一种利用CO2的多功能驱替系统及方法与流程

一种利用co2的多功能驱替系统及方法
技术领域
1.本发明涉及ccus及油气开采技术领域，尤其涉及一种利用co2的多功能驱替系统及方法。


背景技术：

2.驱替系统可以应用于co2利用、封存领域及石油、天然气开发方面。根据驱替机理和相似原理模拟地层压力、温度条件，并借助于现代科学技术的最新成果，如计算机技术、先进传感器技术，模拟研究co2驱油、n2驱油、混合气驱油、co2泡沫或者n2泡沫驱油、蒸汽驱油、水驱油、水气交替驱油、化学药品驱油、多元复合驱、多元交替驱、多元混合驱等动态驱油过程及相应的工艺方法研究，从而指导优化注采参数，提高驱油效率，改善生产效果。现有的驱替系统及方法功能单一，不能实现连续化注入、量化注入、交替注入；系统内部压力、流量等控制不准，给实验研究带来较大误差；没有考虑多种气体驱替以及气体泡沫驱替。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种利用co2的多功能驱替系统及方法。
5.一方面，本发明提出了一种利用co2的多功能驱替系统，包括：
6.气体注入组件，所述气体注入组件包括气瓶，所述气瓶出口管线上设置气体增压泵，所述气体增压泵出口管线上设置储气罐，所述储气罐的出口管线的支路上设置第一活塞容器，所述第一活塞容器下部连接第一注入泵；
7.驱替源组件，所述驱替源组件包括并联设置的蒸汽发生器和若干个活塞容器，所述蒸汽发生器和所述活塞容器下部均连接第二注入泵；
8.设置在所述气体注入组件下游的泡沫发生器，所述泡沫发生器底部设置搅拌装置，所述泡沫发生器下游设置可视窗；
9.设置在所述可视窗下游的岩心夹持器，所述岩心夹持器内部设置控温装置，控温装置可以对内部岩样等物质控温，所述岩心夹持器出口端与入口端之间的管线上设置压差传感器，利用环压泵控制所述岩心夹持器的环压；
10.压力控制系统，所述压力控制系统包括手动泵和多个背压阀，所述背压阀设置在所述岩心夹持器的出口端和入口端以及所述气体注入组件出口端，所述手动泵用于控制所述背压阀的压力；
11.设置在所述岩心夹持器下游的气液计量系统，所述气液计量系统包括气液分离器、第一流量计和液体计量装置，所述第一流量计设置在所述气液分离器顶部的出口管线上，所述液体计量装置设置在所述气液分离器底部出口端；
12.抽真空装置，所述抽真空装置设置在所述岩心夹持器入口管线的支路上，用于为系统抽真空。
13.在一些实施例中，所述活塞容器包括并联设置的第二活塞容器、第三活塞容器和
第四活塞容器，所述第一活塞容器、所述第二活塞容器、所述第三活塞容器和所述第四活塞容器分别用于存放气体、水、原油和化学溶液。
14.在一些实施例中，所述蒸汽发生器通过管线连接湿氮气加湿罐。
15.在一些实施例中，所述泡沫发生器内部设置多层不同孔径的筛网，可以根据需要调整筛网数量、孔径、孔密度等。
16.在一些实施例中，所述岩心夹持器具有胶皮筒，所述胶皮筒为环氧树脂材质，可以耐co2等腐蚀作用。
17.在一些实施例中，所述背压阀包括第一背压阀、第二背压阀和第三背压阀，所述第一背压阀设置在所述岩心夹持器的入口端，所述第二背压阀设置在所述岩心夹持器的出口端，所述第三背压阀紧邻设置在所述第一活塞容器上部出口端，所述手动泵的输出端连接第一缓冲罐，所述第一缓冲罐的出口端通过管线分别连接所述第一背压阀、所述第二背压阀和所述第三背压阀。
18.在一些实施例中，所述气液分离器与所述第一流量计之间设置干燥器，所述干燥器与所述第一流量计之间设置第一单向阀，所述液体计量装置包括天平和放置在所述天平上的具有计量刻度的玻璃容器。
19.在一些实施例中，所述储气罐入口管线的支路上、所述可视窗出口管线的支路上、所述第一缓冲罐出口管线的支路上均设置安全阀。
20.在一些实施例中，所述储气罐入口管线上、所述第一活塞容器的上部管线上、所述泡沫发生器顶部、所述岩心夹持器出口端与入口端、所述第一缓冲罐出口端、所述气液分离器顶部入口端均设置压力计和温度计。
21.另一方面，本发明提出了一种利用co2的多功能驱替方法，包括以下步骤：
22.检查系统气密性，将岩样装到岩心夹持器内，调节岩心夹持器的环压和内部温度，对系统抽真空；
23.将原油注入到岩样至岩样饱和，根据方案需要调节背压阀压力至目标值；
24.将驱替物注入岩心夹持器进行原油驱替，所述驱替物为气体、水蒸汽、泡沫、化学溶液、水或其混合物，其中，所述混合物为气体、水蒸汽、泡沫、化学溶液和水中的至少两种物质的混合，所述驱替物为泡沫时，首先将气体和起泡剂定量注入泡沫发生器产生泡沫，并通过可视窗观察泡沫流体的状态，计录生成泡沫的条件和成分，然后将泡沫注入岩心夹持器进行驱替研究；
25.利用气液计量系统计量气液量，分析驱替效果。
26.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
27.本发明的气体注入组件利用第一活塞容器计量气体的量，适用于易发生相态变化的co2的定量注入；岩心夹持器侧壁上设计有多路测点，用户可根据需求任意设定测点的位置；环氧树脂胶皮筒解决了胶套遇到co2溶胀的问题；压力控制系统可稳定、准确控制岩心夹持器内的压力；安全阀能够对驱替过程进行更好地控制，减少安全隐患，给研究的开展带来极大方便。
28.本发明的多功能驱替系统用于在一定温度、压力条件下，模拟co2驱油、n2驱油、混合气驱油、co2泡沫驱油、n2泡沫驱油、蒸汽驱油、水驱油、水气交替驱油、化学药品驱油、多元复合驱、多元交替驱等动态驱油过程及配套工艺措施、优化注采参数和工艺的方法研究。同
时，测试该温度、压力条件下的孔隙度，含水、含油饱和度等；研究温度、压力、注入气体、泡沫、化学溶液、水、注入速率等对驱替效率的影响规律。
附图说明
29.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
30.图1为本发明多功能驱替系统示意图；
31.附图标记说明：
32.气瓶1、气体增压泵2、空气压缩机3、储气罐4、第一活塞容器5、第一注入泵6、第一水槽7、第二压力计8、第二温度计9、第一安全阀10、第一压力计11、第一温度计12、蒸汽发生器13、第二活塞容器14、第三活塞容器15、第四活塞容器16、第二注入泵17、第二水槽18、第四阀门19、第五阀门20、第二单向阀21、泡沫发生器22、可视窗23、第三压力计24、第三温度计25、第二安全阀26、岩心夹持器27、压差传感器28、环压泵29、第二缓冲罐30、第四压力计31、第四温度计32、第五压力计33、第五温度计34、手动泵35、第一缓冲罐36、第一背压阀37、第二背压阀38、第三背压阀39、第一阀门40、第二阀门41、第三阀门42、第六压力计43、第六温度计44、第三安全阀45、抽真空装置46、气液分离器47、干燥器48、第一单向阀49、第一流量计50、玻璃容器51、天平52、气体收集装置53、第七压力计54、第七温度计55。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的利用co2的多功能驱替系统及方法。
35.如图1所示，本发明的利用co2的多功能驱替系统，包括气体注入组件、驱替源组件、泡沫发生器22、压力控制系统、气液计量系统和抽真空装置46。
36.气体注入组件包括气瓶1，气瓶1出口管线上设置气体增压泵2，气体增压泵2出口管线上设置储气罐4。
37.具体为，气瓶1用于存放气体，气瓶1的数量至少为1个，当设置两个气瓶1时，可以进行交替使用或者放置不同种类的气体或者混合气体。气瓶1的出口管线上设置气体增压泵2，气体增压泵2的出口管线上设置储气罐4，气体经气体增压泵2增压后存储在储气罐4中。储气罐4的出口端连接第一活塞容器5，当需要注入气体时，首先将储气罐4中的气体注入第一活塞容器5，然后利用第一注入泵6将第一活塞容器5中的气体定量注入后续实验系统。其中，气体增压泵2主要用于气体的增压，设置在气体增压泵2输入端的空气压缩机3为气体增压泵2提供压缩空气，气体增压泵2使用压缩空气为动力源，以气体增压泵2为压力源，输出气体压力与驱动气源压力成比例。通过对驱动气源压力的调整，便能得到相应的增压后的气体压力。当驱动气源压力与增压后的气体压力平衡时，气体增压泵2便停止充压，输出气体压力也就稳定在预调的压力上，因而具有防爆、输出压力可调、体积小、重量轻、操作简单、性能可靠、适用范围广等特点。
38.在一些实施例中，在储气罐4入口管线上设置第二压力计8和第二温度计9，第二压
力计8和第二温度计9用于测试储气罐4中气体的压力和温度。
39.在一些实施例中，在储气罐4入口管线的支路上设置第一安全阀10，当储气罐4超压时，自动泄压，从而保证系统安全。
40.驱替源组件包括并联设置的蒸汽发生器13和若干个活塞容器，活塞容器包括第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16，蒸汽发生器13、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16并联设置，第一活塞容器5、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16分别用于放置气体、水、原油和化学溶液。
41.具体为，第一活塞容器5设置在储气罐4的出口端支路上，第一活塞容器5下部连接第一注入泵6，当需要注入气体时，储气罐4中的气体先注入到第一活塞容器5中，然后利用第一注入泵6定量注入气体。第一活塞容器5的上部管线上设置第一压力计11和第一温度计12，第一压力计11和第一温度计12用于测试流出第一活塞容器5的气体的压力和温度，第一注入泵6的输入端连接第一水槽7，根据第一注入泵6的注入水量以及第一压力计11和第一温度计12的测试数据换算得到流出第一活塞容器5的气体的量。可以理解的是，不管气体是气态还是液态均可以利用第一活塞容器5进行计量。蒸汽发生器13、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16并联设置，蒸汽发生器13、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16的下部均连接第二注入泵17，蒸汽发生器13、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16的上部联通。第二活塞容器14中放置水，当需要利用水进行原油的驱替时，利用第二注入泵17将水经第四阀门19注入后续的岩心夹持器27进行驱替实验。第三活塞容器15中放置原油，利用第二注入泵17将原油经第四阀门19注入后续的岩心夹持器27使得岩样饱和原油。第四活塞容器16用于放置化学溶液，其中，化学溶液为起泡剂或其他影响驱替效果的聚合物。可以理解的是，当进行泡沫驱替模拟实验时，化学溶液为起泡剂，将起泡剂经第五阀门20注入泡沫发生器22；当考察化学溶液对驱替效果的影响时，化学溶液为聚合物，将聚合物经第四阀门19注入后续的岩心夹持器27。可以理解的是，第一活塞容器5、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16的数量可以为一个或两个，当数量为两个时，可以交替使用使得实验可以持续进行。另外，第一注入泵6和第二注入泵17的注入排量均可调节，可以根据实验需要按照恒定排量注入或变排量注入，其中，变排量注入包括但不限于排量逐渐增大的注入方式或排量逐渐减小的注入方式。
42.另外，活塞容器设计有上下位式触发机构，当活塞运行到两极限位置时，控制系统的计算机会检测到活塞已运移到两极限末端位置，并实现活塞容器内流体的自动补液。
43.在一些实施例中，第一活塞容器5、第二活塞容器14、第三活塞容器15和第四活塞容器16均有控温装置，可以对内部物质控温；系统管线均用保温材料包裹。
44.蒸汽发生器13产生蒸汽以进行驱替模拟实验，第二注入泵17的输入端连接第二水槽18，第二水槽18中的水在第二注入泵17作用下进入蒸汽发生器13，在蒸汽发生器13中经加热成为蒸汽。
45.蒸汽发生器13主要由蒸汽发生器主体、plc控制系统、安全系统及压力、温度监控系统等组成。蒸汽发生器主体产生的最大蒸汽温度300℃以上，蒸汽发生器13内安装有温度控制探头、压力检测传感器，plc屏实时显示蒸汽温度、压力，同时为了保证安全，蒸汽发生器13内部安装有安全阀防护装置。蒸汽发生器13包括新型加热管道、蒸汽管道双螺旋缠绕结构，使用高导热系数的金属材料导热，外侧采用陶瓷纤维毯保温材料保温。蒸汽发生器13
采用干法加热及传导结构，新结构不但提高了控温精度，而且增加了电热管使用寿命，安全性也能保障，与传统的液体传导加热的蒸汽发生器13比较具有以下特点：装置采用铸铝作为温度传媒，而不是采用液体作为温度传媒，不存在液体加热釜，也就不存在釜体加热造成超压现象，安全可靠性高；蒸汽发生器13设计有plc采集控制系统，使蒸汽发生器13既具有集成化控制特点，又能够实现高精度控制。
46.在一些实施例中，蒸汽发生器13通过管线连接湿氮气加湿罐，湿氮气加湿罐用于向蒸汽内注入湿氮气以调节蒸汽干度。
47.泡沫发生器22设置在气体注入组件的下游，泡沫发生器22底部设置搅拌装置，泡沫发生器22下游设置可视窗23。
48.具体为，泡沫发生器22底部设置搅拌装置，起泡剂经第五阀门20从泡沫发生器22底部注入，气体经第二单向阀21从泡沫发生器22的底部注入，在搅拌装置作用下起泡剂和气体充分搅拌发泡。其中，搅拌装置转速可调节。可视窗23设置在泡沫发生器22下游，通过可视窗23观察泡沫的稳定性情况，产生的泡沫进入岩心夹持器27进行驱替实验。其中，第二单向阀21的设置避免了泡沫向气体注入组件方向的流动。
49.泡沫发生器22采用独特的设计结构，气体沿切线方向射入起泡剂中，使得起泡剂和气体充分搅拌发泡。在一些实施例中，泡沫发生器22内部设置多层不同孔径的筛网。筛网根据孔径由小到大的顺序依次从上到下设置在泡沫发生器22中，泡沫发生器22中形成的泡沫依次经过孔径由大到小的筛网的通孔挤压。
50.在一些实施例中，通过筛网挤压的泡沫转变成与岩心孔隙大小属同一个数量级的微泡沫，便于泡沫进入岩心孔道。
51.在一些实施例中，可视窗23的视窗玻璃采用人造蓝宝石，通过可视窗23观察泡沫的稳定性情况。
52.在一些实施例中，在可视窗23出口管线的支路上设置第二安全阀26，当可视窗23超压时自动泄压。
53.在一些实施例中，在泡沫发生器22的顶部设置第三压力计24和第三温度计25，第三压力计24和第三温度计25用于测试泡沫发生器22内部的压力和温度。
54.岩心夹持器27设置在可视窗23的下游，岩心夹持器27内部设置控温装置，岩心夹持器27出口端与入口端之间的管线上设置压差传感器28，利用环压泵29控制岩心夹持器27的环压。
55.具体为，在岩心夹持器27中进行驱替模拟实验，岩心夹持器27的出口端与入口端之间连接的管线上设置压差传感器28，压差传感器28用于测试岩心夹持器27出口端和入口端之间的压差，岩心夹持器27内部具有控温装置，利用控温装置对岩心夹持器27内部岩心等物质加热以模拟地层温度。岩心夹持器27的环压由环压泵29控制，环压泵29的输出端连接第二缓冲罐30，第二缓冲罐30的输出端连接岩心夹持器27。
56.岩心夹持器27可以是长管岩心夹持器或普通岩心夹持器等类型，根据需要选择设计，岩心夹持器27设计有安装支撑机构，左封头、测点、胶皮筒、右岩心塞、右封头、支撑杆、支撑环、引出杆、引出密封机构，均在筒体外安装完成后直接放入筒体中，安装方便快捷。封头等经常拆卸的材料均可采用钛合金材料，使重量轻便，安装方便。岩心与胶皮筒间的装卸夹具倾斜一定角度，便于岩心利用重力下滑。岩心夹持器27模型筒体内壁拉毛，以防串流；
内腔设计有隔热保温装置，堵头设计有活塞压实结构，各测压点和堵头设计有防砂结构。岩心夹持器27侧壁上设计有多路测点，用于测试温度、压力、电阻等技术参数，用户可根据需求沿着岩心夹持器27的轴向或径向在侧壁设置测点位置或根据需要任意规则设定测点的位置。在一些实施例中，岩心夹持器27的胶皮筒为环氧树脂材质，采用环氧树脂材质的胶皮筒可以解决驱替气体为co2时，橡胶与co2溶胀的问题。
57.在一些实施例中，在岩心夹持器27的出口端与入口端均设置压力计和温度计。具体为，在岩心加持器27的入口端设置第四压力计31和第四温度计32，第四压力计31和第四温度计32用于测试进入岩心夹持器27的流体的压力和温度，在岩心夹持器27的出口端设置第五压力计33和第五温度计34，第五压力计33和第五温度计34用于测试流出岩心夹持器27的流体的压力和温度。
58.另外，在驱替实验进行过程中，当驱替物从岩心夹持器27入口端注入的排量与从岩心夹持器27出口端流出的排量相等且稳定，且无油被驱替出时，驱替实验完成，记录注入的驱替物质及驱替出的油气水等物质的量，分析驱替效果。其中，驱替物可以为co2、水、n2、水蒸气、化学溶液、聚合物等。
59.压力控制系统包括手动泵35和多个背压阀，背压阀设置在岩心夹持器27的出口端与入口端以及气体注入组件出口端，手动泵35用于控制背压阀的压力。背压阀包括第一背压阀37、第二背压阀38和第三背压阀39，第一背压阀37设置在岩心夹持器27的入口端，第二背压阀38设置在岩心夹持器27的出口端，第三背压阀39设置在第一活塞容器5上部出口端，手动泵35的输出端连接第一缓冲罐36，第一缓冲罐36的出口端通过管线分别连接第一背压阀37、第二背压阀38和第三背压阀39。
60.具体为，手动泵35的输出端连接第一缓冲罐36，第一缓冲罐36的出口端通过管线分别连接第一背压阀37、第二背压阀38和第三背压阀39，第一背压阀37设置在岩心夹持器27的入口端，第二背压阀38设置在岩心夹持器27的出口端，第三背压阀39设置在第一活塞容器5上部出口端，利用第一背压阀37和第二背压阀38控制进出岩心夹持器27的压力，利用第三背压阀39控制气体注入组件的气体的最小流出压力。
61.第一背压阀37侧面与第一缓冲罐36出口端之间的管线上设置第一阀门40，第二背压阀38侧面与第一缓冲罐36出口端之间的管线上设置第二阀门41，第三背压阀39侧面与第一缓冲罐36出口端之间的管线上设置第三阀门42，当需要调节第一背压阀37的压力值时，开启第一阀门40，关闭第二阀门41和第三阀门42，利用手动泵35增大或减小第一背压阀37的压力值；当需要调节第二背压阀38的压力值时，开启第二阀门41，关闭第一阀门40和第三阀门42，利用手动泵35增大或减小第二背压阀38的压力值；当需要调节第三背压阀39的压力值时，开启第三阀门42，关闭第二阀门41和第一阀门40，利用手动泵35增大或减小第三背压阀39的压力值。
62.在一些实施例中，在第一缓冲罐36出口端设置第六压力计43和第六温度计44，第六压力计43和第六温度计44用于测试第一缓冲罐36出口端的压力和温度。在一些实施例中，在第一缓冲罐36出口管线的支路上设置第三安全阀45，当第一缓冲罐36超压时自动泄压。
63.气液计量系统设置在岩心夹持器27下游，气液计量系统包括气液分离器47、第一流量计50和液体计量装置，第一流量计50设置在气液分离器47顶部的出口管线上，液体计
量装置设置在气液分离器47底部出口端。气液分离器47与第一流量计50之间设置干燥器48，干燥器48与第一流量计50之间设置第一单向阀49，液体计量装置包括天平52和放置在天平52上的具有计量刻度的玻璃容器51。
64.具体为，气液计量系统用于计量从岩心夹持器27出口端流出的气液量，气液计量装置包括气液分离器47、第一流量计50和液体计量装置。其中，第一流量计50设置在气液分离器47顶部的出口管线上，用于计量气体流量，在气液分离器47和第一流量计50之间设置干燥器48，干燥器48用于除去气体中的水汽，避免因水汽造成的计量误差。干燥器48与第一流量计50之间设置第一单向阀49，第一单向阀49的设置避免了因气体回流造成的计量误差。液体计量装置设置在气液分离器47底部出口端，液体计量装置包括天平52和玻璃容器51，其中，玻璃容器51放置在天平52上，气液混合物经气液分离器47分离后，液体流入玻璃容器51，根据玻璃容器51可以计量液体的体积，利用天平52可以测量液体的质量。玻璃容器51侧壁设计有计量刻度，油水混合物体在其内部容易分层，方便分别计量油和水的量。
65.在一些实施例中，在第一流量计50的出口端设置气体收集装置53，气体收集装置53用于收集气体以将不能直接排放的气体收集后处理。
66.在一些实施例中，在气液分离器47顶部的入口端设置第七压力计54和第七温度计55，第七压力计54和第七温度计55用于测试流入气液分离器47的气液混合物的温度和压力。
67.抽真空装置46设置在岩心夹持器27入口管线的之路上，用于为系统抽真空。在一些实施例中，抽真空装置46为真空泵。
68.利用co2的多功能驱替方法，利用本发明的利用co2的多功能驱替系统，包括以下步骤：将岩样装到岩心夹持器27内，调节岩心夹持器27的环压和内部温度；将原油注入到岩样至岩样饱和，调节背压阀压力至目标值；将驱替物注入岩心夹持器27进行原油驱替，所述驱替物为气体、水蒸汽、泡沫、水或化学溶液，或其混合物，气体为co2或n2等，混合物为气体、水蒸汽、泡沫、化学溶液和水中的至少两种物质的混合。驱替物为泡沫时，首先将气体和起泡剂定量注入泡沫发生器22产生泡沫并通过可视窗23观察泡沫流体的状态，然后将泡沫注入岩心夹持器27进行驱替实验；利用气液计量系统计量气液量，分析驱替效果。
69.下面以水驱油为例说明本发明的方法，包括以下步骤：
70.(1)检查系统气密性，将岩样装到岩心夹持器27内；
71.(2)利用真空泵将系统抽真空，利用环压泵29调节岩心夹持器27的环压，利用控温装置调节岩心夹持器27的内部温度；
72.(3)利用第二注入泵17将第三活塞容器15中的原油经第四阀门19和第一背压阀37注入岩心夹持器27至岩样饱和，调节第一背压阀37和第二背压阀38的压力进而调节进出岩心夹持器27的内部压力至目标值，其中，当第二注入泵17注入的原油与从第二背压阀38流出的原油的排量相同且稳定时，认为岩样达到饱和，第二背压阀38流出的原油的量通过玻璃容器51和天平52计量；
73.(4)在第二注入泵17的作用下将第二活塞容器14中的水经第四阀门19和第一背压阀37注入岩心夹持器27，水对岩样内部的原油进行驱替；
74.(5)利用气液分离器47进行油水分离，通过玻璃容器51和天平52计量分离出来的油水量；
75.(6)分别改变第二注入泵17注入排量、累计输入量、注入时机、实验温度、环压等，开展对比实验，分析驱替压力；
76.(7)清洗实验设备，实验结束。
77.co2、水蒸汽、化学溶液驱油方法与水驱油方法同理可得。
78.以泡沫驱油为例说明本发明的方法，包括以下步骤：
79.(1)检查系统气密性，将岩样装到岩心夹持器27内；
80.(2)利用真空泵将系统抽真空，利用环压泵29调节岩心夹持器27的环压，利用控温装置调节岩心夹持器27的内部温度；
81.(3)利用第二注入泵17将第三活塞容器15中的原油经第四阀门19和第一背压阀37注入岩心夹持器27至岩样饱和，调节第一背压阀37和第二背压阀38的压力进而调节进出岩心夹持器27的内部压力至目标值，其中，当第二注入泵17注入的原油与从第二背压阀38流出的原油的排量相同且稳定时，岩样达到饱和，第二背压阀38流出的原油的量通过玻璃容器51和天平52计量；
82.(4)在第二注入泵17的作用下将第四活塞容器16中的起泡剂经第五阀门20注入泡沫发生器22，在第一注入泵6作用下将第一活塞容器5中的气体经第三背压阀39和第二单向阀21注入泡沫发生器22，气体和起泡剂在搅拌装置作用下产生泡沫，并通过可视窗23观察泡沫流体的状态，计录生成泡沫的条件和成分，气泡经第一背压阀37注入岩心夹持器27，泡沫对岩样内部的原油进行驱替；
83.(5)利用气液分离器47进行油水分离，通过玻璃容器51和天平52计量分离出来的油水量；
84.(6)清洗实验设备，实验结束。
85.可以理解的是，在驱替实验模拟中可以通过改变第一注入泵6排量或累计注入量、第二注入泵17排量或累计注入量、实验温度、环压等，开展对比实验，分析驱替效果。泡沫驱替模拟实验中气体可以为co2、n2等。
86.在驱替实验中，当从岩心夹持器27注入的原油的排量与从岩心夹持器27流出的原油的排量相等且稳定，则认为岩样饱和，即饱和油。具体为，利用第二注入泵17将第三活塞容器15中的原油按照一定排量经第四阀门19和第一背压阀37注入岩心夹持器27，当注入的原油的排量与从岩心夹持器27的出口端经第二背压阀38流出的排量相等且稳定时，岩样即达到饱和，其中，从岩心夹持器27的出口端经第二背压阀38流出的原油的量利用玻璃容器51和天平52计量。
87.本发明的多功能驱替系统可以用于在一定温度、压力条件下，模拟co2驱油、n2驱油、混合气驱油、co2泡沫驱油、n2泡沫驱油、蒸汽驱油、水驱油、水气交替驱油、化学药品驱油、多元复合驱、多元交替驱等动态驱油过程及配套工艺措施、优化注采参数和工艺的方法研究。同时，测试该温度、压力条件下的孔隙度，含水、含油饱和度等；研究温度、压力、注入气体、泡沫、化学溶液、水、注入速率等对驱替效率的影响规律。
88.本发明的系统可以进行泡沫驱替模拟实验，可以通过室内模拟来验证和进一步说明泡沫流体的暂堵分流特性及化学微粒分流特性，主要包括以下实验：不同渗透率的单一含水岩心泡沫封堵性能平行对比试验研究；研究泡沫驱替以及后续起泡剂溶液和水驱替单岩心过程中的压力变化趋势、出口流量及岩心气相饱和度变化关系，分析泡沫对单岩心的
封堵性能；不同渗透率的单一含油岩心泡沫封堵性能平行对比试验研究；泡沫对含水岩心和含油岩心的选择性堵塞实验；泡沫对高渗低渗岩心的选择性堵塞试验研究；气液比对泡沫封堵能力影响实验研究；co2泡沫分流实验研究。
89.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
90.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
91.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种利用co2的多功能驱替系统，其特征在于，包括：气体注入组件，所述气体注入组件包括气瓶，所述气瓶出口管线上设置气体增压泵，所述气体增压泵出口管线上设置储气罐，所述储气罐的出口管线上的支路上设置第一活塞容器，所述第一活塞容器下部连接第一注入泵；驱替源组件，所述驱替源组件包括并联设置的蒸汽发生器和若干个活塞容器，所述蒸汽发生器和所述活塞容器下部均连接第二注入泵；设置在所述气体注入组件下游的泡沫发生器，所述泡沫发生器底部设置搅拌装置，所述泡沫发生器下游设置可视窗；设置在所述可视窗下游的岩心夹持器，所述岩心夹持器内部设置控温装置，所述岩心夹持器出口端与入口端之间的管线上设置压差传感器，利用环压泵控制所述岩心夹持器的环压；压力控制系统，所述压力控制系统包括手动泵和多个背压阀，所述背压阀设置在所述岩心夹持器的出口端和入口端以及所述气体注入组件出口端，所述手动泵用于控制所述背压阀的压力；设置在所述岩心夹持器下游的气液计量系统，所述气液计量系统包括气液分离器、第一流量计和液体计量装置，所述第一流量计设置在所述气液分离器顶部的出口管线上，所述液体计量装置设置在所述气液分离器底部出口端；抽真空装置，所述抽真空装置设置在所述岩心夹持器入口管线的支路上，用于为系统抽真空。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述活塞容器包括并联设置的第二活塞容器、第三活塞容器和第四活塞容器，所述第一活塞容器、所述第二活塞容器、所述第三活塞容器和所述第四活塞容器分别用于存放气体、水、原油和化学溶液。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽发生器通过管线连接湿氮气加湿罐。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述泡沫发生器内部设置多层不同孔径的筛网。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述岩心夹持器具有胶皮筒，所述胶皮筒为环氧树脂材质。6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述背压阀包括第一背压阀、第二背压阀和第三背压阀，所述第一背压阀设置在所述岩心夹持器的入口端，所述第二背压阀设置在所述岩心夹持器的出口端，所述第三背压阀设置在所述第一活塞容器上部出口端，所述手动泵的输出端连接第一缓冲罐，所述第一缓冲罐的出口端通过管线分别连接所述第一背压阀、所述第二背压阀和所述第三背压阀。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液分离器与所述第一流量计之间设置干燥器，所述干燥器与所述第一流量计之间设置第一单向阀，所述液体计量装置包括天平和放置在所述天平上的具有计量刻度的玻璃容器。8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述储气罐入口管线的支路上、所述可视窗出口管线的支路上、所述第一缓冲罐出口管线的支路上均设置安全阀。9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述储气罐入口管线上、所述第一活塞容器
的上部管线上、所述泡沫发生器顶部、所述岩心夹持器出口端与入口端、所述第一缓冲罐出口端、所述气液分离器顶部入口端均设置压力计和温度计。10.一种利用co2的多功能驱替方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一所述的系统，包括以下步骤：检查系统气密性，将岩样装到岩心夹持器内，调节岩心夹持器的环压和内部温度，对系统抽真空；将原油注入到岩样至岩样饱和，调节背压阀压力至目标值；将驱替物注入岩心夹持器进行原油驱替，所述驱替物为气体、水蒸汽、泡沫、化学溶液、水或其混合物，其中，所述混合物为气体、水蒸汽、泡沫、化学溶液和水中的至少两种物质的混合，所述驱替物为泡沫时，首先将气体和起泡剂定量注入泡沫发生器产生泡沫并通过可视窗观察泡沫流体的状态，计录生成泡沫的条件和成分，然后将泡沫注入岩心夹持器进行驱替实验研究；利用气液计量系统计量气液量，分析驱替效果。

技术总结
本发明公开了一种利用CO2的多功能驱替系统及方法。本发明的系统包括气体注入组件、岩心夹持器和压力控制系统等，气体注入组件利用第一活塞容器计量气体的量，适用于易发生相态变化的CO2的定量注入；岩心夹持器设计有多路测点，用户可根据需求任意设定测点的位置；岩心夹持器的胶皮筒为环氧树脂材质，解决了胶套遇到CO2溶胀的问题；压力控制系统可稳定、准确控制岩心夹持器内的压力。本发明的系统用于在一定温度、压力条件下，模拟CO2驱油、N2驱油、混合气驱油、CO2泡沫驱油、N2泡沫驱油、蒸汽驱油、水驱油、水气交替驱油、化学药品驱油、多元复合驱、多元交替驱等动态驱油过程及配套工艺措施、优化注采参数和工艺的方法研究。优化注采参数和工艺的方法研究。优化注采参数和工艺的方法研究。


技术研发人员：张健 朱明宇 郭建忠 张茂元 孙京 周文斌 赵清泉
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/6