一种页岩储层条件下气液协同渗吸实验装置及其实验方法与流程

本发明涉及油气开采，尤其涉及一种页岩储层条件下气液协同渗吸实验装置及其实验方法。

背景技术：

1、近年来，页岩油等非常规难采储量油藏在我国油气资源勘探开发领域中的地位越来越重要。但是此类油藏由于超低渗透率、低孔隙度的特征，导致开采难度高，采收率较低。研究表明，渗吸是提高致密油藏原油采出程度的重要的机制，渗吸介质包括压裂液、气体及表面活性剂溶液等。页岩油等非常规油藏开发过程中通过注入压裂液压裂地层提供高速渗流通道；通过注入co2等气体，补充地层能量，利用萃取作用及溶解作用对原油进行置换及降粘；通过注入表面活性剂对微纳孔隙中的原油进行渗吸置换，提高原油产量和采收率。因此非常规油藏开采过程中注入气体及表面活性剂的协同渗吸提采效果的定量表征对非常规页岩油藏开发效果具有重要意义。

2、中国专利cn115992700a提出了一种模拟低渗致密油藏“压-焖-排-采”的实验装置和方法，模拟低渗致密油藏压裂后水油动态渗吸置换过程，通过收集排出液体，能得到不同条件下渗吸过程中油水渗吸置换的分布状况及效果，但是实验仪器只能涉及到置换渗吸过程的模拟，无法考虑前期气体提采过程，且依靠油水分离计量渗吸量的方法误差较大。

3、中国专利cn115901573a提供了一种岩心渗吸器、模拟裂缝流体压力渗吸实验装置及实验方法，能模拟储层真实条件，进行渗吸、反排过程的模拟，但是仪器多，操作复杂，且无法模拟气体注入过程。

4、中国专利cn113820249a公开了一种基于渗吸核磁共振评价沉积物润湿性的装置和方法，利用在线核磁技术对多种压力及温度条件下岩心中压裂液赋存及运移规律，以及润湿性评价进行表征，此发明能利用在线核磁技术进行岩心t2图谱的动态测试，但是也没有考虑气体与压裂液协同作用的模拟。

5、总结上述现有的技术手段，存在以下问题：

6、(1)常用的计量方法存在渗吸瓶体积渗吸法及天平的称重法，只能直观的看到渗吸的结果，不能分析岩心内部流体运动的规律，且无法模拟地下真实压裂焖井的高温高压条件；另一常用方法为核磁共振t2图谱法，在测试过程中岩心要经历从高压到常压的过程，存在较大的误差；

7、(2)数值模拟方法可研究注入气体类型、注入方法、注入轮次、注入速度、温度、压力、表面活性剂性质等对提采程度的影响，该方法的数学模型是基于理想化的条件建立的，且构建的岩心模型简单，无法代替实际的岩心结构特征；

8、(3)渗吸过程中，岩心内部有机质的含量和类型、岩心中的矿物成分、岩心晶体结构以及岩心的含水率，对页岩油赋存、运移及岩心物理、化学特性都有重要影响，现有试验方法无法对渗吸过程中岩心的物性参数变化进行监测。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种页岩储层条件下气液协同渗吸实验装置及实验方法，旨在用于研究注气结合注液提采过程中岩心采出程度及岩心内各尺寸孔隙原油动用规律及特征的室内模拟模型。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种页岩储层条件下气液协同渗吸实验装置，该装置包括：反应釜、热油炉、供液单元、注液单元、核磁共振仪和数据监测单元，核磁共振仪可对反应釜内进行核磁图谱检测，反应釜设置在热油炉的加热腔内，供液单元和注液单元均与反应釜内侧相互连通，供液单元可对反应釜内提供气体、原油或对反应釜进行抽真空，注液单元可对反应釜内提供表面活性剂，反应釜内能够放置岩心，核磁共振仪与数据监测单元信号连接。

3、在一些实施方式中，还包括拉曼测试单元，拉曼测试单元的测试端与反应釜内侧连通，拉曼测试单元能够对反应釜内的岩心进行拉曼光谱测量，拉曼测试单元与数据监测单元信号连接。

4、在一些实施方式中，还包括电导率测试单元，电导率测试单元的测试端与反应釜内侧连通，电导率测试单元能够对反应釜内的岩心进行含水率测量，电导率测试单元与数据监测单元信号连接。

5、在一些实施方式中，供液单元包括储气中间容器、储油中间容器、驱替泵和真空泵，储气中间容器的出口与反应釜顶部开口连通，储油中间容器的出口与反应釜顶部开口连通，驱替泵的出口通过多通阀门可选择性地分别与储气中间容器的入口和储油中间容器的入口连通，真空泵与反应釜顶部开口连通。

6、在一些实施方式中，注液单元包括表面活性剂中间容器，所述表面活性剂中间容器的出口与反应釜顶部开口连通，驱替泵的出口通过多通阀门可选择性地与表面活性剂中间容器的入口连通。

7、第二方面，本发明还提供了一种基于上述实验装置的实验方法，该实验方法包括如下步骤：

8、步骤一、将岩心放入反应釜，通过供液单元对反应釜抽真空，利用电导率测试单元和拉曼测试单元分别测量岩心含水率及拉曼光谱，记录数据；

9、步骤二、通过供液单元向反应釜内注入原油，加压并饱和油；

10、步骤三、排出反应釜内的原油，清洗干净后，利用拉曼测试单元测量岩心的拉曼光谱，记录数据；

11、步骤四、开启热油炉对反应釜进行加热，供液单元向反应釜内通入气体并加压，保持一定时间后，排出气体泄压，气体加压和泄压期间通过核磁共振仪对反应釜进行核磁t2图谱测试，同时通过拉曼测试单元对岩心进行拉曼光谱测量，记录数据；

12、步骤五、重复步骤四，完成目标轮次的气体吞吐；

13、步骤六、气体吞吐结束后，注液单元将表面活性剂注入反应釜内，并使反应釜内加压至地层压力，热油炉加热反应釜至油藏温度，通过核磁共振仪对反应釜进行核磁t2图谱测试，通过电导率测试单元和拉曼测试单元分别对岩心进行含水率和拉曼光谱测量，记录数据；

14、步骤七、渗吸结束后，排出反应釜内液体，分析数据。

15、第三方面，本发明还提供另一种基于上述实验装置的实验方法，该实验方法包括如下步骤：

16、步骤一、将岩心放入反应釜，通过供液单元对反应釜抽真空，利用电导率测试单元和拉曼测试单元分别测量岩心含水率及拉曼光谱，记录数据；

17、步骤二、通过供液单元向反应釜内注入原油，加压并饱和油；

18、步骤三、排出反应釜内的原油，清洗干净后，利用拉曼测试单元测量岩心的拉曼光谱，记录数据；

19、步骤四、开启热油炉对反应釜进行加热，供液单元向反应釜内通入气体并保持一定压力，通过供液单元提供的气体对反应釜内的岩心原油进行持续置换，在置换的不同时刻，通过核磁共振仪对反应釜进行核磁t2图谱测试，同时通过拉曼测试单元对岩心进行拉曼光谱测量，记录数据；

20、步骤五、气体置换结束后，注液单元将表面活性剂注入反应釜内，并使反应釜内加压至设定压力进行表面活性剂渗吸，在渗吸的不同时刻，通过核磁共振仪对反应釜进行核磁t2图谱测试，通过电导率测试单元和拉曼测试单元分别对岩心进行含水率和拉曼光谱测量，记录数据；

21、步骤六、渗吸结束后，排出反应釜内液体，分析数据。

22、上述实验装置中，拉曼测试单元为拉曼散射光谱仪，其中包括激光器、光谱仪、入射光纤和接受光纤，入射光纤的入射端正对反应釜内的岩心表面，接受光纤的接收端正对反应釜内的岩心表面，激光器发出激光通过入射光纤入射至岩心表面，散射后的光信号通过接受光纤入射至光谱仪内。

23、上述实验装置中，电导率测试单元为电导仪，电导仪的控制端通过导线与反应釜内的岩心表面电性连接。

24、上述实验装置中，核磁共振仪为在线核磁共振仪。

25、在一些实施方式中，上述两种方法中，分析数据包括计算不同时刻岩心内原油采出程度，其计算方法为：

26、

27、式中：r1——渗吸采收率，％；a1——剩余原油t2核磁曲线与x轴所围面积，无因次；a2——原始饱和油t2核磁曲线与x轴所围面积，无因次。

28、在一些实施方式中，上述两种方法中，分析数据包括计算不同尺寸孔隙原油动用程度，其计算方法为：

29、由于核磁t2图谱中弛豫时间越大，代表对应孔隙尺寸越大，则可以利用页岩弛豫时间进行孔隙类型划分，分别为微孔(t2弛豫时间＜0.1ms)、小孔(0.1ms＜t2弛豫时间＜1ms)、中孔(1ms＜t2弛豫时间＜10ms)、大孔(t2弛豫时间＞10ms)，分别计算各尺寸孔隙动用程度，计算方法为：

30、

31、式中：i——不同孔隙类型，包括微孔、小孔、中孔、大孔，无因次；ri——i类型孔隙渗吸采收率，％；ai1——i类型孔隙剩余原油t2核磁曲线与x轴所围面积，无因次；ai2——原始饱和油t2核磁曲线与x轴所围面积，无因次。

32、在一些实施方式中，上述两种方法中，分析数据包括计算不同时刻岩心内含水率，计算方法为：

33、实验结束后将岩心烘干并称重m，在表面活性剂中浸泡不同时刻ti，使用电导仪测试岩心电导率σi，取出岩心擦拭表面并测试质量mi，通过质量法计算ti时刻岩心含水率wi，计算方法为：

34、

35、式中：mi——ti时刻的质量，g；m——岩心干重，g；

36、拟合含水率wi与岩心电导率σi关系，常见线性函数拟合，也可见其他函数关系：

37、wi＝a*σi+b

38、式中：a——常数，由拟合得到；b——常数，由拟合得到。

39、在高温高压渗吸实验过程中不同时刻测试得到对应的电导率σi，利用wi与σi关系可计算得到对应的岩心含水率wi。

40、本发明的实验装置及实验方法相对于现有技术具有以下有益效果：

41、本发明能够实现现场储层开发的真实过程模拟，并对气体-表面活性剂协同渗吸效果进行评价。本发明具有测量准确、模拟开发过程全面、可重复、模拟条件多样、仪器简单、操作简易等特点。通过对实际开采中注入气体提采及注入压裂液渗吸提采过程的模拟，为致密储层及低渗透储层等原油提采提供理论依据。