專利名稱：一種CO₂驅(qū)油過程中測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置及方法。
背景技術(shù)：
CO2驅(qū)油是最有前途的提高原油采收率(EOR)方法之一。當(dāng)CO2注入油藏之后，會形成許多新的相界面，研究CO2驅(qū)油過程中界面張力變化規(guī)律具有重要的理論和實(shí)踐意義。目前礦場CO2驅(qū)油過程的注入方式主要是氣水交替注入，此時油藏流體中存在三相分別是飽和CO2的地層原油、飽和CO2的地層水和飽和地層原油和地層水的CO2,因此必須考慮CO2的注入對油水界面張力的影響。目前，界面張力的測試方法主要包括毛細(xì)管上升法、最大氣泡法、威廉米吊片法、滴重法和滴體積法、懸滴法、靜滴法和靜泡法。其中懸滴法可以測定高溫高壓條件下的界面張力，而且擁有較為成型的計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算方法。懸滴法是通過測定懸掛在毛細(xì)探針頂部的液滴外形參數(shù),應(yīng)用Bashforth-Adams方程推算出液體的界面張力。屬于這一類的方法雖然不少，但有實(shí)用價值的還是1937年Andreas等提出的選面法,其數(shù)學(xué)模型為γ = Apd^g/H(I)1/H = f ( ds/de)(2)其中de為懸滴液滴的最大直徑,g為重力常數(shù)，Δ P為兩相密度差,ds為選擇面直徑，其定義為在與懸滴頂點(diǎn)垂直距離等于de的地方做最大直徑的平行線，交于液滴外形曲線的長度(如圖1所示)。1/H可由ds/de比值查數(shù)據(jù)表得到。目前研究采用懸滴法測定的界面張力主要集中在油/水、氣/水、油/氣體系，對于CO2驅(qū)油過程中油水界面張力變化規(guī)律沒有特定測定方法，尤其該測定方法必須要反映在油藏條件下CO2注入后對原有油藏油水界面張力的影響?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)中，Daoyong Yang等利用懸滴法研究CO2注入對油水界面張力的影響(Daoyong Yang, Paitoon Tontiwachwuthikul, Yongan Gu.1nterfacial Tensions of theCrude Oil+Reservoir Brine+C02 Systems at Pressures up to 31MPa and Temperaturesof 27°C and 58°C · J. Chem. Eng. Data，2005，50，1242-1249)，但是此方法把CO2 注入前后分為兩個不連續(xù)的步驟，即首先測定不同壓力下原油和地層水的界面張力，這個過程結(jié)束之后，進(jìn)行第二個步驟，重新裝入地層水，在釜內(nèi)地層水上方空間充入CO2，進(jìn)行油水界面張力的測定。這種測定方法一方面不能保證兩個實(shí)驗(yàn)步驟中的所用的油和地層水性質(zhì)相同，增加了實(shí)驗(yàn)的誤差，另一方面，由于兩個步驟的間斷，使得第一個步驟中油水之間的相互作用不能帶入到第二個步驟中，而礦場實(shí)施過程中氣水交替注入是一個連續(xù)的過程，所以此方法不能完全模擬礦場氣水交替注入的方式，進(jìn)而不能準(zhǔn)確反映CO2驅(qū)油過程中油水界面張力變化規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置及方法，模擬油藏條件下CO2注入方式為氣水交替注入時，油水界面張力的變化過程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)CO2注入過程中油水界面張力的變化規(guī)律，提高油藏的開發(fā)效果。本發(fā)明的方法從水驅(qū)到CO2驅(qū)是一個連續(xù)的過程，保持油藏條件不變，可以更好地模擬真實(shí)的礦場實(shí)施情況。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置，所述裝置包括地層原油供給系統(tǒng)1、二氧化碳供給系統(tǒng)8、地層水供給系統(tǒng)14、懸滴室5、光源13、放大攝像系統(tǒng)18和計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)19 ；所述地層原油供給系統(tǒng)I包括原油轉(zhuǎn)樣泵2、原油壓力表3、閥門和原油進(jìn)樣泵4，所述原油轉(zhuǎn)樣泵2的出口通過原油壓力表3、閥門與原油進(jìn)樣泵4的進(jìn)口連通，所述原油進(jìn)樣泵4的出口通過閥門接入懸滴室5 ；所述二氧化碳供給系統(tǒng)8包括二氧化碳手動泵9、二氧化碳容器10、閥門和二氧化碳?xì)馄?1 ;所述二氧化碳手動泵9的出口通過閥門與二氧化碳容器10的入口連通；所述二氧化碳?xì)馄?1通過閥門與二氧化碳容器10的另一個入口連通；二氧化碳容器10的出口通過閥門、二氧化碳壓力表12表接入懸滴室5 ；所述地層水供給系統(tǒng)14包括地層水手動泵15、閥門和地層水容器16，所述地層水手動泵15的出口通過閥門與地層水容器16的入口連通，所述地層水容器16的出口通過地層水壓力表17和閥門接入懸滴室5。所述懸滴室5裝在保溫套6內(nèi)；在所述懸滴室5內(nèi)懸掛有針22 ；在所述懸滴室5上開有相對的兩個視窗7，光源13對準(zhǔn)一個視窗7，放大攝像系統(tǒng)18對準(zhǔn)另一個視窗7，放大攝像系統(tǒng)18與計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)19連接；所述懸滴室5有三個接口，其中頂部的第一接口與地層原油供給系統(tǒng)I連接，下部的第二接口與二氧化碳供給系統(tǒng)8連接，下部的第三接口與地層水供給系統(tǒng)14連接；進(jìn)一步在第三接口分別連接有排空閥20和真空泵21，用于排空或抽真空。一種利用所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置來測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，所述方法首先測定水驅(qū)過程中不同壓力下的油水界面張力，然后保持油藏條件不變，轉(zhuǎn)換為CO2驅(qū)，再測定CO2驅(qū)過程中不同壓力下的油水界面張力，最后對測得的這兩種油水界面張力進(jìn)行對比，獲得CO2注入過程中油水界面張力的變化規(guī)律。所述油藏條件是指油藏溫度和壓力條件。所述方法包括以下步驟(I)CO2驅(qū)之前，測定水驅(qū)過程中油水界面張力，具體包括以下步驟(11)將整個裝置清洗干凈，并對其抽真空；(12)向所述懸滴室內(nèi)注入地層水，然后將懸滴室、原油都加熱到地層溫度，調(diào)整整個裝置的壓力到第一個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的壓力；(13)放置一段時間穩(wěn)定，將原油壓入懸滴室，在探針處形成油滴，并保持一段時間，由放大攝像系統(tǒng)拍下油滴的圖片，根據(jù)油滴的形狀計(jì)算出平衡界面張力；
(14)降低整個裝置的壓力至第二個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的壓力，重復(fù)步驟(13)，完成第二個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的界面張力測試；(15)逐步降低壓力至剩下的各個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)，在各個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)重復(fù)步驟(13)的處理，直至壓力降至泡點(diǎn)壓力以上IMPa，完成最后一個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的界面張力測試。(2)保持油藏條件不變，將水驅(qū)轉(zhuǎn)為CO2驅(qū)，具體包括以下步驟(21)結(jié)束水驅(qū)，控制CO2的注入壓力與懸滴室內(nèi)的壓力相等，并在整個步驟⑵中始終保持該壓力恒定；(22)向懸滴室內(nèi)注入CO2,當(dāng)CO2進(jìn)入懸滴室內(nèi)并使懸滴室排出40mL的地層水之后結(jié)束轉(zhuǎn)注過程；通過步驟(2)保證了油藏條件不變。(3)測定CO2驅(qū)過程中油水界面張力，具體包括以下步驟(31)步驟⑵完成后，重復(fù)步驟(I)中的步驟(13)；(32)將CO2充入懸滴室，提高整個裝置的壓力至第二個CO2驅(qū)壓力測試點(diǎn)，重復(fù)步驟(I)中的步驟(13)；(33)繼續(xù)將CO2充入懸滴室，逐步提高整個裝置的壓力至各個剩下的CO2驅(qū)壓力測試點(diǎn)，在每個CO2驅(qū)壓力測試點(diǎn)重復(fù)步驟(I)中的步驟(13)，直到壓力覆蓋所有的壓力范圍；(4)整個實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將水驅(qū)過程中不同壓力下油水界面張力和CO2驅(qū)過程中不同壓力下油水界面張力進(jìn)行對比，獲得CO2注入過程中油水界面張力的變化規(guī)律。所述步驟(13)中，每個油滴的保持時間不少于15分鐘，在每個壓力測試點(diǎn)拍攝至少3個油滴。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明可以模擬油藏條件下CO2注入過程中油水界面張力變化過程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)CO2注入過程油水界面張力變化規(guī)律，為油藏的CO2驅(qū)油過程提供數(shù)據(jù)和理論支持。本發(fā)明方法可以測定利用CO2提高石油采收率過程中注入CO2對原油的油水界面張力的影響，得出CO2對油水界面張力的影響，優(yōu)化CO2提高石油采收率礦場方案設(shè)計(jì)，在CO2EOR過程中具有非常重要的應(yīng)用和廣闊的前景。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的懸滴選面法示意圖。圖2是本發(fā)明測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置。圖3是本發(fā)明的方法實(shí)施例中的CO2注入前后油水界面張力變化規(guī)律圖。其中，1、地層原油供給系統(tǒng)；2、原油轉(zhuǎn)樣泵；3、原油壓力表；4、原油進(jìn)樣泵；5懸滴室；6保溫套；7視窗；8 二氧化碳供給系統(tǒng)；9 二氧化碳手動泵；10 二氧化碳容器；11 二氧化碳?xì)馄浚?2 二氧化碳壓力表；13光源；14地層水供給系統(tǒng)；15地層水手動泵；16地層水容器；17地層水壓力表；18放大攝像系統(tǒng)；19計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)；20排空閥；21真空泵；22針。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，測試是在所述裝置中帶有視窗的懸滴室內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，懸滴室的體積為170mL。本發(fā)明的一個具體實(shí)施例如下某油田的地層水礦化度為14224. 2mg/L，該油田的油藏溫度為97. 53°C，地層原油的溶解氣油比為36. 4，泡點(diǎn)壓力為9. 5MPa。為了研究CO2驅(qū)油過程中油水界面張力變化規(guī)律，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下第一步C02驅(qū)之前，測定水驅(qū)過程中油藏條件下的油水界面張力，具體步驟如下(I)用石油醚清洗整個裝置(如圖2所示)，洗凈后用熱氮?dú)獯祾咭猿埓娴氖兔眩?2)對系統(tǒng)抽真空；(3)用原油轉(zhuǎn)樣泵2將配置的地層原油樣品恒壓轉(zhuǎn)入原油進(jìn)樣泵4，確保在這個過程中不脫氣；(4)將地層水引入裝置，然后開始對原油進(jìn)樣泵4和懸滴室5加熱；(5)當(dāng)懸滴室5、原油進(jìn)樣泵4的溫度都達(dá)到設(shè)定溫度(即地層溫度)97. 53°C時，調(diào)整整個裝置的壓力至第一個壓力測試點(diǎn)的壓力41. 287MPa ；(6)放置一段時間穩(wěn)定，用原油進(jìn)樣泵4緩慢將原油壓入懸滴室5，并在探針22處形成小油滴，并保持一段時間，由放大攝像系統(tǒng)拍下油滴圖片，每個油滴保持時間不低于15分鐘，每個壓力點(diǎn)至少拍攝3個油滴，根據(jù)油滴的形狀可計(jì)算出平衡界面張力；(7)降低整個裝置的壓力至第二個壓力測試點(diǎn)的壓力35. 946MPa，重復(fù)步驟(6)的處理，完成此壓力測試點(diǎn)的界面張力測試；(8)逐步降低壓力至剩下的各個壓力測試點(diǎn)(如表I中的第一列所示)，在各個壓力測試點(diǎn)重復(fù)步驟出)的處理，直至壓力降至泡點(diǎn)壓力以上，完成最后一個壓力測試點(diǎn)(10. 863MPa)的界面張力測試。第二步水驅(qū)結(jié)束，轉(zhuǎn)注CO2(I)如圖2所示，將地層水容器16與懸滴室5之間的閥關(guān)閉；(2)控制二氧化碳容器10中的壓力與懸滴室5內(nèi)的壓力相等，即壓力為10. 863MPa，在整個水驅(qū)轉(zhuǎn)CO2驅(qū)的過程中始終保持該壓力恒定；(3)打開二氧化碳容器10與懸滴室5之間的閥門；(4)慢慢打開排空閥20，確保在水驅(qū)轉(zhuǎn)CO2驅(qū)的過程，整個裝置的壓力始終為10. 863MPa，防止脫氣；(5)當(dāng)CO2進(jìn)入懸滴室5排出40mL地層水之后，關(guān)閉排空閥20，轉(zhuǎn)注過程結(jié)束，此時整個裝置的壓力依然是泡點(diǎn)壓力以上IMPa，并且懸滴室5的頂部出現(xiàn)CO2氣頂；第三步測定CO2驅(qū)過程中油藏條件下油水界面張力(I)第二步結(jié)束后，關(guān)閉二氧化碳容器10與懸滴室5之間的閥門，穩(wěn)定一段時間，此時懸滴室的壓力為12. 238MPa(這個壓力比10. 863大，主要是由于在轉(zhuǎn)注CO2的過程中，由于CO2進(jìn)入的時候溫度低，進(jìn)入之后溫度會升高，導(dǎo)致懸滴室內(nèi)壓力增加)，重復(fù)第一步中界面張力的測量步驟(6)；
(2)利用手動泵9將CO2充入懸滴室5，提高整個裝置的壓力至第二個壓力點(diǎn)16. 482MPa 左右；(3)重復(fù)第一步中步驟(6)；(4)繼續(xù)利用手動泵9將CO2充入懸滴室5，逐步提高整個裝置的壓力至各個剩下的壓力測試點(diǎn)，在每個壓力測試點(diǎn)重復(fù)第一步中的步驟出)，直到壓力覆蓋所有的壓力范圍。第四步整個實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將水驅(qū)過程中不同壓力下油水界面張力和CO2驅(qū)過程中不同壓力下油水界面張力進(jìn)行對比，得到的變化數(shù)據(jù)如表I所示(因?yàn)镃O2注入時，經(jīng)過一段穩(wěn)定時間之后才進(jìn)行測定，在這個過程中壓力變化不可控，所以設(shè)計(jì)的壓力與實(shí)際得到的實(shí)驗(yàn)壓力存在偏差，比如設(shè)計(jì)為14MPa，最終經(jīng)過穩(wěn)定可能為16MPa，所以使得壓力點(diǎn)一是不能與前邊對應(yīng)，壓力具體值不可控，為了覆蓋整個范圍，所以使得壓力點(diǎn)個數(shù)也不一樣。)。
權(quán)利要求
1.一種測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置，其特征在于所述裝置包括地層原油供給系統(tǒng)(I)、二氧化碳供給系統(tǒng)(8)、地層水供給系統(tǒng)(14)、懸滴室(5)、光源(13)、放大攝像系統(tǒng)(18)和計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)(19)； 所述地層原油供給系統(tǒng)(I)包括原油轉(zhuǎn)樣泵(2)、原油壓力表(3)、閥門和原油進(jìn)樣泵(4)，所述原油轉(zhuǎn)樣泵(2)的出口通過原油壓力表(3)、閥門與原油進(jìn)樣泵(4)的進(jìn)口連通，所述原油進(jìn)樣泵(4)的出口通過閥門接入懸滴室(5)； 所述二氧化碳供給系統(tǒng)(8)包括二氧化碳手動泵(9)、二氧化碳容器(10)、閥門和二氧化碳?xì)馄?11);所述二氧化碳手動泵(9)的出口通過閥門與二氧化碳容器(10)的入口連通；所述二氧化碳?xì)馄?11)通過閥門與二氧化碳容器(10)的另一個入口連通；二氧化碳容器(10)的出口通過閥門、二氧化碳壓力表(12)表接入懸滴室(5)； 所述地層水供給系統(tǒng)(14)包括地層水手動泵(15)、閥門和地層水容器(16)，所述地層水手動泵(15)的出口通過閥門與地層水容器(16)的入口連通，所述地層水容器(16)的出口通過地層水壓力表(17)和閥門接入懸滴室(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置，其特征在于所述懸滴室(5)裝在保溫套￠)內(nèi)；在所述懸滴室(5)內(nèi)懸掛有針(22)； 在所述懸滴室(5)上開有相對的兩個視窗(7)，光源(13)對準(zhǔn)一個視窗(7)，放大攝像系統(tǒng)(18)對準(zhǔn)另一個視窗(7)，放大攝像系統(tǒng)(18)與計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)(19)連接； 所述懸滴室(5)有三個接口，其中頂部的第一接口與地層原油供給系統(tǒng)(I)連接，下部的第二接口與二氧化碳供給系統(tǒng)(8)連接，下部的第三接口與地層水供給系統(tǒng)(14)連接；進(jìn)一步在第三接口分別連接有排空閥(20)和真空泵(21)，用于排空或抽真空。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置來測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述方法首先測定水驅(qū)過程中不同壓力下的油水界面張力，然后保持油藏條件不變，轉(zhuǎn)換為CO2驅(qū)，再測定CO2驅(qū)過程中不同壓力下的油水界面張力，最后對測得的這兩種油水界面張力進(jìn)行對比，獲得CO2注入過程中油水界面張力的變化規(guī)律。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述油藏條件是指油藏溫度和壓力條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)CO2驅(qū)之前，測定水驅(qū)過程中油水界面張力； (2)保持油藏條件不變，將水驅(qū)轉(zhuǎn)為CO2驅(qū)； (3)測定CO2驅(qū)過程中油水界面張力； (4)整個實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將水驅(qū)過程中不同壓力下油水界面張力和CO2驅(qū)過程中不同壓力下油水界面張力進(jìn)行對比，獲得CO2注入過程中油水界面張力的變化規(guī)律。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述步驟(I)具體包括以下步驟 (11)將整個裝置清洗干凈，并對其抽真空； (12)向所述懸滴室內(nèi)注入地層水，然后將懸滴室、原油都加熱到地層溫度，調(diào)整整個裝置的壓力到第一個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的壓力；(13)放置一段時間穩(wěn)定，將原油壓入懸滴室，在探針處形成油滴，并保持一段時間，由放大攝像系統(tǒng)拍下油滴的圖片，根據(jù)油滴的形狀計(jì)算出平衡界面張力； (14)降低整個裝置的壓力至第二個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的壓力，重復(fù)步驟(13)，完成第二個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的界面張力測試；(15)逐步降低壓力至剩下的各個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)，在各個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)重復(fù)步驟(13)的處理，直至壓力降至泡點(diǎn)壓力以上IMPa，完成最后一個水驅(qū)壓力測試點(diǎn)的界面張力測試。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述步驟(2)具體包括以下步驟 (21)結(jié)束水驅(qū)，控制CO2的注入壓力與懸滴室內(nèi)的壓力相等，并在整個步驟(2)中始終保持該壓力恒定； (22)向懸滴室內(nèi)注入CO2,當(dāng)CO2進(jìn)入懸滴室內(nèi)并使懸滴室排出40mL的地層水之后結(jié)束轉(zhuǎn)注過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述步驟(3)具體包括以下步驟 (31)步驟(2)完成后，重復(fù)步驟⑴中的步驟(13)； (32)將CO2充入懸滴室，提高整個裝置的壓力至第二個CO2驅(qū)壓力測試點(diǎn)，重復(fù)步驟(I)中的步驟(13)； (33)繼續(xù)將CO2充入懸滴室，逐步提高整個裝置的壓力至各個剩下的CO2驅(qū)壓力測試點(diǎn)，在每個CO2驅(qū)壓力測試點(diǎn)重復(fù)步驟(I)中的步驟(13)，直到壓力覆蓋所有的壓力范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的測定油水界面張力變化規(guī)律的方法，其特征在于所述步驟(13)中，每個油滴的保持時間不少于15分鐘，在每個壓力測試點(diǎn)拍攝至少3個油滴。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種CO2驅(qū)油過程中測定油水界面張力變化規(guī)律的裝置及方法，屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域所用測試方法領(lǐng)域。所述方法首先測定水驅(qū)過程中不同壓力下的油水界面張力，然后保持油藏條件不變，轉(zhuǎn)換為CO2驅(qū)，再測定CO2驅(qū)過程中不同壓力下的油水界面張力，最后對測得的這兩種油水界面張力進(jìn)行對比，獲得CO2注入過程中油水界面張力的變化規(guī)律。利用本發(fā)明方法可以模擬油藏條件下CO2注入過程中油水界面張力變化過程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)CO2注入過程油水界面張力變化規(guī)律，為油藏的CO2驅(qū)油過程提供數(shù)據(jù)和理論支持；本發(fā)明方法從水驅(qū)到CO2驅(qū)是一個連續(xù)的過程，保持了油藏條件不變，可以更好地模擬真實(shí)的礦場實(shí)施情況。
文檔編號G01N13/02GK103048247SQ20111031291
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者呂成遠(yuǎn), 倫增珉, 王海濤 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院