CN102852517A

CN102852517A - 地层温度及压力一维分布的物理模拟方法及其装置

Info

Publication number: CN102852517A
Application number: CN2012103297171A
Authority: CN
Inventors: 刘金玉; 王殿生; 高建申; 隋宏光; 闫国亮; 吕守鹏; 王伟丽; 周鹏威
Original assignee: China National Petroleum Corp; China University of Petroleum East China
Current assignee: China National Petroleum Corp; China University of Petroleum East China
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明公开了一种可模拟地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，以及能使用该方法开展物理模拟实验所需的装置。该方法的模拟过程分为四步，首先根据模拟精度要求，将地层温度及压力沿某一方向变化的平滑曲线转变为随层数而变化的分段直线；然后设计一带有围腔的中空夹持装置；接着将从地层取得的岩心密封于中空室内；最后往各子围腔内注入一定温度和压力的流体，进而模拟地层温度及压力沿某一方向的变化。岩心夹持装置的围腔分层，且层数与地层子层数相等，各子围腔厚度比与各子层厚度比相同，其双套筒双胶套结构及其平滑侧壁设计使得装卸岩心非常方便。

Description

地层温度及压力一维分布的物理模拟方法及其装置

技术领域

本发明涉及地层环境模拟技术，是一种地层温度及压力一维分布的物理模拟方法以及专用的装置。

背景技术

地层环境模拟是描述分析地层特性的重要手段，比如，在石油领域，油藏环境模拟可为后续油藏开发提供指导性建议，有利于提高采收率，其中温度及压力的模拟是地层环境模拟中的重要方面，目前以数值模拟方法为主，物理模拟方法虽有，但目前的方法技术及相关设备都存在一定的不足，只能模拟某一深度，确切的说是某一点的温度及压力，无法做到同时模拟不同位置处的温度及压力，这样所模拟出的地层环境与实际地层环境相差甚大，通过这样的模拟而描述出的地层也就不精确，所得到的指导性建议难免有偏差，对地层开发利用的指导作用有限。

目前，石油行业所用可模拟地层温度及压力的岩心夹持器，以TY系列岩心夹持器为代表，它主要有套筒、胶套、上堵头、下堵头及支架组成。其中套筒中间有一空腔，所述空腔被一胶套分隔成内腔以及一围腔，内腔内放置待测岩心，通过往围腔内打入不同压力的流体对岩心施加不同的环压，从而模拟不同的地层压力。加温装置一般为恒温箱，岩心夹持器位于恒温箱内，通过调节恒温箱的温度来模拟地层温度。该系列岩心夹持器虽能模拟地层温度及压力，但任一时刻，整个岩心所模拟的环压及温度是处处相同的，实际地层中不同位置处的压力和温度是不同的，因此该系列岩心夹持器不能很好的模拟真实地层环境情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可模拟地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，以及能使用该方法开展物理模拟实验所需的装置，并且装置结构的设计使得装卸岩心非常方便。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)确定地层温度及压力沿某一方向变化的曲线，该曲线一般为平滑连续曲线，根据模拟精度要求，将地层细分为多个子层，各子层相互平行，每一子层的温度和压力都赋一定值，从而将温度及压力沿某一方向连续变化的平滑曲线转变为随层数而不连续变化的分段直线；

各子层赋予的温度值和压力值分别通过各子层对应的温度和压力的变化曲线求得。

2)根据步骤1中地层细分的层数设计一中空夹持装置，装置的围腔分层，围腔的层数与步骤1中细分后的地层层数相等，各子围腔厚度比与步骤1中各子层厚度比相同；

3)将从所模拟地层取得的岩心包于一保护套内，然后将其放置于步骤2中所设计装置的中空室内，并通过关闭上下堵头来密封装置，所取岩心的形状与中空室形状相同，几何尺寸比中空室尺寸稍小；

4)往步骤2中所设计装置的各子围腔内注入流体，各子围腔内流体的温度及压力与步骤1中各子层的温度及压力相同，在流体压力作用下，各子围腔膨胀促使各子围腔内壁与保护套，保护套与岩心两两贴合，这样液体的压力经过各子围腔内壁和保护套作用到岩心上，在热传递作用下，经过一定时间后，岩心各层的温度与各子围腔内流体的温度相等，从而实现在岩心中模拟地层温度及压力的一维分布。

往各子围腔内注入的流体可以是同一种流体，或多种流体；流体是气体，或液体，以比热容大的液体最佳。

往各子围腔内注入的流体的压力通过调节注入量的大小实现与地层压力相等；

一种地层温度及压力一维分布的物理模拟装置，装置为中空夹持装置，装置的围腔分层，围腔的层数与地层层数相等，各子围腔厚度比与各子层厚度比相同，其中套筒分为外套筒和内套筒，胶套分为外胶套和内胶套，并且外套筒的内测、内套筒的外侧、外胶套的内测及内胶套的内外两侧均为平滑面。

装置包括套筒、胶套、上堵头1和下堵头15，胶套置于套筒的内腔内，套筒分为外套筒2和内套筒19，外套筒内侧和内套筒外侧均为平滑面，外套筒和内套筒上有同数量且多于一个的进液孔5、8、11、14和24、25、26、27，外套筒和内套筒组装后，两两相应进液孔彼此连通，内套筒内侧有彼此相隔一定距离的一组突起28、29、30；胶套分为外胶套16和内胶套17，外胶套内侧和内胶套内外两侧均为平滑面，外胶套外侧有彼此相隔一定距离的一组突起31、32、33，内套筒和外胶套组装后，内套筒上的突起28、29、30分别和外胶套上的突起31、32、33两两耦合，从而把围腔分割成多个子围腔20、21、22、23；内胶套内腔即为包装岩心的中空室18。

所述各子围腔20、21、22、23内可置入加热棒3、6、9、12，加热棒上带有连接电源的导线4、7、10、13。

所述进液孔（5、8、11、14内侧壁车有螺纹。

加热棒3、6、9、12分别通过所述进液孔5、8、11、14置入子围腔20、21、22、23，并通过螺母固定于所述进液孔5、8、11、14上。

外套筒2、内套筒19、外胶套16、内胶套17按照由外向内的顺序组合；外套筒2和内套筒19采用不锈钢制品，外胶套16和内胶套17采用橡胶制品。

更换岩心时，只需将内胶套从中空室取出，更换岩心后再放入即可，不需要拆卸内套筒和外胶套。

附图说明

图1是本发明岩心夹持器总体结构示意图；

图2是岩心夹持器横剖面图；

图3是经过进液孔的外套筒纵剖视图；

图4是经过进液孔的内套筒纵剖视图；

图5是外胶套纵剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

以模拟地层温度及压力随深度变化（即纵向一维分布）为具体实施方式进行详细描述。

首先通过地质勘探开发等手段获得所要模拟地层的温度及压力随深度变化的曲线，根据模拟精度要求，将地层细分为多个水平子层，比如将某段4米厚的地层细分为4个水平子层，分别用L₁、L₂、L₃和L₄表示，且4个水平子层厚度相同，都为1米，各水平子层的温度和压力均赋一定值，分别为T₁、T₂、T₃、T₄和P₁、P₂、P₃、P₄，在这里，温度T₁、T₂、T₃、T₄和压力P₁、P₂、P₃、P₄通过对水平子层L₁、L₂、L₃和L₄相应的温度和压力曲线求算数平均得到；然后根据地层细分后的子层数（这里为4），设计一中空夹持装置（如图1所示），该装置为带有围腔34和中空室18的岩心夹持器，装置的围腔分层，围腔的层数与水平子层数相等，各子围腔分别为20、21、22和23，且各子围腔厚度相同，其中套筒分为外套筒2和内套筒19，胶套分为外胶套16和内胶套17，外套筒2、内套筒19、外胶套16和内胶套17的整体形状为圆柱形（如图2所示），外套筒2的内测、内套筒19的外侧、外胶套16的内测及内胶套17的内外两侧均为平滑圆柱面，外套筒上有四个进液孔5、8、11和14，且进液孔5、8、11和14内侧壁车有螺纹，内套筒上有四个进液孔24、25、26和27，外套筒和内套筒组装后，进液孔5和24，8和25，11和26，14和27两两进液孔彼此连通（如图1所示），内套筒19内侧有三个等间距的类“V”形突起28、29和30，且自上向下，类“V”形突起28、29和30的高度逐渐减小，外胶套16外侧有三个等间距的类“M”形突起31、32和33，且自上向下，类“M”形突起31、32和33的高度逐渐增大，类“V”形突起和类“M”形突起高度的渐变设计，使得外胶套16自下向上插入内套筒19时比较容易，即便于内套筒19和外胶套16耦合，通过内套筒19和外胶套16的耦合即可将围腔34分割成四个子围腔20、21、22和23，其中外套筒2和内套筒19均为不锈钢制品，外胶套16和内胶套17均为橡胶制品；接着将从所模拟地层取得的圆柱形岩心包于内胶套17内，并将其放置于外胶套16的内腔里，然后关闭上堵头1和下堵头15以密封岩心夹持器，将加热棒3、6、9和12分别放入子围腔20、21、22和23内，并用螺母分别固定在外套筒上的四个进液孔5、8、11、14的侧壁上；将岩心密封于岩心夹持器后，接着往各子围腔内注入流体，这里选择比热容大的液体，注入方式为通过平流泵慢速注入，往四个子围腔内注入液体的温度分别为T₁、T₂、T₃和T₄，注入过程中，加热棒3、6、9和12分别通过导线4、7、10和13与可调电源相连，通过调节电源控制加热棒3、6、9和12的温度分别保持为T₁、T₂、T₃和T₄，随着注入量的增加，液体压力不断增加，直到四个子围腔20、21、22和23内液体的压力分别达到P₁、P₂、P₃、P₄时停止注入液体，在液体压力作用下，各子围腔膨胀，主要是外胶套16膨胀，外胶套16的膨胀促使外胶套16与内胶套17，内胶套17与岩心两两贴合，这样液体的压力经过外胶套16和内胶套17作用到岩心上，在热传递作用下，经过一定时间后，岩心各层的温度与各子围腔内液体的温度相等，从而实现在岩心中模拟地层温度及压力随深度的分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，可以实现模拟地层温度及压力的一维分布，并且所设计的中空夹持装置结构简单，便于加工，尤其是其双套筒双胶套结构使得装卸岩心非常方便。

Claims

1.一种地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)确定地层温度及压力沿某一方向变化的曲线，该曲线为平滑连续曲线，根据模拟精度要求，将地层细分为多个子层，各子层相互平行，每一子层的温度和压力都赋值，从而将温度及压力沿某一方向连续变化的平滑曲线转变为随层数而不连续变化的分段直线；

2)根据步骤1)中地层细分的层数设计中空夹持装置，装置的围腔分层，围腔的层数与步骤1)中细分后的地层层数相等，各子围腔厚度比与步骤1)中各子层厚度比相同；

3)将从所模拟地层取得的岩心包于保护套内，然后将其放置于步骤2)中装置的中空室内，并通过关闭上下堵头来密封，所取岩心的形状与中空室形状相同，几何尺寸比中空室尺寸小；

4)往步骤2中所设计装置的各子围腔内注入流体，各子围腔内流体的温度及压力与步骤1)中各子层的温度及压力相同，在流体压力作用下，各子围腔膨胀促使各子围腔内壁与保护套，保护套与岩心两两贴合，液体压力经过各子围腔内壁和保护套作用到岩心上，在热传递作用下，岩心各层的温度与各子围腔内流体的温度相等，从而实现在岩心中模拟地层温度及压力的一维分布。

2.根据权利要求1所述的地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，其特征在于各子层赋予的温度值和压力值分别通过各子层对应的温度和压力的变化曲线求得。

3.根据权利要求1所述的地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，其特征在于往各子围腔内注入的流体可以是同一种流体。

4.根据权利要求3所述的地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，其特征在于流体是气体或液体，以比热容大的液体最佳。

5.根据权利要求1所述的地层温度及压力一维分布的物理模拟方法，其特征在于往各子围腔内注入的流体的压力通过调节注入量的大小实现与地层压力相等；所述的各子层赋予的温度值和压力值，是通过对相应子层的温度和压力变化曲线求平均得到，或通过其它算法求解。

6.一种物理模拟地层温度及压力一维分布的装置，该装置包括套筒、胶套、上堵头(1)和下堵头(15)，胶套置于套筒的内腔内，其特征在于套筒分为外套筒(2)和内套筒(19)，外套筒内侧和内套筒外侧均为平滑面，外套筒和内套筒上有同数量且多于一个的进液孔，外套筒和内套筒组装后，两两相应进液孔彼此连通，内套筒内侧有彼此相隔一定距离的一组突起；胶套分为外胶套(16)和内胶套(17)，外胶套内侧和内胶套内外两侧均为平滑面，外胶套外侧有彼此相隔一定距离的一组突起，内套筒和外胶套组装后，内套筒上的突起分别和外胶套上的突起两两耦合，从而把围腔分割成多个子围腔；内胶套内腔即为包装岩心的中空室(18)。

7.根据权利要求6所述的物理模拟地层温度及压力一维分布的装置，其特征在于各子围腔内可置入加热棒，加热棒上带有连接电源的导线。

8.根据权利要求6所述的物理模拟地层温度及压力一维分布的装置，其特征在于所述进液孔内侧壁车有螺纹。

9.根据权利要求6所述的物理模拟地层温度及压力一维分布的装置，其特征在于加热棒分别通过所述进液孔置入子围腔，并通过螺母固定于所述进液孔上。

10.根据权利要求6所述的物理模拟地层温度及压力一维分布的装置，其特征在于外套筒(2)、内套筒(19)、外胶套(16)、内胶套(17)按照由外向内的顺序组合；外套筒(2)和内套筒(19)采用不锈钢制品，外胶套(16)和内胶套(17)采用橡胶制品。