CN103674806A - 多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，属于孔隙级流动模拟技术领域。本发明针对真实油藏岩石的孔喉特征及孔喉尺度弹性微球的尺寸特点，设计了一种适用于孔喉尺度弹性微球的微观可视化透明石英砂模型，并构建了图像实时采集及数据分析系统，实现了孔喉尺度弹性微球运移过程和分布状态图像以及剩余油分布图像的实时观察和采集及定量分析；实现了孔喉尺度弹性微球运移和驱油过程中注入压力的实时测量；实现了孔喉尺度弹性微球产出浓度、含水率、产油量的计量和分析。设计的微观可视化透明石英砂模型可以反映真实油藏岩石的孔喉特征，同时由于该模型利用透明石英砂填制而成，清洗方便，可以重复填制使用。

Description

多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，属于孔隙级流动模拟技术领域。

背景技术

随着油田进入高/特高含水期，油田注水开发存在的问题越来越复杂，稳油控水的难度也越来越大，传统的调剖技术作用半径小，封堵强度有限、增产有效期短、效果差，已不能满足调剖的要求。为此，各种深部调剖(驱)技术相继被提出，并得到了广泛的应用。其中，孔喉尺度弹性微球深部调驱技术以孔喉尺度弹性微球的独特性质得到了足够的重视。

与传统的无机颗粒、体膨颗粒、凝胶类等调驱剂相比，孔喉尺度弹性微球具有耐温、耐盐能力强，封堵强度高，注入方便、经济效益好等优点，其主要原理是针对油藏岩石的纳微米级孔喉尺寸特征，合成与之匹配的孔喉尺度弹性微球，孔喉尺度弹性微球依靠自身的弹性，通过在岩石多孔介质运移过程中的“封堵、流体分流—变形、恢复、运移—深部封堵、流体分流”机制，在高渗透带不断地封堵和运移，直达油层深部，从而提高油层深部剩余油富集区的波及体积和驱替效率，大幅度提高原油的采收率。

孔喉尺度弹性微球在多孔介质中的渗流是一个极其复杂的过程，它涉及到孔喉尺度弹性微球在多孔介质中的运移、封堵、变形机理，还涉及到其与原油、岩石间的相互作用。决定孔喉尺度弹性微球深部调驱技术应用前景的关键问题是：科学合理地描述孔喉尺度弹性微球在多孔介质中的运移机制和提高采收率机理。因此，开展多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实际价值。

为了全面揭示孔喉尺度弹性微球的运移机制和提高采收率机理，就需要借助微观可视化模型。目前，最常用的微观可视化模型是微观刻蚀模型。微观刻蚀模型是采用光刻蚀技术将放大后的岩石孔喉特征光刻在玻璃等材料上，经氢氟酸刻蚀后高温烧结成型而成。但是，该模型是二维模型，刻蚀在玻璃等材料上的是放大后的岩石孔喉特征，不能准确反映真实油藏岩石的多孔介质特征；同时，由于孔喉尺度弹性微球的大小与微观刻蚀模型的孔喉大小属于同一个数量级，致使孔喉尺度弹性微球注入微观刻蚀模型后，很难清洗，重复性较差，而且无法实现定量测量。

因此，要全面地揭示孔喉尺度弹性微球的运移机制和提高采收率机理，就需要从真实油藏岩石孔喉特征及孔喉尺度弹性微球的尺寸特点出发，构建新的微观可视化模型及模拟系统。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明提供一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，本发明的目的是根据真实油藏岩石的孔喉特征及孔喉尺度弹性微球的尺寸特点，设计一种适用于孔喉尺度弹性微球的微观可视化透明石英砂模型，并构建图像实时采集及数据分析系统，通过显微观察和定量分析相结合的方法，从本质上认识孔喉尺度弹性微球的运移机制和提高采收率机理，从而为孔喉尺度弹性微球深部调驱技术的大规模工业化应用提供理论指导。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是这样实现的：

一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，包括微量泵、第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明石英砂模型、取样器、真空泵、鼓泡塔和计算机，其中，微量泵上设置有管线及阀门依次与第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明石英砂模型、取样器、真空泵、鼓泡塔相连接；压力传感器通过第一数据线与计算机相连；微观可视化透明石英砂模型的上方设置有三维视频显微镜，三维视频显微镜上设置有第二数据线与计算机相连；微观可视化透明石英砂模型的下面设置有热水循环加热器，热水循环加热器上设置有进水管和出水管与恒温循环水浴相连，取样器中放置有取样杯，取样器上设置有三通接头与一侧的真空泵和鼓泡塔相连。

上述装置中，微量泵流速的可调范围为0.001～1200mL/h；第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器分别用于存放模拟地层水、模拟油和孔喉尺度弹性微球悬浮液；压力传感器的测量精度为0.001kPa，采集频率为5次/s；三维视频显微镜配套有图像采集分析软件，可以进行录像和拍照，录像速度上限为360帧/s、拍照功能像素上限为1600万，也可以对长、宽、直径、角度、面积等参数进行准确测量，长度的测量精度为0.001μm、角度的测量精度为0.001度；调整恒温循环水浴的温度，可以控制微观可视化透明石英砂模型中流体的温度；取样杯用于分离和计量产出流体；真空泵用来对微观可视化透明石英砂模型进行抽真空饱和模拟地层水；鼓泡塔中的液体为去离子水。

上述多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置中，微观可视化透明石英砂模型采用透明有机玻璃加工，并充填透明石英砂制作而成，微观可视化透明石英砂模型的制作步骤具体如下：

(1)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明石英砂模型下底板；

(2)用专用切削钻头在微观可视化透明石英砂模型下底板的中间位置钻出一个凹槽；

(3)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明石英砂模型上盖板；

(4)用专用螺纹钻头在微观可视化透明石英砂模型上盖板的两端中间位置各钻出一定内径的螺纹孔，螺纹孔作为流体的入口和出口，通过塑料螺纹接头连到实验流程中；

(5)将微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板叠放在一起，并用夹子夹紧，然后用专用螺纹钻头在微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板上钻出一定数量一定内径的螺纹孔；

(6)通过铁螺丝钉将微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板进行固定，微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板之间通过软垫圈密封，微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板之间形成的空间，作为充填透明石英砂的空间；

(7)用塑料螺丝钉封堵微观可视化透明石英砂模型上盖板上的出口，然后从入口往微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板形成的空间中充填透明石英砂，透明石英砂通过不同目数的分样筛进行制备，充填过程中，轻轻敲打模型，确保透明石英砂充填密实、均匀。

本发明是在真实油藏岩石孔喉特征及孔喉尺度弹性微球尺寸特点的基础上，在一定的温度条件下，将孔喉尺度弹性微球悬浮液注入到微观可视化透明石英砂模型中，实现孔喉尺度弹性微球运移过程和分布状态图像以及剩余油分布图像的实时观察和采集及定量分析；通过压力传感器，实现孔喉尺度弹性微球运移和驱油过程中注入压力的实时测量；通过取样器中的取样杯分离和计量产出流体，实现孔喉尺度弹性微球产出浓度、含水率、产油量的计量和分析。通过显微观察和定量分析相结合的方法，研究孔喉尺度弹性微球的运移机制及提高采收率机理。

该发明的有益效果在于：本发明提供了一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，本发明的优点在于：本发明针对真实油藏岩石的孔喉特征及孔喉尺度弹性微球的尺寸特点，设计了一种适用于孔喉尺度弹性微球的微观可视化透明石英砂模型，并构建了图像实时采集及数据分析系统，实现了孔喉尺度弹性微球运移过程和分布状态图像以及剩余油分布图像的实时观察和采集及定量分析；实现了孔喉尺度弹性微球运移和驱油过程中注入压力的实时测量；实现了孔喉尺度弹性微球产出浓度、含水率、产油量的计量和分析。设计的微观可视化透明石英砂模型可以反映真实油藏岩石的孔喉特征，同时由于该模型利用透明石英砂填制而成，清洗方便，可以重复填制使用。因此，本发明是一种实用的多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置结构示意图。

图2为本发明的一个实施例中微观可视化透明石英砂模型下底板的正视图。

图3为本发明的一个实施例中微观可视化透明石英砂模型下底板的左视图(A-A)。

图4为本发明的一个实施例中微观可视化透明石英砂模型下底板的俯视图(B-B)。

图5为本发明的一个实施例中微观可视化透明石英砂模型上盖板上的螺纹孔、入口和出口分布位置图。

图中标记说明：1、微量泵；2、阀门；3、管线；4、第一中间容器；5、第二中间容器；6、第三中间容器；7、压力传感器；8、微观可视化透明石英砂模型；9、取样器；10、三通接头；11、真空泵；12、鼓泡塔；13、第一数据线；14、计算机；15、第二数据线；16、三维视频显微镜；17、热水循环加热器；18、出水管；19、恒温循环水浴；20、进水管；21、取样杯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示的多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，包括微量泵1、第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6、压力传感器7、微观可视化透明石英砂模型8、取样器9、真空泵11、鼓泡塔12和计算机14，其中，微量泵1上设置有管线3及阀门2依次与第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6、压力传感器7、微观可视化透明石英砂模型8、取样器9、真空泵11、鼓泡塔12相连接；压力传感器7通过第一数据线13与计算机14相连；微观可视化透明石英砂模型8的上方设置有三维视频显微镜16，三维视频显微镜16上设置有第二数据线15与计算机14相连；微观可视化透明石英砂模型8的下面设置有热水循环加热器17，热水循环加热器17上设置有进水管20和出水管18与恒温循环水浴19相连，取样器9中放置有取样杯21，取样器9上设置有三通接头10与一侧的真空泵11和鼓泡塔12相连。

上述装置中，微量泵1流速的可调范围为0.001～1200mL/h；第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6分别用于存放模拟地层水、模拟油和孔喉尺度弹性微球悬浮液；压力传感器6的测量精度为0.001kPa，采集频率为5次/s；三维视频显微镜14配套有图像采集分析软件，可以进行录像和拍照，录像速度上限为360帧/s、拍照功能像素上限为1600万，也可以对长、宽、直径、角度、面积等参数进行准确测量，长度的测量精度为0.001μm、角度的测量精度为0.001度；调整恒温循环水浴19的温度，可以控制微观可视化透明石英砂模型8中流体的温度；取样杯21用于分离和计量产出流体；真空泵11用来对微观可视化透明石英砂模型8进行抽真空饱和模拟地层水；鼓泡塔12中的液体为去离子水。

参见图2、图3、图4、图5，在本发明实施例中，一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，微观可视化透明石英砂模型8采用透明有机玻璃加工，并充填透明石英砂制作而成，微观可视化透明石英砂模型8的制作步骤为：

(1)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明石英砂模型8下底板，底板的长度为10.0cm，宽度为4.5cm，厚度为0.7cm；

(2)用专用切削钻头在微观可视化透明石英砂模型8下底板的中间位置钻出一个凹槽，凹槽的长度为8.0cm，宽度为1.5cm，深度为0.2cm；

(3)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明石英砂模型8上盖板，盖板的长度为10.0cm，宽度为4.5cm，厚度为0.5cm；

(4)用专用螺纹钻头(φ6)在微观可视化透明石英砂模型8上盖板的两端中间位置各钻出一个直径为0.6cm的螺纹孔，螺纹孔距离左右边界的距离为1.8cm，螺纹孔作为流体的入口和出口，通过塑料螺纹接头连到实验流程中；

(5)将微观可视化透明石英砂模型8的上盖板和下底板叠放在一起，并用夹子夹紧，然后用专用螺纹钻头(φ2)在微观可视化透明石英砂模型8的上盖板和下底板上钻出14个直径均为0.2cm的螺纹孔；

(6)通过14个铁螺丝钉将微观可视化透明石英砂模型8的上盖板和下底板进行固定，微观可视化透明石英砂模型8的上盖板和下底板之间通过厚度为0.1cm的软垫圈密封，微观可视化透明石英砂模型8的上盖板和下底板之间形成长度为8.0cm，宽度为1.5cm，深度为0.3cm的空间，作为充填透明石英砂的空间；

(7)用塑料螺丝钉封堵微观可视化透明石英砂模型8上盖板上的出口，然后从入口往微观可视化透明石英砂模型8的上盖板和下底板形成的空间中充填透明石英砂，透明石英砂通过不同目数的分样筛进行制备，透明石英砂的粒径范围为100～500μm，充填过程中，轻轻敲打模型，确保透明石英砂充填密实、均匀。

本发明装置在工作时，首先将模拟地层水、模拟油和孔喉尺度弹性微球悬浮液分别置于第一中间容器4、第二中间容器5、第三中间容器6，并设置恒温循环水浴19温度，待温度稳定后，设定微量泵1流量，进行孔喉尺度弹性微球微观运移实验和孔喉尺度弹性微球微观驱油实验。将孔喉尺度弹性微球悬浮液注入到微观可视化透明石英砂模型8中，通过三维视频显微镜14的录像和拍照功能，实时观察和采集孔喉尺度弹性微球运移过程和分布状态图像以及剩余油分布图像；通过三维视频显微镜14的测量功能，定量分析孔喉尺度弹性微球的分布状态图像以及剩余油分布图像；通过压力传感器7，实时测量孔喉尺度弹性微球运移和驱油过程中注入压力的变化规律；通过取样器9中的取样杯21分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律，并利用分光光度计测定孔喉尺度弹性微球的产出浓度。通过显微观察和定量分析相结合的方法，研究孔喉尺度弹性微球的运移机制及提高采收率机理。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，其特征在于：包括微量泵、第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明石英砂模型、取样器、真空泵、鼓泡塔和计算机，所述微量泵上设置有管线及阀门依次与第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器、压力传感器、微观可视化透明石英砂模型、取样器、真空泵、鼓泡塔相连接；所述压力传感器通过第一数据线与计算机相连；所述微观可视化透明石英砂模型的上方设置有三维视频显微镜，所述三维视频显微镜上设置有第二数据线与计算机相连；所述微观可视化透明石英砂模型的下面设置有热水循环加热器，所述热水循环加热器上设置有进水管和出水管与恒温循环水浴相连，所述取样器中放置有取样杯，所述取样器上设置有三通接头与一侧的真空泵和鼓泡塔相连。

2.根据权利要求1所述的多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，其特征在于：所述微量泵流速的可调范围为0.001～1200mL/h；所述第一中间容器、第二中间容器、第三中间容器分别存放模拟地层水、模拟油和孔喉尺度弹性微球悬浮液；所述压力传感器的测量精度为0.001kPa，采集频率为5次/s；所述三维视频显微镜配套有图像采集分析软件，进行录像和拍照，录像速度上限为360帧/s、拍照功能像素上限为1600万，能对长、宽、直径、角度、面积等参数进行准确测量，长度的测量精度为0.001μm、角度的测量精度为0.001度；所述调整恒温循环水浴的温度，能控制微观可视化透明石英砂模型中流体的温度；所述取样杯用于分离和计量产出流体；所述真空泵用来对微观可视化透明石英砂模型进行抽真空饱和模拟地层水；所述鼓泡塔中的液体为去离子水。

3.根据权利要求1所述的多孔介质中孔喉尺度弹性微球运移的孔隙级模拟实验装置，其特征在于：所述微观可视化透明石英砂模型采用透明有机玻璃加工，并充填透明石英砂制作而成，微观可视化透明石英砂模型的制作步骤具体如下：

(1)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明石英砂模型下底板；

(2)用专用切削钻头在微观可视化透明石英砂模型下底板的中间位置钻出一个凹槽；

(3)用专用切割刀具切割透明有机玻璃板，制作微观可视化透明石英砂模型上盖板；

(4)用专用螺纹钻头在微观可视化透明石英砂模型上盖板的两端中间位置各钻出一定内径的螺纹孔，螺纹孔作为流体的入口和出口，通过塑料螺纹接头连到实验流程中；

(5)将微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板叠放在一起，并用夹子夹紧，然后用专用螺纹钻头在微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板上钻出一定数量一定内径的螺纹孔；

(6)通过铁螺丝钉将微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板进行固定，微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板之间通过软垫圈密封，微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板之间形成的空间，作为充填透明石英砂的空间；

(7)用塑料螺丝钉封堵微观可视化透明石英砂模型上盖板上的出口，然后从入口往微观可视化透明石英砂模型的上盖板和下底板形成的空间中充填透明石英砂，透明石英砂通过不同目数的分样筛进行制备，充填过程中，轻轻敲打模型，确保透明石英砂充填密实、均匀。

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