一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置及方法与流程

1.本发明属于石油天然气工业、倾斜稠油油藏气体辅助降粘剂重力辅助开发提高采收率技术邻域，特别的，涉及一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置及方法。


背景技术：

2.采用蒸汽驱或蒸汽吞吐技术开发稠油油藏，能取得较好的降粘效果，但注蒸汽开发能耗大，能量利用率低，且还伴随有co2排放。若采用气驱提高采收率措施进行开发，则会因为巨大粘度差异下的高流度比，导致气窜、指进与过早的气体突破，使提采效果大打折扣。
3.对于倾斜稠油油藏，在地层顶部注气开展气体辅助降粘剂重力辅助驱，通过油气的密度差异并辅以降粘剂来对抗、缓解油气流度比差异带来的气体指进，则能够取得较好的提高采收率效果。目前对气体辅助降粘剂重力辅助驱油技术的研究还比较少。缺少一套对倾斜稠油油藏气体辅助降粘剂重力辅助驱各影响因素研究的实验装置及方法。
4.因此提供一套结构简单、易于操作、计量精准，能够实现气体辅助降粘剂重力辅助驱倾角、内在渗透率、注入气
‑
降粘剂段塞方式、注入气组成、降粘剂类型、注气量、注气速度等影响因素研究的实验装置及方法是目前该领域需要解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置及方法，利用自加热填砂管控制温度，结构简单；利用铁架台与可旋转填砂管夹持器实现倾角变换，操作容易；利用量管底座实现自下而上进液、自上而下进气、排除计量液释放气体压力，以减小量管壁地层油粘连与量管内气体压缩、混溶导致的体积测量误差，计量精准。
6.为实现以上目的，本发明采用以下技术方案。
7.一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置，包括第1高压驱替泵、第1针型阀、第2针型阀、第3针型阀、第4针型阀、第5针型阀、注入气配样器、降粘剂配样器、地层油配样器、地层水中间容器、第1三通阀、第2三通阀、入口压力计、自加热填砂管、可旋转填砂管夹持器、第1铁架台、出口压力计、回压阀、回压压力计、第2高压驱替泵、油气水三相计量系统。
8.所述第1高压驱替泵出口端并联第1针型阀、第2针型阀、第3针型阀、第4针型阀，第1针型阀、第2针型阀、第3针型阀、第4针型阀又分别连接注入气配样器、降粘剂配样器、地层油配样器、地层水中间容器。注入气配样器、降粘剂配样器出口端分别连接第1三通阀a端口、b端口，地层油配样器、地层水中间容器出口端分别连接第2三通阀d端口、e端口。第1三通阀c端口与第2三通阀f端口管线汇集于第5针型阀，第5针型阀再连接入口压力计。入口压力计再连接到自加热填砂管，自加热填砂管出口端连接出口压力计后连接回压阀入口。第2
高压驱替泵连接回压压力计后连接到回压阀恒压室，回压阀出口连接到油气水三相计量系统。
9.优选的，所述自加热填砂管，其特征在于，管线卡套通过螺纹连接填砂管压盖，管线卡套挤压刃环发生塑形变形进而锁死耐压管线密封接口。填砂管压盖内嵌橡胶密封圈、橡胶垫圈并通过螺纹连接于耐压钢管两端，且填砂管压盖内侧垫有防砂隔网。耐压钢管外壁缠绕有加热丝并包裹隔热保温层，通过可旋转填砂管夹持器连接于第1铁架台上，通过调整可旋转填砂管夹持器，实现整个自加热填砂管倾角θ的变换。
10.优选的，所述油气水三相计量系统，其特征在于，所述油气水三相计量系统入口管线连接至第1量管底座g端口，h端口用第1量管底座橡胶塞密封。第1量管底座连接第1量管底部，第1量管中部用第1量管夹持器固定于第2铁架台上，第1量管顶部用第1量管橡胶塞密封，第1量管中初始计量液液面略高于第1量管最小刻度线。
11.第2量管顶部用第2量管橡胶塞密封，第1量管橡胶塞与第2量管橡胶塞顶部用管线相互连接并穿透。第2量管中部用第2量管夹持器固定于第2铁架台上，第2量管底部连接第2量管底座。第2量管底座i端口用第2量管底座橡胶塞密封，j端口通过管线连接并穿透第3量管橡胶塞。第3量管底部用第3量管橡胶塞密封，第3量管中部用第3量管夹持器固定于第2铁架台上。第2量管中初始计量液液面齐平于第3量管中初始计量液液面且略低于第2量管最大刻度线。
12.一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法的实验方案设计：以目标倾斜稠油油藏的具体倾角、内在渗透率、注入气组成、降粘剂类型、注入气
‑
降粘剂段塞方式、注气速度、注气量作为基础实验方案的各影响因素取值。在合理取值范围内，依次变更基础实验方案中单个影响因素取值开展实验方案设计。具体实验方案设计参考表1进行。
13.一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法，包括以下步骤：
14.步骤一、竖直放置自加热填砂管，打开顶端填砂管压盖，将修剪好的防砂隔网放入耐压钢管中，使其平铺于底端填砂管压盖上。向耐压钢管中填入石英砂，每填入20cm高的石英砂，就用橡皮锤轻敲底部填砂管压盖进行震荡，然后用压实杆从上部对填入石英砂进行压实，直到刚好齐平耐压钢管顶部的螺纹。再于填入石英砂顶部放上一张防砂隔网，后旋紧顶端填砂管压盖，通过可旋转填砂管夹持器将自加热填砂管固定于第1铁架台上。计算理论人工砂体孔隙度φ1和人工砂体内在渗透率k，如果人工砂体内在渗透率k符合实验方案设计的内在渗透率数量级，则认为该目数范围的石英砂符合要求，否则需要调整石英砂目数范围，重新装填。步骤二、连接实验装置，并确保所有阀门关闭后，检验各部分的气密性。将第2三通阀f端口管线取下，并将取下的管线连上真空泵，打开第5针型阀对自加热填砂管进行抽真空。抽真空完毕后，关闭第5针型阀，将管线从真空泵取下后重新接回第2三通阀f端口。调整可旋转填砂管夹持器使自加热填砂管倾角θ为90
°
，入口端朝下，打开第4针型阀、第2三通阀f端口、e端口阀门，通过第1高压驱替泵将地层水中间容器中的地层水自下而上地饱和到自加热填砂管中，利用重力作用抑制窜流，使自加热填砂管中人工砂体完全饱和地层水。计算自加热填砂管中实际人工砂体孔隙度φ2，如果理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差ε大于5％，则需重复步骤一，直至理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差ε小于5％。
15.步骤三、升高自加热填砂管温度至模拟实验目标温度。打开第2高压驱替泵，调整回压为模拟实验目标压力，通过第1高压驱替泵将地层水中间容器中的地层水泵注到自加热填砂管中，直至自加热填砂管中流体压力达到模拟实验目标压力，关闭第2三通阀e端口阀门。调整可旋转填砂管夹持器使自加热填砂管倾角θ为
‑
90
°
，入口端朝上。打开第2三通阀d端口阀门、第1针型阀、第2针型阀、第3针型阀，通过第1高压驱替泵向自加热填砂管中饱和地层油。当第1量管中见油不见水后，完成地层油的饱和。饱和地层油结束后，关闭第2三通阀所有端口阀门。
16.步骤四、调整可旋转填砂管夹持器使自加热填砂管倾角θ达到实验方案设计的目标倾角，选择实验方案设计中的注入气组成、降粘剂类型。打开第1三通阀c端口阀门、调整第1高压驱替泵按照实验方案设计注气速度进行恒速驱替，通过控制第1三通阀a、b两端口阀门开闭时间调整注入气
‑
降粘剂段塞方式以符合实验方案设计。达到实验方案设计的目标注气量后关停第1高压驱替泵，关闭第1三通阀所有端口阀门，完成气体辅助降粘剂重力辅助驱。取下自加热填砂管，用石油醚清洗其中残余地层油，并烘干。
17.步骤五、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验倾角θ，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有倾角下的模拟实验。
18.步骤六、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注气速度，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注气速度下的模拟实验；
19.步骤七、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注入气
‑
降粘剂段塞方式，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注入气
‑
降粘剂段塞方式下的模拟实验；
20.步骤八、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注气量，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注气量下的模拟实验；
21.步骤九、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注入气组成，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注入气组成下的模拟实验；
22.步骤十、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验降粘剂类型，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有降粘剂类型下的模拟实验；
23.步骤十一、以步骤一中基础实验方案为对照，调整石英砂目数范围，重新装填自加热填砂管以模拟其他内在渗透率数量级，其他影响因素均不变，重复上述步骤一、步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有内在渗透率下的模拟实验；
24.步骤十二、以模拟实验的地层油采收率、注入气换油率作为评价指标，研究前述影响因素对地层油采收率、注入气换油率的影响程度与规律，为倾斜稠油油藏气体辅助降粘剂重力辅助驱机理研究、参数优化与技术方案编制提供可靠的参考。
25.优选的，所述用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法，其特征在于，步骤一中，理论人工砂体孔隙度φ1和人工砂体内在渗透率k计算公式为：
[0026][0027][0028]
其中，φ1为理论人工砂体孔隙度(无量纲)；m为填入自加热填砂管中石英砂总质量(g)；ρ为填入自加热填砂管中石英砂密度(g/cm3)；π为圆周率，取值3.14159(无量纲)；l为自加热填砂管的有效长度(cm)；d
pipe
为自加热填砂管的内径(cm)；k为人工砂体内在渗透率(md)；e为自然对数，取值2.71828(无量纲)；d
50
为所填石英砂砂粒中值直径(μm)；d
min
为所填石英砂砂粒最小直径(μm)；d
max
为所填石英砂砂粒最大直径(μm)。
[0029]
步骤二中，实际人工砂体孔隙度φ2计算公式为：
[0030]
φ2＝(v
wi1
‑
v
wp1
)/v
pipe
[0031]
理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差ε计算公式为：
[0032][0033]
其中，φ2为实际人工砂体孔隙度(无量纲)；v
wi1
为步骤二中人工砂体饱和地层水阶段的地层水注入体积(cm3)；v
wp1
为步骤二中人工砂体饱和地层水阶段的地层水产出体积(cm3)；v
pipe
为自加热填砂管容积(cm3)；ε为理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差(％)。
[0034]
步骤三中，人工砂体的初始含油饱和度s
o
和人工砂体的束缚水饱和度s
w
计算公式为：
[0035]
s
o
＝v
wp2
/(v
wi1
‑
v
wp1
)
[0036]
s
w
＝1
‑
s
o
[0037]
其中，s
o
为人工砂体的初始含油饱和度(无量纲)；v
wp2
为步骤三中人工砂体饱和地层油阶段的地层水产出体积(cm3)；s
w
为人工砂体的束缚水饱和度(无量纲)。
[0038]
步骤十二中，地层油采收率r(i,j)和注入气换油率c(i,j)计算公式为：
[0039]
r(i,j)＝v
op3
(i,j)/v
wp2
(i,j)
[0040]
c(i,j)＝v
op3
(i,j)/v
gi3
(i,j)
[0041]
其中，r(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气体辅助降粘剂重力辅助驱的地层油采收率(无量纲)；v
op3
(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气驱阶段的地层油产出体积(cm3)；v
wp2
(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体饱和地层油阶段的地层水产出体积(cm3)；c(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气体辅助降粘剂重力辅助驱的注入气换油率(cm3/cm3)；v
gi3
为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气驱阶段的注气量(cm3)。
[0042]
优选的，所述用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法，其特征在于，步骤二中，自加热填砂管产出流体之前，拆下所有量管并用活性剂溶液对各量管进行润洗。沥去多余活性剂溶液，在量管壁形成活性剂吸附层，使第1量管壁疏油，防止地层油粘连，使第2量管、第3量管壁疏液，防止计量液粘连。活性剂溶液可按照润湿性需求选择。润洗完毕后，将各量管装回实验装置。
[0043]
在完成量管的润洗后，通过第1量管底座橡胶塞向第1量管中添加计量液，通过第2
量管底座橡胶塞向第2量管和第3量管中添加计量液。加注计量液前松开第2量管橡胶塞，防止加入计量液时量管内憋压。加注计量液直至第1量管中计量液液面略高于第1量管最小刻度线，第2量管中计量液液面齐平于第3量管中计量液液面且略低于第2量管最大刻度线，计量液填注完毕后重新盖紧第2量管橡胶塞。根据模拟实验具体注入气、降粘剂、地层油、地层水组成，并考虑计量液的润湿性以及对地层油、注入气的溶解性，选择计量液种类。
[0044]
优选的，所述用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法，其特征在于，步骤四中，进行气体辅助降粘剂重力辅助驱时，由于气体自上而下流入第2量管后，向下挤压第2量管计量液液面，并抬升第3量管计量液液面，产生的液柱差致使第1量管、第2量管上部空间中气体压力p
g
上升。第1量管、第2量管上部空间中气体压力p
g
及第1量管、第2量管上部空间中各气体的体积见如下公式：
[0045]
p
g
＝p
a
ρ
m
gδh
[0046][0047][0048][0049]
其中，p
g
为第1量管、第2量管上部空间中气体压力(pa)；p
a
为大气压，取值为101325(pa)；ρ
m
为第2量管中计量液密度(kg/m3)；g为重力加速度，取值9.8(m/s2)；δh为第2量管与第3量管计量液液面高度差(m)；v
g
为第1量管、第2量管上部空间中注入气的体积(m3)；n
g
为第1量管、第2量管上部空间中注入气的物质的量(mol)；z
g
为第1量管、第2量管上部空间中注入气的偏差因子；r为摩尔气体常数，取值8.31447(j/(mol
·
k))；t为第1量管、第2量管上部空间中气体温度(k)；v
a
为第1量管、第2量管上部空间中空气的体积(m3)；n
a
为第1量管、第2量管上部空间中空气的物质的量(mol)；z
a
为第1量管、第2量管上部空间中空气的偏差因子；v
n
为第1量管、第2量管上部空间中地层油脱出气的体积(m3)；n
n
为第1量管、第2量管上部空间中地层油脱出气的物质的量(mol)；z
n
为第1量管、第2量管上部空间中地层油脱出气的偏差因子。
[0050]
通过上述公式可知，气体体积受偏差因子z
g
、z
a
、z
n
和气体压力p
g
影响。随着压力增大，气体被压缩，体积逐渐减小；同时随着压力增大，气体偏离理想气体，气体偏差因子z
g
、z
a
、z
n
开始出现差异，气体分子间距也随之出现差异并导致气体混溶。以上过程均会增大气体体积测量误差。自加热填砂管产出流体后，通过在第2量管底座橡胶塞不断抽出计量液，使第2量管中计量液液面再次齐平于第3量管中计量液液面。令第1量管、第2量管上部空间中气体压力p
g
回到大气压，使量管中气体更接近理想气体，减小气体压缩、混溶导致的气体体积测量误差，同时防止计量液从第3量管顶部溢出，增加量管的储气量。
[0051]
利用上述发明提供的用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置及方法，能够实现气体辅助降粘剂重力辅助驱中各影响因素对地层油采收率、注入气换油率影响程度与规律的研究，包括但不限于倾角、内在渗透率、注入气
‑
降粘剂段塞方式、注入气组成、降粘剂类型、注气量、注气速度等。同时自加热填砂管通过加热丝与隔热保温层进
行温度控制能够大大减小实验装置大小与复杂度。自加热填砂管通过可旋转填砂管夹持器固定，能够较为容易的实现倾角变换。采用量管底座实现下进上出进液，减小地层油粘连量管壁导致的体积测量误差；采用量管底座实现计量液的注入与抽出，释放量管中气体压力，减小气体压缩、混溶导致的体积测量误差。从而能够较为轻松的实现气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟，并为倾斜稠油油藏气体辅助降粘剂重力辅助驱机理研究、参数优化与技术方案编制提供可靠的参考。
附图说明
[0052]
图1为本发明提供的一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置的结构示意图。
[0053]
图2为自加热填砂管单侧的结构示意图。
[0054]
图中各符号表示含义如下：
[0055]1‑
第1高压驱替泵、2
‑
第1针型阀、3
‑
第2针型阀、4
‑
第3针型阀、5
‑
第4针型阀、6
‑
注入气配样器、7
‑
降粘剂配样器、8
‑
地层油配样器、9
‑
地层水中间容器、10
‑
第1三通阀、11
‑
第2三通阀、12
‑
入口压力计、13
‑
自加热填砂管、14
‑
可旋转填砂管夹持器、15
‑
第1铁架台、16
‑
出口压力计、17
‑
回压阀、18
‑
回压压力计、19
‑
第2高压驱替泵、20
‑
第1量管底座、21
‑
第1量管底座橡胶塞、22
‑
第1量管、23
‑
第1量管夹持器、24
‑
第1量管橡胶塞、25
‑
第2铁架台、26
‑
第2量管橡胶塞、27
‑
第2量管夹持器、28
‑
第2量管、29
‑
第2量管底座、30
‑
第2量管底座橡胶塞、31
‑
第3量管橡胶塞、32
‑
耐压管线、33
‑
管线卡套、34
‑
刃环、35
‑
填砂管压盖、36
‑
橡胶密封圈、37
‑
橡胶垫圈、38
‑
防砂隔网、39
‑
加热丝、40
‑
隔热保温层、41
‑
油气水三相计量系统、42
‑
第3量管、43
‑
第3量管夹持器、44
‑
耐压钢管、45
‑
第5针型阀。
具体实施方式
[0056]
以下将结合附图对本发明做进一步详细描述。
[0057]
如图1、图2所示，该用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验装置，包括第1高压驱替泵(1)、第1针型阀(2)、第2针型阀(3)、第3针型阀(4)、第4针型阀(5)、注入气配样器(6)、降粘剂配样器(7)、地层油配样器(8)、地层水中间容器(9)、第1三通阀(10)、第2三通阀(11)、入口压力计(12)、自加热填砂管(13)、可旋转填砂管夹持器(14)、第1铁架台(15)、出口压力计(16)、回压阀(17)、回压压力计(18)、第2高压驱替泵(19)、第1量管底座(20)、第1量管底座橡胶塞(21)、第1量管(22)、第1量管夹持器(23)、第1量管橡胶塞(24)、第2铁架台(25)、第2量管橡胶塞(26)、第2量管夹持器(27)、第2量管(28)、第2量管底座(29)、第2量管底座橡胶塞(30)、第3量管橡胶塞(31)、耐压管线(32)、管线卡套(33)、刃环(34)、填砂管压盖(35)、橡胶密封圈(36)、橡胶垫圈(37)、防砂隔网(38)、加热丝(39)、隔热保温层(40)、油气水三相计量系统(41)、第3量管(42)、第3量管夹持器(43)、耐压钢管(44)、第5针型阀(45)。
[0058]
第1高压驱替泵(1)出口端并联第1针型阀(2)、第2针型阀(3)、第3针型阀(4)、第4针型阀(5)，第1针型阀(2)、第2针型阀(3)、第3针型阀(4)、第4针型阀(5)又分别连接注入气配样器(6)、降粘剂配样器(7)、地层油配样器(8)、地层水中间容器(9)，分别用以存放注入气、降粘剂、地层油与地层水，并维持目标压力与温度。注入气配样器(6)、降粘剂配样器(7)
出口端分别连接第1三通阀(10)a端口、b端口，地层油配样器(8)、地层水中间容器(9)出口端分别连接第2三通阀(11)d端口、e端口，第1三通阀(10)、第2三通阀(11)分别控制注入气
‑
降粘剂段塞方式与地层油、地层水注入。第1三通阀(10)c端口与第2三通阀(11)f端口管线汇集于第5针型阀(45)，第5针型阀(45)再连接入口压力计(12)，入口压力计(12)最后再连接到自加热填砂管(13)。
[0059]
自加热填砂管(13)中，管线卡套(33)通过螺纹连接填砂管压盖(35)，管线卡套(33)挤压刃环(34)发生塑形变形进而锁死耐压管线(32)密封接口。填砂管压盖(35)内嵌橡胶密封圈(36)、橡胶垫圈(37)通过螺纹连接于耐压钢管(44)两端，且填砂管压盖(35)内侧垫有防砂隔网(38)，以实现密封与隔绝砂粒。耐压钢管(44)外壁缠绕有加热丝(39)并包裹隔热保温层(40)，以保持目标温度，并防止烫伤。通过可旋转填砂管夹持器(14)连接于第1铁架台上(15)，通过调整可旋转填砂管夹持器(14)，实现整个自加热填砂管(13)倾角θ的变化。
[0060]
自加热填砂管(13)出口端连接出口压力计(16)后连接回压阀(17)入口，第2高压驱替泵(19)连接回压压力计(18)后连接到回压阀(17)恒压室。回压阀(17)出口连接到油气水三相计量系统(41)。油气水三相计量系统(41)中入口管线连接第1量管底座(20)g端口，h端口用第1量管底座橡胶塞(21)密封。第1量管底座(20)连接第1量管(22)底部，通过第1量管底座(20)实现第1量管(22)中计量液的注入与排放，与地层油自下而上的流入，从而减少计量液、地层油在量管壁的粘连。所述第1量管(22)中部用第1量管夹持器(23)固定于第2铁架台(25)上，所述第1量管(22)顶部用第1量管橡胶塞(24)密封。第1量管(22)中初始计量液液面略高于第1量管(22)最小刻度线，地层油自下而上流入第1量管(22)后，经重力分异浮于计量液上部，通过第1量管(22)中计量液液面、地层油液面的刻度读数，得到流入第1量管(22)的地层油体积。
[0061]
第2量管(28)顶部用第2量管橡胶塞(26)密封，第1量管橡胶塞(24)与第2量管橡胶塞(26)顶部用管线相互连接并穿透。所述第2量管(28)中部用第2量管夹持器(27)固定于第2铁架台(25)上。第2量管(28)底部连接第2量管底座(29)，第2量管底座(29)i端口用第2量管底座橡胶塞(30)密封，以实现第2量管(28)中计量液的注入与排放，j端口通过管线连接并穿透第3量管橡胶塞(31)。第3量管橡胶塞(31)密封第3量管(42)底部，第3量管(42)中部用第3量管夹持器(43)固定于第2铁架台(25)上。第2量管(28)中初始计量液液面齐平于第3量管(42)计量液液面且略低于第2量管(28)最大刻度线。气体自上而下流入第2量管(28)后，向下挤压第2量管(28)计量液液面，并抬升第3量管(42)计量液液面，产生的液柱差致使第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力上升。通过在第2量管底座橡胶塞(30)抽出计量液，使第2量管(28)中计量液液面再次齐平于第3量管(42)计量液液面，令第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力回到大气压，减小气体压缩、混溶导致的体积测量误差。通过第2量管(28)计量液液面的前后刻度读数，得到流入第2量管(28)的气体体积。
[0062]
一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法的实验方案设计：以目标倾斜稠油油藏的具体倾角、内在渗透率、注入气组成、降粘剂类型、注入气
‑
降粘剂段塞方式、注气速度、注气量作为基础实验方案的各影响因素取值。在合理取值范围内，依次变更基础实验方案中单个影响因素取值开展实验方案设计。具体实验方案设计参考表1进行。
[0063]
一种用于不同倾角下气体辅助降粘剂重力辅助驱模拟实验方法，包括以下步骤：
[0064]
步骤一、竖直放置自加热填砂管(13)，打开顶端填砂管压盖(35)，将修剪好的防砂隔网(38)放入耐压钢管(44)中，使其平铺于底端填砂管压盖(35)上。向耐压钢管(44)中填入石英砂，每填入20cm高的石英砂，就用橡皮锤轻敲底部填砂管压盖(35)进行震荡，然后用压实杆从上部对填入石英砂进行压实，直到刚好齐平耐压钢管(44)顶部的螺纹。再于填入石英砂顶部放上一张防砂隔网(38)，后旋紧顶端填砂管压盖(35)。通过可旋转填砂管夹持器(14)将自加热填砂管(13)固定于第1铁架台(15)上。计算理论人工砂体孔隙度φ1和人工砂体内在渗透率k，如果人工砂体内在渗透率k符合实验方案设计的内在渗透率数量级，则认为该目数范围的石英砂符合要求，否则需要调整石英砂目数范围，重新装填。理论人工砂体孔隙度φ1和人工砂体内在渗透率k计算公式为：
[0065][0066][0067]
其中，φ1为理论人工砂体孔隙度(无量纲)；m为填入自加热填砂管(13)中石英砂总质量(g)；ρ为填入自加热填砂管(13)中石英砂密度(g/cm3)；π为圆周率，取值3.14159(无量纲)；l为自加热填砂管(13)的有效长度(cm)；d
pipe
为自加热填砂管(13)的内径(cm)；k为人工砂体内在渗透率(md)；e为自然对数，取值2.71828(无量纲)；d
50
为所填石英砂砂粒中值直径(μm)；d
min
为所填石英砂砂粒最小直径(μm)；d
max
为所填石英砂砂粒最大直径(μm)。步骤二、连接实验装置，并确保所有阀门关闭后，检验各部分的气密性。在饱和地层水前，拆下所有量管用不同活性剂溶液对各量管进行润洗，沥去多余活性剂溶液，在量管壁形成活性剂吸附层，使第1量管(22)壁疏油，防止地层油粘连；使第2量管(28)、第3量管(42)壁疏液，防止计量液粘连。活性剂溶液可按照下表及润湿性需求选择：
[0068]
表2活性剂溶液润湿性改变程度示例表
[0069][0070]
润洗完毕后，将各量管装回实验装置，通过第1量管底座橡胶塞(21)向第1量管(22)中添加计量液，通过第2量管底座橡胶塞(30)向第2量管(28)和第3量管(42)中添加计量液。加注计量液前松开第2量管橡胶塞(26)，防止加入计量液时量管内憋压。加注计量液直至第1量管(22)中计量液液面略高于第1量管(22)最小刻度线，第2量管(28)中计量液液面齐平于第3量管(42)中计量液液面且略低于第2量管(28)最大刻度线，计量液填注完毕后重新盖紧第2量管橡胶塞(26)。根据模拟实验具体注入气、降粘剂、地层油、地层水组成，并考虑计量液的润湿性以及对地层油、注入气的溶解性，对计量液种类进行选择。可参考下表更换不同计量液种类：
[0071]
表3计量液适用性示例表
[0072][0073]
将第2三通阀(11)f端口管线取下，并将取下的管线连上真空泵，打开第5针型阀(45)对自加热填砂管(13)进行抽真空。抽真空完毕后，关闭第5针型阀(45)，将管线从真空泵取下后重新接回第2三通阀(11)f端口。调整可旋转填砂管夹持器(14)使自加热填砂管(13)倾角θ为90
°
，入口端朝下。打开第4针型阀(5)、第2三通阀(11)f端口、e端口阀门，通过第1高压驱替泵(1)将地层水中间容器(9)中的地层水自下而上地饱和到自加热填砂管(13)中，当第1量管(22)中见水后，再接着注入0.2个当前地层水泵注量，泵注完成后关闭第1高压驱替泵(1)，完成地层水的饱和。自下而上的过量注入地层水，利用重力有效抑制窜流，确保自加热填砂管(13)中人工砂体完全饱和地层水。自加热填砂管(13)中实际人工砂体孔隙度φ2及理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差ε计算公式为：
[0074]
φ2＝(v
wi1
‑
v
wp1
)/v
pipe
[0075][0076]
其中，φ2为实际人工砂体孔隙度(无量纲)；v
wi1
为步骤二中人工砂体饱和地层水阶段的地层水注入体积(cm3)；v
wp1
为步骤二中人工砂体饱和地层水阶段的地层水产出体积(cm3)；v
pipe
为自加热填砂管(13)容积(cm3)；ε为理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差(％)。
[0077]
如果理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差ε大于5％，则需重复步骤一，直至理论人工砂体孔隙度φ1和实际人工砂体孔隙度φ2间相对误差ε小于5％。
[0078]
步骤三、升高自加热填砂管(13)温度至模拟实验目标温度，打开第2高压驱替泵(19)，调整回压为模拟实验目标压力。打开第1高压驱替泵(1)将地层水中间容器(9)中的地层水泵注到自加热填砂管(13)中直至自加热填砂管(13)中流体压力达到模拟实验目标压力后，关闭第2三通阀(11)e端口阀门。调整可旋转填砂管夹持器(14)使自加热填砂管(13)倾角θ为
‑
90
°
，入口端朝上。打开第2三通阀(11)d端口阀门、第1针型阀(2)、第2针型阀(3)、第3针型阀(4)，通过第1高压驱替泵(1)向自加热填砂管(13)中饱和地层油。当第1量管(22)中见油不见水后，再接着注入0.2个当前地层油泵注量，泵注完成后，关闭第2三通阀(11)所有端口阀门，完成地层油的饱和。自上而下的过量注入地层油，利用重力有效抑制窜流，确
保自加热填砂管(13)中人工砂体完全饱和地层油。按照如下公式计算自加热填砂管(13)中人工砂体的初始含油饱和度s
o
和人工砂体的束缚水饱和度s
w
：
[0079]
s
o
＝v
wp2
/(v
wi1
‑
v
wp1
)
[0080]
s
w
＝1
‑
s
o
[0081]
其中，s
o
为人工砂体的初始含油饱和度(无量纲)；v
wp2
为步骤三中人工砂体饱和地层油阶段的地层水产出体积(cm3)；s
w
为人工砂体的束缚水饱和度(无量纲)。
[0082]
步骤四、调整可旋转填砂管夹持器(14)使自加热填砂管(13)倾角θ达到实验方案设计的目标倾角。选择实验方案设计中的注入气组成、降粘剂类型，打开第1三通阀(10)c端口阀门、调整第1高压驱替泵(1)按照实验方案设计注气速度进行恒速驱替，通过控制第1三通阀(10)a、b两端口阀门开闭时间调整注入气
‑
降粘剂段塞方式以符合实验方案设计。
[0083]
由于气体自上而下流入第2量管(28)后，向下挤压第2量管(28)计量液液面，并抬升第3量管(42)计量液液面，产生的液柱差致使第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力p
g
上升。第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力p
g
及第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中各气体的体积见如下公式：
[0084]
p
g
＝p
a
ρ
m
gδh
[0085][0086][0087][0088]
其中，p
g
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力(pa)；p
a
为大气压，取值为101325(pa)；ρ
m
为第2量管(28)中计量液密度(kg/m3)；g为重力加速度，取值9.8(m/s2)；δh为第2量管(28)与第3量管(42)计量液液面高度差(m)；v
g
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中注入气的体积(m3)；n
g
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中注入气的物质的量(mol)；z
g
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中注入气的偏差因子；r为摩尔气体常数，取值8.31447(j/(mol
·
k))；t为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体温度(k)；v
a
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中空气的体积(m3)；n
a
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中空气的物质的量(mol)；z
a
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中空气的偏差因子；v
n
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中地层油脱出气的体积(m3)；n
n
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中地层油脱出气的物质的量(mol)；z
n
为第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中地层油脱出气的偏差因子。
[0089]
通过上述公式可知，气体体积受偏差因子z
g
、z
a
、z
n
和气体压力p
g
影响。随着压力增大，气体被压缩，体积逐渐减小；同时随着压力增大，气体偏离理想气体，气体偏差因子z
g
、z
a
、z
n
开始出现差异，气体分子间距也随之出现差异并导致气体混溶。以上过程均会增大气体体积测量误差。若采用地层水作为计量液，每0.1m第2量管(28)与第3量管(42)计量液液面高度差δh就会导致第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力p
g
增加1000pa，气体体积将压缩1％。结合气体体积压缩与混溶的影响，每0.1m第2量管(28)与第3量管(42)计量
液液面高度差δh，就会导致1.5％甚至更高的气体体积测量误差。
[0090]
当自加热填砂管(13)产出流体后，通过在第2量管底座橡胶塞(30)不断抽出计量液，使第2量管(28)中计量液液面再次齐平于第3量管(42)中计量液液面，令第1量管(22)、第2量管(28)上部空间中气体压力p
g
回到大气压，使量管中气体更接近理想气体，减小气体压缩、混溶导致的气体体积测量误差，同时防止计量液从第3量管(42)顶部溢出，增加量管的储气量。
[0091]
达到实验方案设计的目标注气量后关停第1高压驱替泵(1)，关闭第1三通阀(10)所有端口阀门，完成气体辅助降粘剂重力辅助驱。取下自加热填砂管(13)，用石油醚清洗其中残余地层油，并烘干。
[0092]
步骤五、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验倾角θ，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有倾角下的模拟实验。
[0093]
步骤六、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注气速度，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注气速度下的模拟实验。
[0094]
步骤七、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注入气
‑
降粘剂段塞方式，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注入气
‑
降粘剂段塞方式下的模拟实验。
[0095]
步骤八、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注气量，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注气量下的模拟实验。
[0096]
步骤九、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验注入气组成，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有注入气组成下的模拟实验。
[0097]
步骤十、以步骤一中基础实验方案为对照，调整模拟实验降粘剂类型，其他影响因素均不变，重复上述步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有降粘剂类型下的模拟实验。
[0098]
步骤十一、以步骤一中基础实验方案为对照，调整石英砂目数范围，重新装填自加热填砂管(13)以模拟其他内在渗透率数量级，其他影响因素均不变，重复上述步骤一、步骤二、步骤三、步骤四，直至完成实验方案设计中所有内在渗透率下的模拟实验。
[0099]
步骤十二、以模拟实验的地层油采收率、注入气换油率作为评价指标，研究前述影响因素对地层油采收率、注入气换油率的影响程度与规律，为倾斜稠油油藏气体辅助降粘剂重力辅助驱机理研究、参数优化与技术方案编制提供可靠的参考。按照如下公式计算第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气体辅助降粘剂重力辅助驱的地层油采收率r(i,j)和第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气体辅助降粘剂重力辅助驱的注入气换油率c(i,j)：
[0100]
r(i,j)＝v
op3
(i,j)/v
wp2
(i,j)
[0101]
c(i,j)＝v
op3
(i,j)/v
gi3
(i,j)
[0102]
其中，r(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气体辅助降粘剂重力辅助驱的地层油采收率(无量纲)；v
op3
(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气驱
阶段的地层油产出体积(cm3)；v
wp2
(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体饱和地层油阶段的地层水产出体积(cm3)；c(i,j)为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气体辅助降粘剂重力辅助驱的注入气换油率(cm3/cm3)；v
gi3
为第i个影响因素的第j次模拟实验人工砂体气驱阶段的注气量(cm3)。
[0103]
上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。