高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验方法技术

本发明专利技术提供一种高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置及方法，属于石油开采技术领域。该装置包括夹持有微观可视模型的模型夹持器、驱替系统、回压系统、围压系统、压力监视系统、温度控制系统以及图像采集系统；该装置控制温度和压力简便，使用空间小，安全性能优越，操作简便，可以准确的模拟油藏实际条件，在可视化条件下可以清晰实时的观察二氧化碳驱替过程中的油气作用变化，对于研究沥青质的析出规律及其对采收率的影响以及二氧化碳驱替实验在石油行业中的广泛应用和推广都具有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油开采
，特别是指一种高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置及方法。
技术介绍
油藏环境孔隙介质中二氧化碳与石油烃作用技术研究，是一项利用二氧化碳改变石油烃的组成和流动性，进而提高原油采收率的一项综合性技术。经过近年来的不断研究和现场试验，二氧化碳在油田中的应用有了长足的发展，用二氧化碳在高含蜡油井和有机质沉淀堵塞油井中进行吞吐，已成为一种常规的增产技术；二氧化碳驱油提高采收率也有了较强的技术积累，二氧化碳驱油将在高含水油田、聚合物驱后的油田提高采收率中起到非常重要的作用。二氧化碳采油技术与其他三次采油技术相比，具有适用范围广、工艺简单、投资少、见效快、功能多、费用低、无污染等优点，是目前最具发展前景的一项三次采油技术。但是，由于气体的注入极易造成原油中沥青质、胶质和石蜡等重有机物的沉淀，造成储藏渗透率下降、润湿性反转，严重影响原油的运移和开采。目前已有的理论研究成果不能满足油田生产对理论的需求，尤其缺少高温、高压条件下可视化的二氧化碳微观驱油过程及二氧化碳对沥青质沉淀析出过程的机理分析。因此，亟需研究能够调整温度和压力的二氧化碳驱超稠油可视化微观实验方法及装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置及方法，该可视化模拟驱油实验研究装置用于解决目前尚不能模拟高温高压条件下进行微生物驱油的研究问题。本专利技术涉及石油天然气流动实验装置，可以利用普通玻璃微观实验模型进行压力在30MPa以下的，压差在8MPa以下、温度在150℃以下的各种微观实验，实验模型大小为40mm×40mm，孔隙体积约为50×10-9m3，可以完成高温高压条件下二氧化碳驱稠油过程中沥青质的析出情况。该装置包括夹持有微观可视模型的模型夹持器、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统、气液分离系统以及图像采集系统；其中，模型夹持器包括缸体，缸体上具有流体流入孔、流体流出孔、围压孔以及测温孔；微观可视模型位于缸体中部，微观可视模型设有进口和出口，流体流入孔与进口相通，流体流出孔与出口相通，测温孔设置在流体流入孔下方，围压孔设置在流体流出孔下方；驱替系统包括二氧化碳气瓶、第一气体流量计，双缸恒速恒压泵、二氧化碳泵入机构、水泵入机构以及油泵入机构，二氧化碳气瓶通过第一气体流量计与二氧化碳泵入机构连接，用于将二氧化碳输送到二氧化碳泵入机构的活塞上部，二氧化碳泵入机构、水泵入机构以及油泵入机构分别与模型夹持器的流体流入孔连接，并通过双缸恒速恒压泵将二氧化碳泵入机构中的二氧化碳、水泵入机构中的水以及油泵入机构中的油通过流体流入孔泵入到微观可视模型中，二氧化碳泵入机构、水泵入机构和油泵入机构下部管道通入去离子水中，去离子水泵入双缸恒速恒压泵中的泵筒体下部并推动活塞上移，为实验提供压力；第一气体流量计用于测量气体的注入量；双缸恒速恒压泵是一种高压柱塞泵，具有恒速、恒压两种工作模式以及相应模式下的多种不同工作方式：本专利技术中采用恒速(恒流)工作模式，能连续不断的提供恒定流速无脉冲的液体，同时自动检测两泵筒体内的压力、流量信号，并具有压力保护功能；回压系统与模型夹持器的流体流出孔连通，以使所述微观可视模型的出口增压到预定的压力；回压系统包括手动泵和回压缓冲罐，手动泵和回压缓冲罐之间设置阀门；围压系统由围压跟踪泵构成，围压跟踪泵为电子数字显示泵，可实时跟踪压力的变化，围压跟踪泵与模型夹持器的围压孔连通，使所述微观可视模型始终处于预定压力的环境中；压力监测系统用于监测围压压力、回压压力以及微观可视模型进口和出口的压力；温度控制系统通过测温探头与测温孔连通，为模型夹持器内部的微观可视模型提供一个定温环境；气液分离系统包括气液分离器、储液烧杯、分析天平、干燥剂以及第二气体流量计，油气混合物进入到气液分离器后，气体上升通过干燥剂，经第二气体流量计测量得到微观可视模型里面流出的气体量，油靠重力沿管壁下滑到气液分离器的下部，流至储液烧杯，通过分析天平测量微观可视模型里面流出的油量；通过第一气体流量计和第二气体流量计准确测量出二氧化碳气体的消耗量；图像采集系统用于实时显示和记录微观可视模型内的流动状态及沥青质析出情况；所述可视化微观实验装置还包括回压阀，流体流出孔引出的管路其中一支通过回压阀分别连接回压系统的回压缓冲罐和气液分离系统的气液分离器，另一支管路接入真空容器，真空容器与真空泵相连。真空容器、真空泵，抽真空可以减少缸体内气体的残留，保证液体充满整个夹持器。二氧化碳气瓶和第一气体流量计之间设置调压阀，第一气体流量计后设置单向阀，二氧化碳泵入机构、水泵入机构和油泵入机构之前均设有压力表。图像采集系统包括光源、录像仪、图像显示器和支架；模型夹持器固定在支架上，支架底座上设置有光源；模型夹持器上端连接录像仪，录像仪与图像显示器相连。模型夹持器还包括具有上观察窗口的夹持器上密封盖、具有下观察窗口的夹持器下密封盖、上石英玻璃和下石英玻璃，微观可视模型放置在上密封盖和下密封盖之间，上密封盖和下密封盖内分别镶嵌上石英玻璃和下石英玻璃，通过上、下观察窗口及上下石英玻璃观察所述微观可视模型中的流体流动状态。微观可视模型为透明的二维平面模型，通过把天然岩心的孔隙系统光刻蚀到平面玻璃上并烧结成型而制成，其孔隙体积为50ul，孔隙度为37％。预定压力为15MPa。超稠油粘度在20000～40000mPa.s。采用该装置进行模拟实验的方法，包括如下步骤：(一)打开所述模型夹持器的上密封盖，将模型夹持器下缸体内加满去离子水，保证微观可视模型进出口处没有气体的情况下，将微观可视模型放置在所述缸体内壁中部环状台阶上，放置过程中避免下缸体与微观可视模型之间出现气泡，且微观可视模型的进口、出口与流体流入孔和流体流出孔相对并且相通；微观可视模型放置好后，再将上缸体内添加去离子水，优选为约2cm高度，放空状态下缓慢拧紧夹持器上密封盖，保证气泡完全排除后，关闭模型夹持器放空阀；模型夹持器中有气泡时，利用真空泵以及真空容器抽真空排除气泡并且关闭阀门；此时，驱替系统中的双缸恒速恒压泵、二氧化碳泵入机构、水泵入机构以及油泵入机构、微观可视模型与回压阀、气液分离系统组合成一个密闭流动空间；(二)打开温度控制系统，对微观可视模型进行定温加热，优选为90℃，随着温度的上升，通过围压跟踪泵将地层水通过围压孔注入模型夹持器的中空腔体中，因此围压压力值也逐渐升高；同时，打开水泵入机构的调节阀，当双缸恒速恒压泵压力显示为预定压力时，打开水泵入机构的调节阀，通过所述双缸恒速恒压泵把水泵入机构中的地层水注入模型内，注入速度根据围压改变，围压快速升高，速度调快；围压缓慢升高，速度调慢，随着围压的升高，调整回压阀，通过手摇泵增加回压，保证水泵入机构注入微观可视模型的压力与回压的压力相等，即保证微观可视模型的进口、出口的压力值相等；直到温度达到定温，优选为90℃，围压稳定，围压达到预定压力，这时微观可视模型进口、出口的压力也为预定压力；(三)关闭二氧化碳泵入机构、水泵入机构的调节阀，当所述双缸恒速恒压泵压力显示为预定压力时，打开油泵入机构的调节阀，通过双缸恒速恒压泵向微观可视模型中注入油泵入机构中的原油，对所述微观可视模型进行饱和油，至所述微观本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：包括夹持有微观可视模型的模型夹持器(24)、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统(10)、气液分离系统以及图像采集系统；其中：模型夹持器(24)包括缸体(35)，缸体(35)上具有流体流入孔(31)、流体流出孔(34)、围压孔(33)以及测温孔(32)；微观可视模型(30)位于缸体(35)中部，微观可视模型(30)设有进口和出口，流体流入孔(31)与进口相通，流体流出孔(34)与出口相通；驱替系统包括二氧化碳气瓶(1)、第一气体流量计(3)，双缸恒速恒压泵(22)、二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)以及油泵入机构(8)，二氧化碳气瓶(1)通过第一气体流量计(3)与二氧化碳泵入机构(6)连接，二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)以及油泵入机构(8)分别与模型夹持器(24)的流体流入孔(31)连接，并通过双缸恒速恒压泵(22)将二氧化碳泵入机构(6)中的二氧化碳、水泵入机构(7)中的水以及油泵入机构(8)中的油通过流体流入孔(31)泵入到微观可视模型(30)中，二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)和油泵入机构(8)下部管道通入去离子水(25)中；回压系统与模型夹持器(24)的流体流出孔(34)连通，回压系统包括手动泵(19)和回压缓冲罐(18)，手动泵(19)和回压缓冲罐(18)之间设置阀门(26)；围压系统由围压跟踪泵(23)构成，围压跟踪泵(23)为电子数字显示泵，围压跟踪泵(23)与模型夹持器(24)的围压孔(33)连通，使所述微观可视模型(30)始终处于预定压力的环境中；压力监测系统用于监测围压压力、回压压力以及微观可视模型进口和出口的压力；温度控制系统(10)通过测温探头(11)与测温孔(32)连通，为模型夹持器(24)内部的微观可视模型(30)提供一个定温环境；气液分离系统包括气液分离器(15)、储液烧杯(16)、分析天平(17)、干燥剂(14)以及第二气体流量计(13)，油气混合物进入到气液分离器(15)后，气体上升通过干燥剂(14)，经第二气体流量计(13)测量得到微观可视模型(30)里面流出的气体量，油靠重力沿管壁下滑到气液分离器(15)的下部，流至储液烧杯(16)，通过分析天平(17)测量微观可视模型(30)里面流出的油量；通过第一气体流量计(3)和第二气体流量计(13)准确测量出二氧化碳气体的消耗量；图像采集系统用于实时显示和记录微观可视模型(30)内的流动状态；所述可视化微观实验装置还包括回压阀(27)，流体流出孔(34)引出的管路其中一支通过回压阀(27)分别连接回压系统的回压缓冲罐(18)和气液分离系统的气液分离器(15)，另一支管路接入真空容器(20)，真空容器(20)与真空泵(21)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：包括夹持有微观可视模型的模型夹持器(24)、驱替系统、回压系统、环压系统、压力监视系统、温度控制系统(10)、气液分离系统以及图像采集系统；其中：模型夹持器(24)包括缸体(35)，缸体(35)上具有流体流入孔(31)、流体流出孔(34)、围压孔(33)以及测温孔(32)；微观可视模型(30)位于缸体(35)中部，微观可视模型(30)设有进口和出口，流体流入孔(31)与进口相通，流体流出孔(34)与出口相通；驱替系统包括二氧化碳气瓶(1)、第一气体流量计(3)，双缸恒速恒压泵(22)、二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)以及油泵入机构(8)，二氧化碳气瓶(1)通过第一气体流量计(3)与二氧化碳泵入机构(6)连接，二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)以及油泵入机构(8)分别与模型夹持器(24)的流体流入孔(31)连接，并通过双缸恒速恒压泵(22)将二氧化碳泵入机构(6)中的二氧化碳、水泵入机构(7)中的水以及油泵入机构(8)中的油通过流体流入孔(31)泵入到微观可视模型(30)中，二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)和油泵入机构(8)下部管道通入去离子水(25)中；回压系统与模型夹持器(24)的流体流出孔(34)连通，回压系统包括手动泵(19)和回压缓冲罐(18)，手动泵(19)和回压缓冲罐(18)之间设置阀门(26)；围压系统由围压跟踪泵(23)构成，围压跟踪泵(23)为电子数字显示泵，围压跟踪泵(23)与模型夹持器(24)的围压孔(33)连通，使所述微观可视模型(30)始终处于预定压力的环境中；压力监测系统用于监测围压压力、回压压力以及微观可视模型进口和出口的压力；温度控制系统(10)通过测温探头(11)与测温孔(32)连通，为模型夹持器(24)内部的微观可视模型(30)提供一个定温环境；气液分离系统包括气液分离器(15)、储液烧杯(16)、分析天平(17)、干燥剂(14)以及第二气体流量计(13)，油气混合物进入到气液分离器(15)后，气体上升通过干燥剂(14)，经第二气体流量计(13)测量得到微观可视模型(30)里面流出的气体量，油靠重力沿管壁下滑到气液分离器(15)的下部，流至储液烧杯(16)，通过分析天平(17)测量微观可视模型(30)里面流出的油量；通过第一气体流量计(3)和第二气体流量计(13)准确测量出二氧化碳气体的消耗量；图像采集系统用于实时显示和记录微观可视模型(30)内的流动状态；所述可视化微观实验装置还包括回压阀(27)，流体流出孔(34)引出的管路其中一支通过回压阀(27)分别连接回压系统的回压缓冲罐(18)和气液分离系统的气液分离器(15)，另一支管路接入真空容器(20)，真空容器(20)与真空泵(21)相连。2.根据权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：所述二氧化碳气瓶(1)和第一气体流量计(3)之间设置调压阀(2)，第一气体流量计(3)后设置单向阀(4)，二氧化碳泵入机构(6)、水泵入机构(7)和油泵入机构(8)之前均设有压力表(5)。3.根据权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：所述图像采集系统包括光源(28)、录像仪(9)、图像显示器(12)和支架；模型夹持器(24)固定在支架上，支架底座上设置有光源(28)；模型夹持器(24)上端连接录像仪(9)，录像仪与图像显示器(12)相连。4.根据权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：所述模型夹持器(24)还包括具有上观察窗口的夹持器上密封盖(38)、具有下观察窗口的夹持器下密封盖(37)、上石英玻璃(29)和下石英玻璃(36)，微观可视模型(30)放置在上密封盖(38)和下密封盖(37)之间，上密封盖(38)和下密封盖(37)内分别镶嵌上石英玻璃(29)和下石英玻璃(36)。5.根据权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：所述微观可视模型(30)为透明的二维平面模型，通过把天然岩心的孔隙系统光刻蚀到平面玻璃上并烧结成型而制成。6.根据权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：所述预定压力为15MPa。7.根据权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置，其特征在于：超稠油粘度在20000～40000mPa.s。8.采用权利要求1所述的高温高压二氧化碳驱超稠油可视化微观实验装置进行模拟实验的方法，其特征在于：包括如下步骤：(一)打开...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维耀，宋智勇，韩宏彦，岳明，宋洪庆，杨连枝，范盼伟，李兵兵，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11