[发明专利]提高填砂模型中流体扩散速度的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开发实验技术领域，尤其涉及一种提高填砂模型中流体扩散速度的装置及方法。

背景技术

CO₂作为主要的温室气体，约占温室气体总量的三分之二以上，二氧化碳气体减排的问题已经是当今世界的热点问题。科学家们的研究表明，实现二氧化碳减排的有效方法是地质埋存，而在油气藏中进行二氧化碳地质埋存是目前最佳途径之一。二氧化碳在油气藏中进行埋存，一方面可以实现温室气体减排，另一方面如果技术方法得当的话可以获得更高的石油采收率，是一项双赢的项目。

在CO₂埋存领域，预测长时间尺度后CO₂浓度变化、CO₂前缘位置尚无有效物理模拟实验研究。瓶颈在于，CO₂埋存后期地层中的渗流过程主要是由扩散作用完成的。由于埋存区域大(km²的级别)，厚度大(几十米的级别)，实验模拟若要保证在几何尺度上的相似及最低限度的计量误差，实验模拟体积必须在10升左右。在静态条件下，扩散系数在10^-4cm²/s的级别，扩散速度非常慢，需要模拟的时间很长，实验研究无法实现。

加速扩散、对流的常规方法主要是搅拌、温度变化、压差变化等方式，由于实验模型由填砂压实制成，砂粒间仅有微米级的孔隙，而常规搅拌装置相对而言过于庞大，无法放入其中。利用温差变化和压差变化则改变了实验设计原则，不符合埋存地层基本恒温恒压的环境。相应的，为当前实验模型体积配置压力、温度模拟设施将使模型的外形体积扩大几倍，外部搅拌装置的设计更加困难。

发明内容

本发明提供了一种提高填砂模型中流体扩散速度的装置及方法，以至少解决现有技术中的流体埋存，预测长时间尺度后的流体浓度变化、前缘位置等尚无有效物理模型的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种提高填砂模型中流体扩散速度的装置，包括：岩心筒、填砂模型、搅拌装置和磁环装置，其中，所述填砂模型是在所述岩心筒内填砂、压实后制成，填砂过程中，在所述填砂模型内的预定位置放置所述搅拌装置；所述搅拌装置的大小为毫米级，其内部设有微磁极搅拌子，在所述磁环装置产生的磁场作用下，所述微磁极搅拌子在所述搅拌装置内进行往复运动，对所述搅拌装置内的流体进行搅拌；所述磁环装置包括磁环，所述磁环套设于所述岩心筒外，所述磁环装置可在所述岩心筒的轴线方向上移动，所述磁环与所述岩心筒同轴。

在一个实施例中，所述搅拌装置具有网状外壳，供流体通过且阻止外部砂粒的进入。

在一个实施例中，所述网状外壳为铜质。

在一个实施例中，所述微磁极搅拌子在各端面方向上的最大面积大于所述网状外壳的网孔面积。

在一个实施例中，所述微磁极搅拌子为强力永磁体。

在一个实施例中，所述磁环装置还包括：移动支架、与所述移动支架连接的伸缩架、以及控制机构，其中，所述移动支架，可在所述岩心筒的轴线方向上移动，随着所述移动支架的移动，所述磁环移动到所述搅拌装置的对应位置，使得在所述磁环装置产生的磁场作用下，所述微磁极搅拌子能够在所述搅拌装置内进行往复运动；所述伸缩架，用于支撑和固定所述磁环，上下调整所述磁环的位置；所述磁环固定于所述伸缩架上，所述磁环内侧安装对称电磁铁；所述控制机构，通过控制线路与所述磁环相连，用于控制所述磁环产生磁场，所述控制机构包括手持控制器和位于所述移动支架上的控制箱，其中，所述手持控制器用于控制磁场强度和磁极方向，其输出信号调节所述控制箱的输出电压及变换频率，所述控制箱根据所述手持控制器的输出信号对电压进行实时变换，为磁场提供所需的输入电压。

在一个实施例中，所述电磁铁是插有铁芯的通电螺线管，通过改变所述铁芯的电流方向和强度，改变磁极方向和磁场强度，产生交变磁场。

在一个实施例中，采用以下公式确定所述磁环的参数：计算铁芯在设计位置的气隙磁导Λ_δ：其中，δ为磁极间气隙长度，a和b为铁芯的截面边长，μ₀为真空磁导率，K_c为叠片系数。