一種基於CT掃描的油‑鹽水接觸角測量系統的製作方法

2023-06-18 20:03:47 1

本實用新型關於石油工程技術領域，特別是關於石油工程領域的測量技術，具體的講是一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統。

背景技術：

隨著油田的日益開採，油田整體進入高含水時期，採油效率日漸下降。因此，清楚了解油藏特性、提高原油採收率迫在眉睫。油藏巖石在長期的水驅過程中，孔隙結構、壁面化學性質和界面張力的改變，導致油藏的潤溼性發生改變。而地層多孔介質中的毛管力和相對滲透率在很大程度上受到潤溼角的影響，它們是控制多相流中流動特徵極其重要的參數。因此，如何準確實際的測量油水兩相接觸角，對於研究油層孔隙介質特性以及提高採收率技術的發展具有重大意義。

油水兩相接觸角的影響因素很多，如溫度、壓力、礦物組成、流體組成以及巖石表面粗糙度等。傳統的油-鹽水-巖石體系接觸角的測量系統存在以下不足：

(1)、測量部位簡單且單一，數據稀少，結論不統一；

(2)、實驗採用理想光滑材料或人造材料，未考慮實際巖石的表面粗糙度、礦物組成多樣性和孔隙結構非均質性等因素；

(3)、大多數系統在常溫常壓條件下進行接觸角測量，未能考慮油藏高溫高壓條件；

(4)、一次實驗只能測量一次接觸角，實驗過程複雜，實驗裝置要求條件高，測量誤差大。

因此，如何研究和開發出一種新的測量系統，其可以更準確的測量油水兩相接觸角，在油田整體進入高含水時期，採油效率日漸下降現狀下顯得尤為急迫。

技術實現要素：

為了克服傳統油-鹽水系統的接觸角測量系統的局限性與不足，本實用新型提出了一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統，可以實現對油水兩相接觸角的測量。

本實用新型的目的是，提供一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統設備，所述基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統包括：

第一水罐1；

注入泵2，所述注入泵2的入口與所述第一水罐1相連接；

鹽水注入泵4，所述鹽水注入泵4的一端與所述注入泵2的出口通過軟管相連接，另一端與一巖心夾持器6的入口相連接；

油相注入泵3，所述油相注入泵3的一端與所述注入泵2的出口通過軟管相連接，另一端與一巖心夾持器6的入口相連接；

所述巖心夾持器6內部設置有巖心7，一X射線源5用於掃描所述巖心7，一信號接收器9與所述X射線源5相連接；

圍壓泵12，與所述巖心夾持器6的圍壓口相連接；

毛細計量器8，與所述巖心夾持器6的出口端相連接；

回壓泵10，與所述毛細計量器8相連接；

第二水罐11，與所述回壓泵10相連接；

所述圍壓泵12，還與所述第二水罐11相連接。

在本實用新型的優選實施方式中，所述基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統還包括CT載物臺，所述巖心夾持器6放置於所述CT載物臺上。

在本實用新型的優選實施方式中，所述X射線源5放置於所述CT載物臺。

在本實用新型的優選實施方式中，所述信號接收器9為平板接收器。

在本實用新型的優選實施方式中，所述基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統還包括顯示器13，與所述信號接收器9相連接。

在本實用新型的優選實施方式中，所述鹽水注入泵4中設置有質量分數為8％碘化鉀的鹽水

在本實用新型的優選實施方式中，所述油相注入泵3中設置有染色煤油。

在本實用新型的優選實施方式中，所述基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統還包括：

設置於所述第一水罐1與所述注入泵2之間的第一閥門14；

設置於所述注入泵2與所述鹽水注入泵4以及油相注入泵3之間的第二閥門15；

設置於所述第二閥門15與所述鹽水注入泵4之間的第三閥門16；

設置於所述第二閥門15與所述油相注入泵3之間的第四閥門17；

設置於所述巖心夾持器6與所述鹽水注入泵4以及油相注入泵3之間的第五閥門20；

設置於所述第五閥門20與所述鹽水注入泵4之間的第六閥門18；

設置於所述第五閥門20與所述油相注入泵3之間的第七閥門19；

設置於所述毛細計量器8與所述回壓泵10之間的第八閥門21；

設置於所述回壓泵10與所述第二水罐11之間的第九閥門23；

設置於所述第二水罐11與所述圍壓泵12之間的第十閥門25；

設置於所述巖心夾持器6與所述圍壓泵12之間的第十一閥門24；

與所述回壓泵10相連接的第十二閥門22；

與所述圍壓泵12相連接的第十三閥門26。

本實用新型的有益效果在於，提供了一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統，實現了在模擬地層溫度下對油-鹽水接觸角的測量、孔隙尺度下測量不同位置的接觸角、巖芯不同含水飽和度下測量動態接觸角。

為讓本實用新型的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統的示意圖；

圖2為巖芯CT掃描後油-鹽水兩相接觸角測量示意圖。

附圖標記：

第一水罐 1

注入泵 2

油相注入泵 3

鹽水注入泵 4

X射線源 5

巖心夾持器 6

巖心 7

毛細計量器 8

信號接收器 9

回壓泵 10

第二水罐 11

述圍壓泵 12

顯示器 13

第一閥門 14

第二閥門 15

第三閥門 16

第四閥門 17

第六閥門 18

第七閥門 19

第五閥門 20

第八閥門 21

第十二閥門 22

第九閥門 23

第十一閥門 24

第十閥門 25

第十三閥門 26

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

近年來，CT技術在石油工程領域的廣泛應用，終於使精確獲得孔隙結構及其流體分布的二維或三維信息圖像成為了可能。通過孔隙結構的提取以及各相流體的分離，可以精確測量油-鹽水-巖石系統的接觸角。

圖1為本實用新型實施例提供的一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統的示意圖，請參閱圖1，該系統包括：

第一水罐1；

注入泵2，所述注入泵2的入口與所述第一水罐1相連接；

鹽水注入泵4，所述鹽水注入泵4的一端與所述注入泵2的出口通過軟管相連接，另一端與一巖心夾持器6的入口相連接；

油相注入泵3，所述油相注入泵3的一端與所述注入泵2的出口通過軟管相連接，另一端與一巖心夾持器6的入口相連接；

所述巖心夾持器6內部設置有巖心7，一X射線源5用於掃描所述巖心7，一信號接收器9與所述X射線源5相連接。在本實用新型的其他實施方式中，該系統還可包括CT載物臺，所述巖心夾持器6放置於所述CT載物臺上，所述X射線源5放置於所述CT載物臺。可調整X射線源5與巖芯7的距離，以保證掃描圖像的清晰度和解析度。在具體的實施方式中，所述信號接收器9為平板接收器。X射線源掃描巖心7，射線的強度會降低，且不同的孔隙結構會造成不同程度的強度降低，因此平板接收器會接收到一系列強度值。

圍壓泵12，與所述巖心夾持器6的圍壓口相連接；

毛細計量器8，與所述巖心夾持器6的出口端相連接；

回壓泵10，與所述毛細計量器8相連接；

第二水罐11，與所述回壓泵10相連接；

所述圍壓泵12，還與所述第二水罐11相連接。

在本實用新型的其他實施方式中，該系統還包括顯示器13，與所述信號接收器9相連接。在具體的實施方式中，所述信號接收器9為平板接收器。X射線源掃描巖心7，射線的強度會降低，且不同的孔隙結構會造成不同程度的強度降低，因此平板接收器會接收到一系列強度值。顯示器將不同的強度值通過附圖顯示出來，從附圖上可見油-鹽水的接觸角。在其他實施方式中，後續還可藉助其他工具更精確的從附圖上測量接觸角的具體數值。

在本實用新型的其他實施方式中，所述鹽水注入泵4中設置有質量分數為8％碘化鉀的鹽水，所述油相注入泵3中設置有染色煤油。

在本實用新型的其他實施方式中，所述基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統還包括：

設置於所述第一水罐1與所述注入泵2之間的第一閥門14；

設置於所述注入泵2與所述鹽水注入泵4以及油相注入泵3之間的第二閥門15；

設置於所述第二閥門15與所述鹽水注入泵4之間的第三閥門16；

設置於所述第二閥門15與所述油相注入泵3之間的第四閥門17；

設置於所述巖心夾持器6與所述鹽水注入泵4以及油相注入泵3之間的第五閥門20；

設置於所述第五閥門20與所述鹽水注入泵4之間的第六閥門18；

設置於所述第五閥門20與所述油相注入泵3之間的第七閥門19；

設置於所述毛細計量器8與所述回壓泵10之間的第八閥門21；

設置於所述回壓泵10與所述第二水罐11之間的第九閥門23；

設置於所述第二水罐11與所述圍壓泵12之間的第十閥門25；

設置於所述巖心夾持器6與所述圍壓泵12之間的第十一閥門24；

與所述回壓泵10相連接的第十二閥門22；

與所述圍壓泵12相連接的第十三閥門26。

通過上述多個閥門可以控制各個部件之間的開斷。其中第十二閥門22、第十三閥門26用於排水。

下面詳細介紹本實用新型提供的基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統的工作流程。在該實施例中，所述鹽水均為質量分數為8％碘化鉀的鹽水。所述油相均為染色煤油，具體工況要求可根據不同的使用場景進行設置。

1.將巖芯7抽真空，飽和鹽水，加壓至具體工況要求，靜止24小時，使巖芯7初步被鹽水充分飽和。

2.將巖芯7裝入巖芯夾持器6，第一水罐1與注入泵2的入口相連。鹽水注入泵4和油相注入泵3的一端都與注入泵2的出口相連，另一端都與巖芯夾持器6的入口相連。巖芯夾持器6的出口端與毛細計量器8相連後接入回壓泵10，巖芯夾持器6的圍壓口與圍壓泵12通過軟管線路相連，回壓泵10和圍壓泵12與水罐11相連，並檢查整個裝置的氣密性，並排出管內空氣。

3.將整個巖芯夾持器6垂直放置到CT載物臺上，調整X射線源5與巖芯7中軸線的距離，以保證掃描圖像的清晰度和解析度，將信號接收器9與顯示器13相連。

4.啟動注入泵2，通過中間油相注入泵3注入100倍孔隙體積的鹽水，確保巖芯7被鹽水100％飽和，對於巖芯夾持器6緩慢增加溫度和壓力至具體工況要求，並通回壓泵10和圍壓泵12設置適當回壓和圍壓，靜置24小時，使鹽水與孔隙顆粒表面之間達到飽和狀態下的化學平衡。

5.進行油-鹽水兩相平衡接觸角的測量：啟動注入泵2，同時開啟鹽水注入泵4和油相注入泵3，保證流速較低且相等，使毛管數不超過10-6，同時注入10倍孔隙體積的鹽水和10倍孔隙體積的油，靜置12小時，然後進行CT三維掃描。

6.進行飽和油過程中接觸角的測量：啟動注入泵2，打開油相注入泵3，在保證毛管數不超過10-6時，以較低流量分別注入達到1倍、5倍、10倍、20倍孔隙體積的油，均進行CT三維掃描。

7.進行飽和鹽水過程中接觸角的測量：啟動注入泵2，打開鹽水注入泵4，保證毛管數不超過10-6，以較低流量分別注入達到1倍、5倍、10倍、20倍孔隙體積的鹽水時，均進行CT三維掃描。油相此時以殘餘相狀態附存在孔隙內。

8.CT掃描後，步驟5得到的是油-鹽水兩相平衡接觸角。當巖芯親水時，步驟6得到的是油-鹽水後退平衡接觸角，步驟7得到的是油-鹽水前進接觸角；當巖芯親油時，步驟6得到的是油-鹽水前進平衡接觸角，步驟7得到的是油-鹽水後退接觸角。

9.利用顯示器可以顯示步驟5得到的油-鹽水兩相平衡接觸角，當巖芯親水時，顯示步驟6得到的油-鹽水後退平衡接觸角，步驟7得到的油-鹽水前進接觸角。當巖芯親油時，顯示步驟6得到的油-鹽水前進平衡接觸角，步驟7得到的油-鹽水後退接觸角。如圖2所示，為巖芯CT掃描後油-鹽水兩相接觸角測量示意圖。

後續在實際的使用過程中，還可以利用計算機對CT掃描得到的數據進行圖像重建，在調整對比度和濾鏡處理後，既可以得到巖芯孔隙結構以及不同位置的油-鹽水分布狀態，從而可以對油鹽水兩相接觸角進行測量。

綜上所述，本實用新型提出了一種基於CT掃描的油-鹽水接觸角測量系統，可以在模擬地層高溫高壓的條件下在孔隙內原位置對油-鹽水兩相接觸角進行測量，並且採用天然巖芯，考慮了孔隙壁面非均質性、礦物組成以及粗糙度等對油-鹽水兩相接觸角的影響，可以測量巖芯不同含水飽和度下的油-鹽水兩相接觸角，並且一次掃描下同一含水飽和度下可以測量多個位置的接觸角，測量數據多，準確度高，測量數據可以直接作為孔隙級別有限元數值模擬的參數輸入。實現了在模擬地層溫度下對油-鹽水接觸角的測量、孔隙尺度下測量不同位置的接觸角、巖芯不同含水飽和度下測量動態接觸角。

本實用新型的有益效果在於：

(1)利用X射線CT掃描技術，實現了在孔隙尺度下對油-鹽水的原始位置狀態下的兩相接觸角的測量。

(2)CT掃描精度高，掃描範圍大，一次掃描後可以得到大範圍的油-鹽水分布狀態，從而可以進行不同位置的多次油-鹽水兩相接觸角的測量，相比傳統已有的方法更加省時省力且誤差更小。

(3)巖芯為油藏地層巖芯，考慮了孔隙表面的粗糙度、礦物組成以及孔隙結構非均質性等對油-鹽水接觸角的影響。

(4)考慮了地層溫度和壓力的影響。

(5)測量潤溼角的同時，可以獲得巖芯的含水飽和度和含油飽和度。

(6)可以測量整個驅替過程中任意含水飽和度下油-鹽水兩相接觸角，可以測量油-鹽水兩相的平衡接觸角、前進接觸角以及後退接觸角，可以測量巖芯孔隙在長期水驅過程中潤溼角的變化。

本實用新型中應用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。