本发明涉及油气开发过程中一种注气采油模拟装置及方法，特别是涉及一种基于核磁共振技术确定注气采油过程注入气在原油中扩散距离的测试装置及方法。
背景技术：
随着全球油气消耗的快速增长，寻找新区块和进一步有效提高现有油藏原油采收率是当前各油田的重点工作。注气采油得益于注入气密度/粘度小、在岩心中波及范围较大、对储层原油性质改善等优点而被广泛应用和寄予厚望。特别对于致密油藏，常规流体(水、化学剂等)无法注入，注气基本是目前唯一的提采方式。注气采油方法主要包括注气驱、注气吞吐等。注气过程明确注入气在原油中的溶解扩散距离对掌握注入气对原油性质改善情况、气体波及范围、气窜预测等具有非常重要的意义。目前还没有准确评价注气采油过程注入气在原油中扩散距离的实验方法，大多是基于数值计算方法来确定，具有很大的经验性。
核磁共振技术已越来越多用于研究储层岩石中流体分布特征。2012年，李杰林对多孔介质孔隙中流体的核磁共振特征进行了研究(李杰林,周科平,张亚民,许玉娟.基于核磁共振技术的岩石孔隙结构冻融损失试验研究.岩石力学与工程学报,2012,31,1209-1214)，发现岩心扩散能力，如扩散系数、孔隙度及孔径分布和渗透率等都可以从核磁共振弛豫测量中获得。2017年，贾子健通过对岩心的核磁共振弛豫研究(贾子健.页岩核磁共振弛豫机制与测量方法研究.博士学位论文,中国石油大学,2017)，发现在孔隙空间中，流体分子由于空间有限，其扩散会受到限制，与自由扩散不同，受限扩散的扩散能力会小于自由扩散，且这种现象在微小尺度孔隙介质中更为明显。同时，扩散能力的测量是核磁共振流体认识分析的重要依据，它会对微小孔隙尺度下的核磁响应产生较大影响。贾子健同样认为可以利用视扩散系数在受限孔隙空间内的变化趋势预测孔喉结构及孔隙流体饱和度等信息。
虽然有研究人员针对核磁技术应用在岩石中流体分布特征的研究开展了一些工作，但目前关于采用核磁共振技术确定注气采油过程注入气在原油中溶解扩散距离，仍属于技术空白。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，该装置原理可靠，操作简便，通过研究不同的注气条件下(不同注入气组成、不同原油和不同储层岩心)注入气在储层原油中的溶解扩散距离，能够为实际注气采油过程方案设计提供技术支持和理论基础。
本发明的另一目的还在于提供利用上述装置确定注气采油过程注入气扩散距离的方法，该方法测试过程直观简洁，测试结果准确可靠，对研究和应用注气采油过程及提高原油采收率具有重要的支撑作用和现实意义，应用前景广阔。
为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，由核磁共振主机、核磁共振分析线圈、数据采集与分析系统、原油配样器、注入气容器、岩心夹持器、围压液控温及循环系统、回压阀和流体计量系统组成。
所述岩心夹持器内置套有胶皮套的岩心，岩心夹持器进口端连接原油配样器、注入气容器，出口端连接回压阀和流体计量系统，流体计量系统包括闪蒸瓶和气量计。
所述岩心夹持器进、出口端通过管线与围压液控温及循环系统相连，所述围压液控温及循环系统包括循环注液泵、高低温试验箱和置于高低温试验箱中的两个围压液储液罐，循环注液泵驱替围压液进入岩心夹持器，通过高温高压围压液在夹持器与岩心之间的空间内循环流动，保证岩心中流体温度与压力稳定。
所述岩心夹持器置于核磁共振分析线圈内，核磁共振分析线圈连接核磁共振主机和数据采集与分析系统。
所述岩心夹持器采用非磁性耐高温高压的无机非金属材料制造(赵越超,多孔介质中co2与油(水)两相渗流的mri研究.博士毕业论文,大连理工大学,2011)，避免材料中存在氢原子而对岩心中流体核磁信号产生影响，优选材料包括聚酰亚胺(pi)或钛。
所述岩心夹持器包括主管、左端盖、右端盖和连接管线，主管的长度和直径可根据需求制造，主管长度优选1.5-2米，内径优选3厘米；左端盖的外端面设有油气注入口、围压液注入口，内端面设有与岩心拼接接头；右端盖的外端面设有油气流出口、围压液流出口，内端面设有与岩心拼接接头。
所述岩心夹持器中的岩心和围压液之间通过聚四氟材料制热缩管胶皮套隔开。
所述核磁共振分析线圈内径大于岩心夹持器外径，优选大于夹持器外径0.1-0.5厘米。
所述围压液采用nf32(fc-40)氟化液(赵越超,多孔介质中co2与油(水)两相渗流的mri研究.博士毕业论文,大连理工大学,2011)。
利用上述装置确定注气采油过程注入气扩散距离的方法，依次包括以下步骤：
(1)将柱塞岩心装入岩心夹持器中并建立油藏原始储层条件，开启围压液控温及循环系统，让岩心中原油保持温度稳定；
(2)从夹持器进口端向岩心注入一定压力的注入气；
(3)在夹持器外表面用标尺将其分为若干段，从流体注入端开始从后往前移动夹持器，通过核磁共振分析线圈对夹持器的每一分段逐步进行核磁共振测试分析，确定每一分段岩心中流体的t2谱图；
(4)每隔一段时间再次对夹持器各分段进行核磁共振测试分析，对比每分段岩心中流体注气前后的t2谱图，直至所有分段中流体的t2谱图信号不再随时间变化，基于t2谱分析结果，确定注入气在原油中扩散位置。
所述步骤(1)过程如下：开启高低温试验箱，将围压液储液罐加热到油藏温度；将柱塞岩心装入夹持器后，对岩心内部抽真空，然后饱和重水，采用原油配样器中的原油驱替建立岩心的原始束缚水饱和度；通过循环注液泵保持围压液在夹持器和岩心之间的空间内循环运行，确保岩心中流体温度不变。
所述步骤(2)过程如下：从夹持器进口端向岩心注入一定压力的co2，注入压力为储层压力的1.25倍，并通过驱替泵保持注气端压力不变。
所述步骤(4)是指每隔5h再次对夹持器各分段进行核磁共振测试分析。
注气过程注气端可以一直注气保持压力不变，也可以注一次气后关闭注气阀门。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明选用实际储层岩心，建立实际油藏条件(温度、压力)，通过分析岩心夹持器轴向核磁共振图谱的变化，不接触试样，不产生破坏；在不影响性能的情况下可获得注入气扩散距离这一重要参数；
(2)本发明采用比较成熟的核磁共振技术，分辨率高，对比度好，测试效果直观、可靠；
(3)本方法可获得接近现场实际情况的注入气在原油中扩散距离，在实际应用中对指导注气开发方案设计和提高注气采油效率具有重要意义。
附图说明
图1为一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置结构示意图。
图中：
1-循环注液泵；2-原油配样器；3-驱替泵；4-原油；5-注入气容器；6-围压液储液罐；7-高低温试验箱；8-核磁共振主机；9-核磁共振分析线圈；10-岩心；11-胶皮套；12-岩心夹持器；13-试管；14-回压阀；15-数据采集与分析系统；16-气量计。
图2为四个代表性分段岩心中流体t2谱变化情况：
(a)距离注气端31-33厘米分段注气前后核磁信号；
(b)距离注气端56-78厘米分段注气前后核磁信号；
(c)距离注气端76-78厘米分段注气前后核磁信号；
(d)距离注气端90-92厘米分段注气前后核磁信号。
具体实施方式
下面根据附图和实例进一步说明本发明，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。
参见图1。
一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，由核磁共振主机8、核磁共振分析线圈9、数据采集与分析系统15、原油配样器2、注入气容器5、岩心夹持器12、围压液控温及循环系统、回压阀14和流体计量系统组成。
所述岩心夹持器12内置套有胶皮套11的岩心10，夹持器进口端连接原油配样器2、注入气容器5，出口端连接回压阀14和流体计量系统，流体计量系统包括试管13和气量计16。
所述岩心夹持器进、出口端通过管线与围压液控温及循环系统相连，所述围压液控温及循环系统包括循环注液泵1、高低温试验箱7和置于高低温试验箱中的两个围压液储液罐6，循环注液泵驱替围压液进入岩心夹持器，通过围压液在夹持器与岩心之间的空间内循环流动，保证岩心中流体温度与压力稳定。
所述岩心夹持器置于核磁共振分析线圈9内，核磁共振分析线圈连接核磁共振主机8和数据采集与分析系统15。
实施例1
一种确定注气采油过程注入气扩散距离的方法，依次包括以下步骤：
(1)预先开启高低温试验箱7，将围压液加热到油藏温度；将36块储层标准柱塞岩心(长：5cm；直径：2.5cm，平均渗透率：101md)装入岩心夹持器12中，将夹持器和岩心内部抽真空后，饱和重水(用重水代替地层水以消除实际地层水中氢原子的影响)，然后采用配样器2中预先配制好的原油4驱替建立原始束缚水饱和度(36vol％)；保持循环注液泵运行确保岩心中原油温度不变；
(2)从夹持器入口端注入一定压力co2，注入压力选为储层压力1.25倍，实验过程通过驱替泵3保持注气端压力不变；
(3)在夹持器外表面用标尺将其标分为60段，从流体注入端开始从后往前移动夹持器，让核磁分析线圈9对夹持器每一分段逐步进行核磁共振分析，确定每一分段岩心中流体的t2谱图；
(4)每隔5h再次对夹持器12各分段进行核磁共振测试分析，对比每一分段岩心中流体注气前后t2谱图，直至所有分段中流体t2谱图不再随时间变化，基于t2谱分析结果，确定注入气在原油中扩散的位置。
本实施例实施过程夹持器采用聚酰亚胺材料制造，最高工作压力为45mpa，长度为2m。模拟油藏温度为85℃，原始储层压力为28mpa，注入气为co2。注气压力为35mpa，所选岩心渗透率为81-113md之间，平均渗透率为101md。表1给出了原油流体组成，图2给出了夹持器几个代表性位置中岩心流体注气前后t2谱图测定结果。相关实验结果表明，经过142h后，夹持器中各分段流体核磁信号趋于稳定，靠近注气端部分，co2在原油中的溶解明显降低了原油的核磁信号，离注气端越远，原油核磁信号变化减弱。在离注气端76-78cm范围内，注气前后岩心中原油核磁开始完全不变，证明co2在目标油藏中溶解扩散距离为73-75cm之间。
表1储层原油组成
本发明并不限于上述实施方式，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变更。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，由核磁共振主机（8）、核磁共振分析线圈（9）、数据采集与分析系统（15）、原油配样器（2）、注入气容器（5）、岩心夹持器（12）、围压液控温及循环系统、回压阀（14）和流体计量系统组成，其特征在于，所述岩心夹持器（12）内置套有胶皮套（11）的岩心（10），夹持器进口端连接原油配样器（2）、注入气容器（5），出口端连接回压阀（14）和流体计量系统，流体计量系统包括试管（13）和气量计（16）；所述岩心夹持器进、出口端通过管线与围压液控温及循环系统相连，所述围压液控温及循环系统包括循环注液泵（1）、高低温试验箱（7）和置于高低温试验箱中的两个围压液储液罐（6），循环注液泵驱替围压液进入岩心夹持器，通过围压液在夹持器与岩心之间的空间内循环流动，保证岩心中流体温度与压力稳定；所述岩心夹持器置于核磁共振分析线圈（9）内，核磁共振分析线圈连接核磁共振主机（8）和数据采集与分析系统（15）。
2.如权利要求1所述的一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，其特征在于，所述岩心夹持器采用非磁性耐高温高压的无机非金属材料制造。
3.如权利要求2所述的一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，其特征在于，所述无机非金属材料为聚酰亚胺或钛。
4.如权利要求1所述的一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，其特征在于，所述岩心夹持器包括主管、左端盖、右端盖和连接管线，主管的长度和直径可根据需求制造；左端盖的外端面设有油气注入口、围压液注入口，内端面设有与岩心拼接接头；右端盖的外端面设有油气流出口、围压液流出口，内端面设有与岩心拼接接头。
5.如权利要求4所述的一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，其特征在于，所述主管长度1.5-2米，内径3厘米。
6.如权利要求1所述的一种确定注气采油过程注入气扩散距离的测试装置，其特征在于，所述核磁共振分析线圈内径大于岩心夹持器外径0.1-0.5厘米。
7.利用权利要求1、2、3、4、5或6所述的装置确定注气采油过程注入气扩散距离的方法，依次包括以下步骤：
（1）将柱塞岩心装入岩心夹持器中并建立油藏原始储层条件，开启围压液控温及循环系统，让岩心中原油保持温度稳定；
（2）从夹持器进口端向岩心注入一定压力的注入气；
（3）在夹持器外表面用标尺将其分为若干段，从流体注入端开始从后往前移动夹持器，通过核磁共振分析线圈对夹持器的每一分段逐步进行核磁共振测试分析，确定每一分段岩心中流体的t2谱图；
（4）每隔一段时间再次对夹持器各分段进行核磁共振测试分析，对比每分段岩心中流体注气前后的t2谱图，直至所有分段中流体的t2谱图信号不再随时间变化，基于t2谱分析结果，确定注入气在原油中扩散位置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）过程如下：开启高低温试验箱，将围压液储液罐加热到油藏温度；将柱塞岩心装入夹持器后，对岩心内部抽真空，然后饱和重水，采用原油配样器中的原油驱替建立岩心的原始束缚水饱和度；通过循环注液泵保持围压液在夹持器和岩心之间的空间内循环运行，确保岩心中流体温度不变。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）过程如下：从夹持器进口端向岩心注入一定压力的co2，注入压力为储层压力的1.25倍，并通过驱替泵保持注气端压力不变。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）是指每隔5h再次对夹持器各分段进行核磁共振测试分析。
技术总结