CN111287715A - 一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，包括模拟室、恒温箱、第一加压泵、第一压力传感杆、第二加压泵、第二压力传感杆、第三加压泵、第三压力传感杆、CH₄气瓶、CO₂气瓶、第一导管、漏斗、注液管、排液管、液体容器、第二导管、第三导管、石油萃取瓶、第四导管、气体分析仪、第五导管、第六导管、第七导管、石灰水溶液瓶、第八导管及电子天平，该系统能够模拟二氧化碳置换法不同地质背景下油气的开发效率及效果。

Description

一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统

技术领域

本发明属于石油天然气开发技术领域，涉及一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统。

背景技术

石油天然气作为国家重要的战略能源，在国家经济发展中具有重要的意义。近年来，非常规天然气包括煤层气、页岩气等在国内也发展迅速，石油天然气高效的开采利用可以有效地缓解能源紧张。CO₂作为温室气体，大规模的排放会造成严重的环境破坏，造成气温升高，海平面上升。通过CO₂置换和驱替石油天然气，可以有效地降低石油的粘度，置换天然气，提高油气产收率，另外，通过驱替和置换石油天然气还可以把二氧化碳水合物永久封存在地下储层中，是一种可行的减少CO₂排放的方法。二氧化碳驱替和置换油气的优势在于：二氧化碳注入到地层中，可以提高油气层的能量，降低石油的粘度，有利于石油在地层中的流动。二氧化碳对页岩、煤岩的吸附能力大于甲烷，当注入二氧化碳时，可有效地提高CH₄置换效率，提高天然气的产量。一方面随着温室气体减排压力的增加，二氧化碳注入地层中驱替和置换油气，可减少大气中二氧化碳的排放，并保持了油气储层的稳定性，兼具环保价值和经济价值。

目前，二氧化碳应用于油气的开发技术尚不成熟，提高产收率效果受控于不同的油气储层地质背景，不同的天然气在地层中的附存状态差别较大，如石油的粘度、天然气在地层中的赋存状态。不同的地层还具有不同的构造形态，如断裂发育情况，地层倾角等。关于不同油气地层地质背景下二氧化碳置换和驱替效率和效果不明确，不同的油气饱和度和天然气附存状态对氧化碳置换和驱替的置换效果尚没有定量的评价，缺少相关的模拟实验设备。

因此，有必要形成一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的装置及系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，该系统能够模拟二氧化碳置换法不同地质背景下油气的开发效率及效果。

为达到上述目的，本发明所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统包括模拟室、恒温箱、第一加压泵、第一压力传感杆、第二加压泵、第二压力传感杆、第三加压泵、第三压力传感杆、CH₄气瓶、CO₂气瓶、第一导管、漏斗、注液管、排液管、液体容器、第二导管、第三导管、石油萃取瓶、第四导管、气体分析仪、第五导管、第六导管、第七导管、石灰水溶液瓶、第八导管及电子天平；

模拟室位于恒温箱内，模拟室内填充有砂体、泥及断裂板，模拟室顶部的外侧设置有第一压力活塞片，模拟室右侧的外侧设置有第二压力活塞片，模拟室前侧的外侧设置有第三压力活塞片，第一加压泵经第一压力传感杆与第一压力活塞片相连接，第二加压泵经第二压力传感杆与第二压力活塞片相连接，第三加压泵经第三压力传感杆与第三压力活塞片相连接；

CH₄气瓶的出口及CO₂气瓶的出口与第一导管的一端相连通，第一导管的另一端与模拟室左侧面上的入口相连通；

漏斗的出口经注液管与模拟室顶部的入口相连通，模拟室底部的出液口经排液管与液体容器相连通；

模拟室右侧面上的出口经第二导管后分为两路，其中一路经第三导管与石油萃取瓶相连通，另一路经第四导管与气体分析仪的入口相连通，气体分析仪的出口经第五导管与第六导管的入口相连通，第七导管的一端插入于石油萃取瓶中的液体内，第七导管的另一端与第六导管的入口相连通，第六导管的出口插入于石灰水溶液瓶中的液体内，第八导管的入口端插入于石灰水溶液瓶内，石灰水溶液瓶位于电子天平上。

第一导管上设置有第一抽液泵、第一阀门及流量计。

CH₄气瓶的出口处设置有第二阀门，CO₂气瓶的出口处设置有第三阀门，CH₄气瓶的出口经第九导管与第一导管相连通。

注液管上设置有第四阀门。

排液管上设置有第五阀门及第二排液泵。

第三导管上设置有第六阀门。

第四导管上设置有第七阀门。

第七导管上设置有第八阀门。

第八导管上设置有第九阀门。

恒温箱的底部设置有支架。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统在具体操作时，利用恒温箱及各加压活塞片模拟不同地质地层所需的温度及压力条件，依据模拟室内岩石颗粒的排列组合，排列角度和断裂板分布模拟不同实验需求的地层展布状态。根据模拟室内的孔隙分布情况，通过向模拟室内注入石油或甲烷量，以模拟地层中的含油气饱和度。在模拟室内布置符合实际地质条件的地层情况后，向模拟室中注入CO₂气体，通过CO₂气体对石油或甲烷气进行置换驱替，根据石油萃取瓶萃取的石油量或气体分析仪测定的甲烷量及石灰水中计算的CO₂气体量，计算不同条件下的置换驱替效率和效果，以实现模拟二氧化碳置换驱替不同类型油气的目的，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为低倾角地层排列的示意图；

图3为大角度地层及断裂发育地层的示意图。

其中，1为CH₄气瓶、2为CO₂气瓶、3为第二阀门、4为第九导管、5为第三阀门、6为第二抽液泵、7为第一阀门、8为流量计、9为第一导管、10为漏斗、11为第四阀门、12为注液管、13为恒温箱、14为第一加压泵、15为第一压力传感杆、16为第二加压泵、17为第二压力传感杆、18为第三加压泵、19为第三压力传感杆、20为模拟室、21为第三压力活塞片、22为第一压力活塞片、23为第二压力活塞片、24为第五阀门、25为排液管、26为第二抽液泵、27为液体容器、28为第二导管、29为第六阀门、30为第四导管、31为第七阀门、32为气体分析仪、33为第五导管、34为第三导管、35为石油萃取瓶、36为第七导管、37为第八阀门、38为第六导管、39为石灰水溶液瓶、40为电子天平、41为第八导管、42为第九阀门、43为支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统包括模拟室20、恒温箱13、第一加压泵14、第一压力传感杆15、第二加压泵16、第二压力传感杆17、第三加压泵18、第三压力传感杆19、CH₄气瓶1、CO₂气瓶2、第一导管9、漏斗10、注液管12、排液管25、液体容器27、第二导管28、第三导管34、石油萃取瓶35、第四导管30、气体分析仪32、第五导管33、第六导管38、第七导管36、石灰水溶液瓶39、第八导管41及电子天平40；模拟室20位于恒温箱13内，模拟室20内填充有砂体、泥及断裂板，模拟室20顶部的外侧设置有第一压力活塞片22，模拟室20右侧的外侧设置有第二压力活塞片23，模拟室20前侧的外侧设置有第三压力活塞片21，第一加压泵14经第一压力传感杆15与第一压力活塞片22相连接，第二加压泵16经第二压力传感杆17与第二压力活塞片23相连接，第三加压泵18经第三压力传感杆19与第三压力活塞片21相连接；CH₄气瓶1的出口及CO₂气瓶2的出口与第一导管9的一端相连通，第一导管9的另一端与模拟室20左侧面上的入口相连通；漏斗10的出口经注液管12与模拟室20顶部的入口相连通，模拟室20底部的出液口经排液管25与液体容器27相连通；模拟室20右侧面上的出口经第二导管28后分为两路，其中一路经第三导管34与石油萃取瓶35相连通，另一路经第四导管30与气体分析仪32的入口相连通，气体分析仪32的出口经第五导管33与第六导管38的入口相连通，第七导管36的一端插入于石油萃取瓶35中的液体内，第七导管36的另一端与第六导管38的入口相连通，第六导管38的出口插入于石灰水溶液瓶39中的液体内，第八导管41的入口端插入于石灰水溶液瓶39内，石灰水溶液瓶39位于电子天平40上，恒温箱13的底部设置有支架43。

第一导管9上设置有第一抽液泵6、第一阀门7及流量计8；CH₄气瓶1的出口处设置有第二阀门3，CO₂气瓶2的出口处设置有第三阀门5，CH₄气瓶1的出口经第九导管4与第一导管9相连通；注液管12上设置有第四阀门11；排液管25上设置有第五阀门24及第二排液泵26；第三导管34上设置有第六阀门29；第四导管30上设置有第七阀门31；第七导管36上设置有第八阀门37；第八导管41上设置有第九阀门42。

石油萃取瓶35内盛有过量的氯仿，保证石油被完全吸收；石灰水溶液瓶39内盛有过量的石灰水溶液，保证混合气体中的CO₂被完全吸收。

流量计8的量程均为1000ml/min，精度均为0.1ml/min，耐压均为50MPa；各压力传感杆的量程为0-50MPa，测量精度均为0.1MPa；电子天平40的量程为0.00-3000.00g，测量精度为0.01g；排液管25伸入到液体容器27的底部，防止溅出污染。

本发明的具体工作过程为：

1)把不同直径砂岩颗粒和泥岩按实际地层情况在模拟室20内排列，可以调整地层倾角、断裂发育情况，煤岩、页岩和砂岩组合情况，按实际地质温度、压力，调节恒温箱13和第一加压泵14、第二加压泵16、第三加压泵18设置模拟室20的温度和压力条件；

2)关闭第一阀门7、第四阀门11、第六阀门29、第七阀门31，打开第五阀门24，通过第二抽液泵26使模拟室20内部达到真空状态；

3)将盛有过量石灰水溶液的石灰水溶液瓶39置于电子天平40上，并使电子天平40归零；

4)CO₂驱替置换石油模拟时，根据实验设计，打开第四阀门11，通过注入漏斗10及注液管12，利用第二排液泵26，使模拟室20内注入一定量的石油；打开第三阀门5、第一阀门7、第六阀门29、第八阀门37及第九阀门42，利用第一抽液泵6使CO₂注入到模拟室20内，实验收，关闭所有泵及阀门；

5)通过注入石油量和地层特征，分析地层中含油饱和度情况，记录CO₂注入时流量计8的数值，石油萃取瓶35内萃取的石油量，石灰水容器39内测量的数据，可计算CO₂驱替置换石油的效率，评价置换效果；

6)CO₂驱替置换天然气模拟时，根据实验设计，关闭第四阀门11、第五阀门24，打开第二阀门3、第一阀门7、第七阀门31、第九阀门42，利用第一抽液泵6使CH4注入模拟室20内；之后关闭第二阀门3，打开第三阀门5，利用第一抽液泵6使CO₂注入模拟室20内；

7)记录CH₄注入时流量计8数值，通过注入甲烷量和地层特征，分析地层中含气饱和度情况，记录CO₂注入时流量计8数值，气体分析仪32测量的天然气量，石灰水容器39内测量的数据，可计算CO₂驱替置换天然气的效率，评价置换效果；

8)实验完成后，取出模拟室20，关闭各阀门。

Claims (10)

1.一种实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，包括模拟室(20)、恒温箱(13)、第一加压泵(14)、第一压力传感杆(15)、第二加压泵(16)、第二压力传感杆(17)、第三加压泵(18)、第三压力传感杆(19)、CH₄气瓶(1)、CO₂气瓶(2)、第一导管(9)、漏斗(10)、注液管(12)、排液管(25)、液体容器(27)、第二导管(28)、第三导管(34)、石油萃取瓶(35)、第四导管(30)、气体分析仪(32)、第五导管(33)、第六导管(38)、第七导管(36)、石灰水溶液瓶(39)、第八导管(41)及电子天平(40)；

模拟室(20)位于恒温箱(13)内，模拟室(20)内填充有砂体、泥及断裂板，模拟室(20)顶部的外侧设置有第一压力活塞片(22)，模拟室(20)右侧的外侧设置有第二压力活塞片(23)，模拟室(20)前侧的外侧设置有第三压力活塞片(21)，第一加压泵(14)经第一压力传感杆(15)与第一压力活塞片(22)相连接，第二加压泵(16)经第二压力传感杆(17)与第二压力活塞片(23)相连接，第三加压泵(18)经第三压力传感杆(19)与第三压力活塞片(21)相连接；

CH₄气瓶(1)的出口及CO₂气瓶(2)的出口与第一导管(9)的一端相连通，第一导管(9)的另一端与模拟室(20)左侧面上的入口相连通；

漏斗(10)的出口经注液管(12)与模拟室(20)顶部的入口相连通，模拟室(20)底部的出液口经排液管(25)与液体容器(27)相连通；

模拟室(20)右侧面上的出口经第二导管(28)后分为两路，其中一路经第三导管(34)与石油萃取瓶(35)相连通，另一路经第四导管(30)与气体分析仪(32)的入口相连通，气体分析仪(32)的出口经第五导管(33)与第六导管(38)的入口相连通，第七导管(36)的一端插入于石油萃取瓶(35)中的液体内，第七导管(36)的另一端与第六导管(38)的入口相连通，第六导管(38)的出口插入于石灰水溶液瓶(39)中的液体内，第八导管(41)的入口端插入于石灰水溶液瓶(39)内，石灰水溶液瓶(39)位于电子天平(40)上。

2.根据权利要求1所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，第一导管(9)上设置有第一抽液泵(6)、第一阀门(7)及流量计(8)。

3.根据权利要求2所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，CH₄气瓶(1)的出口处设置有第二阀门(3)，CO₂气瓶(2)的出口处设置有第三阀门(5)，CH₄气瓶(1)的出口经第九导管(4)与第一导管(9)相连通。

4.根据权利要求3所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，注液管(12)上设置有第四阀门(11)。

5.根据权利要求4所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，排液管(25)上设置有第五阀门(24)及第二排液泵(26)。

6.根据权利要求5所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，第三导管(34)上设置有第六阀门(29)。

7.根据权利要求6所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，第四导管(30)上设置有第七阀门(31)。

8.根据权利要求7所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，第七导管(36)上设置有第八阀门(37)。

9.根据权利要求8所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，第八导管(41)上设置有第九阀门(42)。

10.根据权利要求1所述的实验模拟二氧化碳置换驱替油气的系统，其特征在于，恒温箱(13)的底部设置有支架(43)。

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