CN105134188B - 缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其中的岩心吞吐装置包括至少两块模型单元，至少两块模型单元按照从下至上的顺序同轴叠放在一起；最下面的一块模型单元密封放置在一圆形不锈钢底板上，最上面的一块模型单元的顶部密封盖设一圆形不锈钢顶板；所述圆形不锈钢底板与所述圆形不锈钢顶板之间通过圆周均匀分布的多个连接螺栓固定连接；每块模型单元包括一圆柱体形的岩心，所述岩心的圆周方向粘结有一不锈钢圈，所述岩心内设有多个模拟实际溶洞的刻画溶洞和多个模拟实际裂缝的刻画裂缝，所述刻画溶洞之间由所述刻画裂缝连接。本发明能够真实反映缝洞型碳酸盐岩油藏地质特征，得到真实地层条件下吞吐过程的客观性规律。

Description

缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置

技术领域

本发明是关于一种模拟油藏的实验装置，尤其涉及一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置。

背景技术

塔河油田奥陶系油藏是典型的缝洞型碳酸盐岩油藏，与一般的孔隙性砂岩油藏和裂缝-孔隙性砂岩油藏具有明显差异，具有高温、高压、缝洞结构及连通关系复杂等特点。目前，缝洞型碳酸盐岩油藏前期主要依靠天然底水能量开采，随着开采过程的进行，部分井出现能量供应不足、油井过早见水、储量动用能力低、油藏整体采收率较低等问题。注气吞吐作为缝洞型油藏开发储备技术有着不可比拟的优势，注气可以有效补充地层能量，并且可能与原油发生混相、体积膨胀、降粘等作用。这种缝洞组合关系与流动规律的复杂性也给室内物理模拟带来了较大困难，真实模拟现场缝洞连通关系的大型耐压物理模型及模拟实验方法是技术难点之一。

目前的缝洞型碳酸盐岩油藏的三维物理模拟装置，模型主体不能耐高压，室内实验中主要是在常压下来模拟简单的油水气流动过程，不能真实的反映地层压力情况，更不能模拟地层压力下室内吞吐过程。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，能够真实反映缝洞型碳酸盐岩油藏地质特征，得到真实地层条件下吞吐过程的客观性规律。

本发明的目的是这样实现的，一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，所述实验装置包括岩心吞吐装置、驱替系统，所述岩心吞吐装置通过管路与所述驱替系统连接；其特征在于，所述岩心吞吐装置包括至少两块模型单元，至少两块模型单元按照从下至上的顺序同轴叠放在一起；最下面的一块模型单元密封放置在一不锈钢底板上，最上面的一块模型单元的顶部密封盖设一不锈钢顶板；所述不锈钢底板与所述不锈钢顶板之间通过连接螺栓固定连接；

每块模型单元包括一岩心，所述岩心的四周粘结有一不锈钢圈，所述岩心内设有多个模拟实际溶洞的刻画溶洞和多个模拟实际裂缝的刻画裂缝，所述刻画溶洞之间由所述刻画裂缝连接；

其中，相邻上下两块模型单元之间的所述不锈钢圈密封连接，相邻上下两块模型单元之间的所述刻画溶洞之间或所述刻画裂缝之间或所述刻画溶洞与所述刻画裂缝之间相互连通；所述不锈钢顶板上设有模拟生产井，所述不锈钢底板上设有底水井；所述模拟生产井和所述底水井分别与所述刻画溶洞连通。

在本发明的一较佳实施方式中，不锈钢圈的上端面设有环形凸起，下端面设有环形凹槽；或者所述不锈钢圈的上端面设有环形凹槽，下端面设有环形凸起；所述不锈钢底板上表面和所述不锈钢顶板下表面分别设有环形凹槽或环形凸起；所述环形凹槽内设有耐腐蚀密封圈；

相邻上下两个不锈钢圈之间通过所述环形凸起嵌入到所述环形凹槽内形成密封连接；

所述不锈钢底板与最下面的不锈钢圈之间通过所述环形凸起嵌入到所述环形凹槽内形成密封连接；

所述不锈钢顶板与最上面的不锈钢圈之间通过所述环形凸起嵌入到所述环形凹槽内形成密封连接。

在本发明的一较佳实施方式中，岩心为圆盘形，所述岩心由碳酸钙粉末和石英砂按一定比例混合压制而成。

在本发明的一较佳实施方式中，岩心与所述不锈钢圈之间由环氧树脂粘结；所述岩心的直径为400mm，厚度为50mm。

在本发明的一较佳实施方式中，刻画溶洞和所述刻画裂缝中填充有石英砂；所述岩心吞吐装置包括六块模型单元。

在本发明的一较佳实施方式中，模拟生产井包括管座和铁管，所述不锈钢顶板上设有连接通孔，所述管座固定连接在所述连接通孔上，所述铁管穿过所述管座的中央伸入到所述岩心吞吐装置内部与所述刻画溶洞连通，且所述铁管固定在所述管座上。

在本发明的一较佳实施方式中，铁管及所述底水井分别与所述驱替系统通过管路连接。

在本发明的一较佳实施方式中，驱替系统包括原油活塞容器、地层水活塞容器、回压阀、油气水计量装置，所述岩心吞吐装置及所述原油活塞容器、地层水活塞容器、回压阀、油气水计量装置均置于烘箱中。

由上所述，本发明中的岩心吞吐装置采用多块圆柱体形模型单元叠加放置在一起，其中的每块模型单元中均设有刻画溶洞和刻画裂缝，每块模型单元圆周粘结不锈钢圈，能够承受至少6MPa的压力，在接近地层压力的条件下模拟油水气吞吐流动过程，从而能够真实反映缝洞型碳酸盐岩油藏地质特征，得到真实地层条件下吞吐过程的客观性规律。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明实验装置中岩心吞吐装置的剖面结构示意图。

图2：为本发明实验装置在实验时的连接示意图。

图3：为本发明实验装置中其中一层岩心的缝洞连通结构图。

图4：为本发明实验装置中一口井注氮气吞吐的采液动态曲线。

图5：为本发明实验装置中一口井注氮气吞吐的生产动态曲线。

附图标记说明：1.高压气瓶，2.压缩机，3.气气增压泵，4.气体活塞容器，5.原油活塞容器，6.地层水活塞容器，10.岩心吞吐装置，101.模型单元，1011岩心，1012.不锈钢圈，1013.刻画溶洞，1014刻画裂缝，102.圆形不锈钢底板，103.圆形不锈钢顶板，104.连接螺栓，13.回压阀，14.油气水计量装置，15.六通阀，16.恒压恒流泵，18.压力平衡装置，19.烘箱，20～27.阀门，28.生产井，30～34.阀门。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本发明提供了一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置100，实验装置100包括岩心吞吐装置10、驱替系统，岩心吞吐装置10通过管路与驱替系统连接。驱替系统为现有技术，请参见公开号为CN 104612674 A，发明名称为《模拟缝洞型碳酸盐岩油藏吞吐实验装置及方法》的专利文献。本发明中，岩心吞吐装置10包括至少两块模型单元101，每块模型单元101均为直径大于其厚度的圆柱体形，至少两块模型单元101按照从下至上的顺序同轴叠放在一起。最下面的一块模型单元101密封放置在一块圆形不锈钢底板102上，最下面的一块模型单元101的下端面圆周方向与圆形不锈钢底板102的上端面形成密封，最上面的一块模型单元101的顶部密封盖设一圆形不锈钢顶板103。圆形不锈钢底板102与圆形不锈钢顶板103之间通过圆周均匀分布的多个连接螺栓104固定连接，多个连接螺栓104沿与岩心吞吐装置10轴线平行的方向穿过上面的圆形不锈钢顶板103和下面的圆形不锈钢底板102，位于上下叠置的至少两块模型单元101圆周的外侧，将至少两块模型单元101夹紧在圆形不锈钢顶板103和圆形不锈钢底板102之间。

其中，每块模型单元101包括一块圆柱体形的岩心1011，岩心1011的圆周方向粘结有一不锈钢圈1012，岩心1011为直径大于其厚度的圆柱体形，岩心1011和不锈钢圈1012是齐平的，即不锈钢圈1012的厚度与岩心1011的厚度相同。如图3所示，岩心1011内设有多个模拟实际溶洞的刻画溶洞1013和多个模拟实际裂缝的刻画裂缝1014，刻画溶洞1013之间由刻画裂缝1014连接以模拟实际油藏缝洞的连通模式，其它层的模型单元101中岩心1011的结构与此结构类似。

其中，相邻上下两块模型单元101之间的不锈钢圈1012密封连接，相邻上下两块模型单元101之间的刻画溶洞1013之间或刻画裂缝1014之间或刻画溶洞1013与刻画裂缝1014之间相互连通。圆形不锈钢顶板103上设有至少两个模拟生产井28，圆形不锈钢底板102上设有底水井(图中未示出)以模拟强底水能量油藏。模拟生产井28与底水井之间不是一一对应的，怎样设置底水井和模拟生产井28根据目标油藏生产情况确定。

本发明的实验装置100中，岩心吞吐装置10采用多块圆柱体形模型单元101叠加放置在一起，其中的每块模型单元101中均设有刻画溶洞1013和刻画裂缝1014，每块模型单元101圆周粘结不锈钢圈1012，能够承受至少6MPa的压力，在接近地层压力的条件下模拟油水气吞吐流动过程，从而能够真实反映缝洞型碳酸盐岩油藏地质特征，真实再现复杂缝洞结构下油水三维流动特征，得到真实地层条件(真实地层条件体现在：一、真实模拟现场碳酸盐岩油藏缝洞连通关系；二、岩心吞吐装置能耐至少6MPa压力，能在接近地层压力下模拟油水气吞吐流动过程)下吞吐过程的客观性规律，对吞吐过程缝洞之间的开发动态进行客观评价。该模拟实验装置能够完成不同吞吐介质(N₂、CO₂、干气、复合气等)吞吐实验。

进一步，不锈钢圈1012的上端面设有环形凸起，下端面设有环形凹槽；或者不锈钢圈1012的上端面设有环形凹槽，下端面设有环形凸起；圆形不锈钢底板102上表面和圆形不锈钢顶板103下表面分别设有环形凹槽或环形凸起；在每个环形凹槽内设有耐腐蚀密封圈，例如耐CO₂腐蚀的密封圈。相邻上下两个不锈钢圈1012之间通过环形凸起嵌入到环形凹槽内形成密封连接。圆形不锈钢底板102与最下面的不锈钢圈1012之间通过环形凸起嵌入到环形凹槽内形成密封连接。圆形不锈钢顶板103与最上面的不锈钢圈1012之间通过环形凸起嵌入到环形凹槽内形成密封连接。

进一步，岩心1011由碳酸钙粉末和石英砂按一定比例混合以5.5MPa压力压制而成。压制1小时后，对各圆柱状岩心1011进行缝洞刻画，形成刻画溶洞1013和刻画裂缝1014，岩心1011外部圆周与不锈钢圈1012采用环氧树脂粘结，之后在烘箱中加热老化24小时至岩心1011完全胶结固化。刻画溶洞1013和刻画裂缝1014中还填充有石英砂，以模拟真实地层中的碎石充填的效果。在本实施方式中，岩心吞吐装置10从下至上依序由六块模型单元101叠加组成，岩心1011的直径为400mm，厚度为50mm。

进一步，模拟生产井28包括管座和铁管，圆形不锈钢顶板103上设有连接通孔，管座固定连接在连接通孔上，铁管穿过管座的中央伸入到岩心吞吐装置10内部，与岩心1011中的刻画溶洞1013或刻画裂缝1014连通，铁管的上端固定在管座上，且露出在管座外部。圆形不锈钢底板102上的底水井结构与模拟生产井28类似。具体制作时，按照设计井位，在岩心吞吐装置10上部相应位置钻孔，从而在圆形不锈钢顶板103上形成连接通孔，在岩心吞吐装置10的岩心1011内形成孔道，管座通过压环压铆连接在连接通孔上，将直径为3mm的耐压铁管穿过管座的中央伸入到形成的孔道内，铁管一端伸入到岩心吞吐装置10的缝洞结构中，另一端留在管座外部，经过二通阀与驱替系统通过管路连接。利用同样的方法在岩心吞吐装置10的底部相应位置钻出孔，置入直径为3mm的铁管与管座并用环氧树脂封固，通过管座连接底水管，作为底水井。

岩心吞吐装置10与驱替系统的连接方式为现有技术，参考公开号为CN 104612674A，发明名称为《模拟缝洞型碳酸盐岩油藏吞吐实验装置及方法》的专利文献中所说的连接方式，本领域技术人员根据实验的要求，将其中的岩心吞吐装置更换为本发明中的岩心吞吐装置10进行连接，不再赘述。

在实验的过程中，根据实验步骤，气体活塞容器4、原油活塞容器5和地层水活塞容器6分别向岩心吞吐装置10内供给高压气体、原油和地层水，并在岩心吞吐装置10内完成吞吐模拟实验，从而实现在实验室内模拟缝洞型碳酸盐岩油藏的吞吐状况。压力平衡装置18在注入气体介质阶段将从岩心吞吐装置10替出的原油储存起来，保证注入气体介质过程中岩心吞吐装置10内压力保持恒定。通过改变气体活塞容器4中的吞吐介质，例如氮气、二氧化碳或者其他复合介质等，能够进行不同吞吐介质的吞吐模拟实验。其中，原油活塞容器5、地层水活塞容器6、岩心吞吐装置10、回压阀13、油气水计量装置14置于烘箱19中；烘箱19能保证在地层温度下进行实验，实验条件更接近于现场情况。

采用本发明实验装置的一个具体实验过程为：

步骤1：实验前所有阀门处于关闭状态。将岩心吞吐装置10抽真空，原油活塞容器5中装满原油，地层水活塞容器6中装满地层水，将岩心吞吐装置10饱和原油(原油活塞容器5充满原油，依次打开恒压恒流泵16，六通阀15，阀门31、22、25、26，其余阀门均关闭，通过计量装置14计量饱和油过程中产出地层水体积，即为饱和油体积)并加压至6MPa。依次打开阀门20、21，压缩机2的电源开关和气气增压泵3的电源开关，使来自高压气瓶1中的高压氮气通过压缩机2和气气增压泵3进入气体活塞容器4中，当气体活塞容器中的压力增至6MPa，依次关闭阀门20、21，关闭压缩机2和气气增压泵3的电源开关。将回压阀13加压至6MPa(回压阀的压力是通过气瓶控制的，通过调节气瓶压力来调节回压阀的压力)。

步骤2：当气体活塞容器4、岩心吞吐装置10、回压阀13压力都为6MPa时，打开恒压恒流泵16的电源开关，将恒压恒流泵16的流速调至5毫升每分钟，启动运行开关，依次打开六通阀15，阀门30、阀门21、阀门25、阀门27、阀门33和阀门34，使氮气以5毫升每分钟的速度吞入岩心装置中，20分钟后，依次关闭恒压恒流泵16的运行开关、六通阀15、阀门34、阀门33、阀门27、阀门25、阀门21和阀门30。

步骤3：焖井24小时后，此时回压阀13压力调至1MPa，将恒压恒流泵16流速调至3毫升每分钟，启动恒压恒流泵16的运行开关，依次打开六通阀15、阀门32，当地层水活塞容器6的压力升至6MPa时，依次打开阀门23、阀门24和阀门26，进行吞吐实验，通过油气水计量装置14计量。

其中，注入氮气100毫升，实验温度为60摄氏度，底水注入速度为3毫升每分钟，实验结果如图4和图5所示。

由上所述，本发明中的岩心吞吐装置10采用多块圆柱体形模型单元101叠加放置在一起，其中的每块模型单元101中均设有刻画溶洞1013和刻画裂缝1014，每块模型单元101圆周粘结不锈钢圈1012，能够承受至少6MPa的压力，在接近地层压力的条件下模拟油水气吞吐流动过程，从而能够真实反映缝洞型碳酸盐岩油藏地质特征，得到真实地层条件下吞吐过程的客观性规律。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，所述实验装置包括岩心吞吐装置、驱替系统，所述岩心吞吐装置通过管路与所述驱替系统连接；其特征在于，所述岩心吞吐装置包括至少两块模型单元，至少两块模型单元按照从下至上的顺序同轴叠放在一起；最下面的一块模型单元密封放置在一不锈钢底板上，最上面的一块模型单元的顶部，密封设有一不锈钢顶板，所述不锈钢顶板盖住所述最上面一块模型单元的顶部；所述不锈钢底板与所述不锈钢顶板之间通过连接螺栓固定连接；

每块模型单元包括一岩心，所述岩心的四周粘结有一不锈钢圈，所述岩心内设有多个模拟实际溶洞的刻画溶洞和多个模拟实际裂缝的刻画裂缝，所述刻画溶洞之间由所述刻画裂缝连接；

所述不锈钢圈的上端面设有环形凸起，下端面设有环形凹槽；或者所述不锈钢圈的上端面设有环形凹槽，下端面设有环形凸起；所述不锈钢底板上表面和所述不锈钢顶板下表面分别设有环形凹槽或环形凸起；所述环形凹槽内设有耐腐蚀密封圈；

所述不锈钢底板与最下面的不锈钢圈之间通过所述环形凸起嵌入到所述环形凹槽内形成密封连接；所述不锈钢顶板与最上面的不锈钢圈之间通过所述环形凸起嵌入到所述环形凹槽内形成密封连接；

其中，相邻上下两个不锈钢圈之间通过所述环形凸起嵌入到所述环形凹槽内形成密封连接，相邻上下两块模型单元的所述刻画溶洞之间或所述刻画裂缝之间或所述刻画溶洞与所述刻画裂缝之间相互连通；所述不锈钢顶板上设有模拟生产井，所述不锈钢底板上设有底水井；所述模拟生产井和所述底水井分别与所述刻画溶洞连通。

2.如权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其特征在于，所述岩心为圆盘形，所述岩心由碳酸钙粉末和石英砂按一定比例混合压制而成。

3.如权利要求2所述的缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其特征在于，所述岩心与所述不锈钢圈之间由环氧树脂粘结；所述岩心的直径为400mm，厚度为50mm。

4.如权利要求3所述的缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其特征在于，所述刻画溶洞和所述刻画裂缝中填充有石英砂；所述岩心吞吐装置包括六块模型单元。

5.如权利要求4所述的缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其特征在于，所述模拟生产井包括管座和铁管，所述不锈钢顶板上设有连接通孔，所述管座固定连接在所述连接通孔上，所述铁管穿过所述管座的中央伸入到所述岩心吞吐装置内部与所述刻画溶洞连通，且所述铁管固定在所述管座上。

6.如权利要求5所述的缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其特征在于，所述铁管及所述底水井分别与所述驱替系统通过管路连接。

7.如权利要求6所述的缝洞型碳酸盐岩吞吐物理模拟实验装置，其特征在于，所述驱替系统包括原油活塞容器、地层水活塞容器、回压阀、油气水计量装置，所述岩心吞吐装置及所述原油活塞容器、地层水活塞容器、回压阀、油气水计量装置均置于烘箱中。