一种模拟高温高压有水气藏注CO2实验的装置及方法

本发明涉及油气开发设实验，具体涉及一种模拟高温高压有水气藏注co2实验的装置及方法。

背景技术：

1、注co2提高气藏采收率(co2-egr)和碳封存与利用(ccus)是减缓大气中碳排放的有效手段之一，其基本原理是利用超临界co2密度大于ch4而小于地层水的特征从而达到提高采收率的效果。除此之外，在有水气藏中，地层水矿化度一般较高，由于压力梯度差、浓度差等因素，将导致超临界二氧化碳在地层水层中的扩散会很明显地带走水分，即由超临界二氧化碳将地层水层中的水分蒸出，使得地层水层中的水含量显著下降，所含盐分结晶析出，该过程被称为干化效应。由于干化所产生的结晶，减少咸水层气水界面储层的渗透性，从而可减小有水气藏水侵作用进而提高气藏采收率，从而达到co2封存与利用双赢的作用。

2、在目前的文献中以及现有填砂实验装置及方法中存在很多的缺陷。首先，在实验装置方面，目前所有实验装置功能单一，所测参数较少，并不能够同时满足多种注采方式，注采角度；第二，现有填砂实验装置吴差较大，无法规避岩石与壁面产生的壁面效应，从儿导致流体从壁面窜流；第三，目前现有的装置未考虑流体重力分异和不同地层倾角的影响；第四，现有实验装置多数为两相互驱作用，无法考虑气、水和超临界二氧化碳三相作用；第五，目前现有实验方法无法表征注二氧化碳提高气藏采收率以及过程中水侵的变化和二氧化碳干化盐析三维分布特征等，以及co2对水侵的抑制作用特征等。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明目的在于提供一种模拟高温高压有水气藏注co2实验的装置及方法，不仅可用于探究注co2提高采收率过程co2对水侵抑制作用研究，还可以探究盐析三维分布特征和水侵三维分布特征，其能够根据实际储层情况进行变化，应用范围广。

2、为解决上述至少一个技术问题，本发明提供的技术方案是：

3、提供一种模拟高温高压有水气藏注co2实验的装置，包括第一恒速恒压泵、第二恒速恒压泵、co2容器、甲烷容器、地层水容器、三维填砂模型、数据采集系统、回压阀、回压泵、气液分离器、气量计，其中，三维填砂模型为内部为50×50×50cm的立方中空箱体，其任一内侧面上横向设置有多排等间隔分布的用于设置电阻传感器的传感器座，相邻两排电阻传感器之间横向单排设置有co2进口，使得多排co2进口与多排传感器座形成交替设置；

4、与co2进口所在内侧面相对的内侧面上横向设置有多排等间隔分布的传感器座，且所述相对的内侧面上的传感器座能够与co2进口处于同一水平面；

5、所述相对的内侧面上还等间隔横向设置有多组与传感器座同水平面的流体出口，且流体出口设置在相邻两传感器座之间；

6、三维填砂模型底部交替设置有多排传感器座和多排地层水和甲烷进口；

7、co2进口上连接设置有模拟注入井，流体出口上连接设置有模拟生产井，模拟注入井和模拟生产井均能够与旋转接头相连，使得两者能够通过旋转接头调整各自的井筒角度；

8、第一恒速恒压泵、co2容器依次连接至模拟注入井中，甲烷容器和地层水容器呈并联分布，两者前后均连接至三通阀上，第二恒速恒压泵与呈并联分布的甲烷容器和地层水容器依次连接至地层水和甲烷进口中；

9、数据采集系统与电阻传感器电连接；

10、模拟生产井依次连接有回压阀、气液分离器、气量计，回压泵连接至回压阀。

11、进一步的，每排所述传感器座与每排所述co2进口的数量相等，且co2进口位置对应设置在传感器座正下方。

12、进一步的，所述co2进口的数量为9组，以竖直方向上三组并排且每排三组的形式均匀设置，且co2进口不低于三维填砂模型内部1/4高度；与co2进口共面的传感器座的数量为15组，以竖直方向上五组并排且每排三组的形式均匀设置。

13、进一步的，所述地层水和甲烷进口的数量为9组，以三组并排且每排三组的形式均匀设置，与地层水和甲烷进口共面的传感器座的数量为20，以四组并排且每排五组的形式均匀设置。

14、进一步的，所述流体出口的数量为3组，以并排形式设置，与流体出口共面的传感器座的数量为15组，以竖直方向上五组并排且每排三组的形式均匀设置，且流体出口与共面传感器座最顶部的一排形成同排交替设置。

15、进一步的，所述三维填砂模型内壁上设置有耐温耐压粗糙橡胶层，三维填砂模型外部设置有加热套。

16、进一步的，所述模拟注入井与co2容器之间设置有压力传感器，甲烷容器和地层水容器与地层水和甲烷进口之间设置有压力传感器，回压阀与模拟生产井之间设置有压力传感器。

17、进一步的，所述三维填砂模型外部设置有底座，底座经旋转机构与三维填砂模型相连，使得三维填砂模型能够绕旋转机构转动并定位。

18、进一步的，所述旋转接头可调整与其连接的两段井筒的角度的范围为0-90°。

19、此外，本发明还提供了采用上述装置进行一种模拟高温高压有水气藏注co2实验的方法，包括以下步骤：

20、步骤s1：根据实验区岩石样品的地质分析结果，制备配制模拟岩样和地层水，其中，实验区岩石样品的地质分析结果包括渗透率、孔隙度和岩石颗粒粒径分布；

21、步骤s2：使用模拟岩样进行分层填砂，其中，分层填砂步骤为：制备80～200目的不同粒径石英颗粒，在竖直方向上设置10层，根据地层均质性分布特征进行在填砂模型中依次填砂，填砂过程中预埋每一层对应的电阻传感器，并根据注采比和注入方式预埋好对应层位的模拟注入井和模拟生产井并保持两者连通，之后压实填砂模型；

22、步骤s3：连接整个装置系统，气密性检测后对填砂模型抽真空；

23、步骤s4：调节相关阀门，设置回压泵压力为目标气藏压力，向填砂模型注入甲烷至气藏压力并保持恒定，之后关闭阀门密封填砂模型并监测温度、压力、电阻率数据；

24、步骤s5：调节相关阀门，在气藏压力下向填砂模型内部注入地层水直至底水高度达到实验所需高度，之后停止注入并保持恒压；

25、步骤s6：调节相关阀门，在气藏压力下注入co2进行驱替实验，记录实验数据，其中，实验数据包括温度、压力、气体流量、电阻率，并对气液分离器中的气体采样分析组分，分析得出含水规律；

26、步骤s7：实验结束后排出地层水，将填砂模型内部压实砂体纵向分为每层5cm的砂层共10层，将每一层均匀分为体积为5×5×5cm的网格共100个，由上到下提取每一层中每一个网格中的砂，对提取到的砂进行烘干、称重，记录网格砂的重量，并与相同体积的同组成砂对比重量，得出每一个网格中的盐含量，结合电阻测试结果，得出不同层位纵向和横向盐分布图。

27、本发明起到的技术效果是：

28、(1)本发明装置功能齐全，所测参数完整，能够实现一注多采，一注一采，多注多采以及不同注采角度和直径水平井等注采方式的准确测试；

29、(2)本发明误差较小，采用粗糙橡胶层作为内壁规避了岩石与壁面产生的壁面效应，而导致的流体从壁面窜流；

30、(3)本发明能够考虑流体重力分异和不同地层倾角的影响，以及考察气、水和超临界二氧化碳三相同时作用情况，应用范围广泛；

31、(4)本发明能够表征注二氧化碳提高气藏采收率以及过程中水侵的变化和二氧化碳干化盐析三维分布特征，以及co2对水侵的抑制作用特征，对驱替实验的考察更加全面，提高了最后分析结果的准确度。