[发明专利]一种测量致密油岩心中超临界二氧化碳置换原油效率的实验装置及方法

权利要求书

1.一种利用测量致密油岩心中超临界二氧化碳置换原油效率的实验装置获取不同地层压力下CO₂置换原油效率的方法，

实验装置包括恒温箱，恒温箱内设有第一中间容器、第二中间容器、岩心夹持器、置换中间容器，第一中间容器内装有原油，第二中间容器内装有CO₂，第一中间容器、第二中间容器均通过管线与驱替泵连接，第一中间容器通过管线与岩心夹持器连接，岩心夹持器用于岩心饱和原油；

第一中间容器、第二中间容器均通过管线与置换中间容器连接，置换中间容器用于盛放实验用岩心并进行二氧化碳置换原油，置换中间容器与回压阀连接，回压阀与干燥管连接，干燥管与湿式流量计连接；

包括以下步骤：

①测量岩心参数及原油参数，岩心参数包括岩心质量、岩心长度、岩心直径、渗透率、孔隙度，计算岩心的孔隙体积；原油参数包括原油的密度；

步骤①中，测量岩心质量m₁、岩心长度L、岩心直径D、渗透率K和孔隙度Φ，利用式(1)计算岩心的孔隙体积PV，

②岩心饱和地层水：将实验用的岩心饱和地层水后，测量饱和地层水后的岩心质量m₂；

③岩心饱和原油，建立束缚水饱和度：将饱和地层水后的岩心放入岩心夹持器，利用围压泵给岩心加持器加围压，通过围压泵自带压力表观察围压压力值，通过压力表观察岩心夹持器内压力示数，使用驱替泵将第一中间容器中的原油驱替至岩心夹持器中的岩心中，直到驱替到岩心末端不出水，驱替出的水通过收集瓶收集，当驱替出油量达到1倍孔隙体积，认为岩心已经达到束缚水饱和度，计算束缚水饱和度S_wi；岩心饱和完原油时关闭所有打开的阀门；

④注入CO₂并使其与原油作用：将饱和完原油的岩心从岩心夹持器中取出，将岩心放入置换中间容器底部的支架上；向第二中间容器、置换中间容器中通入CO₂，用驱替泵将第二中间容器、置换中间容器压力加到地层压力P₁，控制恒温箱的实验温度即实际区块地层温度为T₁；

测量出置换中间容器容积为V₁、岩心外观体积为V₂，由式(3)计算出此时置换中间容器中CO₂摩尔数为n₁，

式中：Z₁——P₁处压缩因子；

R——气体常数，8.314J/(mol·K)；

⑤测量在不同压降或不同压力下CO₂置换出原油量及置换效率：

不同压降下的测量步骤如下：

(5-11)、测量干燥管的初始质量为m₃，然后利用干燥管收集CO₂置换出的原油，然后通过压力表监测置换中间容器的出口端压力，分别将系统压力降低不同压力、记为P₂，在每个压降下用装有脱脂棉的干燥管收集携带出的原油，用湿式流量计收集每个过程中所释放的CO₂、记为V₃，由式(4)、(5)计算出置换中间容器中和排出的CO₂摩尔数分别为n₂、n₃：

式中：Z₂——P₂处压缩因子；

T₂——恒温箱温度；

式中：P₃——大气压；

Z₂——P₃处压缩因子；

(5-12)、计算CO₂进入到岩心中的量及CO₂的利用率：

利用式(6)计算CO₂在不同压降下进入岩心的CO₂摩尔数n₄，用式(7)计算在不同压降下进入岩心的CO₂的体积V₄，通过式(8)计算出CO₂利用率；

n₄＝n₁-n₂+n₃ (6)

式中：n₁——注入置换中间容器的CO₂摩尔数；

n₂——压力从系统压力降到某压力置换中间容器内CO₂摩尔数；

n₃——压力降到某压力排出CO₂的摩尔数；

n₄——CO₂与原油相作用的摩尔数；

式中：ζ——CO₂的利用率；

(5-13)、测量CO₂置换出原油的量：

保持目前压力，继续恒压通入的CO₂将岩心中置换出的原油全部驱替出来，记录装有脱脂棉的干燥管的总质量为m₄，则通过式(9)计算出置换出的原油的总重量为Δm；

Δm＝m₄-m₃ (9)

式中：m₃——干燥管的原始质量；

m₄——收集了置换出原油的干燥管的总质量；

(5-14)、计算CO₂置换原油效率

通过式(10)计算出CO₂置换出的原油的置换效率η；

式中：η——置换效率；

Δm——置换出的原油的总重量；

V₂——岩心外观体积；

Φ——孔隙度；

S_wi——束缚水饱和度；

重复(5-11)至(5-14)，测量不同压降下的CO₂利用率及CO₂原油的置换效率，每一次不同压降下的测量均需更换新的干燥管；

不同压力下的测量步骤如下：

(5-21)、测量不同时间内地层温度压力P₁下CO₂置换出原油量：测量干燥管的初始质量为m₅，保持置换中间容器压力为地层压力不变，等待CO₂与岩心内原油置换一段时间，控制回压阀保持置换中间容器内压力为目前地层压力P₁，继续恒压通入CO₂将岩心中置换出的原油全部驱替出来，然后利用干燥管收集CO₂置换出的原油，记录装有脱脂棉的干燥管的总质量为m₆，则通过式(11)计算出置换出的原油的总重量为Δm₁；

Δm₁＝m₆-m₅ (11)

式中：m₅——干燥管的原始质量；

m₆——收集了置换出原油的干燥管的总质量；

(5-22)、计算CO₂置换原油的置换效率

通过式(12)计算出CO₂置换出的原油的置换效率η；

式中：η——置换效率；

Δm₁——置换出的原油的总重量；

V₂——岩心外观体积；

Φ——孔隙度；

S_wi——束缚水饱和度；

重复所有步骤①至⑤，测量不同地层温度压力下的CO₂原油的置换效率，每一次不同压力下的测量均需重新饱和原油及更换新的干燥管。