CN103953335A - 一种石油储层构型的物理模拟方法以及装置 - Google Patents

Abstract

一种石油储层构型的物理模拟方法以及装置。主要为了解决现有技术中缺乏可以有效模拟石油储层构型的方法以及装置的问题。其特征在于本发明构建了一个物理模拟装置，这种物理模拟装置由有机玻璃箱体和可旋转90度并定位的支撑框架两部分组成，有机玻璃箱体采用四面粘接固定、两面可活动拆卸的机构，并配合若干块可任意弯曲成型的薄铝板，同时在有机玻璃箱体的底部设置测试高度可以调整的电极，而在箱体两侧设置有注入采出系统端口，电极的输出端经导线连接至24芯航空插头上作为三维电阻率检测监测端口。利用薄铝板的特性折出各种角度和弧度来模拟实际地质构型，挤压结实后，再将薄铝板抽出，然后改变方向利用粘土、真空硅脂等封闭，再重新压实。

Description

一种石油储层构型的物理模拟方法以及装置

技术领域

 本发明涉及一种应用于石油地质勘探和油气田开发领域中的实验室模拟装置以及方法。

背景技术

目前，国内外对储层结构控制剩余油已经给予了充分的重视，并针对其作用对有可能形成剩余油的部位进行了相应的井网调整及水平井开发，但是效果有好有差，矛盾极其突出。究其原因，主要是由于物理模拟装填模型难度的限制，只能在宏观上稍加体现石油储层构型，而不能按照实际储层构型通过装置进行有效的物理模拟,从而导致不能够通过实验装置来揭示储层内注入剂的驱替特征及剩余油分布特征的机理，也就无法为揭示储层结构控制剩余油分布提供系统支持，为老油田挖潜提高采收率提供科学的地质导向。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种石油储层构型的物理模拟方法以及装置，利用该种方法和装置能够简单而准确的模拟出各种结构的石油储层构型，不但可以直观观测到整个模型内部的油水变化特征，而且能够配合现有的实验室三维电阻率检测系统、油水自动分离计量分析系统工作。

本发明的技术方案是：该种石油储层构型的物理模拟装置，包括一个带有底部行走轮的方形底座，在方形底座的左右两端固定有支撑板，支撑板的顶端带有半圆弧型的转轴托板，在方形底座上沿横向分布有两排可沿垂直方向调整支撑高度的螺旋千斤顶，同时，在方形底座的中间固定有一对齿条千斤顶；

所述模拟装置还包括一个后部托架、一块前挤压框架板、六块透明的有机玻璃板、若干单入口排空阀以及有多个入口的总排空阀；

其中，后部托架为一个由若干角钢焊接后构成的长方体框架，但两个靠内的外侧边则采用板形钢材焊接，外侧边的中部固定有转动轴，左右两个外侧边的上端对称焊接有两块平面支撑耳板，左右两个外侧边的下端对称焊接有两个顶块，而后部托架顶部的外侧则分别焊接有两个后部垂向支撑耳板；转动轴与转轴托板相配合；

前挤压框架板为由角钢焊接而成的长方体，前挤压框架板的长度和宽度与后部托架的长度和宽度相一致，前挤压框架板的上、下两端分别焊接有两个前部第一垂向支撑耳板和前部第二垂向支撑耳板；第一垂向支撑耳板上所开的螺栓孔与后部垂向支撑耳板上所开的螺栓孔，具有相同的孔径和中心轴线；下压紧螺栓穿过前部第二垂向支撑耳板上的螺栓孔后，螺栓的端部与顶块相触；上压紧螺栓的两端分别穿过第一垂向支撑耳板和后部垂向支撑耳板；前挤压框架板上开有螺纹孔以供密封压力调节螺栓旋入；

在两块平面支撑耳板上分别焊接固定有左侧支撑螺纹杆和右侧支撑螺纹杆，上加压机构固定横板的左右两端开有内螺纹孔，通过螺帽紧固后固定在左侧支撑螺纹杆和右侧支撑螺纹杆上；上加压机构固定横板的中央开有内螺纹孔，通过所述螺纹孔与带有连接螺杆的配重块相连接，配重块的底部固定有水平压板；

所述六块透明的有机玻璃板分别为前面板、两个侧立板、底板、上压板以及后面板；其中，两个侧立板、后面板与底板之间为不可分拆的固定连接，所述有机玻璃板与其它面接触部分均刻有直径为0.5cm的半圆形凹槽，所述半圆形凹槽内放入涂抹有硅脂的直径为0.8cm的橡胶密封条；底板的下面固定一张同尺寸的钢板，贯穿底板和钢板，开有若干呈阵列样均匀分布的电极高度调整螺纹孔，由绝缘材料制成的电极高度调整螺杆通过螺纹连接位于电极高度调整螺纹孔内，电极高度调整螺母套在电极高度调整螺杆的尾端，电极高度调整螺杆的顶端固定电阻率检测用电极，电阻率检测用电极采用银质电极，由此电极引出的导线连接至固定在后面板上的２４芯航空插头；侧立板上沿垂向间隔开有若干不同高度的通过活动丝堵封闭的注入采出端口；上压板上开有固定单入口排空阀的固定孔；两个侧立板、后面板与底板连接后固定在后部托架内，前面板的内侧与两个侧立板与底板相接触部分亦刻有直径为0.5cm的半圆形凹槽，所述半圆形凹槽内放入涂抹有硅脂的直径为0.8cm的橡胶密封条；

所述模拟装置还包括若干长度不同但宽度均与底板相同的薄铝板；上压板的尺寸与两个侧立板和后面板连接后形成的矩形腔体的截面尺寸相吻合，恰可使得上压板在外力作用下沿此矩形腔体上下移动而不发生边缘外露。

利用以上装置完成对石油储层构型进行物理模拟的方法如下：

（1）将所述物理模拟装置的后部托架沿转动轴逆时针转动90度后利用齿条千斤顶撑起后固定，此时，前面板和前挤压框架板未连接在该物理模拟装置上；

（2）按照欲模拟的储层构型确定实际沉积模式，按照所需要的夹层个数和角度选取若干块薄铝板弯曲成型作为底部沉积体和若干上部侧向加积体的分割板，然后将若干块薄铝板插入步骤（1）中由上压板、两个侧立板和后面板组合后形成的矩形腔体内，薄铝板的底部与后面板相触，若干薄铝板插入后形成若干个分隔的小腔体；

（3）按照欲模拟的储层构型为每个夹层选择不同渗透率和目数的石英砂，喷湿后，按照从上到下、从左到右的顺序填充至步骤（2）中所构成的若干个小腔体内；紧邻薄铝板的夹层两侧采用泥质填充，底板最下层采用泥质填充；

（4）将若干薄铝板沿垂直方向抽出；

（5）将前面板固定在前挤压框架板上，连接后使前面板压紧在两个侧立板和底板上；

（6）按照测量水驱过程中侧积体中水体侧向的波及范围和高度调整电阻率检测用电极的高度；

（7）将权利要求1中所述物理模拟装置的后部托架沿转动轴顺时针转动90度，提升配重块，取出上压板；

（8）在步骤（7）中构建的储层模型的上部填制5-10cm粘土，压实；在此粘土层上覆盖一层真空硅脂，在真空硅脂层之上填制10-15cm由水泥和防水密封材料构成的防渗材料；

（9）放入上压板，转动配重块上的连接螺杆，使上压板压实；

（10）按照实验要求调节前挤压框架板上的密封压力调节螺栓；

（11）根据实际需要，开关用来模拟排空井的相关排空阀门，并由导管导出，以实现砂体上部油水流体的充分饱和。

本发明具有如下有益效果：本发明构建了一个物理模拟装置，这种物理模拟装置由有机玻璃箱体和可旋转90度并定位的支撑框架两部分组成，有机玻璃箱体采用四面粘接固定、两面可活动拆卸的机构，并配合若干块可任意弯曲成型的薄铝板，同时在有机玻璃箱体的底部设置测试高度可以调整的电极，而在箱体两侧设置有注入采出系统端口，电极的输出端经导线连接至24芯航空插头上作为三维电阻率检测监测端口。这样，就可以利用薄铝板的特性折出各种角度和弧度来模拟实际地质构型，挤压结实后，再将薄铝板抽出，然后改变方向利用粘土、真空硅脂等封闭，再重新压实。利用本发明所构建的模型，可以按照需要精确模拟石油储层构型，解决了现有技术中只能在宏观上稍加体现石油储层构型的缺陷，该装置配合现有的实验室三维电阻率检测系统、油水自动分离计量分析系统工作，实验者可以在实验开始后，实时检测任意一点电极与同一组其它电极以及与相邻不同电极组中其它电极间的电阻率变化，同时还可以根据实验需要调整电极在不同夹层中的位置，从而反映出不同方向三维电阻率变化，并且实时成云图。该装置可直观监测整个模型内部油水变化特征，根据需要还可形成不同时期含油饱和度场变化云图，为揭示储层结构控制剩余油分布提供系统支持，为老油田挖潜提高采收率提供科学的地质导向。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图之前视图。

图2是图1的右视图。

图3是本发明所述前面板、侧立板、底板以及后面板压紧后的剖面结构示意图。

图4是本发明所述前面板与侧立板利用前挤压框架板压紧后的剖面结构示意图。

图5是实施本发明所述方法时，将薄铝板弯曲成型后插入由上压板、两个侧立板和后面板组合后形成的矩形腔体内的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1结合图2所示，该种石油储层构型的物理模拟装置，包括一个带有底部行走轮1的方形底座2，在方形底座2的左右两端固定有支撑板14，支撑板14的顶端带有半圆弧型的转轴托板16，在方形底座2上沿横向分布有两排可沿垂直方向调整支撑高度的螺旋千斤顶6，同时，在方形底座2的中间固定有一对齿条千斤顶5。

所述模拟装置还包括一个后部托架30、一块前挤压框架板13、六块透明的有机玻璃板、若干单入口排空阀19以及有多个入口的总排空阀25。

其中，后部托架30为一个由若干角钢焊接后构成的长方体框架，但两个靠内的外侧边39则采用板形钢材焊接，外侧边39的中部固定有转动轴17，左右两个外侧边39的上端对称焊接有两块平面支撑耳板21，左右两个外侧边39的下端对称焊接有两个顶块40，而后部托架30顶部的外侧则分别焊接有两个后部垂向支撑耳板32；转动轴17与转轴托板16相配合。

前挤压框架板13为由角钢焊接而成的长方体，前挤压框架板13的长度和宽度与后部托架30的长度和宽度相一致，前挤压框架板13的上、下两端分别焊接有两个前部第一垂向支撑耳板29和前部第二垂向支撑耳板12；第一垂向支撑耳板29上所开的螺栓孔与后部垂向支撑耳板32上所开的螺栓孔，具有相同的孔径和中心轴线；下压紧螺栓11穿过前部第二垂向支撑耳板12上的螺栓孔后，螺栓的端部与顶块40相触；上压紧螺栓28的两端分别穿过第一垂向支撑耳板29和后部垂向支撑耳板32；前挤压框架板13上开有螺纹孔以供密封压力调节螺栓3旋入。

在两块平面支撑耳板21上分别焊接固定有左侧支撑螺纹杆27和右侧支撑螺纹杆22，上加压机构固定横板26的左右两端开有内螺纹孔，通过螺帽紧固后固定在左侧支撑螺纹杆27和右侧支撑螺纹杆22上；上加压机构固定横板26的中央开有内螺纹孔，通过所述螺纹孔与带有连接螺杆24的配重块23相连接，配重块23的底部固定有水平压板。

所述六块透明的有机玻璃板分别为前面板7、两个侧立板15、底板4、上压板20以及后面板36；其中，两个侧立板15、后面板36与底板4之间为不可分拆的固定连接，所述有机玻璃板与其它面接触部分均刻有直径为0.5cm的半圆形凹槽，所述半圆形凹槽内放入涂抹有硅脂的直径为0.8cm的橡胶密封条；底板4的下面固定一张同尺寸的钢板41，贯穿底板4和钢板41，开有若干呈阵列样均匀分布的电极高度调整螺纹孔34，如图3所示，由绝缘材料制成的电极高度调整螺杆8通过螺纹连接位于电极高度调整螺纹孔34内，电极高度调整螺母9套在电极高度调整螺杆8的尾端，电极高度调整螺杆8的顶端固定电阻率检测用电极10，电阻率检测用电极10采用银质电极，由此电极引出的导线连接至固定在后面板36上的２４芯航空插头；侧立板15上沿垂向间隔开有若干不同高度的通过活动丝堵封闭的注入采出端口31；上压板20上开有固定单入口排空阀19的固定孔；两个侧立板15、后面板36与底板4连接后固定在后部托架30内，前面板7的内侧与两个侧立板15与底板4相接触部分亦刻有直径为0.5cm的半圆形凹槽，如图4所示，所述半圆形凹槽内放入涂抹有硅脂的直径为0.8cm的橡胶密封条35；

如图5所示，所述模拟装置还包括若干长度不同但宽度均与底板4相同的薄铝板37；上压板20的尺寸与两个侧立板15和后面板36连接后形成的矩形腔体的截面尺寸相吻合，恰可使得上压板20在外力作用下沿此矩形腔体上下移动而不发生边缘外露。利用上述物理模拟装置可以根据具体的建筑结构构型进行物理模拟实验，具体实施方式如下：

通过对研究区取芯井的岩样进行分析化验，得出储层中各沉积岩石的孔隙度、渗透率、岩性、粒度、夹层（个数、倾向、倾角）等参数，同时参考现代河流沉积规律明确研究区内储层构型，根据实验参数选取不同粒度的石英砂，进而达到不同的孔、渗要求。

然后按照如下步骤完成对石油储层构型的物理模拟：

（1）将所述物理模拟装置的后部托架沿转动轴逆时针转动90度后利用齿条千斤顶撑起后固定，此时，前面板和前挤压框架板未连接在该物理模拟装置上；

（2）按照欲模拟的储层构型确定实际沉积模式，按照所需要的夹层个数和角度选取若干块薄铝板弯曲成型作为底部沉积体和若干上部侧向加积体的分割板，然后将若干块薄铝板插入由上压板、两个侧立板和后面板组合后形成的矩形腔体内，薄铝板的底部与后面板相触，若干薄铝板插入后形成若干个分隔的小腔体；

（3）如图5所示，按照欲模拟的储层构型为每个夹层选择不同渗透率和目数的石英砂，喷湿后，将不同的石英砂38按照从上到下、从左到右的顺序填充至步骤（2）中所构成的若干个小腔体内；紧邻薄铝板的夹层两侧采用泥质填充，底板最下层采用泥质填充；两个夹层间的砂体形成了一个相对独立的渗流单元。泥质夹层遇水后发生膨胀，促使夹层与玻璃箱体接触的更加紧密。

（4）全部小腔体填充完毕后，将若干薄铝板沿垂直方向抽出；

（5）将前面板固定在前挤压框架板上，连接后使前面板压紧在两个侧立板和底板上；在箱体的有机玻璃的半圆形凹槽中放入涂有硅脂的圆形橡胶密封条，将物理模拟装置的前挤压框架板使用下压紧螺栓11和上压紧螺栓28固定，同时使用箱体四周的带顶丝的密封压力调节螺栓3将箱体的有机玻璃压实，以达到箱体四周完全密封。

（6）按照测量水驱过程中侧积体中水体侧向的波及范围和高度调整电阻率检测用电极的高度；这一过程可通过转动电极高度调整螺母9来实现。

（7）将权利要求1中所述物理模拟装置的后部托架沿转动轴顺时针转动90度，提升配重块，取出上压板；此时，箱体下部由6个螺旋千斤顶6组成的支撑装置可承担上部箱体和加压操作所产生的巨大压力，避免箱体破损。

（8）在步骤（7）中构建的储层模型的上部填制5-10cm粘土，压实；在此粘土层上覆盖一层真空硅脂，在真空硅脂层之上填制10-15cm由水泥和防水密封材料构成的防渗材料。本步骤中采用粘土封隔层，粘土的粒度极细，其中含有的大量粘土矿物在遇到水后体积会发生膨胀，致使粘土与箱体边壁紧密接触；真空硅脂层，利用硅脂粘度大、不溶于水、可塑性强的特殊物理特性将其均匀地涂在紧邻粘土封隔层的正上方，进一步增强密封性；防渗层，主要采用高号水泥和防水密封材料混合制成，利用其自身的重力来增加上覆压力，进而起到密封效果。在常温常压下，三层密封可以完全起到密封的效果。

（9）放入上压板，转动配重块上的连接螺杆，使上压板压实；

（10）按照实验要求调节前挤压框架板上的密封压力调节螺栓；

（11）根据实际需要开关用来模拟排空井的相关排空阀门，并由导管导出，以实现砂体上部油水流体的充分饱和。设置本步骤的目的在于：由于模型顶部完全封闭，造成箱体中上部砂体不利于油水的饱和，故在模型上方根据实验需求布置一定数量的排空泄压井。在进行饱和油水操作时，根据实际需要开关相应排空井的控制阀门，并由导管及其流体导出，实现砂体上部油水流体的充分饱和。饱和后，从箱体侧面的双排注入端和采出端分别注入和排出流体。

构建完毕后，注入端连接ISCO260D恒压恒流无脉冲计量泵来提供油水注入动力、控制注入速度和压力，并通过中间容器不间断的向箱体中注入驱替液。排出端连接油水分离自动计量装置，并通过RS32端口使该装置的电子天平与计算机相连接，实现软件自动实时记录和计算油水量、采收率、含水率等变化特征。同时，使用填砂玻璃管填制与实验一样的方案进行饱和、驱替，并测量电阻率及采出口的含水率变化，从而达到标定电阻率与含油（含水）饱和度关系。在实验开始后，可以实时检测任意一点电极与同一组其它电极以及与相邻不同电极组中其它电极间的电阻率变化，从而反映出不同方向三维电阻率变化，并且实时成云图，监测整个模型内部油水变化特征；根据需要还可形成不同时期含油饱和度场变化云图。

整个装置可通过底部安装的万向轮随意进行移动。

Claims (2)

1.一种石油储层构型的物理模拟装置，包括一个带有底部行走轮（1）的方形底座（2），其特征在于：在方形底座（2）的左右两端固定有支撑板（14），支撑板（14）的顶端带有半圆弧型的转轴托板（16），在方形底座（2）上沿横向分布有两排可沿垂直方向调整支撑高度的螺旋千斤顶（６），同时，在方形底座（2）的中间固定有一对齿条千斤顶（５）；

所述模拟装置还包括一个后部托架（30）、一块前挤压框架板（13）、六块透明的有机玻璃板、若干单入口排空阀（19）以及有多个入口的总排空阀（25）；

其中，后部托架（30）为一个由若干角钢焊接后构成的长方体框架，但两个靠内的外侧边（39）则采用板形钢材焊接，外侧边（39）的中部固定有转动轴（17），左右两个外侧边（39）的上端对称焊接有两块平面支撑耳板（21），左右两个外侧边（39）的下端对称焊接有两个顶块（40），而后部托架（30）顶部的外侧则分别焊接有两个后部垂向支撑耳板（32）；转动轴（17）与转轴托板（16）相配合；

前挤压框架板（13）为由角钢焊接而成的长方体，前挤压框架板（13）的长度和宽度与后部托架（30）的长度和宽度相一致，前挤压框架板（13）的上、下两端分别焊接有两个前部第一垂向支撑耳板（29）和前部第二垂向支撑耳板（12）；第一垂向支撑耳板（29）上所开的螺栓孔与后部垂向支撑耳板（32）上所开的螺栓孔，具有相同的孔径和中心轴线；下压紧螺栓（11）穿过前部第二垂向支撑耳板（12）上的螺栓孔后，螺栓的端部与顶块（40）相触；上压紧螺栓（28）的两端分别穿过第一垂向支撑耳板（29）和后部垂向支撑耳板（32）；前挤压框架板（13）上开有螺纹孔以供密封压力调节螺栓（3）旋入；

在两块平面支撑耳板（21）上分别焊接固定有左侧支撑螺纹杆（27）和右侧支撑螺纹杆（22），上加压机构固定横板（26）的左右两端开有内螺纹孔，通过螺帽紧固后固定在左侧支撑螺纹杆（27）和右侧支撑螺纹杆（22）上；上加压机构固定横板（26）的中央开有内螺纹孔，通过所述螺纹孔与带有连接螺杆（24）的配重块（23）相连接，配重块（23）的底部固定有水平压板；

所述六块透明的有机玻璃板分别为前面板（7）、两个侧立板（15）、底板（4）、上压板（20）以及后面板（36）；其中，两个侧立板（15）、后面板（36）与底板（4）之间为不可分拆的固定连接，所述有机玻璃板与其它面接触部分均刻有直径为0.5cm的半圆形凹槽，所述半圆形凹槽内放入涂抹有硅脂的直径为0.8cm的橡胶密封条；底板（4）的下面固定一张同尺寸的钢板（41），贯穿底板（4）和钢板（41），开有若干呈阵列样均匀分布的电极高度调整螺纹孔（34），由绝缘材料制成的电极高度调整螺杆（８）通过螺纹连接位于电极高度调整螺纹孔（34）内，电极高度调整螺母（９）套在电极高度调整螺杆（８）的尾端，电极高度调整螺杆（８）的顶端固定电阻率检测用电极（１０），电阻率检测用电极（１０）采用银质电极，由此电极引出的导线连接至固定在后面板（36）上的２４芯航空插头；侧立板（15）上沿垂向间隔开有若干不同高度的通过活动丝堵封闭的注入采出端口（３１）；上压板（20）上开有固定单入口排空阀（19）的固定孔；两个侧立板（15）、后面板（36）与底板（4）连接后固定在后部托架（30）内，前面板（7）的内侧与两个侧立板（15）与底板（4）相接触部分亦刻有直径为0.5cm的半圆形凹槽，所述半圆形凹槽内放入涂抹有硅脂的直径为0.8cm的橡胶密封条（35）；

所述模拟装置还包括若干长度不同但宽度均与底板（4）相同的薄铝板（37）；上压板（20）的尺寸与两个侧立板（15）和后面板（36）连接后形成的矩形腔体的截面尺寸相吻合，恰可使得上压板（20）在外力作用下沿此矩形腔体上下移动而不发生边缘外露。

2.一种石油储层构型的物理模拟方法，该方法由如下步骤组成：

（1）将权利要求1中所述物理模拟装置的后部托架沿转动轴逆时针转动90度后利用齿条千斤顶撑起后固定，此时，前面板和前挤压框架板未连接在该物理模拟装置上；

（2）按照欲模拟的储层构型确定实际沉积模式，按照所需要的夹层个数和角度选取若干块薄铝板弯曲成型作为底部沉积体和若干上部侧向加积体的分割板，然后将若干块薄铝板插入由上压板、两个侧立板和后面板组合后形成的矩形腔体内，薄铝板的底部与后面板相触，若干薄铝板插入后形成若干个分隔的小腔体；

（3）按照欲模拟的储层构型为每个夹层选择不同渗透率和目数的石英砂，喷湿后，按照从上到下、从左到右的顺序填充至步骤（2）中所构成的若干个小腔体内；紧邻薄铝板的夹层两侧采用泥质填充，底板最下层采用泥质填充；

（4）将若干薄铝板沿垂直方向抽出；

（5）将前面板固定在前挤压框架板上，连接后使前面板压紧在两个侧立板和底板上；

（6）按照测量水驱过程中侧积体中水体侧向的波及范围和高度调整电阻率检测用电极的高度；

（7）将权利要求1中所述物理模拟装置的后部托架沿转动轴顺时针转动90度，提升配重块，取出上压板；

（8）在步骤（7）中构建的储层模型的上部填制5-10cm粘土，压实；在此粘土层上覆盖一层真空硅脂，在真空硅脂层之上填制10-15cm由水泥和防水密封材料构成的防渗材料；

（9）放入上压板，转动配重块上的连接螺杆，使上压板压实；

（10）按照实验要求调节前挤压框架板上的密封压力调节螺栓；

（11）根据实际需要开关用来模拟排空井的相关排空阀门，并由导管导出，以实现砂体上部油水流体的充分饱和。