CN104833618B - 在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法与装置。主要为了解决现有技术中缺乏一种有效的方法和装置能够实现在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的问题。其特征在于：所述装置包括非均质岩心模型、注入计量装置和采出采集装置；所述非均质岩心模型由入口端外扣固定器、岩心主体夹持器以及出口端外扣固定器组成。所述装置获得相应数据后，计算单层实际注入量和各层窜流量Vci；当最高渗透层的窜流率达到实际矿场确定的分流界限时，更换调剖液后开泵注入，直至岩心注入端累积注入量达到实际矿场需模拟的注入量时停泵，再次将调剖液换成原来的注入液开泵模拟后续驱替过程，分别获得各层窜流率，从而获得调剖剂注入后调剖的定量效果。

Description

在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法与装置

技术领域：

本发明涉及应用在油气田开发领域中的一种方法，具体的说，是涉及一种在实验室内对非均质分注分采储层进行模拟调剖的方法以及装置。

背景技术：

随着国内石油开发的不断进行，油藏层间矛盾越来越突出，因为储集层砂体的孔隙度渗透率的差异客观存在，非均质性与各向异性的影响突出，笼统注入时，在相同的压力体系下，注入剂主要流入高渗透层，相对低渗层流入较少或不流入，导致吸液剖面不均匀，甚至引起单层突进，导致采出井含水迅速上升，采收率低的不利现象。为了改善开采效果，目前各大油田普遍采用分注分采的方式开发，即通过同心分注技术、偏心分注技术，分层分质注入工艺等实现分层限制注入量的效果，达到提高开采效果的目的。

由于长期的注水开发，造成油藏储层及流体物性发生很大变化，现场分层注入驱替液的过程中往往会在高渗透条带发生驱替液的突进，导致驱替液发生严重的窜流，注入的部分驱替液起不到驱替效果,使驱油效率降低，含水率上升快，大大降低了开发的效果，所以现场进行分层注入的过程中往往需要大量人力物力进行调剖。非均质储层调剖效果是油田开发过程中最为关心的问题，室内模拟实验是指导油田开发的技术基础，只有提高室内模拟非均质储层调剖实验的准确度才能更加有效的指导油田生产，但是受岩心模型的制约，目前缺乏一种可以在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法，对各非均质层调剖前的窜流程度以及调剖后的窜流程度难以得到准确的测量。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法以及专门为了实施该方法而设计的装置，利用这种装置既能解决室内实验关于注采井之间非均质储层不同渗透率层厚度不同的问题，又能有效模拟不同渗透率层的分布形态，可实现分注分采，从而使在室内通过实验完成对非均质储层进行有效的模拟调剖成为可能。

本发明的技术方案是：该种在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的装置，包括非均质岩心模型、注入计量装置和采出采集装置；

其中，所述非均质岩心模型由入口端外扣固定器、岩心主体夹持器以及出口端外扣固定器组成；

其中，所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器的结构相同，均由垫片、驱替管线、岩心薄块密封胶套、固定器外壳以及蜂窝式分隔器组成；垫片为正方形硬塑片，尺寸与蜂窝式分隔器相同，粘贴在固定器外壳的内侧，垫片上开有若干用于埋设所述驱替管线的预留孔，所述驱替管线穿透固定器外壳与垫片，穿透垫片的那一端与所述垫片端面平齐，所述驱替管线与垫片之间的缝隙用环氧树脂进行密封；

蜂窝式分隔器为蜂窝状长方体，由若干根相互垂直交错的连接主梁焊接后构成，以实现将所述蜂窝式分隔器均匀分成等尺寸方块形空间；在所述等尺寸方块形空间的侧部和后端面上分别焊接小尺寸的锰钢薄片以实现对内部填充的方形岩心薄块的限位；按照非均质储层的各小层厚度比例和小层分布形态所确定的填充方案，在所述蜂窝式分隔器中的各方形空间内对应填入若干不同渗透率的方形岩心薄块；

岩心薄块密封胶套的外廓为圆筒状，岩心薄块密封胶套的第二内容腔为方形空腔，蜂窝式分隔器位于第二内容腔中，蜂窝式分隔器与第二内容腔的内壁之间无间隙；

岩心薄块密封胶套通过支撑小圆柱卡在固定器外壳内，岩心薄块密封胶套的外壁与固定器外壳的内壁之间形成第二环形空间，所述固定器外壳上布设有第二环压注入口，由所述第二环压注入口注入蒸馏水填充第二环形空间以形成稳定环压将所述蜂窝式分隔器及全部内置于蜂窝式分隔器中的岩心薄块统一箍紧密封；

所述驱替管线按照所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器的位置分为驱替液入口管线和驱替液出口管线；固定器外壳的端部开有环形凸棱；

岩心主体夹持器由岩心主体密封胶套和夹持外筒组成，岩心主体密封胶套的外廓为圆筒状，岩心主体密封胶套的内容腔为方形空腔，岩心主体位于岩心主体密封胶套的内容腔中，岩心主体的孔喉尺寸与实际储层常规孔喉尺寸一致，岩心主体密封胶套的外壁与夹持外筒的内壁之间形成第一环形空间；夹持外筒上布设有第一环压注入口，由第一环压注入口注入蒸馏水以填充第一环形空间形成稳定环压；夹持外筒的两端开有可供固定器外壳上的环形凸棱插入的环形内凹槽，沿径向穿透所述环形内凹槽和所述环形凸棱开有螺栓孔，以供紧固螺栓旋入后实现所述岩心主体夹持器与所述出、入口端外扣固定器紧紧固定，形成密封；岩心薄块密封胶套与岩心主体密封胶套具有相同的剖面结构；

所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器分别固定在所述岩心主体夹持器的两端，通过紧固螺栓连接固定后箍紧，形成统一密封整体；所述非均质岩心模型中对应非均质储层的每个不同渗透率的小层形成一个入口端和一个出口端；

所述注入计量装置由计量箱体外壳、与所述非均质岩心模型中小层数量相对应的若干精密称重传感器、若干活塞容器、数据显示器、电路线、驱替泵、压力表以及注入计量装置驱替管线组成；所述活塞容器分别固定在精密称重传感器上，各活塞容器顶端均引出一条驱替管线至所述非均质岩心模型的一个小层对应入口端，所述各活塞容器的底端则分别连接由所述驱替泵引出的注入计量装置驱替管线；在由所述驱替泵引出的注入计量装置驱替管线上连接压力表；所述计量箱体外壳的中心处设有豁口，以嵌入数据显示器，所述数据显示器与所述精密称重传感器通过电路线相连，以实时显示所述精密称重传感器测得的数据；驱替泵为ISCO高精度高压柱塞泵；

所述采出采集装置由与所述非均质岩心模型中出口端相连接的采出采集驱替管线和接液容器组成，所述接液容器为量筒。

利用前面给出的装置，在实验室内对非均质储层进行模拟调剖，具体步骤如下：

第一步，利用前面所述装置获得相应数据后，按照公式(1)计算单层实际注入量V_i，

i＝1，2，3，4，5 (1)

其中，设驱替泵中所用驱替液密度为ρ₀，活塞容器1至活塞容器5中的驱替液密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅，且柱塞泵内溶液密度与活塞容器中内溶液密度均不相同，活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量由精密称重传感器测出后通过电路线传至数据显示器上显示数值，测量活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄、m₅，实时记录驱替过程中活塞容器1至活塞容器5的总质量为m_u1、m_u2、m_u3、m_u4、m_u5；驱替泵通过将泵内液体A，密度为ρ₀，压入活塞容器内活塞的下部空间以达到驱动活塞容器内驱替液B的目的，且活塞容器总容积不变，因此活塞容器总质量的改变完全由其内溶液的质量变化所引起；

第二步，测量驱替过程中某一时刻各采出井累计采出量分别为V_u1、V_u2、V_u3、V_u4、V_u5后，将第一步中得到的数值代入公式(2)后计算各层窜流量Vci；

V_Ci＝V_i-V_ui i＝1，2，3，4，5 (2)

第三步，若V_Ci>0，说明该层实际采出液量小于实际注入液量，即注入该层的驱替液并未完全流经该层，而是存在向其他渗透率层分流的情况，表明该层驱替液向其它层窜流；反之，若V_Ci<0，则说明其余层驱替液向该层窜流；

第四步，将第二步中得到的各层窜流量与该层注入量的比值按照公式(3)定义为一次窜流率，以C_i表示，以此来量化非均质储层调剖前窜流程度：

i＝1，2，3，4，5 (3)

第五步，在计算完各层的窜流率后，以权利要求1中构建的非均质岩心模型中最高渗透层为主要针对对象，当最高渗透层的窜流率达到实际矿场确定的分流界限时，模拟实验开始停泵，将各活塞容器上方容积内注入液更换成调剖液再次进行开泵注入，各层注入端继续按原来的计量方法分别计量注入量；

第六步，当权利要求1中所述装置内的非均质岩心模型的岩心注入端累积注入量达到实际矿场需模拟的注入量时停泵，再次将调剖液换成原来的注入液开泵模拟后续驱替过程，重复步骤一至步骤四，分别计量与计算各层窜流率，从而获得调剖剂注入后调剖的定量效果。

本发明具有如下有益效果：本发明所提供的装置创造性的采用蜂窝型分隔器进行非均质储层模拟，在实验过程中可以真实准确的反映出吸液剖面的变化情况，能够既满足有效模拟不同渗透率层厚度比例及小层分布形态，实现小层分布形态的自由调节，满足实际非均质储层中小层为曲面或其他形态的技术要求。利用该装置可实现分注分采，因而可利用本发明给出的方法在实验室内通过精确计量注入端与采出端的液量，准确计算出各层的窜流系数，能够直观的反映出驱替液在非均质岩心模型内的窜流情况，并且能够对调剖后的窜流系数进行准确计算，量化调剖效果，从而使在室内通过实验完成对非均质储层进行有效的模拟调剖成为可能，为油田开发调剖提供有力的实验室参考数据及技术指导。

附图说明：

图1是本发明所涉及的储层非均质情况下单层有效渗透率示意图。

图2是本发明所述装置内非均质岩心模型的剖视结构示意图。

图3展示的是本发明所述非均质岩心模型的岩心薄块密封胶套的剖视结构示意图。

图4是本发明所述非均质岩心模型内蜂窝型分隔器的一个方形空间的结构示意图。

图5是本发明所述装置中的注入计量装置的结构示意图。

图6本发明所述装置中注入计量装置与非均质岩心模型连接后的结构示意图。

图7本发明一个具体实施例中某一非均质储层各层分布形态示意图。

图8是按照图7中给出的非均质储层示意图而在蜂窝型分隔器内填充完毕三种具有不同渗透率的岩心薄块后的形态示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

关于窜流的参数有窜流系数，窜流系数测量主要是针对裂缝性储层窜流情况，对无裂缝性非均质储层窜流情况适应性较差，本研究采用一种新的定义方式，以相对低渗透率层向相对高渗透层窜流的液量和对应渗透率层实际注入量之比作为该渗透率层窜流程度的表征参数，将其定义为窜流率。调剖前的窜流率反映着非均质储层各层调剖难度，调剖后的窜流率则影响着调剖效果的判断，继而影响油田开发调剖时机的选择，因此窜流率测量的不准确会对油田调剖的时机及效果的判断造成严重的影响，这不仅会造成了大量资源的浪费，也严重影响着油田开发的效果。因此如何通过室内模拟实验对非均质储层窜流情况进行精确测量则成为非均质储层开发领域十分必要且急需的研究内容，对油田现场生产具有重要的指导作用。为了能够真实的模拟实际矿场不同渗透率层厚度比例，本发明考虑制作一种岩心模型，既能解决室内实验关于注采井之间非均质储层不同渗透率层厚度不同的问题，又能有效模拟不同渗透率层分布形态。

实际储层在平面上不可避免的存在非均质情况，实际储层的单层有效渗透率取决于平面上非均质的最低渗透率，图1是本发明所涉及的储层非均质情况下单层有效渗透率示意图，即：如果岩心主体渗透率为K₂，其两端岩心薄片模块渗透率为K₁，且K₁<K₂，则岩心整体渗透率为K₁，即最低渗透率代表着岩心整体的有效渗透率。本方案在设计时采用了有效渗透率的思想，单层渗透率的设计以两端岩心薄片模块渗透率.K₁为准，非均质从上至下各层渗透率均以两端岩心薄片模块的渗透率为准。

基于以上构思，本发明所述技术方案如下：

首先设计了一种可在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的装置，该装置包括非均质岩心模型、注入计量装置和采出采集装置。

其中，所述非均质岩心模型的结构示意图如图2至图4所示，由入口端外扣固定器、岩心主体夹持器以及出口端外扣固定器组成；

其中，所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器的结构相同，均由垫片10、驱替管线、岩心薄块密封胶套8、固定器外壳1以及蜂窝式分隔器7组成；垫片10为正方形硬塑片，尺寸与蜂窝式分隔器7相同，粘贴在固定器外壳1的内侧，垫片10上开有若干用于埋设所述驱替管线的预留孔，所述驱替管线穿透固定器外壳1与垫片10，穿透垫片10的那一端与所述垫片端面平齐，所述驱替管线与垫片之间的缝隙用环氧树脂进行密封；

蜂窝式分隔器7为蜂窝状长方体，由若干根相互垂直交错的连接主梁焊接后构成，以实现将所述蜂窝式分隔器均匀分成等尺寸方块形空间；如图4所示，在所述等尺寸方块形空间的侧部和后端面上分别焊接小尺寸的锰钢薄片以实现对内部填充的方形岩心薄块11的限位；按照非均质储层的各小层厚度比例和小层分布形态所确定的填充方案，在所述蜂窝式分隔器中的各方形空间内对应填入若干不同渗透率的方形岩心薄块11。这里的小层分布形态可以是平面、曲面或其他特殊形态。图7是大庆某区块三层非均质储层示意图，图8就是按照图7中给出的非均质储层示意图而在蜂窝型分隔器内填充完毕三种具有不同渗透率的岩心薄块后的示意图。图中若干相同渗透率的岩心薄块构成一个具有某一渗透率的分层岩心模块，在具体实施时，需要注意将垫片10上的预留孔对正该分层岩心模块的居中部位。同时，入口端外扣固定器和出口端外扣固定器内的蜂窝型分隔器的填充方案应该一致。

岩心薄块密封胶套8的外廓为圆筒状，岩心薄块密封胶套8的第二内容腔25为方形空腔，蜂窝式分隔器7位于第二内容腔25中，蜂窝式分隔器7与第二内容腔25的内壁之间无间隙。

岩心薄块密封胶套8通过支撑小圆柱21卡在固定器外壳1内，岩心薄块密封胶套8的外壁与固定器外壳1的内壁之间形成第二环形空间22，所述固定器外壳上布设有第二环压注入口20，由所述第二环压注入口注入蒸馏水填充第二环形空间22以形成稳定环压将所述蜂窝式分隔器及全部内置于蜂窝式分隔器中的岩心薄块统一箍紧密封。

所述驱替管线按照所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器的位置分为驱替液入口管线23和驱替液出口管线9；固定器外壳1的端部开有环形凸棱；岩心主体夹持器由岩心主体密封胶套4和夹持外筒3组成，岩心主体密封胶套4的外廓为圆筒状，岩心主体密封胶套4的内容腔为方形空腔，岩心主体5位于岩心主体密封胶套4的内容腔中，岩心主体5的孔喉尺寸与实际储层常规孔喉尺寸一致，岩心主体密封胶套4的外壁与夹持外筒3的内壁之间形成第一环形空间24；夹持外筒3上布设有第一环压注入口6，由第一环压注入口6注入蒸馏水以填充第一环形空间24形成稳定环压。夹持外筒3的两端开有可供固定器外壳1上的环形凸棱插入的环形内凹槽，沿径向穿透所述环形内凹槽和所述环形凸棱开有螺栓孔，以供紧固螺栓2旋入后实现所述岩心主体夹持器与所述出、入口端外扣固定器紧紧固定，形成密封。

岩心薄块密封胶套8与岩心主体密封胶套4具有相同的剖面结构；所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器分别固定在所述岩心主体夹持器的两端，通过紧固螺栓2连接固定后箍紧，形成统一密封整体；所述非均质岩心模型中对应非均质储层的每个不同渗透率的小层形成一个入口端和一个出口端。将组装后的岩心模型装置的外扣固定器与外固夹持器分别注水加环压，当压力稳定在3MPa时，关闭环压口平稳放置试验台上观察10min，若不出现漏水现象则说明装置密封良好，可以进行下一步实验。将测漏后的岩心模型装置放置实验台上，采用真空泵对齐进行抽空，将抽空后的岩心饱和水、饱和油后待用。

如图5所示，所述注入计量装置由计量箱体外壳12、与所述非均质岩心模型中小层数量相对应的若干精密称重传感器15、若干活塞容器14、数据显示器17、电路线16、驱替泵18、压力表19以及注入计量装置驱替管线13组成。所述活塞容器分别固定在精密称重传感器上，各活塞容器顶端均引出一条驱替管线至所述非均质岩心模型的一个小层对应入口端，所述各活塞容器的底端则分别连接由所述驱替泵引出的注入计量装置驱替管线；在由所述驱替泵引出的注入计量装置驱替管线上连接压力表19；所述计量箱体外壳的中心处设有豁口，以嵌入数据显示器17，所述数据显示器与所述精密称重传感器通过电路线相连，以实时显示所述精密称重传感器测得的数据；驱替泵18为ISCO高精度高压柱塞泵。

图6是注入计量装置与非均质岩心模型连接后的结构示意图。采出采集装置由与所述非均质岩心模型中出口端相连接的采出采集驱替管线和接液容器组成，所述接液容器为量筒。注入计量装置与岩心模型装置注入端通过驱替管线连接起来，根据具体实验要求确定实验方案及各项参数，开启ISCO高精度高压柱塞泵驱替活塞容器，将活塞容器内的驱替液分别注入所述非均质岩心模型中的对应渗透率小层，记录与计算各层注入量，计量采出端采出量，并用压力表记录实验过程中压力变化。

利用前面给出的一套装置在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法，该方法由如下步骤组成：

第一步，利用权利要求1中所述装置获得相应数据后，按照公式(1)计算单层实际注入量V_i，

i＝1，2，3，4，5 (1)

其中，设驱替泵中所用驱替液密度为ρ₀，活塞容器1至活塞容器5中的驱替液密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅，且柱塞泵内溶液密度与活塞容器中内溶液密度均不相同，活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量由精密称重传感器测出后通过电路线传至数据显示器上显示数值，测量活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄、m₅，实时记录驱替过程中活塞容器1至活塞容器5的总质量为m_u1、m_u2、m_u3、m_u4、m_u5；驱替泵通过将泵内液体A，密度为ρ₀，压入活塞容器内活塞的下部空间以达到驱动活塞容器内驱替液B的目的，且活塞容器总容积不变，因此活塞容器总质量的改变完全由其内溶液的质量变化所引起；

第二步，测量驱替过程中某一时刻各采出井累计采出量分别为V_u1、V_u2、V_u3、V_u4、V_u5后，将第一步中得到的数值代入公式(2)后计算各层窜流量Vci；

V_Ci＝V_i-V_ui i＝1，2，3，4，5 (2)

第三步，若V_Ci>0，说明该层实际采出液量小于实际注入液量，即注入该层的驱替液并未完全流经该层，而是存在向其他渗透率层分流的情况，表明该层驱替液向其它层窜流；反之，若V_Ci<0，则说明其余层驱替液向该层窜流；

第四步，将第二步中得到的各层窜流量与该层注入量的比值按照公式(3)定义为一次窜流率，以C_i表示，以此来量化非均质储层调剖前窜流程度：

i＝1，2，3，4，5 (3)

第五步，在计算完各层的窜流率后，以权利要求1中构建的非均质岩心模型中最高渗透层为主要针对对象，当最高渗透层的窜流率达到实际矿场确定的分流界限时，模拟实验开始停泵，将各活塞容器上方容积内注入液更换成调剖液再次进行开泵注入，各层注入端继续按原来的计量方法分别计量注入量；

第六步，当权利要求1中所述装置内的非均质岩心模型的岩心注入端累积注入量达到实际矿场需模拟的注入量时停泵，再次将调剖液换成原来的注入液开泵模拟后续驱替过程，重复步骤一至步骤四，分别计量与计算各层窜流率，从而获得调剖剂注入后调剖的定量效果。

本方法是以注入计量装置内有5个活塞容器为例，假设ISCO高精度高压柱塞泵中所用驱替液密度为ρ₀，活塞容器1至活塞容器5中的驱替液密度分别为ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄、ρ₅，且柱塞泵内溶液密度与活塞容器中内溶液密度均不相同，活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量由精密称重传感器测出后通过电路线传至数据显示器上显示数值，测量活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量分别为m₁、m₂、m₃、m₄、m₅，实时记录驱替过程中活塞容器1至活塞容器5的总质量为m_u1、m_u2、m_u3、m_u4、m_u5。

ISCO高精度高压柱塞泵通过将泵内液体A(密度为ρ₀)压入活塞容器内活塞的下部空间以达到驱动活塞容器内驱替液B的目的，且活塞容器总容积不变，因此活塞容器总质量的改变完全由其内溶液的质量变化所引起。

假如活塞容器质量为m_ui时，柱塞泵压入活塞容器内活塞的下部空间的液体A的体积为V_i，该部分液体质量为ρ₀V₀；初始状态质量为m_i(活塞容器内充满溶液B)时，V_i体积的B溶液的质量为ρ_iV_i，因此被驱替出的溶液B的量，即对应的单层实际注入量。因此可推导出单层实际注入量V_i的公式为：

i＝1，2，3，4，5 (1)

假设驱替过程中某一时刻各采出井累计采出量分别为V_u1、V_u2、V_u3、V_u4、V_u5，则此时各层窜流量为：

V_Ci＝V_i-V_ui i＝1，2，3，4，5 (2)

若V_Ci>0，说明改成实际采出液量小于实际注入液量，即注入该层的驱替液并未完全流经该层，而是存在向其他渗透率层分流的情况，表面该层驱替液向其它层窜流；与之相反，若V_Ci<0，则说明其余层驱替液向该层窜流。

将第一次计算岩心窜流时某层窜流量与该层注入量的比值定义为一次窜流率，以C_i表示，以此来量化非均质储层调剖前窜流程度，则：

i＝1，2，3，4，5 (3)

以高渗层分流率F_m作为判断岩心模型调剖节点：

(n为非均质层数) (4)

当F_m>A％(A根据油田实际要求制定具体数值)时，开始对高渗层进行调剖，记录压力，停泵，将活塞容器n中装入配好的调剖剂，调驱剂的密度已知。进行调剖操作后再次测量窜流系数，可得到非均质储层一次调剖后窜流率，以此来量化非均质储层调剖前窜流程度，该方法同样适用于调剖各阶段不同渗透率层窜流率的计算，可为油田非均质储层调剖施工提供有力的参考数据及技术指导。

调剖后窜流率： i＝1，2，3，4，5 (5)通过对比调剖前后各非均质储层窜流率的变化，可从数值上直观的了解调剖剂对各渗透率层的调剖能力及调剖效果。还可以通过测量不同时刻调剖前后的窜流率变化，对比调剖效果的优劣，从而优化筛选调剖时机，继而为油田开发调剖提供有力的参考数据及技术指导。

下面给出实施本发明的一个具体实施例：

实验条件：本室内物理模拟驱油实验针对大庆油田某区块。原油粘度为7.9mPa·s，地层水矿化度为6778mg/L，孔隙度25％，孔隙半径约15μm，孔喉比2.1，非均质储层各层渗透率分别为低渗层K₁＝200×10^-3μm²、中渗层K₂＝500×10^-3μm²、高渗层K₃＝1000×10^-3μm²，非均质储层各层分布形态如图所示。

实验方案：水驱至高渗层分流率50％，改为注入聚合物A溶液0.3PV，再转注后续水驱至采出液含水率98％时实验结束。

多注多采非均质岩心模型装置的制作。依据模拟储层孔喉分布制备岩心主体，岩心主体为石英砂均质人造岩心模型，结合所模拟的储层实际情况，将岩心主体部分孔喉尺寸为实际储层常规孔喉尺寸，岩心主体长度范围200～600mm，宽度范围为45～60mm，厚度为45～130mm。岩心主体两端的储层模块是不同渗透率的均质石英砂方形岩心薄片模块，厚度为20mm(与蜂窝式分隔器厚度一致)，宽度和高度与蜂窝式分隔器内单个方块形空间尺寸一致，渗透率范围10～3000×10^-3μm²。蜂窝式分隔器呈蜂窝状长方体，由耐压抗腐蚀锰钢材料制成，长方体厚度为20mm，端面为长方形，长度范围45mm，宽度为45～130mm，由锰钢薄片将蜂窝式分隔器均匀分成等尺寸方块形空间，方块形空间长度为5～65mm，宽度为5～30mm，厚度20mm。根据非均质储层各小层实际分布比例及分布形态，制定出模拟非均质储层的各小层厚度比例、小层形态(平面、曲面或特殊形态)的填充方案，在蜂窝式分隔器中各方形空间按填充方案对应填入方形岩心薄片模块，从而实现小层形态的自由调节，满足实际非均质储层中小层为曲面或其他形态的技术要求。

制备岩心主体。岩心主体为石英砂均质人造岩心模型，岩心主体长度300mm，宽度为60mm，厚度为60mm。根据模拟储层的实际情况，所制作的岩心主体满足以下三点条件：①孔隙度25％；②孔隙半径约15μm；③孔喉比2.1。

制备岩心主体两端储层模块。岩心主体两端的储层模块是不同渗透率的均质石英砂方形岩心薄片模块，厚度为20mm，宽度10mm高度10mm，方形岩心薄片模块分为三种渗透率，分别为200、500、1000×10^-3μm²，如图7所示。

制作及填充蜂窝式分隔器。蜂窝式分隔器呈蜂窝状长方体，由耐压抗腐蚀锰钢材料制成，长方体厚度为20mm，端面为长方形，长度范围60mm，宽度为60mm，由锰钢薄片将蜂窝式分隔器均匀分成等尺寸方块形空间，方块形空间长度为10mm，宽度为10mm，厚度20mm。根据非均质储层各小层实际分布比例及分布形态，在蜂窝式分隔器中各方形空间对应填入方形岩心薄片模块，如图8所示。

组装多注多采非均质岩心模型装置。如图9所示，将岩心主体放入外固夹持器之中，外扣固定器与外固夹持器端部对应重合位置设有螺眼，通过螺栓连接固定，使各装置形成统一密封整体。通过螺栓将外固夹持器与外扣固定器紧紧固定形成密封。外固夹持器由夹持外筒上的环压口注入蒸馏水填充环形空间形成稳定环压，对岩心主体箍紧密封。

岩心模型装置测漏及实验准备。将组装后的岩心模型装置的外扣固定器与外固夹持器分别注水加环压，当压力稳定在3MPa时，关闭环压口平稳放置试验台上观察10min，未出现漏水现象，装置密封良好，进行下一步实验。将测漏后的岩心模型装置放置实验台上，采用真空泵对齐进行抽空，将抽空后的岩心饱和水、饱和油后待用。

组装窜流计量装置。如图10所示，将注入计量装置与岩心模型装置注入端通过驱替管线连接起来，连接及示意图如图8，开启ISCO高精度高压柱塞泵驱替活塞容器，将活塞容器内的驱替液分别注入多注多采非均质岩心模型中的对应渗透率小层，记录与计算各层注入量，计量采出端采出量，并用压力表记录实验过程中压力变化。

在实验室内利用对窜流系数精确测量来完成模拟调剖。

1)计算分层注入的各层注入量。

ISCO高精度高压柱塞泵中所用驱替液密度为0.85g/cm³，活塞容器1至活塞容器3中的驱替液密度均为1×10³kg/m³，活塞容器1至活塞容器3充入驱替剂之后的初始总质量由精密称重传感器测出后通过电路线传至数据显示器上显示数值，测得活塞容器1至活塞容器3充入驱替剂之后的初始总质量分别为2.255kg、2.326kg、2.211kg。

以水驱至含水率80％时刻为例计算：活塞容器1至活塞容器3的总质量为2.395kg、2.465kg、2.349kg。

2)将测得数据代入实际注入量V_i的公式：

i＝1，2，3 (1)

计算各层实际注入量V_i：V₁＝933ml，V₂＝925ml，V₃＝918ml。

3)计算一次窜流率：

当水驱至含水率98％时，各采出井累计采出量分别为V_u1＝1193ml、V_u2＝983ml、V_u3＝600ml，代入窜流量计算公式：

V_Ci＝V_i-V_ui i＝1，2，3 (2)

则各层窜流量为：V_C1＝-260ml，V_C2＝-58ml，V_C3＝318ml。

V_C3>0，说明低渗层向其它层窜流；

V_C2<0，说明其余层向中渗层窜流；

V_C1<0，说明其余层向高渗层窜流。

将窜流量数据代入一次窜流率公式

i＝1，2，3，4，5 (3)

则各层一次窜流率为：C₁＝27.9％，C₂＝6.3％，C₃＝34.6％。

4)计算调剖后窜流率

以高渗层分流率F_m作为判断岩心模型调剖节点：

(n为非均质层数) (4)

已知n＝3，由此可计算高渗层分流率：

按上述方法实时计算高渗层分流率，当F_m>50％时，开始对高渗层进行调剖，将活塞容器1、2、3中驱替液换为配好的聚合物A溶液，累计0.3PV后转注后续水驱替至采出液含水率98％，计算此时高渗层窜流率，关闭ISCO高精度高压柱塞泵，已知聚合物A溶液的密度为1.2×10³kg/m³，重复上述测量窜流系数步骤，通过实验数据再次测量计算窜流率，得到该非均质储层调剖后窜流率。表一为三层非均质岩心调剖实验调剖前后窜流率数值

	调剖前窜流率(％)	调剖后窜流率(％)
			高渗层	27.9	13.7
中渗层	6.3	4.5
			低渗层	34.6	18.5

表一

由上表可以看出，注聚调剖之后高渗层、低渗层窜流率明显降低，中渗层窜流率稳定在较低水平，表明聚合物A溶液能有效改善该区块储层非均质性，调整吸液剖面，调剖效果明显，该结果可为大庆油田某区块的开发调剖提供有力的参考数据及技术指导。

Claims (2)

1.一种在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的装置，包括非均质岩心模型、注入计量装置和采出采集装置；

其中，所述非均质岩心模型由入口端外扣固定器、岩心主体夹持器以及出口端外扣固定器组成；

其中，所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器的结构相同，均由垫片（10）、驱替管线、岩心薄块密封胶套（8）、固定器外壳（1）以及蜂窝式分隔器（7）组成；垫片（10）为正方形硬塑片，尺寸与蜂窝式分隔器（7）相同，粘贴在固定器外壳（1）的内侧，垫片（10）上开有若干用于埋设所述驱替管线的预留孔，所述驱替管线穿透固定器外壳（1）与垫片（10），穿透垫片（10）的那一端与所述垫片端面平齐，所述驱替管线与垫片之间的缝隙用环氧树脂进行密封；

蜂窝式分隔器（7）为蜂窝状长方体，由若干根相互垂直交错的连接主梁焊接后构成，以实现将所述蜂窝式分隔器均匀分成等尺寸方块形空间；在所述等尺寸方块形空间的侧部和后端面上分别焊接小尺寸的锰钢薄片以实现对内部填充的方形岩心薄块（11）的限位；按照非均质储层的各小层厚度比例和小层分布形态所确定的填充方案，在所述蜂窝式分隔器中的各方形空间内对应填入若干不同渗透率的方形岩心薄块（11）；

岩心薄块密封胶套（8）的外廓为圆筒状，岩心薄块密封胶套（8）的第二内容腔（25）为方形空腔，蜂窝式分隔器（7）位于第二内容腔（25）中，蜂窝式分隔器（7）与第二内容腔（25）的内壁之间无间隙；

岩心薄块密封胶套（8）通过支撑小圆柱（21）卡在固定器外壳（1）内，岩心薄块密封胶套（8）的外壁与固定器外壳（1）的内壁之间形成第二环形空间（22），所述固定器外壳上布设有第二环压注入口（20），由所述第二环压注入口注入蒸馏水填充第二环形空间（22）以形成稳定环压将所述蜂窝式分隔器及全部内置于蜂窝式分隔器中的岩心薄块统一箍紧密封；

所述驱替管线按照所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器的位置分为驱替液入口管线（23）和驱替液出口管线（9）；固定器外壳（1）的端部开有环形凸棱；

岩心主体夹持器由岩心主体密封胶套（4）和夹持外筒（3）组成，岩心主体密封胶套（4）的外廓为圆筒状，岩心主体密封胶套（4）的内容腔为方形空腔，岩心主体（5）位于岩心主体密封胶套（4）的内容腔中，岩心主体（5）的孔喉尺寸与实际储层常规孔喉尺寸一致，岩心主体密封胶套（4）的外壁与夹持外筒（3）的内壁之间形成第一环形空间（24）；夹持外筒（3）上布设有第一环压注入口（6），由第一环压注入口（6）注入蒸馏水以填充第一环形空间（24）形成稳定环压；夹持外筒（3）的两端开有可供固定器外壳（1）上的环形凸棱插入的环形内凹槽，沿径向穿透所述环形内凹槽和所述环形凸棱开有螺栓孔，以供紧固螺栓（2）旋入后实现所述岩心主体夹持器与所述出、入口端外扣固定器紧紧固定，形成密封；

岩心薄块密封胶套（8）与岩心主体密封胶套（4）具有相同的剖面结构；

所述入口端外扣固定器和出口端外扣固定器分别固定在所述岩心主体夹持器的两端，通过紧固螺栓（2）连接固定后箍紧，形成统一密封整体；所述非均质岩心模型中对应非均质储层的每个不同渗透率的小层形成一个入口端和一个出口端；

所述注入计量装置由计量箱体外壳（12）、与所述非均质岩心模型中小层数量相对应的若干精密称重传感器（15）、若干活塞容器（14）、数据显示器（17）、电路线（16）、驱替泵（18）、压力表（19）以及注入计量装置驱替管线（13）组成；所述活塞容器分别固定在精密称重传感器上，各活塞容器顶端均引出一条驱替管线至所述非均质岩心模型的一个小层对应入口端，所述各活塞容器的底端则分别连接由所述驱替泵引出的注入计量装置驱替管线；在由所述驱替泵引出的注入计量装置驱替管线上连接压力表（19）；所述计量箱体外壳的中心处设有豁口，以嵌入数据显示器（17），所述数据显示器与所述精密称重传感器通过电路线相连，以实时显示所述精密称重传感器测得的数据；驱替泵（18）为ISCO高精度高压柱塞泵；

所述采出采集装置由与所述非均质岩心模型中出口端相连接的采出采集驱替管线和接液容器组成，所述接液容器为量筒。

2.一种在实验室内对非均质储层进行模拟调剖的方法，该方法由如下步骤组成：

第一步，利用权利要求1中所述装置获得相应数据后，按照公式（1）计算单层实际注入量 ，

i=1，2，3，4，5 (1)

其中，设驱替泵中所用驱替液密度为，活塞容器1至活塞容器5中的驱替液密度分别为、、、、，且柱塞泵内溶液密度与活塞容器中内溶液密度均不相同，活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量由精密称重传感器测出后通过电路线传至数据显示器上显示数值，测量活塞容器1至活塞容器5充入驱替剂之后的初始总质量分别为、、、、，实时记录驱替过程中活塞容器1至活塞容器5的总质量为、、、、；驱替泵通过将泵内液体A，密度为，压入活塞容器内活塞的下部空间以达到驱动活塞容器内驱替液B的目的，且活塞容器总容积不变，因此活塞容器总质量的改变完全由其内溶液的质量变化所引起；

第二步，测量驱替过程中某一时刻各采出井累计采出量分别为、、、、后，将第一步中得到的数值代入公式（2）后计算各层窜流量Vci ；

i=1，2，3，4，5 (2)

第三步，若 >0，说明该层实际采出液量小于实际注入液量，即注入该层的驱替液并未完全流经该层，而是存在向其他渗透率层分流的情况，表明该层驱替液向其它层窜流；反之，若<0，则说明其余层驱替液向该层窜流；

第四步，将第二步中得到的各层窜流量与该层注入量的比值按照公式（3）定义为一次窜流率，以表示，以此来量化非均质储层调剖前窜流程度：

i=1，2，3，4，5 (3)

第五步，在计算完各层的窜流率后，以权利要求1中构建的非均质岩心模型中最高渗透层为主要针对对象，当最高渗透层的窜流率达到实际矿场确定的分流界限时，模拟实验开始停泵，将各活塞容器上方容积内注入液更换成调剖液再次进行开泵注入，各层注入端继续按原来的计量方法分别计量注入量；

第六步，当权利要求1中所述装置内的非均质岩心模型的岩心注入端累积注入量达到实际矿场需模拟的注入量时停泵，再次将调剖液换成原来的注入液开泵模拟后续驱替过程，重复步骤一至步骤四，分别计量与计算各层窜流率，从而获得调剖剂注入后调剖的定量效果。