到的高清電子圖像。
[0017] 如圖2、圖3所示，所述絕熱可視窗25包括頂盤46、底盤47和螺栓48,頂盤46為 頂部鑲有抗壓鋼化玻璃49且直徑略小於烘箱頂蓋圓孔的圓盤，頂盤46下部開有一凹槽，頂 盤46左右兩端開有圓形小管道，凹槽大小與巖心夾片26 -致，用於放置巖心夾片26,巖心 夾片26的左中心短管44和右中心短管45分別安裝於頂盤46對應側的圓形小管道內，底 盤47為底部鑲有抗壓鋼化玻璃49且直徑大於烘箱頂蓋圓孔的圓盤，頂盤46設置於底盤47 上側且通過螺栓48與底盤47連接，底盤47的外圓周設置有螺紋，底盤47通過螺紋與烘箱 頂蓋內層連接，四周用抗高溫高壓橡膠圈密封，巖心夾片26的四周與頂盤46和底盤47之 間用高溫高壓橡膠密封。嵌入頂盤46的抗高壓鋼化玻璃用於顯微鏡對巖心片的觀察；圓形 小管道滿足巖心夾片26的短嘴管與管線連接。
[0018] 流體分析系統包括氣液分離器31、氣相色譜儀32、油相色譜儀33,節流閥17的出 口端連接有三通29,氣液分離器31左端與三通29的第二埠連接，且連接氣液分離器31 與三通29的管路上設置有閥門M14,氣液分離器31上端出口連接氣相色譜儀32,氣液分離 器31下端與油相色譜儀33連接，氣液分離器31連接氣相色譜儀32和油相色譜儀33的管 路上分別設置有閥門N15和閥門016 ;氣液分離器31用於分離經節流閥17降壓後流出的 多相流體；氣相色譜儀32用於對經過地層滲流模擬系統後的可能發生相態變化的氣體組 分及含量進行測試分析；油相色譜儀33用於對經過地層滲流模擬系統後的可能發生相態 變化的液體組分及含量進行測試分析。
[0019] 殘餘流體處理系統30採用含有苯、甲苯等化學藥劑的吸收裝置，其連接三通29的 第三埠，連接殘餘流體處理系統30與三通29的管路上設置有閥門P13,對選用的不同流 體採用苯等化學藥劑吸收處理且連接。
[0020] 本發明所述的高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置的管線中根據實驗需 求設計有調節閥門，用於輔助完成地下油氣滲流實驗以及驅替實驗；由於色譜儀不能承受 高溫高壓流體，所以在回壓閥27與三通29之間管線設置了一個節流閥17,用於調節控制殘 餘流體壓力。 本發明提供了一種高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗測試方法，可用於研究普 通油氣藏在原始地層條件下的油氣水多相流體微觀滲流機理、凝析氣藏的凝析與反凝析現 象、水合物形成機理、高含硫氣藏在地層硫沉積問題、地層浙青質與蠟沉積機理、流體在地 層滲流過程中的泡點與露點測試以及注聚合物等化學劑提高採收率的機理等系列流體在 地層多孔介質中的滲流問題，它包括以下步驟： S1、實驗準備工作； S11、巖心夾片26製作：測試取樣真實巖心孔滲，並將巖心打磨成長10cm，寬5cm， 厚0. 03、. 8mm的巖心薄片39薄片厚度根據實驗需求選取，模擬裂縫介質要求厚度小於 0. 1mm，模擬基質要求厚度大於0. 1mm，並用抗高壓的兩片藍寶石玻璃夾緊巖心片，嵌入短嘴 管，巖心薄片39四周採用耐溫耐壓橡膠密封。
[0021] S12、對取樣油氣進行色譜分析，用於與實驗後的殘餘流體對比分析。
[0022] S2、微觀滲流實驗； 521、 按流程圖連接好實驗裝置，用酒精、石油醚清洗實驗系統，用實驗氣體排除管線中 殘餘空氣； 522、 對高溫高壓反應釜抽真空，然後通過注入泵20將配樣器21中樣品氣轉入高溫高 壓反應釜，用增壓泵直接加到原始地層壓力已； 523、 保持高溫高壓反應釜壓力，升高溫度，直至原始地層溫度下，模擬氣體在原始地層 條件下的狀態； 524、 通過回壓閥27將巖心夾片26出口端壓力控制在Pi，巖心夾片26入口端壓力P2由 高壓驅替泵23以恆壓或恆速工作方式自適應，巖心夾片26兩端壓差為P 2-Pi，同時利用高 倍顯微鏡和計算機34對流體在巖心夾片26的微觀滲流現象進行監測和圖像採集。
[0023] S25、流體流過巖心夾片26經節流閥17減壓後，通過三通29並用氣液色譜分析儀 對殘餘流體組分和濃度進行測試，對比實驗前流體樣品； 526、 恆定實驗溫度，多次改變巖心夾片26出口端壓力，通過高壓驅替泵23恆壓或恆速 驅替，模擬觀察在不同壓力條件下流體在巖心中的微觀滲流狀態變化； 527、 恆定實驗壓力，通過多功能烘箱35改變實驗溫度，溫度梯度為Λ T，模擬觀察觀察 在不同溫度條件下流體在巖心中的微觀滲流狀態變化； 528、 利用殘餘流體處理系統30的甲苯等化學藥品對殘餘流體吸收處理； 529、 待實驗結束後，整理實驗儀器，以備下次使用。
[0024] 下面以高含硫氣藏中硫單質析出及硫沉積實驗為例，說明使用本發明高溫高壓微 觀可視化地層滲流模擬實驗裝置的具體實驗過程。
[0025] S1、實驗準備工作； S11、選用兀壩氣田ΥΒ72Η-2號真實巖樣，洗淨、烘乾、抽真空、飽和地層水，然後利用巖 心孔滲儀測試巖心孔隙度和滲透率；將巖心打磨成長l〇cm，寬5cm，厚0. 5mm的巖心薄片 39,薄片上下用長12cm，寬7cm，厚lcm的藍寶石玻璃片夾緊，嵌入短嘴管，並用耐溫耐壓橡 膠密封巖心薄片39 ; S12、利用氣相色譜儀32對試驗用含7. 5%二氧化碳的甲烷氣樣進行色譜分析； S2、微觀滲流實驗； 521、 按流程圖連接好實驗裝置，關閉閥門B2和閥門C3,打開其他閥門，用酒精、石油醚 清洗實驗系統，用實驗氣體排除管線中殘餘空氣； 522、 稱取10g硫粉加入高溫高壓反應釜，關閉閥門B2、閥門G4、閥門H6、閥門18、閥門 J10,打開閥門C3、閥門D5、閥門E7和閥門F9,用真空泵22對高溫高壓反應釜抽真空，抽真 空時間在30min以上； 523、 將高溫高壓反應釜加溫至130°C，穩定三至四個小時，通過注入泵20將配樣器21 中含二氧化碳的甲烷氣樣轉入高溫高壓反應釜，待容器內壓力穩定後，停止注入，將其加熱 至180°C，考慮實驗安全，要時刻注意泵上壓力變化，當加熱10個小時左右時，利用多功能 烘箱35調節實驗溫度到地層溫度150°C ; 524、 關閉閥門B2、閥門C3和閥門M14,打開其餘閥門，利用回壓閥27控制巖心夾片26 壓力為地層壓力67MPa，高壓驅替泵23恆壓驅替氣體流過地層模擬系統，壓力表測試巖心 兩端壓差為〇. 5MPa ;待實驗溫度和壓力穩定後，利用高倍顯微鏡和計算機34監測高含硫氣 體在地下微觀滲流過程； 525、 關閉閥門P13,利用氣液色譜分析儀對經節流閥17減壓和氣液分離器31分離後的 流體組分和含量進行測試，對比步驟S12色譜分析結果； 526、 控制溫度在150°C，通過回壓閥27降低地層壓力，壓力梯度設置為5MPa，模擬實際 氣藏開採過程中隨著壓力下降流體相態的變化，單質硫的析出形式、晶體生長及沉積形態， 記錄單質硫析出溫度和壓力，並用高倍顯微鏡和計算機34採集沉積過程圖像； 527、 關閉閥門M14,打開閥門P13,放出的殘餘氣體利用殘餘流體處理系統30的甲苯等 化學藥品吸收。
[0026] 初始狀態下的巖心薄片39如圖5所示，根據上述實驗採集的不同時刻滲流圖像， 分析可知硫微粒在裂縫中的運移分為沿氣流和垂向沉降兩方向，固體硫粉在裂縫巖心中的 微觀滲流分為三個階段。
[0027] 參看圖6。第一階段，當硫微粒從氣流中析出時，微粒在析出位置獲得與氣流相同 的初速度，若此初速度大於沉降方向的沉降流速，則微粒沿氣流方向運移，氣固混合流體在 最初的高速下作均勻流動，由於受孔隙壁的吸附和阻擋，少部分單質硫均勻分布在主要流 通通道上。
[0028] 參看圖7。第二階段，隨著單質硫含量的不斷增加，微粒重力影響變得顯著，微粒分 布也變得不均勻，隨著速度進一步減小，微粒開始沉降，在孔道中開始形成波紋狀的砂丘， 越聚越多，直至最後將氣流方向的裂縫前緣堵死，此時主要封堵的是沿氣流方向的裂縫，而 不是垂向相對裂度較大不在流速方向上的裂縫。
[0029] 參看圖8。第三階段，當沿氣流方向的主裂縫被封堵後，單質硫才進入垂向沉降，沿 著垂向的主裂縫聚集，裂縫中的充填物或微粒會對硫沉積具有很大的阻礙作用，當氣流無 法衝破充填物的阻礙就會不斷聚集直至將整個裂縫堵死。
【權利要求】
1.高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置，其特徵在於：它包括驅替系統、地層 滲流模擬系統、微觀可視化系統、流體分析系統和殘餘流體處理系統（30)，所述的驅替系統 包括注入泵（20)、配樣器（21)、真空泵（22)、高溫高壓反應釜和高壓驅替泵（23)，所述的高 溫高壓反應釜包括油樣高溫高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓反應釜（37)、水樣高溫高壓反 應釜（38)，注入泵（20)通過管路與配樣器（21)進樣口連接，連接注入泵（20)與配樣器（21) 的管路上設置有閥門A (1)，真空泵（22)和配樣器（21)的出口均通過管路A分別與油樣高 溫高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓反應釜（37)和水樣高溫高壓反應釜（38)的上端出口同 時連接，配樣器（21)和真空泵（22)的出口分別設置有閥門B (2)和閥門C (3)，油樣高溫 高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓反應釜（37)和水樣高溫高壓反應釜（38)的上端出口分別 設置有閥門D (5)、閥門E (7)和閥門F (9)，地層滲流模擬系統也通過管路A與油樣高溫 高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓反應釜（37)和水樣高溫高壓反應釜（38)的上端出口同時 連接，高壓驅替泵（23)通過管路與油樣高溫高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓反應釜（37)和 水樣高溫高壓反應釜（38)的下端入口同時連接，油樣高溫高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓 反應釜（37)和水樣高溫高壓反應釜（38)的下端入口分別設置有閥門G (4)、閥門Η (6)和 閥門I (8); 地層滲流模擬系統包括巖心夾片（26)、回壓閥（27)、回壓泵（28)、節流閥（17)和多 功能烘箱（35)，高溫高壓反應釜、氣樣高溫高壓反應釜（37)、水樣高溫高壓反應釜（38)和 巖心夾片（26)均置於多功能烤箱內，巖心夾片（26)巖包括巖心薄片（39)、上抗高溫薄膜 (40)、上藍寶石玻璃片（41)、下抗高溫薄膜（42)、下藍寶石玻璃片（43)、左中心短管（44)和 右中心短管（45)，上抗高溫薄膜（40)和下抗高溫薄膜（42)分別覆壓於巖心薄片（39)的 上表面和下表面，上藍寶石玻璃片（41)和下藍寶石玻璃片（43)分別覆壓於上抗高溫薄膜 (40)和下抗高溫薄膜（42)的外側，左中心短管（44)的右端和右中心短管（45)的左端均嵌 入巖心薄片（39)內，巖心薄片（39)的四周用高溫高壓橡膠密封，巖心夾片（26)的左中心短 管（44)與分別與油樣高溫高壓反應釜（36)、氣樣高溫高壓反應釜（37)和水樣高溫高壓反 應釜（38 )的上端出口同時連接，巖心夾片（26 )的右中心短管（45 )與回壓閥（27 )相連的入 口端連接，左中心短管（44)上依次安裝有壓力表A (18)和閥門J (10)，右中心短管（45) 上依次安裝有閥門K (11)和壓力表B (19)，回壓閥（27)的出口端通過管路與節流閥（17) 的入口端連接，回壓閥（27)與回壓泵（28)通過管路相連，且連接回壓閥（27)與回壓泵（28) 的管路上設置有閥門L (12); 微觀可視化系統包括長焦距高倍顯微鏡（24)、計算機（34)和絕熱可視窗（25)，多功能 烘箱（35)的頂蓋開有一圓孔，圓孔位於頂蓋內層的部分為螺紋孔，長焦距高倍顯微鏡（24) 置於多功能烘箱（35)上，下端物鏡正對絕熱可視窗（25)，計算機（34)直接連接高倍顯微 鏡； 所述絕熱可視窗（25 )包括頂盤（46 )、底盤（47 )和螺栓（48 )，頂盤（46 )為頂部鑲有抗 壓鋼化玻璃（49)且直徑略小於烘箱頂蓋圓孔的圓盤，頂盤（46)下部開有一凹槽，頂盤（46) 左右兩端開有圓形小管道，凹槽大小與巖心夾片（26) -致，用於放置巖心夾片（26)，巖心 夾片（26)的左中心短管（44)和右中心短管（45)分別安裝於頂盤（46)對應側的圓形小管 道內，底盤（47)為底部鑲有抗壓鋼化玻璃（49)且直徑大於烘箱頂蓋圓孔的圓盤，頂盤（46) 設置於底盤（47)上側且通過螺栓（48)與底盤（47)連接，底盤（47)的外圓周設置有螺紋， 底盤（47)通過螺紋與烘箱頂蓋內層連接； 流體分析系統包括氣液分離器（31)、氣相色譜儀（32)、油相色譜儀（33)，節流閥（17) 的出口端連接有三通（29 )，氣液分離器（31)左端與三通（29 )的第二埠連接，且連接氣液 分離器（31)與三通（29)的管路上設置有閥門Μ (14)，氣液分離器（31)上端出口連接氣相 色譜儀（32)，氣液分離器（31)下端與油相色譜儀（33)連接，氣液分離器（31)連接氣相色譜 儀（32)和油相色譜儀（33)的管路上分別設置有閥門Ν (15)和閥門0 (16); 殘餘流體處理系統（30)連接三通（29)的第三埠，連接殘餘流體處理系統（30)與三 通（29)的管路上設置有閥門Ρ (13)。
2.採用如權利要求1所述的高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實驗裝置的實驗方法， 其特徵在於：它包括以下步驟： 51、 實驗準備工作； 511、 巖心夾片（26)製作：測試取樣真實巖心孔滲，並將巖心打磨成巖心薄片（39)，並 用抗高壓的兩片藍寶石玻璃夾緊巖心片，嵌入短嘴管，巖心薄片（39)四周採用耐溫耐壓橡 膠密封； 512、 對取樣油氣進行色譜分析； 52、 微觀滲流實驗； 521、 連接好實驗裝置，用酒精、石油醚清洗實驗系統，用實驗氣體排除管線中殘餘空 氣； 522、 對高溫高壓反應釜抽真空，然後通過注入泵（20)將配樣器（21)中樣品氣轉入高 溫高壓反應釜，用增壓泵直接加到原始地層壓力已； 523、 保持高溫高壓反應釜壓力，升高溫度，直至原始地層溫度下，模擬氣體在原始地層 條件下的狀態； 524、 通過回壓閥（27 )將巖心夾片（26 )出口端壓力控制在Pi，巖心夾片（26 )入口端壓 力已由高壓驅替泵（23)以恆壓或恆速工作方式自適應，巖心夾片（26)兩端壓差為Ρ2-Ρρ 同時利用高倍顯微鏡和計算機（34 )對流體在巖心夾片（26 )的微觀滲流現象進行監測和圖 像米集； 525、 流體流過巖心夾片（26 )經節流閥（17 )減壓後，通過三通（29 )並用氣液色譜分析 儀對殘餘流體組分和濃度進行測試，對比實驗前流體樣品； 526、 恆定實驗溫度，多次改變巖心夾片（26 )出口端壓力，通過高壓驅替泵（23 )恆壓或 恆速驅替，模擬觀察在不同壓力條件下流體在巖心中的微觀滲流狀態變化； 527、 恆定實驗壓力，通過多功能烘箱（35)改變實驗溫度，溫度梯度為Λ T，模擬觀察觀 察在不同溫度條件下流體在巖心中的微觀滲流狀態變化； 528、 利用殘餘流體處理系統（30)對殘餘流體吸收處理； 529、 待實驗結束後，整理實驗儀器，以備下次使用。
【文檔編號】E21B43/16GK104100257SQ201410244772
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】劉建儀, 代建偉, 張廣東, 張烈輝, 楊火海, 文果, 劉洋 申請人:西南石油大學