CN105134199A - 一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置及方法，该装置由注气系统、加压系统、玻璃箱、图像采集系统组成，可以实现不同上部压力、不同注气压力、不同粒径组合沙粒、不同加沙高度条件下气驱过程中气穴动态压力变化监测和沙粒孔隙间气驱动态流动特征的捕捉。本实验装置结构简单，实验方法便于操作，成本低廉，可实现地层孔隙气驱动态可视化监测。
Description
技术领域
本发明属于石油开采技术领域，具体涉及一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置及方法。
技术背景
石油是工业的血液，是支撑经济持续发展的支柱性能源，我国石油的可持续开发关系到国家的能源安全，对社会经济的稳定运转起到了至关重要的作用。伴随着我国经济的高速发展，社会对石油资源的需求量越来越大。但大部分油田已经进入开发中后期，开采难度越来越大，在考虑环境保护和经济效益的情况下，如何有效提高石油采收率受到了工程师们的广泛关注。注气提高采收率技术是目前工程师们普遍认可的一项经济、环保的开采技术，它的原理在于注入的气体与地层原油之间发生扩散、传质，消除毛管力作用，提高原油的流动性，从而使残余油饱和度降低，达到提高驱油效率的目的。然而，人们对地层空隙中气驱动态流动规律的认识还不够，如何可视化观测地层孔隙中气体驱油动态流动特征是丞待解决的问题。
目前，室内开展的孔隙流动测试主要集中于孔隙度、渗透率的测试，缺乏可视化监测孔隙中气体驱替液体流动的实验装置及方法。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对现有实验装置及方法存在的不足，提出一种可以开展不同上部压力、不同驱替压力条件下可视化实时监测的模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置及方法。为实现上述目的。
本发明采用以下技术方案：
一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置由注气系统、加压系统、玻璃箱、图像采集系统组成。其中注气系统由注气泵、注气测压表、注气阀门和注气管组成，注气泵通过软管与注气管连接至玻璃箱底部，且注气管一端插入玻璃箱底端，在软管上安装有注气测压表，在注气管上安装有注气阀门。加压系统由加压气泵、加压测压表、加压阀门组成，加压气泵通过软管连接至玻璃箱左侧面顶部，软管上安装有加压阀门和加压测压表。玻璃箱中下部放置有固定支撑的滤网，滤网中部的正下方安装有一个压力传感器。玻璃箱的正面右下角和右侧面分别设置一个短标尺和一个长标尺，且两个标尺的零刻度对应于滤网的中部。图像采集系统由高速摄像机和数据处理终端组成，放置于玻璃箱的正前方。
一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置可以提供模拟地层孔隙气驱动态特征的实验方法，通过加沙口向玻璃箱中依次倒入细沙、中沙、粗沙，加沙高度分别记为H3、H4、H5，其中细沙高出滤网顶部H7。然后向玻璃箱中加水，使沙粒全部润湿，且滤网下方充满水，至水面上升高出粗沙顶面H6，此时水面至箱底高度为H1。关闭玻璃箱的加沙口，打开加压阀门，启动加压气泵，使水面上方气体压力升高至P0(P0为根据需要设定的液面压力)，然后关闭加压阀门和加压气泵，并打开注气阀门，启动注气泵。
观察注气测压表，当注气压力大于玻璃箱底部静压力时，气体得以进入玻璃箱，气体经注气管进入玻璃箱后，浮升至滤网下部，受沙粒阻碍在滤网下部聚集形成气穴，此时气穴压力被压力传感器采集，压力值记为Pb。气穴形成后，可记录气穴下方液面至箱底的距离，为H2。当Pb小于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，气穴气体没有足够的压能渗入沙粒，不会发生气驱现象；当Pb大于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，则发生气驱现象。
气驱一旦发生，则通过压力传感器采集气驱过程中气穴压力的动态变化，同时用高速摄像机捕捉气体渗入沙粒至浮升到液面的全过程。
本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：
(1)调节玻璃箱顶部的加压阀门，改变加压气泵的加压时长，可以模拟不同上部压力条件下气驱动态特征；
(2)调节玻璃箱底部的注气阀门，可以模拟不同注气压力条件下气驱动态特征；
(3)本发明可以放置不同粒径组合的沙粒，以模拟不同粒径条件下地层孔隙气驱动态特征实验；
(4)本发明的加沙高度可根据需要调整，其高度可由长标尺读取；
(5)压力传感器和高速摄像机可以实时全程采集气驱过程中气穴压力的变化和气驱动态流动特征。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是本发明玻璃箱的侧视图
图3是本发明的工作示意图
图4是本发明的滤网结构图
图中：1、加沙口；2、玻璃箱；3、粗沙粒；4、中沙粒；5、细沙粒；6、滤网；7、注气管；8、注气阀门；9、注气测压表；10、注气泵；11、加压气泵；12、加压阀门；13、加压测压表；14、短标尺；15、压力传感器；16、高速摄像机；17、数据处理终端；18、长标尺。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。
如图1所示，一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置由注气系统、加压系统、玻璃箱、图像采集系统组成。其中注气系统由注气泵10、注气测压表9、注气阀门8和注气管7组成，注气泵10通过软管与注气管7连接至玻璃箱2底部，且注气管7一端插入玻璃箱2底端，在软管上安装有注气测压表9，在注气管7上安装有注气阀门8。加压系统由加压气泵11、加压测压表13、加压阀门12组成，加压气泵11通过软管连接至玻璃箱2左侧面顶部，软管上安装有加压阀门12和加压测压表13。玻璃箱2中下部放置有固定支撑的滤网6(见图4)，滤网6中部的正下方安装有一个压力传感器15(见图2、图3)。玻璃箱2的正面右下角和右侧面分别设置一个短标尺14和一个长标尺18，且两个标尺的零刻度对应于滤网6的中部。图像采集系统由高速摄像机16和数据处理终端17组成，放置于玻璃箱2的正前方。
一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置可以提供模拟地层孔隙气驱动态特征的实验方法，如图2、图3所示，通过加沙口1向玻璃箱2中依次倒入细沙5、中沙4、粗沙3，加沙高度分别记为H3、H4、H5，其中细沙5高出滤网6顶部H7。然后向玻璃箱2中加水，使沙粒全部润湿，且滤网6下方充满水，至水面上升高出粗沙3顶面H6，此时水面至箱底高度为H1。关闭玻璃箱2的加沙口1，打开加压阀门12，启动加压气泵11，使水面上方气体压力升高至P0，然后关闭加压阀门12和加压气泵11，并打开注气阀门8，启动注气泵10。
观察注气测压表9，当注气压力大于玻璃箱2底部静压力时，气体得以进入玻璃箱2，气体经注气管7进入玻璃箱2后，浮升至滤网6下部，受沙粒阻碍在滤网6下部聚集形成气穴(见图3)，此时气穴压力被压力传感器15采集，压力值记为Pb。气穴形成后，可记录气穴下方液面至箱底的距离，为H2。当Pb小于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，气穴气体没有足够的压能渗入沙粒，不会发生气驱现象；当Pb大于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，则发生气驱现象。
气驱一旦发生，则通过压力传感器15采集气驱过程中气穴压力的动态变化，同时用高速摄像机16捕捉气体渗入沙粒至浮升到液面的全过程。
实施例：
关闭注气阀门8和加压阀门12，打开加沙口1，通过加沙口1向玻璃箱2中依次倒入细沙5、中沙4、粗沙3，根据长标尺18的读数分别记录细沙5、中沙4、粗沙3的加沙高度为H3、H4、H5，细沙5高出滤网6顶部的高度记为H7。接着，通过加沙口1向玻璃箱2中加水，使沙粒全部润湿，且滤网6下方充满水，直到水面没过粗沙3顶面，记录水面高出粗沙3顶面的高度为H6，此时水面至箱底高度记为H1。
关闭加沙口1，打开加压阀门12，启动加压气泵11，使水面上方气体压力升高。利用加压测压表13可以监测液面上方压力，待液面压力升高到一定值后，关闭加压阀门12和加压气泵11，记录此时液面压力为P0。
布置高速摄像机16，使其正对玻璃箱2，调整视场使得高速摄像机16可捕捉整个玻璃箱2内的变化，连接高速摄像机16至数据处理终端17，并启动高速摄像机16。
打开注气阀门8，启动注气泵10，观察注气测压表9的数值。调节注气阀门8，使注气压力大于玻璃箱2底部静压力，气体得以进入玻璃箱2。气体经注气管7进入玻璃箱2后，浮升至滤网6下部，受沙粒阻碍在滤网6下部聚集形成气穴，此时气穴压力被压力传感器15采集，记录其压力为Pb。气穴形成后，可记录气穴下方液面至箱底的距离为H2，Pb和H2会随着注入气量的增多而不断变化。当Pb小于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，气穴气体没有足够的压能渗入沙粒，不会发生气驱现象；当Pb大于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，则发生气驱现象。
气驱一旦发生，由压力传感器15记录气驱过程中气穴压力的动态变化，同时用高速摄像机16全程记录气体渗入沙粒至浮升到液面的过程。
气体浮升至液面，会在液面上方聚集，使得液面压力增大。通过加压测压表13可监测液面压力的变化。待足够多的气体穿过液面，并在液面上部聚集后，玻璃箱2底部静压力与注气压力达到平衡，不再有气体进入玻璃箱2，气驱过程停止。关闭注气阀门8和注气泵10。
测试结束后，通过分析压力传感器15和加压测压表13记录的压力随时间变化的数据，可以分析气穴压力和液面压力在气驱过程中的动态变化规律。通过高速摄像机16记录的影像，可以分析气驱时气体穿过沙粒孔隙及在液体中浮升的过程。
Claims (2)
1.一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置，其特征在于：由注气系统、加压系统、玻璃箱、图像采集系统组成；注气系统由注气泵(10)、注气测压表(9)、注气阀门(8)和注气管(7)组成，注气泵(10)通过软管与注气管(7)连接至玻璃箱(2)底部，且注气管(7)一端插入玻璃箱(2)底端，在软管上安装有注气测压表(9)，在注气管(7)上安装有注气阀门(8)；加压系统由加压气泵(11)、加压测压表(13)、加压阀门(12)组成，加压气泵(11)通过软管连接至玻璃箱(2)左侧面顶部，软管上安装有加压阀门(12)和加压测压表(13)；玻璃箱(2)中下部放置有固定支撑的滤网(6)，滤网(6)中部的正下方安装有一个压力传感器(15)；玻璃箱(2)的正面右下角和右侧面分别设置一个短标尺(14)和一个长标尺(18)，且两个标尺的零刻度对应于滤网(6)的中部；图像采集系统由高速摄像机(16)和数据处理终端(17)组成，放置于玻璃箱(2)的正前方。
2.如权利要求1所述的一种模拟地层孔隙气驱动态特征的实验装置可以提供模拟地层孔隙气驱动态特征的实验方法，其特征在于：通过加沙口(1)向玻璃箱(2)中依次倒入细沙(5)、中沙(4)、粗沙(3)，加沙高度分别为H3、H4、H5，其中细沙(5)高出滤网(6)顶部H7；然后向玻璃箱(2)中加水，使沙粒全部润湿，且滤网(6)下方充满水，至水面上升高出粗沙(3)顶面H6，此时水面至箱底高度为H1；关闭玻璃箱(2)的加沙口(1)，打开加压阀门(12)，启动加压气泵(11)，使水面上方气体压力升高至设定压力，然后关闭加压阀门(12)和加压气泵(11)，并打开注气阀门(8)，启动注气泵(10)；观察注气测压表(9)，当注气压力大于玻璃箱(2)底部静压力时，气体得以进入玻璃箱(2)，气体经注气管(7)进入玻璃箱(2)后，浮升至滤网(6)下部，受沙粒阻碍在滤网(6)下部聚集形成气穴，气穴压力被压力传感器(15)采集；气穴形成后，可记录气穴下方液面至箱底的距离，为H2；当气穴压力小于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，气穴气体没有足够的压能渗入沙粒，不会发生气驱现象；当气穴压力大于气穴上部沙粒与水体构成的上覆压力时，则发生气驱现象；气驱一旦发生，则通过压力传感器(15)采集气驱过程中气穴压力的动态变化，同时用高速摄像机(16)捕捉气体渗入沙粒至浮升到液面的全过程。
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