模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置及其實驗方法
【專利摘要】本發明涉及的是一種模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置及其實驗方法，它由高清攝像頭、二維可視填砂模型、驅替動力供應系統、驅替壓力及圖像采集處理系統和支架組成。二維可視填砂模型放置在支架底座(含透視光源)上并與壓力傳感器相連，其底部透明板和水晶板之間設有石英砂填充腔；底部透明板中部設有進、出口通道，進、出口導流槽位于進、出口通道及導流篩條之間；嵌有橡皮圈的上蓋板放置在水晶板上，水晶板與上蓋板之間形成密閉空腔，底部透明板與上蓋板通過12顆螺絲固定壓實。本發明專利能夠模擬層內均質性的滲流條件進行可視填砂驅油實驗，利用配套的物模參數和驅油效率評價方法實現對結果的定性、定量分析。
【專利說明】模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置及其實驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于模擬流體在油藏中滲流的實驗裝置，具體涉及一種模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置及其實驗方法。
【背景技術】
[0002]目前國內許多油田都已進入中-高含水期和降產期。化學驅作為提高采收率的主要方式之一，通過注入化學驅油劑，擴大波及體積和提高驅油效率，從而提高原油采收率。但是，已有的化學驅方法提高采收率的研究，并未給出成熟的殘余油飽和度降低的機制，現有的研究成果不能夠滿足石油開采對于提高采收率機理的要求，尤其是對于化學驅過程中可視化定量分析的研究相對匱乏。
[0003]現有的可視物模實驗平臺多以切裁玻璃為主，具體操作方法是:將玻璃清洗干凈，用膠粘結模型，留一側以備填砂之用；根據要求填充不同目數的石英砂組合；完全粘結打眼。由于該模型難以做到均質填砂，難以保證滲透率的重現性，故只能夠進行定性研究，不能夠做到定量研究。且該模型的非均質性嚴重，容易導致竄流。故亟需能夠方便填充砂礫，能夠模擬真實地下滲流環境和完全實現均質條件模擬，能夠直接觀察驅油過程，可以進行圖像采集和圖像分析，并且能夠快速直觀的對實驗過程中出現的問題作出合理的判斷與處理的實驗模型。申請號為201120292091.2，授權公布號為CN202181891U，授權公布日為2012年04月04日，名稱為可視化模擬驅油實驗研究裝置的專利，缺乏定量評價驅油過程的方法。
[0004]申請號為201120069208.0，授權公布號為CN201991509U，授權公布日為2011年09
月28日，名稱為一種用于驅油實驗的可視化平面填砂模型的專利，未能模擬驅替液在地下滲流條件均勻推進，實現滲透率的可重復性及缺乏定量評價驅油過程的方法。
[0005]經文獻調研，在嚴格按照實際油藏條件下模擬地下均勻滲流條件下實現驅替液均勻推進，且具有較好的滲透率重復性及定量評價驅油過程的相關思路、產品、工藝設計方法未見報道。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置及其實驗方法，這種實驗裝置可用于模擬層內均質狀況，可以在一定溫度和壓強條件下研究不同性能驅替液對原油采收率影響。
[0007]為了實現上述目的，本發明首先設計了一種模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置，包括有:二維可視填砂模型、支架、驅替動力供應系統和驅替壓力及圖像采集處理系統。
[0008]上述方案的二維可視填砂模型，由底部透明板、上蓋板及水晶板組成，底部透明板材質為有機玻璃，透明板中央設有3.4cm*4.5cm的石英砂填充腔，厚度約為0.11cm，石英砂填充腔兩端設有導流篩條，緊挨導流篩條設置進出口導流槽，進出口導流槽分別與進出口通道相連接，形成進口通道一進口導流槽一進口導流篩條一石英砂填充腔一出口導流篩條一出口導流槽一出口通道，實現流體驅替過程，進口通道分別為原油進口通道、聚合物進口通道，水進口通道、出口通道。進、出口通道分別于閥門相連，可以控制流體進出，閥門與壓力傳感器相連，在計算機上可以直接讀出驅替壓力，進出口篩條由鋼條切割成鋸齒狀，實現流體均勻推進，導流槽內放置導流支架，使流體可以連續不斷的通過進出口通道流進或者流出，石英砂填充腔外圍設置環形臺階，用于與上蓋板橡皮圈接觸；上蓋板設有環壓進口，橡皮圈位于上蓋板中央，其大小位置與底部透明板環形臺階相對應，上蓋板在相同位置設置12個螺絲口，與底部透明板相對應，底部透明板上方的水晶板、上蓋板通過12顆螺絲固定，水晶板與上蓋板橡皮圈形成空腔，有利于環壓加入，將石英砂壓實，實現均質。
[0009]上述方案的支架設有可調節高度的可調式旋鈕，可以對攝像頭進行較為精確的調焦，支架底座設有底部光源，二維可視填砂模型放置于底部光源正上方，上方設有攝像頭固定支架，攝像頭與二維可視填砂模型、底部光源中心處于同一直線。支架上設有模型固定裝置，二維可視填砂模型固定不發生移動。
[0010]上述方案的驅替動力供應系統由無油空氣壓縮機、緩沖容器和穩壓瓶組成，穩壓瓶出口接有可調壓閥門，閥門后有壓力傳感器，壓力傳感器與計算機相連，另一端連接至二維可視填砂模型，可從計算機上讀出驅替壓力值，此時模擬恒壓模式，亦可將驅替動力供應系統換成恒流泵，此時在恒流泵與二維可視填砂模型之間接有壓力傳感器，連接方式與恒壓模式相同。上述方案的驅替壓力及圖像采集處理系統由壓力傳感器與壓力采集軟件，高清攝像頭與驅替自動識別分析軟件組成，驅替自動識別分析軟件可根據所選圖像區域進行自動分析圖像，經過灰度圖的轉換與統計，得出驅油效率的實時監測值。
[0011]本發明具有以下有益效果:
[0012](I)本二維可視填砂模型，滲透率、孔隙度和飽和油的重現性好，誤差范圍在5%以內。
[0013](2)由于環壓是均勻的，作用在具有特殊柔韌性的水晶板上，可以使填充的石英砂達到均質的狀態，從而模擬均質的地下條件，可用于目前物模平臺無法開展的基礎實驗研究。
[0014](3)利用導流篩條、導流槽等可以實現流體均勻推進的地下滲流環境。在一定溫度和壓強條件下，通過高清攝像頭與配套的驅替自動識別分析軟件，可以實時監控模型中驅替液的驅替效率以及實時觀察驅替液的前緣狀態，得出一些傳統物模平臺不能直觀得出的結論與機理。
[0015](4)本實驗裝置可根據油藏條件選擇不同的滲透率，不同的孔隙體積，可進行油藏條件匹配性分析，操作簡單方便，便于在可視條件下對比不同驅替液的驅油效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明裝置的結構示意圖。
[0017]圖2為二維可視填砂模型底部透明板結構示意圖。
[0018]圖3為二維可視填砂模型上蓋板結構示意圖。
[0019]圖4為導流支架結構示意圖。
[0020]圖5為導流篩條結構示意圖。[0021]圖6為二維可視填砂模型底部透明板石英砂填充腔結構示意圖。
[0022]圖7為水晶板結構示意圖。
圖8為3250mg/L HPAM及1250mg/L HAWSP-2兩種驅油體系在二維可視填砂模型中滲流不同時刻的現象圖。
[0023]圖中:1-底座，2-支架，3-可調節式旋鈕，4-高清攝像頭，5-驅替壓力及圖像采集處理系統，6-驅替動力供應系統，7-二維可視填砂模型，8-透視光源，9-出口通道，10-底部透明板，11-螺絲口，12-出口通道，13-原油進口通道，14-水進口通道，15-聚合物進口通道，16-石英砂填充腔，17-環形臺階，18-導流篩條，19-出口導流槽，20-上蓋板，21-橡皮圈，22-環壓進口通道，23-導流支架，24-導流篩條，25-石英砂填充腔內的石英砂，26-水晶板。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明做進一步說明，但本發明并不局限于以下實施例。
[0025]如圖1所示，這種模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置由高清攝像頭4、二維可視填砂模型7、驅替動力供應系統6、驅替壓力及圖像采集處理系統5、支架2組成。支架的底座I上設置有透視光源8，二維可視填砂模型7放置于底部透視光源8正上方，上方設有攝像頭固定支架，高清攝像頭4與二維可視填砂模型7、底部透視光源8中心處于同一直線。支架2上設有模型固定裝置，二維可視填砂模型7固定不發生移動，高清攝像頭4可通過軟件對其固定時間拍照或者錄像，可以在計算機上觀察到流體的具體流動情況并進行定量分析，二維可視填砂模型7與壓力傳感器相連；高清攝像頭4與裝有驅替自動識別分析軟件的計算機相連，壓力傳感器位于穩壓瓶閥門與二維可視填砂模型7之間，驅替自動識別分析軟件可根據所選圖像區域進行自動分析圖像，經過灰度圖的轉換與統計，得出驅油效率的實時監測值。本實施方式中的壓力傳感器與高清攝像頭4控制集中設計在一臺控制器上。
[0026]如圖2和圖3所示，二維可視填砂模型7由底部透明板10、上蓋板20及水晶板26組成，底部透明板10材質為有機玻璃，底部透明板10中央設有3.4cm*4.5cm的石英砂填充腔16，厚度約為0.11cm，石英砂填充腔16兩端設有導流篩條24，緊挨導流篩條設置進出口導流槽19，進出口導流槽分別與進出口通道相連接，形成進口通道一進口導流槽一進口導流篩條一石英砂填充腔一出口導流篩條一出口導流槽一出口通道，實現流體驅替過程，進口通道分別為原油進口通道13、聚合物進口通道15，水進口通道、出口通道9。進出口通道分別于閥門相連，可以控制流體進出，閥門與壓力傳感器相連，在計算機上可以直接讀出驅替壓力，進出口篩條24由鋼條切割成鋸齒狀，實現流體均勻推進，導流槽19內放置導流支架，使流體可以連續不斷的通過進出口通道流進或者流出，石英砂填充腔16外圍設置環形臺階17，用于與上蓋板20橡皮圈21接觸；上蓋板設有環壓進口通道22，橡膠圈21位于上蓋板20中央，其大小位置與底部透明板10環形臺階17相對應，上蓋板在相同位置設置12個螺絲口 11，與底部透明板10相對應，底部透明板上方的水晶板26、上蓋板20通過12顆螺絲固定，水晶板26與上蓋板橡皮圈21形成空腔，有利于環壓加入，將石英砂壓實，實現均質。
[0027]此外，驅替動力供應系統6由無油空氣壓縮機(圖中未標)、緩沖容器(圖中未標)和穩壓瓶(圖中未標)組成，穩壓瓶出口接有可調壓閥門，閥門后有壓力傳感器，壓力傳感器與計算機(圖中未標)相連，另一端連接至二維可視填砂模型7，可從計算機上讀出驅替壓力值，此時模擬恒壓模式，亦可將驅替動力供應系統換成恒流泵，此時在恒流泵與二維可視填砂模型7之間接有壓力傳感器，連接方式與恒壓模式相同。
[0028]本發明使用時，還需將二維可視填砂模型7進出口通道連接到注入泵注入管線和采出液收集管線，環壓口接到空氣壓縮泵(圖中未標)或者空氣鋼瓶(圖中未標)，可通過壓力傳感器檢測其壓力。在進液口(原油進口通道13、聚合物進口通道15，水進口通道14)應連接中間容器及閥門，各種驅替液通過中間容器加壓進入二維可視填砂模型7。
[0029]用本發明二維可視滲流實驗裝置測試二維可視填砂模型滲透率時，可按照下述步驟進行:
[0030]由于二維可視填砂模型是模擬地下滲流模式設計，所以從模型中注入的流體的流動符合水平線性穩定滲流達西公式。根據水平線性穩定滲流達西定律可得滲透率為:
【權利要求】
1.一種模擬層內均質性的二維可視滲流實驗裝置，包括有:二維可視填砂模型7、支架2、驅替動力供應系統6和驅替壓力及圖像采集處理系統5。
2.根據權利要求1中所述的二維可視滲流實驗裝置，其特征在于:所述的二維可視填砂模型由底部透明板10、上蓋板20及水晶板26組成，底部透明板材質為有機玻璃，透明板中央設有3.4cm*4.5cm的石英砂填充腔16，厚度約為0.11cm，石英砂填充腔兩端設有導流篩條18，緊挨導流篩條設置進出口導流槽19，進出口導流槽分別與進出口通道相連接，形成進口通道一進口導流槽一進口導流篩條一石英砂填充腔一出口導流篩條一出口導流槽一出口通道，實現流體驅替過程，進口通道分別為原油進口通道13、聚合物進口通道14，水進口通道15、出口通道9、12。進出口通道分別于閥門相連，可以控制流體進出，閥門與壓力傳感器相連，在計算機上可以直接讀出驅替壓力，進出口篩條由鋼條切割成鋸齒狀24，實現流體均勻推進，導流槽內放置導流支架23，使流體可以連續不斷的通過進出口通道流進或者流出，石英砂填充腔外圍設置環形臺階17，用于與上蓋板橡膠圈21接觸；上蓋板設有環壓進口 22，橡膠圈位于上蓋板中央，其大小位置與底部透明板環形臺階相對應，上蓋板在相同位置設置12個螺絲口 11，與底部透明板相對應，底部透明板上方的水晶板、上蓋板通過12顆螺絲固定，水晶 板與上蓋板橡皮圈形成空腔，有利于環壓加入，將砂子壓實，實現均質。
3.根據權利要求1中所述的驅替動力供應系統，其特征在于:所述的驅替動力供應系統由無油空氣壓縮機、緩沖容器和穩壓瓶組成，穩壓瓶出口接有可調壓閥門，閥門后有壓力傳感器，壓力傳感器與計算機相連，另一端連接至平板夾砂可視化滲流模型裝置，可從計算機上讀出驅替壓力值，此時模擬恒壓模式，亦可將驅替動力供應系統換成恒流泵，此時在恒流泵與平板夾砂可視化滲流模型裝置之間接有壓力傳感器，連接方式與恒壓模式相同。
4.根據權利要求1中所述的驅替壓力及圖像采集處理系統，其特征在于:所述的驅替壓力及圖像采集處理系統由壓力傳感器與壓力采集軟件，高清攝像頭4與驅替自動識別分析軟件組成，驅替自動識別分析軟件可根據所選圖像區域進行自動分析圖像，得出驅油效率的實時監測值。
5.根據權利要求1中所述的支架，其特征在于:所述的支架設有可調節高度的可調式旋鈕3，可以對攝像頭進行較為精確的調焦，支架底座I設有底部光源8，平板夾砂可視化滲流模型放置于底部光源正上方，上方設有攝像頭固定支架2，攝像頭與平板夾砂可視化滲流模型、底部光源中心處于同一直線。支架上設有模型固定裝置，二維可視填砂模型固定不發生移動。
6.采用如權利要求1所述的二維可視滲流實驗裝置的實驗方法，其特征在于:它包括以下步驟: S1、模型鋪砂:先將導流篩條18清理干凈后I放入模具內，在石英砂填充腔16內鋪展石英砂，用平整的直尺將石英砂刮平整，使其與填充腔上表面齊平，將多余的石英砂用洗耳球清理干凈，而后將導流支架23放入進出口導流槽19中，在其上覆蓋一層水晶板26，將上蓋板20連同橡膠圈21蓋在水晶板上，小心擰緊12顆緊固螺栓，使水晶板26與上蓋板橡膠圈21之間形成密閉空腔，將空氣泵或者鋼瓶接到環壓進口通道22，緩慢打開閥門，使其充氣到IMPa，模型裝填完畢。 S2、壓力軟件設置:打開計算機，將壓力采集軟件，設定端口，連接端口后可以在面板上讀出壓力值。 S3、飽和水并測滲透率:將二維可視填砂模型鋪好砂后，將其放置到支架底座上，將儲油管接到進油端口 13，調節注入壓力，儲聚管接到進聚合物端口 14，儲水管接到進水端口15，按照圖2連接好線路后，打開進水端口 15，使模型飽和水并測滲透率，滲透率用達西公式進行實時計算(流量、天平實時監控)，當滲透率穩定時停止注水； S4、驅替自動分析識別軟件設置:打開軟件，按照標準設定曝光度與焦距值，使圖像最為清晰，打開底部光源8，利用軟件，選取驅替區域，新建實驗項目后打開自動抓圖。 S5、飽和油:關閉進水端口15，調節注入壓力至25kPa，打開進油端口 13，將模型中死體積水從排液端口 12排出，然后將其關閉，進行飽和油操作。整個過程一直保持驅替自動分析識別軟件自動抓圖。 S6、驅替過程:飽和油結束后，調節驅替速度為3m/d，打開進聚合物端口14，將模型導流槽中的死體積油從排液端口 12排出，然后將其關閉，進行驅替實驗。整個過程一直保持驅替自動分析識別軟件自動抓圖。 S7、數據結果分析:將儀器清洗干凈后備用，處理并分析數據。
【文檔編號】G01N15/08GK103983551SQ201410191660
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】馮茹森, 郭擁軍, 曹苗, 周洋, 胡俊, 張新民 申請人:西南石油大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
