一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法

1.本发明涉及油气田开发工程技术领域，尤其涉及一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法。


背景技术：

2.随着全球油气资源需求量的日益增加，常规油气资源的可采储量逐渐降低，使得非常规油气资源备受关注。并且我国致密油气资源丰富，开采潜力巨大，但大多数致密储层孔隙发育为纳米级(5-750nm)。在纳米孔隙中，由于孔隙空间受限，流体与岩石的相互作用强烈，流体的相态可能会发生显著偏差，如何明确受限空间内流体相态特征对油气资源的顺利开采意义重大。
3.目前，关于纳米孔隙流体相态的研究大多是采用分子模拟和室内实验。其中大多数分子模拟都是基于圆形孔隙和狭缝孔隙，忽略了实际储层中微纳米孔隙形状的影响。
4.例如，发明专利cn202210268418.5公开了一种页岩气藏有机质孔隙内流体临界参数及相图计算方法，其提出了一种改进的pr-eos模型，通过求解从而得到页岩微纳米孔隙内流体的临界参数及相图，但该方法完全基于理论计算，与实际情况有较大的出入，不能作为判断储层内流体相态特征的依据。
5.发明专利cn201210241972.0公开了一种油气相态多层取样方法及装置，其是将流体放入pvt筒中，进行pvt实验从而获得流体相态特征，但pvt筒无法准确模拟出纳米尺度的孔隙特征，实验结果不具有代表性。
6.发明专利cn202010594042.8公开了一种纳米通道内可压缩流体的相态测试装置及其测试方法，其通过微流控实验，根据微流控芯片，观察和测量纳米通道中流体的相态，但该方法中微流控芯片无法准确表征储层的矿物组成以及润湿性等特征对流体相态的影响。
7.实用新型专利cn202122726262.4公开了页岩孔隙内流体的相变模拟装置及系统，其公开了观察页岩孔隙内相变的装置，该装置包含纳米限域和体相两个连通腔体，无法观察纳米孔内相变，且由于两个腔体连通，该装置获得的pv关系为受限相与体相的综合结果，无法单独获得受限相的相变信息。
8.综上可知，现有的方法中，分子模拟和理论计算所涉及到的对受限空间内流体相态特征的影响因素并不全面，对现场指导意义不大，室内实验也无法准确模型出流体在受限空间内流体相态特征，所得出的实验结果并不具有代表性。


技术实现要素：

9.为解决上述问题，本发明提供一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，能获得代表性较好的受限流体相变参数，从而准确评价流体在受限空间内的相态特征。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，包括以下步骤：
11.s1、制备限域多孔介质；
12.s2、将限域多孔介质放入耐压陶瓷管中，再将耐压陶瓷管装进夹持器中，并接入相态实验装置；
13.s3、对限域多孔介质抽真空后，加热夹持器升温至起始温度，而后将待测样品转入限域多孔介质中，并加压至起始压力；
14.s4、关闭位于耐压陶瓷管入口的开关阀，形成定容系统；
15.s5、调整定容系统的温度，监测温度变化导致的压力被动变化过程，通过记录的压力-温度关系斜率变化，识别限域多孔介质内的受限流体相变点范围；
16.s6、验证：在由步骤s5获得的相变点范围选定的温压条件下稳定定容系统，达到平衡后开展t1-t2二维核磁扫描，根据二维核磁谱判断受限流体为单相还是两相，若为两相，则逐渐升高温度直至转变为单相，若为单相，则逐渐降低温度直至转变为两相，逐步缩小温度范围，直至找到最近且相邻的两相和单相温压条件的平均值即为相变点；
17.s7、调整待测样品的注入量、起始温度和起始压力，重复步骤s4-s6，获得一系列相变点，而后绘制限域流体相图。
18.优选的，步骤s1具体包括以下步骤：
19.s11、将纳米颗粒球磨粉碎后，获得纳米级颗粒；
20.s12、将纳米级颗粒放入成形器内，通过液压机挤压成形器内的纳米级颗粒，制得具有微纳米孔隙结构的限域多孔介质。
21.优选的，步骤s11中还加入有用于控制润湿性的粘土矿物颗粒，并在球磨粉碎后，获得粘土矿物纳米级颗粒；
22.并在步骤s12中按照比例将纳米级颗粒和粘土矿物纳米级颗粒放入成形器内。
23.优选的，粘土矿物纳米级颗粒和纳米级颗粒的添加比例为80％-90％。
24.优选的，粘土矿物颗粒为蒙脱石、伊利石、高岭石或绿泥石。
25.优选的，步骤s11中所述的纳米颗粒为al2o3、sio2或batio3。
26.优选的，步骤s1制得的限域多孔介质的直径为2.5cm、长度为6cm。
27.优选的，步骤s2中所述的为起始温度和起始压力分别不同于待测样品的临界温度和临界压力的任意温度和任意压力。
28.优选的，步骤s2中所述的相态实验装置包括用于盛放限域多孔介质的耐压陶瓷管、罩设于耐压陶瓷管外的夹持器、设置于夹持器上下两端的核磁共振仪、用于对限域多孔介质升温的升温机构、用于向限域多孔介质内注入待测样品的样品注入机构以及抽真空机构。
29.优选的，升温机构包括热交换器、与热交换器的冷端入口连通的氟化液容器，热交换器的热端出口与耐压陶瓷管和夹持器之间的环形腔的一侧连通，环形腔的另一侧与氟化液容器连通，热交换器的热端出口处设置有循环泵；
30.样品注入机构包括依次连通的注入泵和样品容器，样品容器的输出端经热交换器连接连通管，连通管还分别与耐压陶瓷管和抽真空机构连通；
31.抽真空机构为真空泵；
32.样品容器的输入、输出端、氟化液容器的输出端、耐压陶瓷管的输入端均设置有开关阀；
33.连通管靠近耐压陶瓷管的一端还设置有压力表。
34.本发明具有以下有益效果：
35.(1)所制备的限域多孔介质可适应纯物质基础科学研究和复杂混合物真实储层相态研究，限域多孔介质润湿性可控；
36.(2)定容法通过斜率变化监测的相变点可与在线核磁测得的二维谱识别的相变点进行互相验证，提高了相变点识别的准确性；
37.(3)该方法适用的流体类型广泛。
38.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
39.图1为本发明的基于核磁共振的受限流体相态实验方法的流程图；
40.图2为本发明的基于核磁共振的受限流体相态实验方法公开的相态实验装置结构示意图；
41.图3为本发明的实施例的起始条件二维核磁共振t1-t2谱图。
42.图4为本发明的实施例的单相区二维核磁共振t1-t2谱图。
43.图5为本发明的实施例的两相区二维核磁共振t1-t2谱图。
44.其中：1、注入泵；2、样品容器；3、循环泵；4、热交换器；5、氟化液容器；6、限域多孔介质；7、耐压陶瓷管；8、环形腔；9、夹持器；10、核磁共振仪；11、压力表；12、真空泵。
具体实施方式
45.以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
46.如图1所示，基于核磁共振的受限流体相态实验方法，包括以下步骤：
47.s1、制备限域多孔介质；
48.优选的，步骤s1具体包括以下步骤：
49.s11、将纳米颗粒球磨粉碎后，获得纳米级颗粒；
50.s12、将纳米级颗粒放入成形器内(本实施例的成型器选择专利cn202111661555.7公开的一种制备双润湿页岩油藏岩心的装置)，通过液压机挤压成形器内的纳米级颗粒，制得具有微纳米孔隙结构的限域多孔介质。
51.优选的，步骤s11中还加入有用于控制润湿性的粘土矿物颗粒，并在球磨粉碎后，获得粘土矿物纳米级颗粒；
52.并在步骤s12中按照比例将纳米级颗粒和粘土矿物纳米级颗粒放入成形器内。在本实施例中如不需要调控润湿性，则无需加入粘土矿物颗粒。
53.优选的，粘土矿物纳米级颗粒和纳米级颗粒的添加比例为80％-90％。
54.优选的，粘土矿物颗粒为蒙脱石、伊利石、高岭石或绿泥石。
55.优选的，步骤s11中所述的纳米颗粒为al2o3、sio2或batio3。
56.优选的，步骤s1制得的限域多孔介质的直径为2.5cm、长度为6cm。
57.s2、将限域多孔介质放入耐压陶瓷管中，再将耐压陶瓷管装进夹持器中，并接入相
态实验装置；
58.优选的，步骤s2中所述的为起始温度和起始压力分别不同于待测样品的临界温度和临界压力的任意温度和任意压力。
59.如图2所示，优选的，步骤s2中所述的相态实验装置包括用于盛放限域多孔介质6的耐压陶瓷管7、罩设于耐压陶瓷管7外的夹持器9、设置于夹持器9上下两端的核磁共振仪10、用于对限域多孔介质6升温的升温机构、用于向限域多孔介质6内注入待测样品的样品注入机构以及抽真空机构。
60.优选的，升温机构包括热交换器4、与热交换器4的冷端入口连通的氟化液容器5，热交换器4的热端出口与耐压陶瓷管7和夹持器9之间的环形腔8的一侧连通，环形腔8的另一侧与氟化液容器5连通，热交换器4的热端出口处设置有循环泵3；
61.样品注入机构包括依次连通的注入泵1和样品容器2，样品容器2的输出端经热交换器4连接连通管，连通管还分别与耐压陶瓷管7和抽真空机构连通；
62.抽真空机构为真空泵12；
63.样品容器的输入、输出端、氟化液容器的输出端、耐压陶瓷管的输入端均设置有开关阀；
64.连通管靠近耐压陶瓷管的一端还设置有压力表11。
65.s3、对限域多孔介质抽真空后，加热夹持器升温至起始温度，而后将待测样品转入限域多孔介质中，并加压至起始压力(随着待测样品的注入量增大进行加压)；
66.s4、关闭位于耐压陶瓷管入口的开关阀，形成定容系统；
67.s5、调整定容系统的温度，监测温度变化导致的压力被动变化过程，通过记录的压力-温度关系斜率变化，识别限域多孔介质内的受限流体相变点范围；
68.s6、验证：在由步骤s5获得的相变点范围选定的温压条件下稳定定容系统，达到平衡后开展t1-t2二维核磁扫描，根据二维核磁谱判断受限流体为单相还是两相，若为两相，则逐渐升高温度直至转变为单相，若为单相，则逐渐降低温度直至转变为两相，逐步缩小温度范围，直至找到最近且相邻的两相和单相温压条件的平均值即为相变点；
69.s7、调整待测样品的注入量、起始温度和起始压力，重复步骤s4-s6，获得一系列相变点，而后绘制限域流体相图。
70.为进一步说明本发明，公开以下实施例：
71.其包括以下步骤：
72.第一步、将batio3颗粒置于成形器内，通过液压机挤压成形器内的原batio3颗粒，制得具有微纳米孔隙结构的限域多孔介质，该限域多孔介质直径为2.5cm，长度为6cm，孔径分布主峰位于31nm；
73.第二步、将限域多孔介质放入耐压陶瓷管，将陶瓷管置于夹持器中，然后将夹持器接入相态实验装置；
74.第三步、关闭开关阀j1打开开关阀j2，对限域多孔介质抽真空，其后打开开关阀j3开启循环泵，将氟化液循环充满夹持器与耐压陶瓷管的环空腔以及热交换器和管线中，打开热交换器加热夹持器，升温至起始温度90℃。打开开关阀j1和开关阀j4，通过控制注入泵将待测凝析油转入限域多孔介质并加压至起始压力2mpa；
75.第四步、起始温压稳定4小时后，关闭夹持器入口，形成定容系统。
76.第五步、通过sr-cmpg序列进行在线二维t1-t2谱数据收集，判定起始状态为纯气相如图3；
77.第六步、调整该定容系统的温度，监测温度变化导致的压力被动变化，通过p-t关系的斜率变化识别限域多孔介质内的受限流体相变点大致范围在温度65℃附近；
78.第七步、在65℃范围附近的温压条件开展t1-t2二维核磁扫描，确定单相区(如图4)和两相区(如图5)对应条件，结合二维核磁谱和p-t关系对流体的相变点进行精细识别，得出该初始条件下本凝析油的在受限多孔介质中的气液相变点为63℃1.44mpa。
79.因此，本发明采用上述基于核磁共振的受限流体相态实验方法，能获得代表性较好的受限流体相变参数，从而准确评价流体在受限空间内的相态特征。
80.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、制备限域多孔介质；s2、将限域多孔介质放入耐压陶瓷管中，再将耐压陶瓷管装进夹持器中，并接入相态实验装置；s3、对限域多孔介质抽真空后，加热夹持器升温至起始温度，而后将待测样品转入限域多孔介质中，并加压至起始压力；s4、关闭位于耐压陶瓷管入口的开关阀，形成定容系统；s5、调整定容系统的温度，监测温度变化导致的压力被动变化过程，通过记录的压力-温度关系斜率变化，识别限域多孔介质内的受限流体相变点范围；s6、验证：在由步骤s5获得的相变点范围选定的温压条件下稳定定容系统，达到平衡后开展t1-t2二维核磁扫描，根据二维核磁谱判断受限流体为单相还是两相，若为两相，则逐渐升高温度直至转变为单相，若为单相，则逐渐降低温度直至转变为两相，逐步缩小温度范围，直至找到最近且相邻的两相和单相温压条件的平均值即为相变点；s7、调整待测样品的注入量、起始温度和起始压力，重复步骤s4-s6，获得一系列相变点，而后绘制限域流体相图。2.根据权利要求1所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：步骤s1具体包括以下步骤：s11、将纳米颗粒球磨粉碎后，获得纳米级颗粒；s12、将纳米级颗粒放入成形器内，通过液压机挤压成形器内的纳米级颗粒，制得具有微纳米孔隙结构的限域多孔介质。3.根据权利要求2所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：步骤s11中还加入有用于控制润湿性的粘土矿物颗粒，并在球磨粉碎后，获得粘土矿物纳米级颗粒；并在步骤s12中按照比例将纳米级颗粒和粘土矿物纳米级颗粒放入成形器内。4.根据权利要求3所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：粘土矿物纳米级颗粒和纳米级颗粒的添加比例为80％-90％。5.根据权利要求3所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：粘土矿物颗粒为蒙脱石、伊利石、高岭石或绿泥石。6.根据权利要求2所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：步骤s11中所述的纳米颗粒为al2o3、sio2或batio3。7.根据权利要求1所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：步骤s1制得的限域多孔介质的直径为2.5cm、长度为6cm。8.根据权利要求1所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：步骤s2中所述的为起始温度和起始压力分别不同于待测样品的临界温度和临界压力的任意温度和任意压力。9.根据权利要求1所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：步骤s2中所述的相态实验装置包括用于盛放限域多孔介质的耐压陶瓷管、罩设于耐压陶瓷管外的夹持器、设置于夹持器上下两端的核磁共振仪、用于对限域多孔介质升温的升温机构、用于向限域多孔介质内注入待测样品的样品注入机构以及抽真空机构。
10.根据权利要求9所述的一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，其特征在于：升温机构包括热交换器、与热交换器的冷端入口连通的氟化液容器，热交换器的热端出口与耐压陶瓷管和夹持器之间的环形腔的一侧连通，环形腔的另一侧与氟化液容器连通，热交换器的热端出口处设置有循环泵；样品注入机构包括依次连通的注入泵和样品容器，样品容器的输出端经热交换器连接连通管，连通管还分别与耐压陶瓷管和抽真空机构连通；抽真空机构为真空泵；样品容器的输入、输出端、氟化液容器的输出端、耐压陶瓷管的输入端均设置有开关阀；连通管靠近耐压陶瓷管的一端还设置有压力表。

技术总结
本发明公开了一种基于核磁共振的受限流体相态实验方法，包括以下步骤：制备限域多孔介质-将限域多孔介质放入耐压陶瓷管中，再将耐压陶瓷管装进夹持器中，并接入相态实验装置-对限域多孔介质抽真空后，加热夹持器升温至起始温度，而后将待测样品转入限域多孔介质中，并加压至起始压力-关闭位于耐压陶瓷管入口的开关阀，形成定容系统-识别限域多孔介质内的受限流体相变点范围-验证-调整待测样品的注入量、起始温度和起始压力，重复步骤，获得一系列相变点，而后绘制限域流体相图。本发明采用上述基于核磁共振的受限流体相态实验方法，能获得代表性较好的受限流体相变参数，从而准确评价流体在受限空间内的相态特征。而准确评价流体在受限空间内的相态特征。而准确评价流体在受限空间内的相态特征。


技术研发人员：王烁石 付艺璇 严晓琳
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14