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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，包括：抽真空系统、气体注入系统、液体注入系统和加热系统。所述加热系统控制实验温度；所述装置通过抽真空系统排出空气干扰；所述气体注入系统从样品罐上部内腔注入气体，当样品罐中压力稳定不变，即样品孔隙压力与样品罐中压力达到平衡；所述液体注入系统从样品罐下部内腔注入液体，而液体注入引起样品罐中压力升高，使用调压阀调节使得样品罐中压力保持不变。当注入的液体与样品接触，进行高压下自发渗吸；当注入液体没有与样品接触，则进行高压下扩散吸附。所述装置可以实现模拟储层高温高压条件下渗吸和扩散吸附，对油气藏压裂改造具有重要意义。
    公开号:CN214334617U
    申请号:CN202120045609.6U
    申请日:2021-01-08
    公开日:2021-10-01
    发明作者:昝友让；于青春
    申请人:China University of Geosciences Beijing；
    IPC主号:G01N15-08
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及水力压裂在油气藏开发技术领域，特别是涉及一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置。
    [n0002] 多级水力压裂技术在常规和非常规油气藏中广泛应用。这一技术在储层中形成微裂缝，减小油、气、水的流动阻力，沟通油、气、水的流动通道，从而可以大大提高生产效率。但对于非常规油气藏来说，水力压裂液的返排率往往低于40％，大量压裂液滞留在储层中将影响其产能。
    [n0003] 自发渗吸是指多孔介质在毛细管力驱动下吸入某种润湿液体的过程。由于非常规油气藏具有低孔隙度、低渗透率的特性，水力压裂液会在较大毛细力作用下进入储层孔隙中且不容易返排，进而堵塞气体运移通道降低其产能。自发渗吸可能是造成大量压裂液滞留在储层中而返排率低的重要机理，研究自发渗吸特征和机理有利于非常规油气藏的成功开发。
    [n0004] 目前，大多数渗吸实验是在常温常压下进行，样品在常温常压下的渗吸规律已经得到很好研究。但在高温高压条件下的渗吸实验研究很少，驱动渗吸发生的毛细力在高温高压条件下会有很大变化，有必要研究和掌握在实际储层条件下的渗吸特征和机理。此外，水力压裂液通过水汽扩散吸附进入储层的量也少有研究分析，滞留在储层中的压裂液通过扩散作用能否消除水锁效应也有待进一步研究分析。
    [n0005] 因此，设计一种模拟储层高温高压条件下的渗吸、扩散吸附实验装置，记录渗吸、扩散吸附过程样品质量变化，对研究储层的自发渗吸、扩散吸附特征和机理具有重要意义。
    [n0006] 本实用新型的目的在于提供一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，利用该装置可以定量、定性地模拟实际储层条件下渗吸过程或者扩散吸附中样品质量随时间变化。
    [n0007] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
    [n0008] 一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，包括：抽真空系统、气体注入系统、液体注入系统和加热系统。所述加热系统控制实验温度；所述装置通过抽真空系统排出空气干扰；所述气体注入系统从样品罐上部内腔注入气体，当样品罐中压力稳定不变，即样品孔隙压力与样品罐中压力达到平衡；所述液体注入系统从样品罐下部内腔注入液体，而液体注入引起样品罐中压力升高，使用调压阀调节使得样品罐中压力保持不变；注入的液体与样品接触，进行高压下自发渗吸；注入液体没有与样品接触，则进行高压下扩散吸附。本实用新型具有以下优点：
    [n0009] 1、本实用新型提供了一种既可以进行多孔介质渗吸实验又可以进行多孔介质扩散吸附实验的实验装置。
    [n0010] 2、本实用新型可以先使用恒温箱调至一定温度模拟储层温度，然后使用气体注入系统使多孔介质的孔隙达到预定气体压力，即模拟气藏储层孔隙压力。再使用液体注入系统从样品罐下部注入液体，样品罐的渗吸、扩散吸附的实验即模拟真实储层状态下的渗吸、扩散吸附。
    [n0011] 图1为本实用新型提出的一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置的结构示意图。
    [n0012] 图中标号所用如下：
    [n0013] 1、气瓶；2、阀门；3、三通阀；4、压力表；5、阀门；6、三通阀；7、锥形瓶；8、高压恒流泵；9、阀门；10、储液罐；11、压力表；12、进液阀门；13、压力表；14、样品罐；15、梯形支架；16、样品；17、湿度计；18、三通阀；19、调压阀；20、阀门；21、压力表；22、真空泵；23、恒温箱。
    [n0014] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
    [n0015] 请参阅图1所示，本实用新型的技术方案提供一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，包括抽真空系统、气体注入系统、液体注入系统和加热系统。
    [n0016] 所述抽真空系统依次由真空泵22、压力表21和阀门20组成。所述气体注入系统依次由高压气瓶1、阀门2、三通阀3、压力表4和阀门5组成。所述液体注入系统依次由锥形瓶7、高压恒流泵8、阀门9、储液罐10、压力表11组成。所述加热系统为恒温箱23，控制实验环境温度。
    [n0017] 恒温箱23内置有样品罐14，样品罐14中放置有不锈钢梯形支架15，用于放置样品16使得样品距离所述样品罐14的下部具有一定高度。样品罐14的罐盖上开设三个接口，右侧接口通过三通阀18分别于调压阀19和抽真空系统连接，调压阀19用于调节样品罐14中压力，抽真空系统从样品罐14的上部内腔排出空气，避免空气对实验干扰；中心接口连接精密湿度计17，用于监测样品罐中湿度变化；左侧接口通过三通阀6分别与压力表13和气体注入系统连接，压力表13用于监测样品罐14的压力变化，其精度为0.01MPa，气体注入系统从样品罐14的上部内腔注入气体压力至特定值，使得样品16处于高压力状态下。
    [n0018] 样品罐14的下部内腔与液体注入系统连接，设定高压恒流泵8的流速，使得锥形瓶7中水以恒定流速进入储液罐10。储液罐10中存在活塞，储液罐10上部为实验液体。由于高压恒流泵8工作，推动储液罐10中活塞向上运动从而压缩实验液体，使得压力表11的值持续增加。当压力表11的值达到监测样品罐14中压力表13的值时，打开进液阀门12使液体注入到样品罐。液体注入引起样品罐14中压力升高，使用调压阀调节使得样品罐14中压力保持初始气体压力特定值。当注入的液体与样品16接触，进行高压下自发渗吸实验；当注入液体没有与样品16接触，则进行高压下扩散吸附实验。
    [n0019] 本实用新型涉及多孔介质渗吸的实验步骤如下：
    [n0020] (1)样品制备：将采集到的岩心制备成直径为2.5cm,长度为1-2cm的圆柱形样品，样品侧面使用环氧树脂进行密封，防止液体或液体蒸发形成水汽从侧面进入样品。样品上表面覆盖一层聚乙烯薄膜，从而尽可能减小水汽从上表面进入。然后，样品放入105℃的烘箱中持续烘干，直到24小时或更长的时间其重量变化不超过0.001g，认为样品完全干燥，称其重量为m0。之后，样品放入真空干燥器中冷却直至实验开始之前。
    [n0021] (2)检测实验仪器气密性：通过气体注入系统向样品罐注入5MPa的甲烷压力，观测样品罐中压力在48小时之后变化情况。若样品罐中压力变化小于0.01MPa，认为实验装置气密性良好。
    [n0022] (3)抽真空处理：通过加热系统设定实验温度为40℃。将干燥样品放入样品罐的梯形支架上，封闭样品罐。使用抽真空系统工作0.5小时将样品孔隙、管线和样品罐中空气抽出，防止空气混入影响实验精度。
    [n0023] (4)样品孔隙饱气：气体注入系统向样品罐注入甲烷压力为P0，样品的孔隙逐渐被甲烷填充。当样品罐中压力稳定4小时后，认为样品孔隙和样品罐内甲烷压力达到平衡。即样品孔隙饱和甲烷压力P0。
    [n0024] (5)液体注入：设定高压恒流泵的流量为2mL/min，当压力表P2的读数为P0时，打开进液阀门，使液体通过样品罐的下部进入样品罐(直径3.5cm，高25cm)。持续注入5分钟，样品罐中液体高度高于样品下表面但低于样品上表面，关闭进液阀门。由于液体的注入，样品罐中压力升高，使用调压阀调节样品罐中压力为P0。基于以上实验操作步骤，样品开始在压力为P0下进行自发渗吸。
    [n0025] (6)确定渗吸量：当达到设定时间节点，样品罐中的甲烷缓慢释放出来以减小微裂缝产生的可能性。样品迅速取出称重，确定样品渗吸量为mi。
    [n0026] (7)确定不同时间渗吸量：样品重新放入温度为105℃的烘箱中进行烘干，直到重量为m0。重复实验步骤(3)、(4)、(5)和(6)，确定下一个时间节点的渗吸量mi+1，直至实验结束。
    [n0027] 本实用新型涉及多孔介质扩散吸附的实验步骤如下：
    [n0028] (1)样品制备：将采集到的岩心制备成直径为2.5cm,长度为1-2cm的圆柱形样品，样品侧面使用环氧树脂进行密封，防止液体或液体蒸发形成水汽从侧面进入样品。样品上表面覆盖一层聚乙烯薄膜，从而尽可能减小水汽从上表面进入。然后，样品放入105℃的烘箱中持续烘干，直到24小时或更长的时间其重量变化不超过0.001g，认为样品完全干燥，称其重量为m0。之后，样品放入真空干燥器中冷却直至实验开始之前。
    [n0029] (2)检测实验仪器气密性：通过气体注入系统向样品罐注入5MPa的甲烷压力，观测样品罐中压力在48小时之后变化情况。若样品罐中压力变化小于0.01MPa，认为实验装置气密性良好。
    [n0030] (3)抽真空处理：通过加热系统设定实验温度为40℃。将干燥样品放入样品罐的梯形支架上，封闭样品罐。使用抽真空系统工作0.5小时将样品孔隙、管线和样品罐中空气抽出，防止空气混入影响实验精度。
    [n0031] (4)样品孔隙饱气：气体注入系统向样品罐注入甲烷压力为P0，样品的孔隙逐渐被甲烷填充。当样品罐中压力稳定4小时后，认为样品孔隙和样品罐内甲烷压力达到平衡。即样品孔隙饱和甲烷压力P0。
    [n0032] (5)液体注入：设定高压恒流泵的流量为2mL/min，当压力表P2的读数为P0时，打开进液阀门，使液体通过样品罐的下部进入样品罐(直径3.5cm，高25cm)。持续注入3分钟，样品罐中液体高度仍低于样品下表面，关闭进液阀门。由于液体注入，样品罐中压力升高，使用调压阀调节样品罐中压力为P0。基于以上实验操作步骤，样品开始在压力为P0下进行扩散吸附，并用湿度计记录样品罐中湿度随时间的变化。
    [n0033] (6)确定吸附量：当达到设定时间节点，样品罐中的甲烷缓慢释放出来以减小微裂缝产生的可能性。样品迅速取出称重，确定样品吸附量为mi。
    [n0034] (7)确定不同时间吸附量：样品重新放入温度为105℃的烘箱中进行烘干，直到重量为m0。重复实验步骤(3)、(4)、(5)和(6)，确定下一个时间节点的吸附量mi+1，直至实验结束。
    [n0035] 本实验装置不仅可以实现多孔介质高压下渗吸实验，还可以实现高压下扩散吸附实验，研究在高温高压条件下多孔介质的渗吸、扩散吸附过程和机理。
    [n0036] 以上实施例仅以说明而非限制本实用新型的技术方案，参照上述实施例进行详细的说明，本领域的普通技术人员能够按照实施例进行实验操作。在不改变本实用新型原理和方法上，对实验装置进行局部的替换，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.一种多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于：包括抽真空系统、气体注入系统、液体注入系统和加热系统；所述加热系统控制实验温度；所述抽真空系统从样品罐(14)上部内腔进行抽真空从而排出空气干扰；气体注入系统从样品罐(14)上部内腔注入气体，当样品罐(14)中压力稳定不变，即样品孔隙压力与样品罐(14)中压力达到平衡；使用液体注入系统从样品罐(14)下部内腔注入液体，液体注入引起样品罐(14)中压力升高，使用调压阀调节使得样品罐(14)中压力保持不变；注入的液体与样品接触，进行高压下自发渗吸；注入液体没有与样品接触，则进行高压下扩散吸附。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述样品罐(14)的上部内腔与气体注入系统、抽真空系统、压力表(13)、湿度计(17)和调压阀(19)相连通。
    [0003] 3.根据权利要求2所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述样品罐(14)中内置有梯形支架(15)。
    [0004] 4.根据权利要求3所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述梯形支架(15)用于放置样品(16)，使得样品距离样品罐(14)的下部具有一定高度。
    [0005] 5.根据权利要求1所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述气体注入系统中包括高压气瓶(1)、阀门(2)、三通阀(3)、压力表(4)和阀门(5)；所述液体注入系统中包括锥形瓶(7)、高压恒流泵(8)、阀门(9)、储液罐(10)、压力表(11)和阀门(12)；所述抽真空系统中包括阀门(20)、压力表(21)和真空泵(22)。
    [0006] 6.根据权利要求5所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述锥形瓶(7)中水通过设定恒定流速的高压恒流泵(8)进入到储液罐(10)。
    [0007] 7.根据权利要求6所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述储液罐(10)中含有活塞，活塞上部内置有实验液体；当高压恒流泵(8)工作推动活塞，位于活塞上部实验液体进入到样品罐(14)。
    [0008] 8.根据权利要求1所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述抽真空系统与样品罐(14)的上部内腔连通。
    [0009] 9.根据权利要求1所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述调压阀(19)调节样品罐中压力；当液体注入引起样品罐(14)中压力升高，使用调压阀(19)使得样品罐(14)中压力。
    [0010] 10.根据权利要求1所述的多孔介质渗吸、扩散吸附实验装置，其特征在于，所述加热系统为恒温箱(23)。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
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