一种实时确定样品剩余体积的油气藏流体配样器及方法

1.本发明属于油气开采领域，具体涉及一种可实时确定样品剩余体积的油气藏流体配样器及方法。


背景技术：

2.在油气藏开采过程中，为模拟油气藏流体在储层中的驱替过程，往往会进行大量的物理模拟实验。进行驱替实验所使用的油气流体样品一般通过井下取样器获得，或依据现场生产数据在实验容器中分别注入气体与原油样品进行配制。由于实验的不确定性会消耗大量样品以及油气藏储层条件恶劣导致取样困难等，在实验室条件下依据生产数据配制油气样品较为方便快捷，可操作性强，因此研制实用性强、性能优异的配样器是流体样品具有代表性的重要保证。配样器是对流体样品进行配制、储存、计量的装置，主要由腔体、上端盖、下端盖、中间活塞、藕块、加热套、搅拌轴、支架等部件组成，其中中间活塞将腔体分为样品端和传动介质端，传动介质端与驱替泵连接，样品端与驱替装置连接。其工作原理为：首先，在样品端放入藕块，加入原油样品和注入气体样品后密封容器；其次，设置与储层相同的温度和压力参数后启动搅拌开关，使容器内部的油气流体充分混合，制备出与真实储层中含气原油比例相同的油气样品；最后，进行实验时，一般通过驱替泵将液压油泵入传动介质端驱动中间活塞，从而将配样器样品端中的油气样品泵入实验装置。
3.现有的配样器已具备搅拌、耐高温超高压等性能(隋新光等.可搅拌式配样器[p].201010298587.0；刘煌等.一种高温超高压油气流体配样器[p].202010598688.3)，但都无法保证在驱替实验中实时确定容器内剩余样品的体积，表现为：(1)在进行驱替实验过程中，只能通过达到某种稳定的状态而停止驱替(如气驱油实验，需不再驱替出油时才停止实验)，这就会导致样品用量无法确定，因此无法判断剩余样品体积是否满足后续实验的进量要求，只能进行重新配样，对实验的周期和误差造成影响；(2)不能实时测定配样器内剩余样品的体积，也就无法判断中间活塞的位置，只能通过驱替泵压力骤增判断活塞推动藕块到达配样器上端盖，长此以往会导致端盖损坏，使配样器发生机械损伤，减少使用寿命。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种实时确定样品剩余体积的油气藏流体配样器，通过引入电容传感器及测量电路，使现有耐高温高压的配样器具备实时确定容器内油气的样品剩余体积的性能，防止在驱替过程中对仪器造成机械损伤。
[0005]
本发明的另一目的还在于提供利用上述装置实时确定样品剩余体积的方法，保证驱替实验的高效性、稳定性和安全性，对提高驱替实验效率、减小实验误差、延长仪器的使用寿命具有重要意义。
[0006]
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
[0007]
一种实时确定样品剩余体积的油气藏流体配样器，主要由腔体、上端盖、样品进出口阀、中空环状橡胶垫圈、藕块、中间活塞、环状橡胶圈、传动介质、下端盖、传动介质进出口
阀、电容传感器、测量电路、加热套、搅拌轴、支架以及控制开关组成。
[0008]
所述腔体与上下端盖通过螺纹连接，腔体、上端盖、下端盖均由耐温耐压耐腐蚀的不锈钢材料制成。
[0009]
所述上端盖与腔体接触的部分镀有耐温耐压耐腐蚀的聚合物绝缘层，防止上端盖与腔体之间导电。
[0010]
所述样品进出口阀在上端盖中心圆孔处通过螺纹与上端盖连接，可控制油气样品进出的速度。
[0011]
所述中空环状橡胶垫圈置于腔体与上端盖之间，直径与腔体内径一致，进一步保证了容器的密封性，防止油气样品从腔体中泄露出来。
[0012]
所述藕块含有多个直径相同的中空圆孔，其材质与腔体一致，放置于样品端，配样时可随腔体转动在样品室内自由移动发挥搅拌功能，油气流体穿过藕块上的中空圆孔可加速传质，使油气充分混合均匀。
[0013]
所述中间活塞将腔体分为样品端和传动介质端，其材质与腔体一致，在压差作用下可沿腔体轴向上下移动。所述环状橡胶圈置于中间活塞的中部开槽处，防止腔体上下两端窜液，增强活塞的密封性。
[0014]
所述传动介质一般为液压油或者硅油，流体压缩参数可测。
[0015]
所述下端盖与腔体接触的部分镀有耐温耐压耐腐蚀的聚合物绝缘层，防止下端盖与腔体之间导电。
[0016]
所述传动介质进出口阀在下端盖中心圆孔处通过螺纹与下端盖连接，可控制传动介质的进出。
[0017]
所述电容传感器由平行双极板和极间介质组成，其中平行双极板由中间活塞的下表面作为动极板、下端盖的上表面作为定极板构成，传动介质作为极间介质。其工作原理为：当进行驱替实验时，驱替泵将液压油或者硅油泵入传动介质端进而推动中间活塞向腔体上部移动，从而将油气样品压入驱替装置，由于中间活塞的下表面作为电容器的动极板，活塞移动的过程中会导致平行双极板之间的距离发生变化，进而引起电容器的电容发生变化。中间活塞与腔体接触，而下端盖与腔体接触的部分镀有耐温耐压耐腐蚀的聚合物绝缘层，因此中间活塞与下端盖之间绝缘。
[0018]
所述测量电路采用交流电桥法测定变化的电容值，进一步采用串联电桥测定电容，分别从腔体和下端盖引出导线外接测量电路可测定出电容传感器的变化电容值。
[0019]
所述加热套包裹在腔体外壁用于加热和保温，配样时保证腔体内部的油气流体与地层温度一致。
[0020]
所述搅拌轴焊接在腔体外壁上，通过开关控制配样器稳定持续地正反180
°
旋转，使腔体内样品端的藕块自由移动加速原油和注入气的传质过程，达到搅拌的目的。
[0021]
所述支架通过螺纹与搅拌轴连接，在配样器旋转搅拌的过程中起到固定支撑的作用。
[0022]
所述控制开关包括电源开关、温度开关、压力开关以及搅拌开关，可启动和停止配样，同时能设置油气样品配制的条件。
[0023]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0024]
(1)本发明通过引入电容传感器及测量电路，可实时确定容器内样品的剩余体积；
[0025]
(2)本发明有效保证驱替实验的高效性、稳定性和安全性，同时防止在驱替过程中对仪器造成机械损伤，降低其使用寿命；
[0026]
(3)本发明并未改变配样器的结构，同时提高了该装置的实用性，使其具有良好的密封性和耐高温高压性能。
附图说明
[0027]
图1为一种实时确定样品剩余体积的油气藏流体配样器结构示意图。
[0028]
图中：1-样品进出口阀；2-上端盖；3、19-中空环状橡胶垫圈；4、18-聚合物绝缘层；5-腔体；6-加热套；7-样品端；8-藕块；9-中间活塞；10-环状橡胶圈；11-动极板；12-搅拌轴；13-控制开关；14-支架；15-传动介质；16-传动介质端；17-定极板；20-测量电路；21-下端盖；22-传动介质进出口阀。
具体实施方式
[0029]
下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
[0030]
一种实时确定样品剩余体积的油气藏流体配样器，包括腔体5、加热套6、上端盖2、样品端7、藕块8、中间活塞9、传动介质端16、下端盖21、动极板11、定极板17、测量电路20、搅拌轴12、控制开关13和支架14，所述腔体5外设置加热套6，腔体与上端盖2、下端盖21通过螺纹连接，腔体与上端盖、下端盖之间设置中空环状橡胶垫圈3、19，腔体与上端盖、下端盖接触的部分镀有聚合物绝缘层4、18；所述中间活塞9位于腔体内，中间活塞的中部开槽处设置环状橡胶圈10，中间活塞将腔体分为两个空间，上部为样品端7，下部为传动介质端16，样品端内放置藕块8，传动介质端内有传动介质15，上端盖的中心圆孔有样品进出口阀1连接驱替装置，控制油气样品进出，下端盖的中心圆孔有传动介质进出口阀22连接驱替泵，控制传动介质进出；所述中间活塞的下表面为动极板11，下端盖的上表面为定极板17，传动介质15为极间介质，三者共同构成电容传感器，并分别从动极板和定极板引出导线外接测量电路20；所述腔体通过支架14固定和支撑，支架上设有搅拌轴12和控制开关13。
[0031]
所述藕块含有多个直径相同的中空圆孔，在样品室内自由移动发挥搅拌功能，油气流体穿过藕块上的中空圆孔加速传质，使油气充分混合均匀。
[0032]
利用上述装置实时确定样品剩余体积的方法，是指电容传感器与测量电路连接，通过测量电路测定电容传感器的电容值变化，实时确定样品剩余体积，过程如下：
[0033]
当配样完成进行驱替实验时，驱替泵将传动介质泵入传动介质端，推动中间活塞向腔体上部移动，将配制好的油气样品压入驱替装置中，中间活塞的下表面作为电容器的动极板，活塞移动的过程中导致平行双极板之间的距离发生变化，进而引起电容器的电容发生变化，通过外接的测量电路测定变化的电容值，将距离的变化转化为电容的变化，从而实时确定驱替后样品的剩余体积。
[0034]
通过测量电路测定电容传感器的电容值变化，实时确定样品剩余体积，计算过程如下：
[0035]
(1)配样完成后油气样品的初始体积v0，腔体内部横截面积为s，计算得到油气样
品的初始高度h；
[0036]
(2)电容传感器的初始电容为ε为传动介质的介电常数，s为平行双极板的面积(与腔体内部的横截面积相同)，h0为平行双极板间的初始距离，其中ε、s为常数，配样器腔体内部不含中间活塞的高度为h，当驱替过程中中间活塞位置发生变化，电容传感器的电容值测得变化为c1，此时平行双极板间的距离变为h1，通过公式计算得到腔体内部剩余样品的高度为h-h1；
[0037]
(3)由于样品初始体积为v0，所对应的初始高度为h，腔体内部横截面积s恒定，当剩余样品的高度为h-h1时，根据公式计算得到样品剩余体积v
剩
。