專利名稱：Ct掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬油田合注分層開采試驗(yàn)裝置，具體涉及一種CT掃描非均質(zhì) 模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
CT技術(shù)發(fā)展很快，已作為巖心分析中常規(guī)的測試技術(shù)，廣泛應(yīng)用于巖心描述、巖心 的非均質(zhì)性測定、巖心樣品選擇、裂縫定量分析、在線飽和度的測量、流動實(shí)驗(yàn)研究等方面。 通過對巖石物性進(jìn)行定量和圖象分析，直觀表征巖石的孔隙結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)性、剩余油分布； 對驅(qū)替過程進(jìn)行可視化研究，深刻了解采油機(jī)理、監(jiān)測流體分布與竄流特性、認(rèn)識聚合物驅(qū) 對提高波及體積影響，揭示地層傷害機(jī)理等。利用CT技術(shù)可以得到巖心內(nèi)部流體的飽和度 沿程分布信息，而對于層內(nèi)非均質(zhì)性的研究，利用CT技術(shù)更可直觀的得到每個層內(nèi)的流體 飽和度分布信息，并可進(jìn)一步研究由于重力作用引起的竄流現(xiàn)象。目前關(guān)于非均質(zhì)的研究，分為層內(nèi)和層間非均質(zhì)研究，層間非均質(zhì)的研究方法簡 單，多采用多個并聯(lián)巖心，夾持器和計(jì)量相對簡單。關(guān)于層內(nèi)非均質(zhì)性的研究比較少，目前 的方法是將人造巖心壓制成一個多層模型用環(huán)氧樹脂膠結(jié)作為模擬層內(nèi)非均質(zhì)體系。另一 種方法是用人造巖心壓制成一個多層模型，在巖心夾持器中進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，以研究層內(nèi)非 均質(zhì)體系的驅(qū)油規(guī)律。其缺點(diǎn)是，現(xiàn)有的巖心夾持器具有一個進(jìn)液口和一個出液口，只能測 量注水過程中多層巖心模型整體驅(qū)油效率的變化，而無法實(shí)現(xiàn)分層計(jì)量，不能觀察到層間 竄流現(xiàn)象。并且只能測量整個模型的孔隙度、滲透率和含油飽和度，無法測定各個滲透層的 參數(shù)。因而無法實(shí)現(xiàn)合注分層開采中各油層驅(qū)油效率的評價。另外用環(huán)氧樹脂膠結(jié)作為模 擬層內(nèi)非均質(zhì)體系不能模擬上覆壓力。此外，常規(guī)的巖心夾持器采用的金屬外殼對X射線 的吸收很強(qiáng)，使得X射線“穿不透”金屬外殼，射線硬化造成的“偽影”，這些是影響CT技術(shù) 應(yīng)用于層內(nèi)非均質(zhì)研究的主要因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對非均質(zhì)模型 流體飽和度實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測，并可得到每個層段的飽和度沿程分布，也可觀察層間竄流 現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述的一種CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括CT掃描系統(tǒng)、驅(qū)替系統(tǒng)、 覆壓系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、非均質(zhì)多層巖心夾持器和計(jì)量系統(tǒng)；其中非均質(zhì)多層巖心夾持器 由外殼，橡膠筒，巖心左頂頭，巖心右頂頭，左固定套筒，右固定套筒，左緊固套筒、右緊固套 筒和固定支架構(gòu)成；聚醚醚酮樹脂外殼為圓筒狀，橡膠筒置于外殼內(nèi)部，與外殼同軸心；多層巖心模 型位于橡膠筒內(nèi)空腔中；巖心左頂頭，巖心右頂頭可拆卸地抵頂在橡膠筒內(nèi)、多層巖心模 型的兩端，其形狀和尺寸與橡膠筒內(nèi)壁相符，橡膠筒的內(nèi)壁與巖心左頂頭和巖心右頂頭之間形成容納多層巖心模型的巖心容室；左固定套筒和右固定套筒，分別套設(shè)在巖心左頂頭 和巖心右頂頭上，左固定套筒和右固定套筒外周與外殼兩端通過軸向圍壓密封圈連接；橡 膠筒外壁，左固定套筒和右固定套筒和外殼內(nèi)壁之間形成一密閉環(huán)形圍壓空間；左緊固套 筒和右緊固套筒分別套設(shè)在巖心左頂頭和巖心右頂頭上，位于左固定套筒和右固定套筒外 側(cè)；外殼上設(shè)有圍壓接口、圍壓排氣孔、圍壓卸壓孔與環(huán)形圍壓空間連通；圍壓接口連通環(huán) 形圍壓空間和覆壓系統(tǒng)；巖心左頂頭中設(shè)有進(jìn)液口通過壓力測量系統(tǒng)連通驅(qū)替系統(tǒng)和巖心 容室，設(shè)有巖心排氣孔連通巖心容室與外界大氣；巖心右頂頭中設(shè)有中層出液口、上層出液 口、下層出液口，連通巖心容室與計(jì)量系統(tǒng)，每個出液口分別對準(zhǔn)一層巖心模型，在巖心右 頂頭上對應(yīng)相鄰兩層巖心模型間的接縫處設(shè)置條形出液口密封墊，以使通過每層巖心模型 的流出液從各層相應(yīng)的出液口流出；固定支架位于外殼下方置于CT掃描系統(tǒng)的移動床上。該多層巖心模型由多個具有不同滲透率的天然、露頭或人造單層巖心組合而成。如上所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，各單層巖心優(yōu)選為形狀相同的長 方體巖心。如上所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，該橡膠筒外部優(yōu)選為正方形，內(nèi) 部具有立方體空腔以容納長方體巖心，其兩端具有圓形接口。如上所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，在多層巖心模型的相鄰兩層巖心 接觸面上可設(shè)置隔離油水的薄膜，即可作為CT掃描層間非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。如上所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，該多層巖心模型可以用單層均質(zhì) 或非均質(zhì)巖心替代。如上所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其中，該單層巖心為圓柱形或長方形。本發(fā)明的有益效果在于，(1)本發(fā)明測試系統(tǒng)中巖心夾持器的外殼采用對X射線 吸收弱的聚醚醚酮樹脂(PEEK)外殼，可以避免傳統(tǒng)金屬外殼在CT掃描中因射線硬化造成 的“偽影”，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。PEEK是一種性能優(yōu)異的特種工程塑料，其耐高溫、機(jī)械性能 優(yōu)異、自潤滑性好、耐化學(xué)品腐蝕、阻燃、具有耐剝離性和耐輻照性、絕緣性穩(wěn)定、耐水解且 易加工，PEEK抗蠕變性能高，其它機(jī)械性能也比較高，PEEK在高溫下，也能保持它的機(jī)械性 能和尺寸，PEEK的介電性能優(yōu)良，在很寬的頻率，溫度，濕度下，都能保持恒定。因此是作為 CT掃描用巖心夾持器的理想外殼材料。( 該系統(tǒng)的巖心夾持器可采用天然的油藏巖心并 施加圍壓，可真實(shí)地模擬層內(nèi)非均質(zhì)油藏的實(shí)際情況。(3)該系統(tǒng)的巖心夾持器通過獨(dú)特的 頂頭設(shè)計(jì)，可以使流經(jīng)各巖心層的液體分別從不同的出口流出，經(jīng)過CT掃描，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時 在線監(jiān)測非均質(zhì)層內(nèi)各個層段流體飽和度的沿程分布，也可觀察到層間竄流現(xiàn)象。(4)該系 統(tǒng)能夠用于測量層內(nèi)非均質(zhì)模型；同時，僅需在相鄰多層巖心模型間設(shè)置隔離油水的薄膜， 即能用來測量層間非均質(zhì)模型，簡化了常規(guī)方法中多個巖心夾持器并聯(lián)的測試裝置。(5)該 系統(tǒng)可適用于單層、多層、圓形和方形巖心模型的CT掃描。(6)該系統(tǒng)可根據(jù)滲透率大小自 由組合單層模型，每個單層的參數(shù)可以單獨(dú)獲得。


圖1為本發(fā)明的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明的非均質(zhì)多層巖心夾持器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中A-A，的剖視圖4為圖2中B-B，的剖視圖；其中1、巖心排氣孔 2、巖心左頂頭 3、左緊固套筒 4、軸向圍壓密封圈 5、 下層進(jìn)液口 6、左固定套筒7、圍壓排氣孔8、外殼9、多層巖心模型10、圍壓卸壓孔 11、固定支架 12、環(huán)形圍壓空間13、橡膠筒 14、出液口密封墊 15、圍壓接口 16、右 固定套筒17、巖心右頂頭18、中層出液口 19、上層出液口 20、右緊固套筒21、下層出 液口 F、CT掃描系統(tǒng)A、驅(qū)替系統(tǒng)B、覆壓系統(tǒng)C、壓力測量系統(tǒng)D、巖心夾持器E、 計(jì)量系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例ICT掃描層內(nèi)非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，層內(nèi)非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)由CT掃描系統(tǒng)F、驅(qū)替系統(tǒng)A、圍壓系統(tǒng)B、 壓力測量系統(tǒng)C、巖心夾持器D和計(jì)量系統(tǒng)E組成。CT掃描系統(tǒng)F可以使用常規(guī)醫(yī)用CT掃描系統(tǒng)，例如GE LightSpeed 8多層螺旋掃 描系統(tǒng)，最小掃描層厚0. 625mm，最大掃描電壓140kV，測量飽和度的精確度為1%。驅(qū)替系統(tǒng)A由兩臺高壓計(jì)量泵組成，可以同時輸送兩種流體，是驅(qū)替的動力源。流 速范圍0. 001-15ml/min，最大壓力70MPa。圍壓系統(tǒng)B由泵組成，例如JB-800泵組，用于給巖心夾持器和巖心加圍壓，模擬上 覆壓力。最大圍壓70MPa。壓力測量系統(tǒng)C由多個壓力傳感器組成，兩個高壓壓力傳感器量程為70MPa，與 驅(qū)替泵相連，另外還有三個低壓力傳感器，用于測量巖心兩端壓力，量程分別為0. 05MPa, 0. 5MPa，5MPa。精度為 0.25%。計(jì)量系統(tǒng)E記錄每層的見水時間、見水時的累積產(chǎn)油量和累積產(chǎn)液量。其中，巖心夾持器D是為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的用于CT掃描的非均質(zhì)多層巖 心夾持器，請參照圖2、3和4，一種用于CT掃描的非均質(zhì)多層巖心夾持器由外殼8，橡膠筒 13，巖心左頂頭2，巖心右頂頭17，左固定套筒6，右固定套筒16，左緊固套筒3、右緊固套筒 20和固定支架11構(gòu)成；聚醚醚酮樹脂外殼8為圓筒狀，橡膠筒13置于外殼8內(nèi)部，與外殼8同軸心；多層 巖心模型9位于橡膠筒13內(nèi)空腔中；巖心左頂頭2，巖心右頂頭17可拆卸地抵頂在橡膠筒 13內(nèi)、多層巖心模型9的兩端，其形狀和尺寸與橡膠筒13內(nèi)壁相符，橡膠筒13的內(nèi)壁與巖 心左頂頭2和巖心右頂頭17之間形成容納多層巖心模型9的巖心容室；左固定套筒6和右 固定套筒16，分別套設(shè)在巖心左頂頭2和巖心右頂頭17上，左固定套筒6和右固定套筒16 外周與外殼8兩端通過軸向圍壓密封圈4連接；橡膠筒13外壁，左固定套筒6和右固定套 筒16和外殼8內(nèi)壁之間形成一密閉環(huán)形圍壓空間12 ；左緊固套筒3和右緊固套筒20分別 套設(shè)在巖心左頂頭2和巖心右頂頭17上，位于左固定套筒6和右固定套筒16外側(cè)；外殼8 上設(shè)有圍壓接口 15、圍壓排氣孔7、圍壓卸壓孔10與環(huán)形圍壓空間12連通；圍壓接口 15連 通環(huán)形圍壓空間12和覆壓系統(tǒng)B ；巖心左頂頭2中設(shè)有進(jìn)液口 5通過壓力測量系統(tǒng)C連通 驅(qū)替系統(tǒng)A和巖心容室，設(shè)有巖心排氣孔1連通巖心容室與外界大氣；巖心右頂頭17中設(shè) 有中層出液口 18、上層出液口 19、下層出液口 21，連通巖心容室與計(jì)量系統(tǒng)E，每個出液口分別對準(zhǔn)一層巖心模型，在巖心右頂頭17上對應(yīng)相鄰兩層巖心模型間的接縫處設(shè)置條形 出液口密封墊14，以使通過每層巖心模型的流出液從各層相應(yīng)的出液口流出；固定支架11 位于外殼8下方置于CT掃描系統(tǒng)F的移動床上。實(shí)施例2層內(nèi)非均質(zhì)模型水驅(qū)油效率CT掃描評價實(shí)驗(yàn)首先取三個采自不同深度的天然油藏巖心，制成相同規(guī)格的長方體單層巖心模 型。分別測定各單層巖心模型的孔隙度和空氣滲透率；將各單層巖心飽和地層水，分別測定 水相滲透率；隨后分別對各單層巖心進(jìn)行油驅(qū)水，達(dá)到束縛水狀態(tài)后測定油相的有效滲透 率并計(jì)算各單層巖心的束縛水飽和度。將含有束縛水的各層巖心按照反韻律排列放入實(shí)施例1所述系統(tǒng)的巖心夾持器 的巖心容室中；固定巖心夾持器的巖心上、下頂頭和上、下固定套筒。將圍壓接口連接到圍 壓泵上，將巖心夾持器放入CT掃描系統(tǒng)中[例如采用GE Light Speed 8多層螺旋掃描系統(tǒng) (醫(yī)用CT)，最小掃描層厚0. 625mm,最大掃描電壓140kV，測量飽和度的精確度為1 % ]。啟 動圍壓泵加圍壓0 35MPa。以0 lOml/min的速度對巖心進(jìn)行水驅(qū)油操作。準(zhǔn)確記錄每 層的見水時間、見水時的累積產(chǎn)油量、累積產(chǎn)液量、巖樣兩端的驅(qū)替壓差以及上述參數(shù)在見 水后隨時間的變化量，綜合含水率達(dá)到99. 95%時結(jié)束實(shí)驗(yàn)。利用CT掃描系統(tǒng)，可對流體飽 和度實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測，并可得到每個單層的飽和度沿程分布，也可觀察到層間竄流現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括CT掃描系統(tǒng)、驅(qū)替系統(tǒng)、覆壓系統(tǒng)、壓力測 量系統(tǒng)、非均質(zhì)多層巖心夾持器和計(jì)量系統(tǒng)；其中非均質(zhì)多層巖心夾持器由外殼，橡膠筒， 巖心左頂頭，巖心右頂頭，左固定套筒，右固定套筒，左緊固套筒、右緊固套筒和固定支架構(gòu) 成；其特征在于非均質(zhì)多層巖心夾持器的聚醚醚酮樹脂外殼為圓筒狀，橡膠筒置于外殼內(nèi)部，與外殼 同軸心；多層巖心模型位于橡膠筒內(nèi)空腔中；巖心左頂頭，巖心右頂頭可拆卸地抵頂在橡 膠筒內(nèi)、多層巖心模型的兩端，其形狀和尺寸與橡膠筒內(nèi)壁相符，橡膠筒的內(nèi)壁與巖心左頂 頭和巖心右頂頭之間形成容納多層巖心模型的巖心容室；左固定套筒和右固定套筒，分別 套設(shè)在巖心左頂頭和巖心右頂頭上，左固定套筒和右固定套筒外周與外殼兩端通過軸向圍 壓密封圈連接；橡膠筒外壁，左固定套筒和右固定套筒和外殼內(nèi)壁之間形成一密閉環(huán)形圍 壓空間；左緊固套筒和右緊固套筒分別套設(shè)在巖心左頂頭和巖心右頂頭上，位于左固定套 筒和右固定套筒外側(cè)；外殼上設(shè)有圍壓接口、圍壓排氣孔、圍壓卸壓孔與環(huán)形圍壓空間連 通；圍壓接口連通環(huán)形圍壓空間和覆壓系統(tǒng)；巖心左頂頭中設(shè)有進(jìn)液口，通過壓力測量系 統(tǒng)連通驅(qū)替系統(tǒng)和巖心容室，設(shè)有巖心排氣孔連通巖心容室與外界大氣；巖心右頂頭中設(shè) 有中層出液口、上層出液口、下層出液口，連通巖心容室與計(jì)量系統(tǒng)，每個出液口分別對準(zhǔn) 一層巖心模型，在巖心右頂頭上對應(yīng)相鄰兩層巖心模型間的接縫處設(shè)置條形出液口密封 墊，以使通過每層巖心模型的流出液從各層相應(yīng)的出液口流出；固定支架位于外殼下方置 于CT掃描系統(tǒng)的移動床上；該多層巖心模型由多個具有不同滲透率的天然、露頭或人造單層巖心組合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的各單層巖 心為形狀相同的長方體巖心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述橡膠筒外部 為正方形，內(nèi)部具有長方體空腔以容納長方體巖心，其兩端具有圓形接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于在所述多層巖心 模型的相鄰兩層巖心接觸面上設(shè)置隔離油水的薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述的多層巖心 模型用單層均質(zhì)或非均質(zhì)巖心替代。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的單層巖心 為圓柱形或長方形。
7.—種權(quán)利要求1所述的CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于用于層內(nèi) 非均質(zhì)模型水驅(qū)油效率CT掃描評價實(shí)驗(yàn)首先取三個采自不同深度的天然油藏巖心，制成相同規(guī)格的長方體單層巖心模型；分 別測定各單層巖心模型的孔隙度和空氣滲透率；分別測定各單層巖心飽和地層水水相滲透 率；隨后分別對各單層巖心進(jìn)行油驅(qū)水，達(dá)到束縛水狀態(tài)后測定油相的有效滲透率并計(jì)算 各單層巖心的束縛水飽和度；將含有束縛水的各層巖心按照反韻律排列放入巖心夾持器的 巖心容室中；固定巖心夾持器的巖心左、右頂頭和左、右固定套筒；將圍壓接口連接到圍壓 泵上，將巖心夾持器放入CT掃描系統(tǒng)中，最小掃描層厚0. 625mm,最大掃描電壓140kV，測量 飽和度；啟動圍壓泵加圍壓0 35MPa，以0 lOml/min的速度對巖心進(jìn)行水驅(qū)油操作，準(zhǔn) 確記錄每層的見水時間、見水時的累積產(chǎn)油量、累積產(chǎn)液量、巖樣兩端的驅(qū)替壓差以及上述參數(shù)在見水后隨時間的變化量；綜合含水率達(dá)到99. 95%時結(jié)束實(shí)驗(yàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種CT掃描非均質(zhì)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括CT掃描系統(tǒng)、驅(qū)替系統(tǒng)、覆壓系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、非均質(zhì)多層巖心夾持器和計(jì)量系統(tǒng)；其中非均質(zhì)多層巖心夾持器由外殼，橡膠筒，巖心左頂頭，巖心右頂頭，左固定套筒，右固定套筒，左緊固套筒、右緊固套筒和固定支架構(gòu)成；巖心右頂頭上設(shè)置多個出液口，每個出液口分別對準(zhǔn)一層巖心模型，在巖心右頂頭上對應(yīng)相鄰兩層巖心模型間的接縫處設(shè)置條形出液口密封墊，以使通過每層巖心模型的液流從各層相應(yīng)的出液口流出，從而實(shí)現(xiàn)層內(nèi)非均質(zhì)水驅(qū)油分層計(jì)量，通過CT掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測非均質(zhì)層內(nèi)各個層段流體飽和度的沿程分布，觀察到層間竄流現(xiàn)象。
文檔編號G01N23/04GK102095740SQ20101061069
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者嚴(yán)守國, 劉慶杰, 呂偉峰, 張祖波, 羅蔓莉 申請人:中國石油天然氣股份有限公司