本发明属于原油开采，具体涉及一种筛选驱替页岩油用最优co2-纳米颗粒复合体系的设备及方法。
背景技术：
1、
2、我国页岩多为陆相沉积，具有非均质性强、成岩作用弱、成熟度低、原油粘度高等特点。同时页岩黏土含量高，注水困难，主要采用体积压裂后衰竭开发，但其产量递减大、累产低，目前页岩油开发研究中注气补能开发为最有潜力的开发方式，但单一注气存在混相压力高、压裂后气窜等问题，而co2-化学助剂复合体系可以提高注入气与原油的混相程度，降低油气界面张力，调整注气剖面，可达到提高页岩油开发效率的目的，因此，co2-化学助剂复合体系相对于单一注气方式更具优势。
3、同时在能源紧缺和节能减排的背景下，纳米技术在石油和天然气行业中表现出较高的潜力，广泛应用在石油天然气勘探开发、储层的表征、钻完井及提高采收率等领域。目前，国内外研究机构在实验室实现了纳米驱油剂的成功开发和性能测试，验证了纳米特性材料在油田开发各个阶段的实际作用，以及纳米技术在提高收益率过程中的可行性。
4、现有研究中，专利cn105801783a提供了一种改性的二氧化硅纳米颗粒及其制备方法。采用所述改性的二氧化硅纳米颗粒在钻井液中作为封堵剂时，不易团聚成大颗粒，且能够获得较好的封堵效果。专利cn117264616a提出了一种纳米驱油剂及其制备方法，该方法得到的纳米驱油剂能在离散化的油水界面形成稳定的吸附层，并聚集油滴，进入稠油内部破坏胶质、沥青质分子缠绕结，实现油藏降粘效果。专利cn116554851a发明了一种由3号航空煤油为主要原料制备适用于低渗透稠油油藏的o/w纳米乳液驱油剂的制备方法。该驱油剂整体表现为对低渗透稠油油藏较强的驱替能力和较高的采收率。
5、虽然co2驱油技术是目前非常规油藏具有潜力的提高采收率方法之一，但多数油藏条件下较难实现co2混相，而纳米颗粒可以有效改善co2驱油效果，降低混相压力，因此两者组成的co2-纳米颗粒复合体系，具有更广阔的发展前景。但是目前现有技术鲜有对co2-纳米颗粒复合体系的研究，当选用co2-纳米颗粒复合体系驱替页岩油时，纳米颗粒的种类，粒径，浓度都可能会对co2驱替效果产生影响，而非常规油藏的开采是非常庞大且复杂的工程，如果采收时选取的co2-纳米颗粒复合体系驱替效果不理想，则会较大影响采收效率，因此探究纳米颗粒对co2驱替页岩油的影响规律，如何选取最优的纳米颗粒构建co2-纳米颗粒复合体系，仍是目前亟待解决的难题。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术的弊端，本发明公开了一种筛选驱替页岩油用最优co2-纳米颗粒复合体系的设备及方法，采用了如下技术方案：
2、一种筛选驱替页岩油用最优co2-纳米颗粒复合体系的设备，包括微流控实验装置，微流控实验装置用于模拟页岩内的驱替原油过程。
3、所述微流控实验装置包括包括围压腔体i、模拟页岩结构制备的微观可视化芯片、围压控制组件、回压泵、原油中间活塞容器、纳米颗粒水基分散液中间活塞容器、二氧化碳中间活塞容器、注入泵、真空泵i、真空泵ⅱ、摄像头i、控制器i；
4、所述围压腔体i为密闭空间，所述围压腔体i壁面上设有加热部件i，优选的，加热部件i设于围压腔体i内壁，加热部件i用于对围压腔体i内的环境进行加热，模拟页岩的温度环境；
5、所述原油中间活塞容器、纳米颗粒水基分散液中间活塞容器、二氧化碳中间活塞容器上分别设有加热部件ⅱ、加热部件ⅲ、加热部件ⅳ，优选的，加热部件ⅱ、加热部件ⅲ、加热部件ⅳ设于各中间活塞容器的内壁，加热部件ⅱ、加热部件ⅲ、加热部件ⅳ分别对即将注入微观可视化芯片内的原油、纳米颗粒水基分散液、二氧化碳进行加热，模拟真实的驱油温度；
6、本发明对加热部件i~ⅳ的具体结构不做限定，只要可以实现加热功能即可。
7、所述围压控制组件、真空泵i与围压腔体i连接；所述微观可视化芯片位于围压腔体i内，所述原油中间活塞容器、纳米颗粒水基分散液中间活塞容器、二氧化碳中间活塞容器与微观可视化芯片入口连接；所述回压泵与微观可视化芯片出口连接，所述真空泵ⅱ与微观可视化芯片入口或微观可视化芯片出口连接；微观可视化芯片模拟页岩的结构和性质制备，通过将微观可视化芯片置于围压腔体i中，通过围压控制组件控制围压腔体i的压力，可以实现微观可视化芯片内外压差的控制，实现页岩压力环境的模拟。
8、本发明的微观可视化芯片是基于页岩储层的扫描电镜实验及通过核磁检测的孔隙分布特征实验，确定页岩储层的岩石孔隙结构、孔隙大小分布特征，基于岩石孔隙结构、孔隙大小分布特征对页岩储层微纳米孔连通性、非均质性等特性进行评价，通过抽提页岩储层的特征参数，基于相似准则，设计的能体现油水湿不同性质的芯片来模拟真实的页岩储层。基于岩石储层渗透率的不同，微观可视化芯片可以分为高渗透率、中渗透率、低渗透率三种类型，具体的，根据提取的页岩的特征参数设计微观可视化芯片的具体方法为现有技术，此处不再赘述。
9、所述摄像头i位于围压腔体i上方，所述摄像头i与控制器i信号连接，摄像头i用于捕捉微观可视化芯片内的多相流体流动行为，便于对微观可视化芯片内的驱油过程进行实时观测，了解不同的纳米颗粒对驱替过程的影响规律，同时根据摄像头i捕捉的微观可视化芯片内的驱替过程，可以进行采收率的计算，从而筛选出最优的co2-纳米颗粒复合体系。
10、进一步的，还包括界面张力测试装置。在驱油过程中，纳米颗粒会随时间作用于原油和二氧化碳两相表面，降低界面张力，因此可以根据纳米颗粒对油相和气相间界面张力的降低效果，进行纳米颗粒的初筛，筛选出一部分较优的纳米颗粒，再通过微流控试验装置对这部分较优纳米颗粒进行验证和筛选，从而挑选出最优的纳米颗粒。本发明的界面张力测试装置可以选用现有的界面张力测试仪，例如法国泰克利斯tracker-s界面流变仪。
11、进一步的，本发明还公开了一种界面张力测试装置，所述界面张力测试装置包括围压腔体ⅱ、液滴注射器、二氧化碳气源ⅱ、摄像头ⅱ与控制器ⅱ；
12、所述围压腔体ⅱ为密闭空间，所述围压腔体ⅱ壁面上设有加热部件ⅴ，优选的，加热部件ⅴ设于围压腔体ⅱ内壁，加热部件ⅴ用于对围压腔体ⅱ内部空间进行加热，模拟驱油过程中真实的环境温度；
13、所述液滴注射器出液端延伸进所述围压腔体ⅱ内；所述二氧化碳气源ⅱ通过压力调节器与围压腔体ⅱ连接；所述摄像头ⅱ位于围压腔体ⅱ外侧，所述摄像头ⅱ、液滴注射器均与控制器ⅱ信号连接。
14、本发明的界面张力测试装置的液滴注射器用于往围压腔体ⅱ内注射混有纳米颗粒的油滴，通过往围压腔体ⅱ内通入二氧化碳，可以研究不同纳米颗粒对油相和气相间界面张力的降低效果；同时本发明的界面张力测试装置还可以通过控制二氧化碳的压力值，研究压力对纳米颗粒降低油相和气相间界面张力的效果的影响。
15、进一步的，所述围压控制组件包括围压泵、与围压泵连接的储水罐；所述储水罐内盛有去离子水，所述围压泵通过介质通道i与围压腔体i连接，所述介质通道i上设有入口阀i，所述围压腔体i上设有放空阀i。
16、进一步的，所述原油中间活塞容器、纳米颗粒水基分散液中间活塞容器、二氧化碳中间活塞容器均通过介质通道ⅱ与微观可视化芯片入口连通；
17、还包括二氧化碳气源i，所述二氧化碳气源i通过介质通道ⅲ与介质通道ⅱ连通，所述介质通道ⅲ上设有入口阀ⅱ，所述入口阀ⅱ与二氧化碳气源i之间设有增压泵，增压泵用于对二氧化碳气源i进行增压，使其压力达到20~25mpa后注入二氧化碳中间活塞容器中备用。
18、进一步的，所述介质通道ⅱ上设有放空阀ⅱ，所述放空阀ⅱ与微观可视化芯片入口之间的介质通道ⅱ上设有入口阀ⅲ；
19、所述回压泵通过回压通道与微观可视化芯片出口连通，所述回压通道上设有出口阀。
20、本发明还公开了一种筛选驱替页岩油用最优co2-纳米颗粒复合体系的方法，采用上述任一所述的设备筛选，具体步骤如下：
21、将多种待测纳米颗粒中的每一种均配制成若干种纳米颗粒水基分散液（根据实际待研究情况配制，可以将一种纳米颗粒配制成一种纳米颗粒水基分散液，也可以将一种纳米颗粒配制成两种或多种不同浓度的纳米颗粒水基分散液，以研究纳米颗粒水基分散液浓度对驱替效果的影响），不同种待测纳米颗粒的颗粒种类或粒径不同，同一待测纳米颗粒配制的不同纳米颗粒水基分散液的浓度不同，采用微流控实验装置将配制的多种纳米颗粒水基分散液分别进行如下测试：
22、通过真空泵i对围压腔体i抽真空处理后，通过加热部件i将围压腔体i内的温度调节至120~140°c，以模仿页岩的环境温度，同时通过围压控制组件控制微观可视化芯片内外的压差为0.1~1mpa，以模拟页岩的内部环境与外部环境的压差，其中页岩的外部环境，即围压，指的是页岩周围的岩体对页岩的压力；
23、通过加热部件ⅱ将原油中间活塞容器中的原油加热至120~140°c、通过加热部件ⅲ将纳米颗粒水基分散液中间活塞容器中的纳米颗粒水基分散液加热至120~140°c、通过加热部件ⅳ将二氧化碳中间活塞容器中的二氧化碳加热至120~140°c，以模仿实际驱替过程中原油、二氧化碳、纳米颗粒水基分散液的使用温度；
24、通过真空泵ⅱ对微观可视化芯片抽真空处理后，通过注入泵将所述原油注入微观可视化芯片内，使原油充满微观可视化芯片内部空间，通过回压泵加压至微观可视化芯片内的压力为20~25mpa，以模仿页岩内部环境的压力；
25、保持微观可视化芯片内的压力为20~25mpa，通过注入泵将所述纳米颗粒水基分散液注入微观可视化芯片内，纳米颗粒水基分散液的注入量根据微观可视化芯片的体积及结构确定，具体加入量根据经验选取；
26、通过注入泵将二氧化碳中间活塞容器中的二氧化碳注入微观可视化芯片内，二氧化碳中间活塞容器中二氧化碳的压力为20~25mpa，以真实的模拟驱替过程中注入的二氧化碳的压力；
27、保持二氧化碳通入状态，待微观可视化芯片内的压力稳定后，通过摄像头i捕捉微观可视化芯片内的多相流体流动行为，待微观可视化芯片出口不再有原油流出，驱替实验结束，控制器i通过式i计算采收率，筛选出采收率最高的纳米颗粒水基分散液，所述采收率最高的纳米颗粒水基分散液与co2构成的co2-纳米颗粒复合体系为最优co2-纳米颗粒复合体系；
28、式i为：，
29、式中x为采收率，a为摄像头i捕捉的驱替完成后微观可视化芯片内原油的面积，b为摄像头i捕捉的驱替开始时微观可视化芯片内原油的面积。
30、进一步的，通过围压控制组件控制微观可视化芯片内外的压差为0.1~1mpa的具体方法为：
31、通过围压泵将储水罐中的去离子水注入围压腔体i内，通过围压泵控制围压腔体i内去离子水的含量，模拟围压升降，使微观可视化芯片内外压差保持在0.1~1mpa。
32、进一步的，本发明的筛选过程还包括如下步骤：通过界面张力测试装置进行初筛，筛选出较优的待测纳米颗粒，再利用微流控实验装置，从较优的待测纳米颗粒中筛选出采收率最高的纳米颗粒水基分散液；
33、可以不通过初筛直接用微流控实验装置去筛选最优的纳米颗粒水基分散液，但是不通过初筛具有以下弊端，其一，工作量较大；其二，驱替效果差的纳米颗粒水基分散液还有可能破坏微观可视化芯片的内部结构或造成微观可视化芯片的堵塞，通过初筛可以初步判定待测纳米颗粒的驱替效果，排除掉驱替效果差的纳米颗粒，选择较优的纳米颗粒，通过微流控实验装置进一步的验证及筛选，加快了工作效率，避免了微观可视化芯片的损坏。
34、通过界面张力测试装置进行初筛的具体方法为：
35、将多种待测纳米颗粒分别混匀于原油中配制成待测液体，所述不同待测纳米颗粒的颗粒种类或粒径不同；
36、利用界面张力测试装置，通过悬滴法，测试待测液体与二氧化碳之间的界面张力，由式ⅱ得到，将多种待测液体的值从小到大排序，选取前1~5种待测液体对应的待测纳米颗粒为较优的待测纳米颗粒；
37、测试时针对一种颗粒种类，随机选取一种待测纳米颗粒，测试该纳米颗粒在不同二氧化碳压力下的值，取值趋于稳定时的二氧化碳压力 p为该种颗粒种类对应的所有纳米颗粒的测试压力，实际驱替时的二氧化碳压力为20~25mpa，但发明人发现，在室内实验过程中，当值趋于稳定时，当二氧化碳压力再增加，增加的压力对值的影响可以忽略，因此可以筛选出值趋于稳定时的二氧化碳压力 p作为测定值时的压力，一般 p值要小于20~25mpa，测试过程中更加易于控制；
38、式ⅱ为：
39、
40、式ⅱ中，为液滴体积、为原油密度、为纳米颗粒修正因子（因为纳米颗粒加入原油中后，原油的密度会出现轻微变化，根据经验对其略微修正，也可以取1），取值为1或根据经验取值、为二氧化碳密度、为重力加速度、为液滴注射器针头直径、，其中为液滴的形状因子、，其中b为液滴最宽直径；所述、、b由界面张力测试装置获取。
41、式ⅱ是由laplace-young方程得到的，具体如下：
42、laplace-young方程对悬滴法在平衡态下的方程表达如下：
43、
44、其中，也被称为液滴的形状因子，其数值决定了一个液滴的形状（但非其大小），b为液滴最宽直径、δρ是气液两相的密度差、为重力加速度，使用该方法需要对液滴的形状进行表征，将液滴形状转化为液体体积，同时考虑纳米颗粒对油相的密度影响，将laplace-young方程进行变换得到式ⅱ。
45、进一步的，采用本发明的界面张力测试装置测试将值的具体过程为：将待测液体置于液滴注射器中，将二氧化碳气源ⅱ中的二氧化碳通过压力调节器将至20~25mpa后（或针对一种颗粒种类，随机选取一种待测纳米颗粒，测试该纳米颗粒在不同二氧化碳压力下的值，取值趋于稳定时的二氧化碳压力 p为该种颗粒种类对应的所有纳米颗粒的测试压力）注入围压腔体ⅱ中，通过压力调节器调节注入围压腔体ⅱ内的二氧化碳的压力，通过加热部件ⅴ将围压腔体ⅱ的温度调节至120~140°c；
46、控制液滴注射器进行滴液，当滴液稳定后，通过摄像头ⅱ捕捉液滴形状变化图像并发送给控制器ⅱ，所述控制器ⅱ通过式ⅱ计算值；
47、所述通过控制器ⅱ获取的液滴注射器刻度变化测得，b由摄像头ⅱ捕捉的液滴形状变化图像获得。
48、通过采用上述技术方案，本发明的有益效果为：
49、本发明设计的微流控实验装置通过微观可视化芯片可以模拟真实的页岩结构，通过围压腔体i、加热部件i、围压控制组件、回压泵可以真实的模拟页岩所处的环境条件，通过原油中间活塞容器、纳米颗粒水基分散液中间活塞容器、二氧化碳中间活塞容器与微观可视化芯片入口连接的设置，可以通过往微观可视化芯片中注入原油、纳米颗粒水基分散液、二氧化碳，来模拟页岩中真实的驱替过程，并通过摄像头i将驱替过程反馈给控制器i，便于对微观可视化芯片内的多相流动过程进行实时观察与监测，便于采收率的计算，以对真实的驱油过程提供理论参考。
1.一种筛选驱替页岩油用最优co2-纳米颗粒复合体系的设备，其特征在于，包括微流控实验装置；
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：还包括界面张力测试装置。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述界面张力测试装置包括围压腔体ⅱ、液滴注射器、二氧化碳气源ⅱ、摄像头ⅱ与控制器ⅱ；
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述围压控制组件包括围压泵、与围压泵连接的储水罐；
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
7.一种筛选驱替页岩油用最优co2-纳米颗粒复合体系的方法，其特征在于：采用权利要求1~6任一所述的设备筛选，具体步骤如下：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：采用权利要求5所述的设备筛选，通过围压控制组件控制微观可视化芯片内外的压差为0.1~1mpa的具体方法为：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：采用权利要求2或3所述的设备进行筛选；
10.根据权利要9所述的方法，其特征在于：采用权利要求3所述的设备进行筛选，
