CN103411804B - 具有高渗透层的非均质胶结岩心模型及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高渗透层的非均质胶结岩心模型及其制作方法。该岩心模型为一层高渗透层夹在两层基质层之间的夹心结构，高渗透层由岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒混合制备得到，基质层由岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合制备得到。该岩心模型的制作方法包括：将天然岩心打碎，研磨成岩石颗粒；将氯化钠固体研磨成氯化钠固体颗粒；将岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合，置入模具中制备得到基质层；将岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒混合，置入模具中在基质层上形成高渗透层；将岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合，置入模具中在高渗透层上形成另一层基质层，得到初坯；将初坯压制成型，静置3天，得到岩心模型。

Description

具有高渗透层的非均质胶结岩心模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种具有高渗透层的非均质胶结岩心模型及其制作方法，属于石油钻采工程技术领域。

背景技术

随着油田开发的深入，中国陆相油田的综合含水逐年升高，高渗透油层出水严重，低渗透油层生产潜力难以发挥，主要原因是长期的高强度注水造成油藏的高渗透层中形成了窜流通道，注入水沿窜流通道指进进入生产井，形成了无效循环，含水率快速上升，产量下降，因此调剖改善注入水剖面已经成为当务之急。

缓膨颗粒类调剖剂是一种应用较为广泛的调剖剖，在现场应用之前要在实验室内对调剖剂的油藏适用性进行充分的研究，目前的实验方法，无论是使用石英砂填充模型还是使用人工胶结模型，都存在注不进的情况，主要原因是在油藏条件下，近井地带存在高强度注水形成的超高渗透层，而在实验室条件下，无论是胶结岩心还是石英砂充填岩心都不存在超高渗透带，所以对于膨胀后的缓膨颗粒类的凝胶颗粒，只能堵在入口，不能进入岩心。

因此，开发一种简单有效的具有高渗透带的岩心及其制作方法是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有高渗透层的非均质胶结岩心模型及其制作方法，该岩心模型能够用于对提高采收率用凝胶颗粒的油藏适应性能进行评价。

为达到上述目的，本发明提供了一种具有高渗透层的非均质胶结岩心模型，其为一层高渗透层夹在两层基质层之间的夹心结构，其中，所述高渗透层是由岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒混合制备得到的，所述基质层是由岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合制备得到的。

根据本发明的具体实施方案，优选地，在制备高渗透层时，岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒的质量比为100：5：1：50。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所采用的岩石颗粒为天然砂岩颗粒。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所采用的岩石颗粒的粒径根据渗透率和岩石粒径的经验关系公式r=(0.6056×e^ln(k)/1.30834)确定，r为粒径，单位为μm，k为渗透率，单位为mD。

根据本发明的具体实施方案，优选地，该非均质胶结岩心模型用于测量提高采收率凝胶颗粒的渗透率，并且，所采用的氯化钠固体颗粒的粒径不小于凝胶颗粒粒径的三分之一。

根据本发明的具体实施方案，优选地，在制备基质层时，岩石颗粒、环氧树脂和添加剂的质量比为100：5：1。

根据本发明的具体实施方案，优选地，所采用的添加剂为固化剂；更优选地，该固化剂为二乙烯三胺。

本发明提供的岩心模型为立方体形，其采用天然岩心为材料制作，在岩心中部形成一个大孔径的高渗透层，通过这种具有高渗透层的岩心模型能够对特殊的油田提高采收率用凝胶颗粒进行评价。

本发明还提供了上述具有高渗透层的非均质胶结岩心模型的制作方法，其包括以下步骤：

将天然岩心打碎，研磨成岩石颗粒；

将氯化钠固体研磨成氯化钠固体颗粒；

将岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合，置入模具中制备得到预定形状和尺寸的基质层，平整压实；

将岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒混合，置入模具中在基质层上形成一层预定形状和尺寸的高渗透层，平整压实；

将岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合，置入模具中在高渗透层上形成预定形状和尺寸的另一层基质层，形成初坯；

将初坯压制成型（压制的压力为1MPa，压制时间为2小时），然后静置不小于3天，得到具有高渗透层的非均质胶结岩心模型。

在上述的制备方法中，对于基质层、高渗透层的厚度、长、宽等尺寸均可以按照实际的需要进行选择。

本发明还提供了一种测量提高采收率凝胶颗粒的渗透率的方法，其包括以下步骤：

将上述具有高渗透层的非均质胶结岩心模型饱和蒸馏水使氯化钠固体颗粒溶化；

将提高采收率凝胶颗粒注入所述非均质胶结岩心模型中，测量渗透率。

本发明提供的具有高渗透层的非均质胶结岩心模型能够解决采用常规岩心对缓膨颗粒进行评价存在的注不进的问题，在现场注入井施工过程中，在一定注入压力条件下，预胶联凝胶颗粒可以完全注入本发明提供的具有高渗透层的非均质胶结岩心模型，从而实现对于预胶联凝胶颗粒的油藏适用性的评价。

附图说明

图1为实施例1提供的具有高渗透层的非均质胶结岩心模型的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种适用于评价0.2mm粒径的缓膨颗粒渗流特性的具有高渗透层的非均质胶结岩心模型，其制作方法包括以下步骤：

1、确定缓膨颗粒完全膨胀后的粒径，通过吸水膨胀实验得到0.2mm粒径的缓膨颗粒在完全膨胀后的粒径是0.3mm左右；

2、统计规律显示，孔径不小于凝胶颗粒粒径的1/3，凝胶颗粒都可以在一定压力下注入地层，因此确定制作高渗透层的氯化钠固体颗粒的粒径不小于0.1mm；

3、假设根据油藏情况，需要基质渗透率为3达西；

4、根据渗透率和岩石粒径的经验关系公式r=(0.6056×e^ln(k)/1.30834)，计算得到基质岩石颗粒粒径为15μm；

5、将天然岩心压碎并研磨，过600目筛；

6、取20kg过600目筛的天然岩心颗粒，和1kg的环氧树脂以及0.2kg的固化剂混合，充分搅拌；

7、将步骤5的充分搅拌后的混合物填入50cm×50cm×5cm的模具中，厚度为1.5cm，压实，形成第一层基质层；

8、将20kg过600目筛的天然岩心颗粒、10kg过50目筛的氯化钠固体颗粒、1kg的环氧树脂和0.2kg的固化剂混合，充分搅拌后填入步骤7的模具中，厚度为1.5cm，压实，形成高渗透层；

9、按步骤6配制混合物，填入模型的最上一层，厚度为1.5cm，形成第二层基质层，得到具有夹心结构的初坯；

10、对初坯进行压制成型，然后将模具置于阴凉处静置直到环氧树脂完全固化，模型成型，得到具有高渗透层的岩心模型，其结构如图1所示，其中，上面一层和下面一层为基质层1，中间为高渗透层2，两个基质层1和一个高渗透层2形成夹心结构。

对于提高采收率用凝胶颗粒的渗透率的检测可以按照以下实例步骤进行（实验参数可根据实际情况确定）：

1、模型抽真空，饱和地层水，测量渗透率

将制备得到的具有高渗透层的岩心模型抽真空，然后饱和蒸馏水，使NaCl颗粒完全溶化，注入蒸馏水测量水相渗透率，测得的渗透率为3000mD。

2、配置溶液

将提高采收率用凝胶颗粒10克(粒径20目)与浓度1200ppm的聚合物溶液混合配置成5000ppm的溶液，静置8小时。

3、注入模型

以1ml/min的速度将溶液注入岩心模型1倍孔隙体积，注入过程中注入端压力首先上升，从0MPa逐渐上升到20MPa，并保持5MPa稳定，模型中部的两个测压点的压力也随后上升至3MPa和1MPa并保持稳定；

后续水驱过程中，注入端压力缓慢下降到2.5MPa，并保持稳定，模型中部的两个测压点的压力也随后缓慢下降至1.5MPa和0.5MPa并保持稳定。

4、计算阻力系数和残余阻力系数

模型的三段的阻力系数分别为：20、20、10；残余阻力系数分别为：10、10、5。

实施例2

本实施例提供一种适用于评价1mm粒径的缓膨颗粒渗流特性的带高渗透层的岩心模型，其制作方法包括以下步骤：

1、确定缓膨颗粒完全膨胀后的粒径，通过吸水膨胀实验得到1mm粒径的缓膨颗粒在完全膨胀后的粒径是1.5mm左右；

2、统计规律显示，孔径不小于凝胶颗粒粒径的1/3，凝胶颗粒都可以在一定压力下注入地层。因此确定制作高渗透层的氯化钠固体颗粒的粒径不小于0.5mm；

3、根据研究的油藏地质状况，假设基质渗透率为20达西；

4、根据渗透率和岩石孔径的关系，计算得到基质岩石颗粒粒径为30μm；

5、将天然岩心压碎并研磨，过400目筛；

6、取5kg过400目筛的天然岩心颗粒，和0.2kg的环氧树脂以及0.1kg的固化剂混合，充分搅拌；

7、将步骤6的充分搅拌后的混合物填入50cm×50cm×5cm的模具中，厚度为1.5cm，压实，形成第一层基质层；

8、将1.5kg过400目筛的天然岩心颗粒、3.5kg过30目筛的氯化钠固体颗粒、0.2kg的环氧树脂和0.1kg的固化剂混合，充分搅拌后填入步骤7模具中，厚度为1.5cm，压实，形成高渗透层；

9、按步骤6配制混合物，填入模型的最上一层，厚度为1.5cm，形成第二次基质层，得到具有夹心结构的初坯；

10、对初坯进行压制成型，然后将模具置于阴凉处静置直到环氧树脂完全固化，模型成型，得到具有高渗透层的岩心模型。

对于提高采收率用凝胶颗粒的渗透率的检测可以按照以下实例步骤进行（实验参数可根据实际情况确定）：

1、模型抽真空，饱和地层水，测量渗透率

将制备得到的具有高渗透层的岩心模型抽真空，然后饱和蒸馏水，使NaCl颗粒完全溶化，注入蒸馏水测量水相渗透率，测得的渗透率为3500mD。

2、配置溶液

将提高采收率用凝胶颗粒10克(粒径80目)与浓度1200ppm的聚合物溶液混合配置成5000ppm的溶液，静置8小时。

3、注入模型

以1ml/min的速度将溶液注入岩心模型1倍孔隙体积，注入过程中注入端压力首先上升，从0MPa逐渐上升到15MPa，并保持15MPa稳定，模型中部的两个测压点的压力也随后上升至10MPa和5MPa并保持稳定；

后续水驱过程中，注入端压力缓慢下降到7.5MPa，并保持稳定，模型中部的两个测压点的压力也随后缓慢下降至5MPa和2.5MPa并保持稳定。

4、计算阻力系数和残余阻力系数

模型的三段的阻力系数分别为：50、50、50；残余阻力系数分别为：25、25、25。

Claims (13)

1.一种具有高渗透层的非均质胶结岩心模型，其为一层高渗透层夹在两层基质层之间的夹心结构，其中，所述高渗透层是由岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒混合制备得到的，所述基质层是由岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合制备得到的。

2.根据权利要求1所述的非均质胶结岩心模型，其中，制备高渗透层的岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒的质量比为100：5：1：50。

3.根据权利要求1或2所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述岩石颗粒为天然砂岩颗粒。

4.根据权利要求1所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述岩石颗粒的粒径根据渗透率和岩石粒径的经验关系公式r＝(0.6056×e^ln(k)/1.30834)确定，r为粒径，单位为μm，k为渗透率，单位为mD。

5.根据权利要求3所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述岩石颗粒的粒径根据渗透率和岩石粒径的经验关系公式r＝(0.6056×e^ln(k)/1.30834)确定，r为粒径，单位为μm，k为渗透率，单位为mD。

6.根据权利要求1或2所述的非均质胶结岩心模型，其中，该非均质胶结岩心模型用于测量提高采收率凝胶颗粒的渗透率，并且，所述氯化钠固体颗粒的粒径不小于凝胶颗粒粒径的三分之一。

7.根据权利要求1或2所述的非均质胶结岩心模型，其中，制备基质层的岩石颗粒、环氧树脂和添加剂的质量比为100：5：1。

8.根据权利要求1或2所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述添加剂为固化剂。

9.根据权利要求7所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述添加剂为固化剂。

10.根据权利要求8所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述固化剂为二乙烯三胺。

11.根据权利要求9所述的非均质胶结岩心模型，其中，所述固化剂为二乙烯三胺。

12.权利要求1-11任一项所述的具有高渗透层的非均质胶结岩心模型的制作方法，其包括以下步骤：

将天然岩心打碎，研磨成岩石颗粒；

将氯化钠固体研磨成氯化钠固体颗粒；

将岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合，置入模具中制备得到预定形状和尺寸的基质层，平整压实；

将岩石颗粒、环氧树脂、添加剂和氯化钠固体颗粒混合，置入模具中在基质层上形成一层预定形状和尺寸的高渗透层，平整压实；

将岩石颗粒、环氧树脂和添加剂混合，置入模具中在高渗透层上形成预定形状和尺寸的另一层基质层，得到初坯；

将所述初坯压制成型，压制的压力为1MPa，压制时间为2小时，然后静置不少于3天，得到所述具有高渗透层的非均质胶结岩心模型。

13.一种测量提高采收率凝胶颗粒的渗透率的方法，其包括以下步骤：

将权利要求1-11任一项所述的具有高渗透层的非均质胶结岩心模型饱和蒸馏水使氯化钠固体颗粒溶化；

将提高采收率凝胶颗粒注入所述非均质胶结岩心模型中，测量渗透率。