[發明專利]提高填砂模型中流體擴散速度的裝置及方法

有效

• 申請號: 201410475498.7
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104389564B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 陳興隆;秦積舜;李實;許世京;俞宏偉;張可
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B43/16
• 分類號: E21B43/16
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 王濤

技術領域

本發明涉及油氣田開發實驗技術領域，尤其涉及一種提高填砂模型中流體擴散速度的裝置及方法。

背景技術

CO₂作為主要的溫室氣體，約占溫室氣體總量的三分之二以上，二氧化碳氣體減排的問題已經是當今世界的熱點問題?？茖W家們的研究表明，實現二氧化碳減排的有效方法是地質埋存，而在油氣藏中進行二氧化碳地質埋存是目前最佳途徑之一。二氧化碳在油氣藏中進行埋存，一方面可以實現溫室氣體減排，另一方面如果技術方法得當的話可以獲得更高的石油采收率，是一項雙贏的項目。

在CO₂埋存領域，預測長時間尺度后CO₂濃度變化、CO₂前緣位置尚無有效物理模擬實驗研究。瓶頸在于，CO₂埋存后期地層中的滲流過程主要是由擴散作用完成的。由于埋存區域大(km²的級別)，厚度大(幾十米的級別)，實驗模擬若要保證在幾何尺度上的相似及最低限度的計量誤差，實驗模擬體積必須在10升左右。在靜態條件下，擴散系數在10^-4cm²/s的級別，擴散速度非常慢，需要模擬的時間很長，實驗研究無法實現。

加速擴散、對流的常規方法主要是攪拌、溫度變化、壓差變化等方式，由于實驗模型由填砂壓實制成，砂粒間僅有微米級的孔隙，而常規攪拌裝置相對而言過于龐大，無法放入其中。利用溫差變化和壓差變化則改變了實驗設計原則，不符合埋存地層基本恒溫恒壓的環境。相應的，為當前實驗模型體積配置壓力、溫度模擬設施將使模型的外形體積擴大幾倍，外部攪拌裝置的設計更加困難。

發明內容

本發明提供了一種提高填砂模型中流體擴散速度的裝置及方法，以至少解決現有技術中的流體埋存，預測長時間尺度后的流體濃度變化、前緣位置等尚無有效物理模型的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種提高填砂模型中流體擴散速度的裝置，包括：巖心筒、填砂模型、攪拌裝置和磁環裝置，其中，所述填砂模型是在所述巖心筒內填砂、壓實后制成，填砂過程中，在所述填砂模型內的預定位置放置所述攪拌裝置；所述攪拌裝置的大小為毫米級，其內部設有微磁極攪拌子，在所述磁環裝置產生的磁場作用下，所述微磁極攪拌子在所述攪拌裝置內進行往復運動，對所述攪拌裝置內的流體進行攪拌；所述磁環裝置包括磁環，所述磁環套設于所述巖心筒外，所述磁環裝置可在所述巖心筒的軸線方向上移動，所述磁環與所述巖心筒同軸。

在一個實施例中，所述攪拌裝置具有網狀外殼，供流體通過且阻止外部砂粒的進入。

在一個實施例中，所述網狀外殼為銅質。

在一個實施例中，所述微磁極攪拌子在各端面方向上的最大面積大于所述網狀外殼的網孔面積。

在一個實施例中，所述微磁極攪拌子為強力永磁體。

在一個實施例中，所述磁環裝置還包括：移動支架、與所述移動支架連接的伸縮架、以及控制機構，其中，所述移動支架，可在所述巖心筒的軸線方向上移動，隨著所述移動支架的移動，所述磁環移動到所述攪拌裝置的對應位置，使得在所述磁環裝置產生的磁場作用下，所述微磁極攪拌子能夠在所述攪拌裝置內進行往復運動；所述伸縮架，用于支撐和固定所述磁環，上下調整所述磁環的位置；所述磁環固定于所述伸縮架上，所述磁環內側安裝對稱電磁鐵；所述控制機構，通過控制線路與所述磁環相連，用于控制所述磁環產生磁場，所述控制機構包括手持控制器和位于所述移動支架上的控制箱，其中，所述手持控制器用于控制磁場強度和磁極方向，其輸出信號調節所述控制箱的輸出電壓及變換頻率，所述控制箱根據所述手持控制器的輸出信號對電壓進行實時變換，為磁場提供所需的輸入電壓。

在一個實施例中，所述電磁鐵是插有鐵芯的通電螺線管，通過改變所述鐵芯的電流方向和強度，改變磁極方向和磁場強度，產生交變磁場。

在一個實施例中，采用以下公式確定所述磁環的參數：計算鐵芯在設計位置的氣隙磁導Λ_δ：其中，δ為磁極間氣隙長度，a和b為鐵芯的截面邊長，μ₀為真空磁導率，K_c為疊片系數。