滲吸實驗裝置及其方法與流程
2024-02-24 00:40:15
本發明涉及滲吸採油領域，具體而言，涉及一種滲吸實驗裝置及其方法。
背景技術：
多孔介質內通過毛管力的作用而產生的潤溼相對非潤溼相的驅替作用叫做滲吸，由於低滲油藏孔喉細小，毛管力高，自發滲吸作用是其重要的採油機理。因此，在實驗室中模擬地層條件下的滲吸實驗對指導裂縫、基質組成的多孔介質油藏的高效開發具有重要意義。
現有的滲吸實驗裝置的研究方法主要為體積法和質量法兩種，其中質量法由於實驗自動化程度高和易操作等原因在目前的滲吸研究中應用廣泛，但由於巖心樣品在滲吸過程中的質量變化非常小，易受震動、空氣等外界因素的影響，輕微的擾動便會帶來較大的誤差，影響測量精度。
當前自發滲吸實驗裝置的實驗條件多為常溫常壓，無法較好的模擬地層(一定溫度與壓力)條件下的基質巖石的滲吸作用，導致常規常壓的滲吸儀器的測量結果與真實地層情況存在一定差異。而傳統的高壓滲吸儀器無法直接加載於核磁共振檢測儀器內，制約了高壓條件下巖心樣品滲吸採出程度變化規律的進一步的微觀表徵，且同時存在測量誤差較大，無法滿足可視化需要等問題。
針對現有實驗裝置的不足，有必要探索一種可與核磁共振檢測儀聯合使用的可視化的滲吸實驗裝置，為深入研究模擬低滲透油藏基質在一定溫度與壓力下的滲吸動態規律提供重要科學依據。
有鑑於此，特提出本發明。
技術實現要素：
本發明的第一目的在於提供一種滲吸實驗裝置，以緩解現有中存在的滲吸實驗裝置不能直接加載於核磁共振檢測儀器內、測量誤差大及無法滿足可視化的需要的問題，該滲吸實驗裝置具有可直接加載於核磁共振檢測儀內、測量精度高以及能夠滿足可視化的需要的優點。
本發明的第二目的在於提供一種滲吸實驗方法，該方法採用了上述滲吸實驗裝置，具有測量誤差小且能夠可視化的優點。
為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
第一方面，本發明提供了一種滲吸實驗裝置，包括測量組件，以及用於容納待測巖心樣品和滲吸介質的容納組件，所述測量組件和所述容納組件均採用非金屬材料製備而成，且所述測量組件和所述容納組件表面均設置有疏油層；
所述容納組件包括腔體和設置於所述腔體側壁的觀察窗；
所述測量組件包括刻度管，所述刻度管與所述腔體相連通。
作為進一步優選地技術方案，所述測量組件還包括上端封蓋、下端封蓋和環繞所述刻度管的至少三個連接杆，所述連接杆的頂端和底端分別與所述上端封蓋和所述下端封蓋相連；
所述刻度管的上端與所述上端封蓋相連，下端與所述下端封蓋相連；所述刻度管通過所述下端封蓋上的連通孔與所述腔體相連通。
作為進一步優選地技術方案，所述上端封蓋和所述下端封蓋均設有與所述刻度管的外圍尺寸相匹配的固定槽，所述刻度管的上端和下端分別設置於兩個所述固定槽中。
作為進一步優選地技術方案，所述下端封蓋包括固定部和連接部，所述固定部的外圍尺寸大於所述連接部的外圍尺寸；所述腔體頂端設有連接口，所述連接部的大小與所述連接口的大小相匹配；所述連接部與所述連接口相連。
作為進一步優選地技術方案，所述連接部與所述連接口為螺紋連接。
作為進一步優選地技術方案，所述連通孔呈圓臺型，所述連通孔頂端的直徑與所述刻度管的內徑相同，所述連通孔底端的直徑與所述腔體的內徑相同。
作為進一步優選地技術方案，所述容納組件還包括進液口和壓力控制接口，所述腔體內設有巖心樣品支撐座；
優選地，所述觀察窗包括放大鏡片。
作為進一步優選地技術方案，所述滲吸實驗裝置還包括支撐組件，所述支撐組件與所述測量組件或所述容納組件相連；
優選地，所述測量組件、所述容納組件的非觀察窗部分和所述支撐組件均由peek材料製成。
第二方面，本發明提供了一種採用上述滲吸實驗裝置的滲吸實驗方法，包括以下步驟：
(a)、滲吸實驗裝置連接：將已知基本物理參數和建立束縛水飽和度的巖心樣品放置於容納組件中，將測量組件與容納組件連接；
(b)、實驗測試：向腔體內注入滲吸介質至刻度管的標記線處；
(c)、數據測量與信息採集：每隔20-40min讀取刻度管內讀數，同時通過觀察窗進行巖心樣品圖像採集，當刻度管內讀數穩定24-36h不變時，停止計量。
作為進一步優選地技術方案，步驟(b)中在停止注入滲吸介質後還包括打開壓力控制接口，接入壓力泵，並調節壓力泵輸出壓力的大小以達到實驗所需壓力；最後，將滲吸實驗裝置放置於恆溫箱內，設置實驗所需溫度的步驟；
優選地，步驟(a)之前還包括滲吸前t2馳豫時間測定：將建立束縛水飽和度的巖心樣品放置於核磁共振測量儀內，設置核磁實驗參數，獲取滲吸前巖心樣品內油水分布特徵；
優選地，步驟(c)之後還包括滲吸終止時刻t2馳豫時間測定：將滲吸實驗裝置放置於核磁共振測量儀內，設置核磁實驗參數，獲取滲吸終止時巖心樣品內油水分布特徵。
本發明提供的滲吸實驗裝置及其方法，其有益效果為：
本發明提供的滲吸實驗裝置包括測量組件和容納組件，應用時，將待測巖心樣品放入容納組件中，並向容納組件的腔體中注入滲吸介質，待滲吸介質即將充滿刻度管的標記線時停止注入，然後每隔一段時間採集刻度管上的數據即可；同時，由於容納組件腔體的側壁上設有觀察窗，還可採集巖心樣品滲吸過程中的圖像，獲得不同時刻巖心樣品的滲吸採出程度變化規律；另外，由於測量組件和容納組件表面均設置有疏油層，因此，滲吸原油不易吸附於測量組件和容納組件的表面，進而提高測量精度，提高觀察視窗清晰度，滿足可視化的需要；此外，由於測量組件和容納組件均採用非金屬材料製備而成，因此上述滲吸試驗裝置還可以直接加載於核磁共振檢測儀內，獲取滲吸前和滲吸終止時多孔介質的油水分布特徵等微觀表徵數據。
此外，peek材料具有耐高溫、自潤滑、易加工和高機械強度等優異性能，當測量組件、容納組件的非觀察窗部分和支撐組件均由peek材料製成時，上述滲吸實驗裝置可滿足耐壓15mpa使用需要，與核磁共振檢測儀連用，可詳細表徵高壓條件下巖心樣品滲吸採出程度的變化規律。
本發明提供的滲吸實驗方法方法工藝步驟合理，並且由於採用了上述滲吸實驗裝置，因此具有可採集巖心樣品滲吸過程中的圖像、測量精度高和滿足可視化需要的優點。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式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，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，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是本發明一種實施方式的滲吸實驗裝置的結構示意圖；
圖2是本發明一種實施方式的測量組件的分解結構示意圖；
圖3是本發明一種實施方式的容納組件的分解結構示意圖；
圖4是本發明一種實施方式的支撐組件的結構示意圖；
圖5為本發明一種實施方式的滲吸實驗方法的流程圖。
圖標：1-測量組件；2-支撐組件；3-容納組件；4-壓帽；4(1)-第一壓帽；4(2)-第二壓帽；4(3)-第三壓帽；4(4)-第四壓帽；5-上端封蓋；6-連接杆；6(1)-第一連接杆；6(2)-第二連接杆；6(3)-第三連接杆；6(4)-第四連接杆；7-刻度管；8-下端封蓋；9-連接口；10-腔體；11-觀察窗；12-待測巖心樣品；13-巖心樣品支撐座；14-進液口；15-底蓋螺釘；16-底蓋；17-壓力控制接口；18-固定部；19-連接部。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬於本發明所保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
第一方面，如圖1-4所示，本發明提供了一種滲吸實驗裝置，包括測量組件1，以及用於容納待測巖心樣品12和滲吸介質的容納組件3，測量組件1和容納組件3均採用非金屬材料製備而成，且測量組件1和容納組件3表面均設置有疏油層(未圖示)；
容納組件3包括腔體10和設置於腔體10側壁的觀察窗11；
測量組件1包括刻度管7，刻度管7與腔體10相連通。
現有的滲吸實驗裝置不能直接加載於核磁共振檢測儀器內、測量誤差大及無法滿足可視化的需要。與現有技術相比，本發明提供的滲吸實驗裝置包括測量組件和容納組件，應用時，將待測巖心樣品放入容納組件中，並向容納組件的腔體中注入滲吸介質，待滲吸介質即將充滿刻度管的標記線時停止注入，然後每隔一段時間採集刻度管上的數據即可；同時，由於容納組件腔體的側壁上設有觀察窗，還可採集巖心樣品滲吸過程中的圖像，獲得不同時刻巖心樣品的滲吸採出程度變化規律；另外，由於測量組件和容納組件表面均設置有疏油層，因此，滲吸原油不易吸附於測量組件和容納組件的表面，進而提高測量精度，提高觀察視窗清晰度，滿足可視化的需要；此外，由於測量組件和容納組件均採用非金屬材料製備而成，因此上述滲吸試驗裝置還可以直接加載於核磁共振檢測儀內，獲取滲吸前和滲吸終止時多孔介質的油水分布特徵等微觀表徵數據。
本發明中，典型但非限制性的非金屬材料包括陶瓷材料或塑料材料，優選為工程塑料材料，更優選為peek(polyetheretherketone，聚醚醚酮)材料，peek材料具有耐高溫、自潤滑、易加工和高機械強度等優異性能；具有較好的承壓性與滿足核磁共振測試的要求。
應當理解的是，疏油層可採用現有的任意一種或至少兩種具有疏油效果的材料採用噴塗或印刷等方式設置於測量組件和容納組件表面即可。
本發明中，典型但非限制性的滲吸介質包括模擬地層水、壓裂液、化學劑溶液、生物酶溶液或模擬油中的任意一種。
在一種優選地實施方式中，測量組件1還包括上端封蓋5、下端封蓋8和環繞刻度管7的至少兩個連接杆6，連接杆6的頂端和底端分別與上端封蓋5和下端封蓋8相連；
刻度管7的上端與上端封蓋5相連，下端與下端封蓋8相連；刻度管7通過下端封蓋8上的連通孔(未圖示)與腔體10相連通。
本優選地實施方式提供了一種特定結構的測量組件，即刻度管7通過上端封蓋5和下端封蓋8來固定，同時，環繞刻度管7的至少三個連接杆6能夠將上端封蓋5和下端封蓋8連接起來，使整個測量組件1的結構更加穩固，整體性好。
需要說明的是，連接杆6可設置為三個、四個或五個等，優選設置為四個。連接杆6的頂端與上端封蓋5通過壓帽4相連，連接杆的底端與下端封蓋為螺紋連接。如圖2所示，連接杆包括第一連接杆6(1)、第二連接杆6(2)、第三連接杆6(3)和第四連接杆6(4)，壓帽包括第一壓帽4(1)、第二壓帽4(2)、第三壓帽4(3)和第四壓帽4(4)。
在一種優選地實施方式中，上端封蓋5和下端封蓋8均設有與刻度管7的外圍尺寸相匹配的固定槽(未圖示)，刻度管7的上端和下端分別設置於兩個所述固定槽中。上述設置有固定槽的上端封蓋和下端封蓋能夠十分方便和穩固地將刻度管固定，並且當需要清洗或更換刻度管時，直接將其從固定槽中取出即可。
在一種優選地實施方式中，下端封蓋8包括固定部18和連接部19，固定部18的外圍尺寸大於連接部19的外圍尺寸；腔體10頂端設有連接口9，連接部19的大小與連接口9的大小相匹配；連接部19與連接口9相連。本實施方式提供了一種特定的測量組件和容納組件的連接方式，即採用上述結構，測量組件的下端封蓋的連接部能夠完全貼合地嵌入容納組件腔體的連接口內，由此實現測量組件和容納組件的連接固定。
在一種優選地實施方式中，所述連接部與連接口9為螺紋連接。可選的，連接部設有外螺紋，連接口設有與上述外螺紋相匹配的內螺紋，外螺紋和內螺紋相互配合，將連接部與連接口連接起來，上述連接方式穩固可靠。
可選的，連接部的外周向上加工有凹槽，上述凹槽內加工有螺紋，同時，容納組件的腔體側壁上加工有與凹槽相匹配的通孔，實際應用時，將螺釘通過上述通孔插入並連接於凹槽中即可。上述凹槽和通孔可設置為一個、兩個、三個或四個等。
在一種優選地實施方式中，所述連通孔呈圓臺型，所述連通孔頂端的直徑與刻度管7的內徑相同，所述連通孔底端的直徑與腔體10的內徑相同。
用一個平行於圓錐底面的平面去截圓錐，底面與截面之間的部分叫做圓臺。上述圓臺型的連通孔能夠更加快速有效地將滲吸介質向上推送到刻度管中。
在一種優選地實施方式中，容納組件3還包括進液口14和壓力控制接口17，腔體10內設有巖心樣品支撐座13。滲吸介質可通過進液口注入腔體內；壓力控制接口連接壓力泵等，可根據需要調節壓力泵輸出壓力的大小，控制容納裝置內的壓力大小；巖心樣品支撐座用於放置待測巖心樣品。
可選的，上述腔體內設置有用於固定待測巖心樣品的固定支架。
在一種優選地實施方式中，觀察窗11包括放大鏡片。為了更加清晰的觀察和採集不同時刻測試巖心樣品的滲吸現象，上述觀察窗設置了放大鏡片來放大圖像。
可選的，如圖3所示，容納組件3還包括設置於腔體10底端的底蓋16，進液口14和壓力控制接口17設置於底蓋16，底蓋16通過底蓋螺釘15與腔體10相連。
在一種優選地實施方式中，所述滲吸實驗裝置還包括支撐組件2，支撐組件2與測量組件1或容納組件3相連。
可選的，上述支撐組件包括底座和支撐臂，上述支撐臂與下端封蓋的固定部相連，上述底座呈o型。
優選地，所述測量組件、所述容納組件的非觀察窗部分和所述支撐組件均由peek材料製成。當測量組件、容納組件的非觀察窗部分和支撐組件均由peek材料製成時，上述滲吸實驗裝置可滿足耐壓15mpa使用需要，與核磁共振檢測儀連用，可詳細表徵高壓條件下巖心樣品滲吸採出程度的變化規律。
優選地，觀察窗採用特種玻璃製備而成。
通過選用上述特定的材質，上述滲吸實驗裝置可滿足耐壓15mpa，溫度小於70℃的使用需要。
實際實驗過程中，從巖心樣品內部滲吸到外表面的原油不能完全脫附進入到滲吸介質中，部分會附著於巖心樣品表面，影響體積測試精度。因此，優選地，在上述腔體內增設攪拌裝置，通過在實驗過程中適時攪動滲吸介質，排除附著於巖心樣品表面的氣泡及油滴，進一步提高滲吸實驗的精度。
第二方面，本發明提供了一種採用上述滲吸實驗裝置的滲吸實驗方法，包括以下步驟：
(a)、滲吸實驗裝置連接：將已知基本物理參數和建立束縛水飽和度的巖心樣品放置於容納組件中，將測量組件與容納組件連接；
(b)、實驗測試：向腔體內注入滲吸介質至刻度管的標記線處；
(c)、數據測量與信息採集：每隔20-40min讀取刻度管內讀數，同時通過觀察窗進行巖心樣品圖像採集，當刻度管內讀數穩定24-36h不變時，停止計量。
上述巖心樣品的物理參數是指孔隙度、滲透率、比表面、相滲透率、潤溼性、孔隙-喉道和孔喉等參數。以上時間間隔典型但非限制性的為：20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min或40min。以上讀數穩定時間典型但非限制性的為：24h、25h、26h、27h、28h、29h、30h、31h、32h、33h、34h、35h或36h。
本發明提供的滲吸實驗方法方法工藝步驟合理，並且由於採用了上述滲吸實驗裝置，因此具有可採集巖心樣品滲吸過程中的圖像、測量精度高和滿足可視化需要的優點。
可選的，上述巖心樣品的基本物理參數根據巖石物性《sy/t6385-2016》與潤溼性《sy/t5153-2007》測量標準得到。
可選的，上述巖心樣品束縛水飽和度採用高壓驅替裝置建立。
在一種優選地實施方式中，步驟(b)中在停止注入滲吸介質後還包括打開壓力控制接口，接入壓力泵，並調節壓力泵輸出壓力的大小以達到實驗所需壓力；最後，將滲吸實驗裝置放置於恆溫箱內，設置實驗所需溫度的步驟。
通過以上步驟，能夠根據實際需要使巖心樣品處於固定的溫度和壓力下，以更好的模擬地層條件，使測量結果更加準確地反映出真實的地層情況下滲吸出油的各項數據，為實際應用提供可靠參考。
優選地，步驟(a)之前還包括滲吸前t2馳豫時間測定：將建立束縛水飽和度的巖心樣品放置於核磁共振測量儀內，設置核磁實驗參數，獲取滲吸前巖心樣品油水分布特徵。
優選地，步驟(c)之後還包括滲吸終止時刻t2馳豫時間測定：將滲吸實驗裝置放置於核磁共振測量儀內，設置核磁實驗參數，獲取滲吸終止時巖心樣品油水分布特徵。
本發明的滲吸實驗裝置由於採用非金屬材質製成，因此可直接加載於核磁共振測量儀內，在滲吸前和滲吸終止時將其放入核磁共振測量儀內，設置好實驗參數後，即可獲取更為精確和廣泛的實驗數據。
優選地，如圖5所示為採用上述滲吸實驗裝置的滲吸實驗方法，具體包括以下步驟：
(a)、巖心樣品預處理：根據巖石物性《sy/t6385-2016》與潤溼性《sy/t5153-2007》測量標準，測取巖心樣品孔隙度、滲透率與潤溼性等巖心樣品基本物理參數，利用高壓驅替裝置建立巖心樣品束縛水飽和度；
(b)、滲吸前t2馳豫時間測定：將建立束縛水飽和度的巖心樣品放置於核磁共振測量儀內，設置核磁實驗參數，獲取滲吸前巖心樣品內油水分布特徵；
(c)、滲吸實驗裝置連接：將巖心樣品放置於容納組件的巖心樣品支撐座上，將測量組件與容納組件連接，最後將其放置於支撐組件上；
(d)、實驗測試：打開容納組件上的進液口，腔體內注入實驗所需滲吸介質(滲吸介質經除氫處理)，待滲吸介質充滿至刻度管的標記線時，停止注入；關閉進液口，打開壓力控制接口，根據實驗需要，調節壓力泵輸出壓力大小，控制實驗裝置內所需壓力；最後，將滲吸實驗裝置放置於恆溫箱內，設置實驗所需溫度；
(e)、數據測量與信息採集：每隔20-40min讀取刻度管內讀數，同時通過觀察窗進行巖心樣品圖像採集，當刻度管內讀數穩定24-36h不變時，停止計量(期間可根據實驗需求，將裝置從恆溫箱取出，進行核磁檢測)；
(f)、滲吸終止時刻t2馳豫時間測定：將滲吸實驗裝置放置於核磁共振測量儀內，設置實驗參數，獲取滲吸終止時巖心樣品內油水分布特徵。
上述滲吸實驗方法工藝步驟合理，並且採用了本發明所提供的滲吸實驗裝置，由於該滲吸實驗裝置採用非金屬材料製成，因此能夠與核磁共振測量儀聯合使用，並能實現可視化，可模擬地層的高溫高壓環境，能夠廣泛而精確地測取實驗數據，為深入研究模擬低滲透油藏基質在一定溫度與壓力下的滲吸動態規律提供重要科學依據。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案。