CN102031956A - 油藏物理模型井筒内置方法 - Google Patents

Abstract

一种油藏物理模型井筒内置方法，该方法采用井筒离散化思想建立井筒，包括井筒模型离散化及物理模型井筒的制作，井筒模型离散化步骤是首先设计出油气藏物理实验模型中所需井型结构，然后根据离散化原理，把所需井型的井筒划分成多个用于制作渗流模型的小岩块中的小井筒段；物理模型井筒的制作步骤是根据离散化结果利用多个小岩块制作该物理模型的井筒，其是先在选定的小岩块上钻孔，形成分段井筒，再将小岩块相互粘结形成大尺度模型，同时各分段井筒相互连接形成完整的井筒。本发明利用大量具有不同钻孔方位的小岩块按照一定的次序粘接，可以构成任意形状的井筒结构；井筒制作与模型制作过程具有同步性；岩块钻孔工艺能保证井筒制作的精度要求。

Description

油藏物理模型井筒内置方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域中油藏渗流物理实验方法研究，特别是指一种油藏物理模型井筒内置方法，其是针对复杂结构井渗流和开发过程的研究；同时适用于其它与多孔介质渗流现象有关的研究领域。

背景技术

在油藏物理模拟中，不可避免的需要制作满足实验要求的井筒模型，特别由于复杂结构井在油气田开发中的普及应用，给油藏模型井筒制作技术提出了更高的要求。复杂结构井通过增大油气藏的泄油面积来提高油气井产量，是未来油气藏开发井型的发展趋势，其渗流过程和规律一直是人们关注的问题，并希望能够通过物理模拟手段开展深入研究。但是，此前尚未发现较成功的复杂结构井油藏物理模拟研究报道，原因之一是实验室在现有条件下难以制作满足油藏模拟要求的复杂结构井井筒模型。

井筒制作与物理模型制作方法关系密切。目前，建立油气藏物理模型主要有两种方法其一是人造模型，包括烧结模型、胶结模型、填砂模型，原理是把选定的砂子在一定的工艺条件下做成一定形状的渗流介质岩体。其二是选用地层露头。人造模型中井筒制作主要有两种方法，一是在物理模型介质制作好之后，进行钻孔得到井筒；二是在介质制作过程之前，预先把金属管埋入砂子当中。用地层露头岩体制作的物理模型，主要是采用钻孔的方法制作井筒。在人造模型和天然地层露头模型中采用钻孔的方法制作井筒存在两个问题，一是在钻孔过程中可能会出现微小裂缝，影响模型物性参数分布，甚至导致模型无法使用，此方法对钻孔工艺要求高；二是在现有技术条件下很难制作出复杂结构的井筒，如多分支井、鱼骨刺井等复杂结构井。预先埋入金属管制作井筒的方法存在两个问题，一是对金属管的材料质量要求比较高，且金属管钻眼成本较高，制作复杂井型井筒结构工艺繁琐；二是金属管在介质制作压实过程中会发生变形、孔眼堵塞等问题，且金属管的位置相对于预期设定位置会发生偏移，从而影响油水运动规律。

基于以上分析，现有的井筒制作方法均存在一定的缺陷，不能完全满足人们研究的需要，特别是针对复杂结构井型。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种油藏物理模型井筒内置方法，其能够改善或者克服现有井筒制作方法的一项或多项缺陷，满足研究的需要。

本发明的一种油藏物理模型井筒内置方法，其中，该方法采用井筒离散化思想建立井筒，其包括：

井筒模型离散化：首先设计出油气藏物理实验模型中所需井型结构，然后根据离散化原理，把所需井型的井筒划分成多个用于制作渗流模型的小岩块中的小井筒段；

物理模型井筒的制作：根据离散化结果利用多个小岩块制作该物理模型的井筒，其是先在选定的小岩块上钻孔，形成分段井筒，再将小岩块相互粘结形成大尺度模型，同时各分段井筒相互连接形成完整的井筒。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，不同井型井段的井筒模型离散方式不同：对于直井采用垂直段的离散方式，水平井筒采用水平段的离散方式，对于复杂结构井采用垂直段、水平段和分支段组合的离散方式。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，物理模型井筒的制作步骤包括：

井筒小岩块尺寸、数量的确定；

小岩块的选取、加工制备；

井筒小岩块的钻取；

井筒小岩块的粘结。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，该方法是依据井筒离散方式、井筒尺寸确定小岩块的尺寸及所需小岩块的数量。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，小岩块的选取、加工制备包括以下步骤：

小岩块的筛选：选取符合物性参数要求的天然地层岩石，作为制作小岩块的原材料，天然岩石的材质应尽量均匀，以保证小岩块的物性分布均匀；

制作小岩块：切割加工天然地层岩石制作小岩块，小岩块形状为立方体。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，在制作小岩块的过程中，各小岩块的任何边长和角度的误差都不超过0.5％。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，井筒小岩块的钻取步骤包括：首先确定出油气藏物理实验模型中井筒部分的小岩块，筛选出的岩块按照设计井型结构以及模型中所处位置来选择合适的钻孔方式：对于物理模型中井筒的垂直段和水平段，为保证井筒位置的对称性和制作工艺的方便，钻孔位置位于小岩块的中心位置，即要求岩块的进口点和出口点都位于岩块的表面的中心；对于分支段，根据岩块在物理模型所处的位置，按照井筒轨迹设计钻入和钻出点在岩块表面上的位置。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，在对形成分支段井筒的小岩块进行钻取时，是在小岩块的下方垫设三角形垫块，三角形垫块的角度由岩块进入点的位置决定。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，小岩块的粘结步骤中，是采用环氧树脂作为粘结剂将已钻孔的小岩块彼此粘结在一起，以构成满足实验要求的井筒。

如上所述的油藏物理模型井筒内置方法，其中，物理模型井筒制作过程包括以下步骤：

(1)依据井位部署位置及井筒在物理模型中的轨迹，并按照井筒离散方式要求，确定出需要钻孔的小岩块，并进行编号；

(2)对已编号的小岩块，首先确定出需钻孔的每个小岩块的在其表面的钻入点、钻进角度以及钻进尺寸，然后利用钻取设备进行钻孔；

(3)把钻孔之后的小岩块按照对应的编号，采用环氧树脂将已钻孔的小岩块彼此粘结在一起；当完成所有钻孔小岩块的粘结之后，可得到物理模拟实验设计的井筒。

本发明的特点和优点是：

(1)本发明提供了一套技术方法，使人们利用物理模拟手段模拟和预测任意复杂井型的渗流和开发过程成为可能。

(2)本发明建立了“离散井筒模型”的概念和技术，其原理来自于离散化思想，属于原始创新技术。

(3)本发明的先进性表现在如下方面：大量具有不同钻孔方位的小岩块按照一定的次序粘接，可以构成任意形状的井筒结构；井筒制作与模型制作过程具有同步性；岩块钻孔工艺能保证井筒制作的精度要求。

(4)本发明给出了定量化、可操作的的技术方法和实施步骤。

(5)本发明不仅适用于油田开发研究领域，还可以供其它与渗流现象有关的研究领域使用和参考，例如煤矿瓦斯排采研究、水利工程研究等。

附图说明

图1为小岩块组合形成的复杂结构井井筒。

图2A至图2C为物理模型不同井段离散处理方法示意图。

图3A至图3C为井筒小岩块的不同钻取方法。

图4为复杂结构井分支段小岩块的钻取方法。

具体实施方式

为了便于对本发明技术方案的准确理解，下面对本发明作进一步的详细说明。

本发明为一种油藏物理模型井筒内置方法，该方法采用井筒离散化思想建立井筒，其主要包括井筒模型离散化以及物理模型井筒的制作两大步骤，其中，井筒模型离散化是首先设计出油气藏物理实验模型中所需井型结构，然后根据离散化原理，把所需井型的井筒划分成多个用于制作渗流模型的小岩块中的小井筒段；物理模型井筒的制作是根据离散化结果利用多个小岩块制作该物理模型的井筒，其是先在选定的小岩块上钻孔，形成分段井筒，再将小岩块相互粘结形成大尺度模型，同时各分段井筒相互连接形成完整的井筒。本发明采用井筒离散化思想建立了一种新的井筒制作方法，将大量具有不同钻孔方位的小岩块按照一定的次序粘接，可以构成任意形状的井筒结构；井筒制作与模型制作过程具有同步性；岩块钻孔工艺能保证井筒制作的精度要求。

本发明的井筒制作方法是以离散化油藏物理模型为基础的。首先依据物理模拟中井型和井筒结构的设计要求，在指定岩块中按照一定方式钻孔得到小井筒段，再将小井筒段所在岩块按照一定顺序粘接就可以组成完整的井筒。井筒的组合方式如图1所示。

不同井型井段的井筒模型离散方式不同：对于直井采用垂直段的离散方式，水平井筒采用水平段的离散方式，对于复杂结构井采用垂直段、水平段和分支段组合的离散方式。

优选地，物理模型井筒的制作步骤主要包括：确定井筒小岩块的尺寸、数量；选取、加工制备小岩块；钻取井筒小岩块；以及粘结井筒小岩块以形成井筒模型。

单个小岩块具有不同的钻孔方式(孔眼位置和方向)，依据实验设计井型及小岩块在模型中所处的位置，就可以形成具有不同井型和不同井段长度的井筒。

采用特殊的钻孔加工技术，对井筒穿过的小岩块进行处理。井型设计和井位选取时保证井筒在小岩块内部穿过，避免在岩块之间平行于岩块表面穿行，以免给工艺过程带来不便。

经钻孔的小岩块之间用选定的胶液(如环氧树脂)相粘结，按照预定的顺序连结在一起。

因为上述油藏模型中井筒是由若干个小井段粘接组合而成的，井筒的形式和各种参数是由小岩块的钻孔方式决定的，所以可称作离散化井筒。

为了对本发明有更进一步的准确理解，下面结合附图与具体实施例对本发明的油藏物理模型井筒内置方法的一具体制作实施方法进行详细说明：

(一)井筒模型离散化

首先设计出油气藏物理实验模型中所需井型结构，然后根据离散化原理，把所需井型的井筒划分成多个用于制作渗流模型的小岩块中的小井筒段。每个小岩块的钻孔方位由井型结构和网格块所处的位置决定。不同井型井段的井筒模型离散不同，对于直井采用垂直段的离散方式，水平井筒采用水平段的离散方式，对于复杂结构井采用垂直段、水平段和分支段组合的离散方式。如图2A至图2C所示。

由于物理实验模型中井筒的尺度由小岩块的尺寸、小岩块的数量和小岩块钻取方式决定，因此，利用本发明可以制作任意尺度大小和任意井型的物理模拟井筒模型。

(二)井筒小岩块的尺寸、数量

依据井筒离散方式及井筒尺寸确定小岩块的合适的尺寸及对应的所需小岩块的数量。

(三)小岩块的选取、加工制备

首先筛选符合物性参数要求的天然地层岩石，作为制作小岩块的原材料。天然岩石的材质应尽量均匀，以保证小岩块的物性分布均匀。

然后切割加工天然地层岩石制作小岩块。为了保证质量，小岩块形状最好是严格的立方体，较佳地，任何边长和角度的误差都不超过0.5％。

(四)井筒小岩块的钻取

首先确定出油气藏物理实验模型中井筒部分的小岩块，筛选出的岩块按照设计井型结构、模型中所处位置选择合适的钻孔方式。

对于物理模型中井筒的垂直段和水平段，小岩块的钻取方法相对较简单，采用常规井筒钻取设备，钻取方式如图3A、图3B所示。为保证井筒位置的对称性和制作工艺的方便，钻孔位置位于小岩块的中心位置，即要求岩块的进口点和出口点都位于岩块的表面的中心。

对于分支段，小岩块的钻取方式相对复杂，岩块的进口点和出口点都不再是位于岩块的表面的中心，而是根据岩块在物理模型所处的位置，按照井筒轨迹设计钻入和钻出点在岩块表面上的位置，钻取方式如图3C所示。钻孔工艺技术如图4所示，本实施例是在小岩块10下方一面垫设三角形垫块20，由该图可知，岩块进入点的位置由下部三角形垫块的角度决定，因此，当小岩块的钻入点确定后，需要选择合适角度的三角形垫块20。本实施例中，小岩块10被定位固定在支撑面(含垫块20)及岩块固定装置30之间，岩块钻取设备100的钻头101即可由既定的岩块进入点垂直向下钻孔，从而形成所需的分支段。通过以上的方法可得到具有任意钻孔方位的小岩块，由此可以制作出在三维空间任意方向的分支井段。

(五)井筒小岩块的粘结

采用特定的粘结剂(环氧树脂)将已钻孔的小岩块彼此粘结在一起，构成满足实验要求的井筒。

在本发明的一具体实施例中，井筒的制作步骤还包括利用对小岩块编号的方式来方便井筒的制作，具体为：

(1)依据井位部署位置及井筒在物理模型中的轨迹，并按照(一)中的井筒离散方式，确定需要钻孔的小岩块，然后进行编号；

(2)对已编号的小岩块，确定出需钻孔每个小岩块的在岩块表面的钻入点、钻进角度以及钻进尺寸，按照(四)中井筒小岩块的钻取方法钻孔；

(3)把钻孔之后的小岩块按照对应的编号，按(五)中的粘接方式按照一定的次序粘接，当完成所有钻孔小岩块的粘结之后，可得到物理模拟实验设计的井筒。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，该方法采用井筒离散化思想建立井筒，其包括：

井筒模型离散化：首先设计出油气藏物理实验模型中所需井型结构，然后根据离散化原理，把所需井型的井筒划分成多个用于制作渗流模型的小岩块中的小井筒段；

物理模型井筒的制作：根据离散化结果利用多个小岩块制作该物理模型的井筒，其是先在选定的小岩块上钻孔，形成分段井筒，再将小岩块相互粘结形成大尺度模型，同时各分段井筒相互连接形成完整的井筒。

2.如权利要求1所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，不同井型井段的井筒模型离散方式不同：对于直井采用垂直段的离散方式，水平井筒采用水平段的离散方式，对于复杂结构井采用垂直段、水平段和分支段组合的离散方式。

3.如权利要求1所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，物理模型井筒的制作步骤包括：

井筒小岩块尺寸、数量的确定；

小岩块的选取、加工制备；

井筒小岩块的钻取；

井筒小岩块的粘结。

4.如权利要求3所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，该方法是依据井筒离散方式、井筒尺寸确定小岩块的尺寸及所需小岩块的数量。

5.如权利要求3所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，小岩块的选取、加工制备包括以下步骤：

小岩块的筛选：选取符合物性参数要求的天然地层岩石，作为制作小岩块的原材料，天然岩石的材质应尽量均匀，以保证小岩块的物性分布均匀；

制作小岩块：切割加工天然地层岩石制作小岩块，小岩块形状为立方体。

6.如权利要求5所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，在制作小岩块的过程中，各小岩块的任何边长和角度的误差都不超过0.5％。

7.如权利要求3所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，井筒小岩块的钻取步骤包括：首先确定出油气藏物理实验模型中井筒部分的小岩块，筛选出的岩块按照设计井型结构以及模型中所处位置来选择合适的钻孔方式：对于物理模型中井筒的垂直段和水平段，为保证井筒位置的对称性和制作工艺的方便，钻孔位置位于小岩块的中心位置，即要求岩块的进口点和出口点都位于岩块的表面的中心；对于分支段，根据岩块在物理模型所处的位置，按照井筒轨迹设计钻入和钻出点在岩块表面上的位置。

8.如权利要求7所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，在对形成分支段井筒的小岩块进行钻取时，是在小岩块的下方垫设三角形垫块，三角形垫块的角度由岩块进入点的位置决定。

9.如权利要求3所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，小岩块的粘结步骤中，是采用环氧树脂作为粘结剂将已钻孔的小岩块彼此粘结在一起，以构成满足实验要求的井筒。

10.如权利要求1所述的油藏物理模型井筒内置方法，其特征在于，物理模型井筒制作过程包括以下步骤：

(1)依据井位部署位置及井筒在物理模型中的轨迹，并按照井筒离散方式要求，确定出需要钻孔的小岩块，并进行编号；

(2)对已编号的小岩块，首先确定出需钻孔的每个小岩块的在其表面的钻入点、钻进角度以及钻进尺寸，然后利用钻取设备进行钻孔；

(3)把钻孔之后的小岩块按照对应的编号，采用环氧树脂将已钻孔的小岩块彼此粘结在一起；当完成所有钻孔小岩块的粘结之后，可得到物理模拟实验设计的井筒。

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