CN105158036B - 一种模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油开采勘探技术领域，尤其涉及一种模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，该方法包括：根据目的含油地层的油水过渡带厚度和设定的用于模拟所述目的含油地层的岩石样品的油水过渡带厚度确定离心速度；将所述岩石样品按设定条件进行油水预处理；将油水预处理后的岩石样品按所述离心速度在预设条件下进行离心处理，获得目标岩石样品。通过本申请实施例，可以在实验室中制备出能模拟油水过渡带饱和度纵向分布变化的岩石样品，为油水过渡带开发提供了必需的实验模拟基础。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采勘探技术领域，尤其涉及一种模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法。
背景技术
在石油开采领域中，含石油层与含水层之间的界限并不完全清晰，通常存在几十米到上百米厚的从含油层向含水层过渡的区间，称为油水过渡带。在油水过渡带内部，由顶至底含油饱和度越来也低，而含水饱和度越来越高，呈现一种与深度相关的单调规律变换。对于石油开采而言，由于油水过渡带的饱和度变化规律认识和开发技术一直未能解决，导致全世界高达几百亿吨的石油储量难以被开采出来。
从目前相近领域的方法而言，对油水饱和度的物理模拟一般借用常规的岩心水驱油或者油驱水方法，即通过对含油岩石进行注水或者含水岩石进行注油实现的。这种方法可以实现对普通含油地层岩石中均匀油水饱和度的模拟，但对于油水饱和度存在纵向变化的油水过渡带无法实现模拟。因此，鉴于油水过渡带中巨大的石油储量潜力，如何在实验室中制备能模拟油水过渡带饱和度分布变化的岩石样品是油水过渡带开发研究亟需解决的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，以制备能模拟过渡带油水饱和度纵向分布变化的岩石样品，为过渡带油水开发研究提供必需的实验模拟基础。
为达到上述目的，本申请实施例提供了一种模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，包括：
根据目的含油地层的油水过渡带厚度和设定的用于模拟所述目的含油地层的岩石样品的油水过渡带厚度确定离心速度；
将所述岩石样品按设定条件进行油水预处理；
将油水预处理后的岩石样品按所述离心速度在预设条件下进行离心处理，获得目标岩石样品。
本申请实施例通过根据目的含油地层油水过渡带厚度与岩石样品过渡带厚度确定离心速度，进一步对油水预处理后的岩石样品按确定的离心速度进行离心，通过离心的作用使油水饱和度在纵向上呈现规律性的变化。通过本申请实施例，制备出了能模拟过渡带油水饱和度纵向分布变化的岩石样品，为油水过渡带开发提供了必需的实验模拟基础。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法流程图；
图2是本申请一实施例所采用的离心装置和岩石样品的整体结构的示意图；
图3是本申请一实施例的目的含油地层岩石过渡带内实际含水饱和度分布的示意图；
图4是本申请一实施例的目标岩石样品内模拟过渡带含水饱和度分布的示意图；
图5是本申请一实施例现有技术中常规的水驱油方法模拟含水饱和度分布的示意图；
图中各附图标记为：1.离心机转动轴，2.离心机转动臂，3.离心机样品盒，4.岩石样品。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合附图，对本申请实施例的具体实施方式作进一步的详细说明。
参考图1所示，本申请实施例的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据目的含油地层的油水过渡带厚度和设定的用于模拟所述目的含油地层的岩石样品的油水过渡带厚度确定离心速度。本申请实施例中的岩石样品含有微小孔隙结构用于容纳油和水，可以是取自地下或地表的岩石，也可以是人造岩石，一般选取目的含油地层过渡带岩石作为岩石样品。一般的，岩石样品的形状可以是圆柱体，其直径在1～15厘米范围内，高度在1～100厘米范围内；也可以是长方体，其长宽高均在1～100厘米范围内。
本申请实施例的确定离心速度的具体方法如下：
岩石样品不同高度位置l(l为岩石样品在离心机悬臂长度方向上的尺寸)的离心力为：
F＝mω2(r+l)
其中，r为离心机悬臂长，ω为离心速度；由于油与水的密度差异，相同体积下质量m不同，产生的离心力也不同，因此会产生不同高度位置l的油水离心力差：
F＝(mw-mo)ω2(r+l)
油水离心力差最终表现为不同高度位置l处的压力差：
实际含油地层岩石油水过渡带中不同高度位置ht的压力差：
ΔP＝(ρw-ρo)ght
因此岩石样品和实际含油地层岩石压力差比值为：
该式中为本方法的缩小比，反映了岩石模型相对于过渡带在空间尺度上的缩小与岩石模型相对于过渡带在控制饱和度分布的压力差的缩小上的等效性，即从数学模型上可以认为，这两种缩小是相似的；为缩小系数，反映了空间尺度的缩小程度，即通过本方法能够将过渡带的原始厚度在岩石模型上缩小倍，即：
其中，Ht为目的含油地层岩石油水过渡带厚度，Htm为岩石样品过渡带厚度；通过调整实验操作参数ω和r，就能够调整模型的缩小比例，实现控制缩小后的厚度小于岩石模型厚度，从而在岩石模型中完整模拟过渡带的油水分布。
S2、将所述岩石样品按设定条件进行油水预处理。本申请实施例中采用的油水预处理具体包括：
根据目的含油地层的油水饱和度分布数据确定所述岩石样品需达到的含油体积和含水体积；
将油和水通过油驱水或水驱油的驱替方式注入岩石样品中，使岩石样品达到所述的含油体积和含水体积；
将达到所述含油体积和含水体积的岩石样品进行加压密封。
其中，所述所需的含油体积和含水体积的计算过程具体如下：
对于需要模拟的油水过渡带，其油水饱和度在竖直方向上的分布遵循毛管力曲线所反映的规律，即：
其中ht为油水过渡带底部100％含水平面以上的厚度(100％含水平面是指毛细管力随着含油饱和度的降低而降至零的位置)，ρw与ρo分别是水、油的密度，g为重力加速度，Pc是油水过渡带内岩石储层的毛管力。
可以通过半透隔板法、压汞法或离心法得到含水饱和度-毛管力曲线(Sw-Pc曲线)与含油饱和度-毛管力曲线(So-Pc曲线)，通过公式(1)、Sw-Pc与So-Pc曲线联合求出目的含油地层不同ht位置处的含油水饱和度So和Sw。
设计岩石样品过渡带的厚度为Htm，岩石样品底面横截面积为S，岩石样品高为H，岩石样品的孔隙度为Φ，残余油饱和度为Sor(可以通过对岩石样品油驱水过程剩余的水的饱和度计量得到)，束缚水饱和度为Swi(可以通过对对岩石样品水驱油过程剩余的油的饱和度计量得到)，过渡带的位置居中(即过渡带的几何中心位置与岩石样品的几何中心位置重合)，则岩石样品中的含油体积Vo和含水体积Vw可以由以下方法求算：
本申请实施例中为了模拟目的含油地层岩石环境，因此需要对岩石样品进行加压密封后再进行离心处理，从而获得模拟度更高的的目标岩石样品。本申请实施例中采用的加压密封可以是将岩石样品放入密闭容器中，然后对密闭容器进行加压至预设压力；也可以是将岩石样品直接放入离心筒中，然后对离心筒进行密封并加压至预设压力；然而值得注意的是，上述列举的加压密封方式仅是为了更好的说明本发明，还可以采用其它的加压方式，本申请对此不作限定。本申请实施例中所述的预设压力可以自由选择，一般与目的含油地层所受压力相匹配。在本申请另一个实施例中，也可以不采用加压密封的方式，此时不需要计算岩石样品的含油体积和含水体积，但在离心处理前需要预先将岩石样品进行饱和水处理，再用油驱水的方式将饱和水后的岩石样品内的水完全驱替，最后将完全驱替水的岩石样品置入离心筒中，并在离心筒内注入水，直至完全淹没岩石样品。本申请实施例中油可以是石油，也可以是烃类石油制品，如白油、汽油、煤油等，但不限于上述油的种类，油密度可以自由选择，一般选择目的含油地层的油密度。
S3、将油水预处理后的岩石样品按所述离心速度在预设条件下进行离心处理获得目标岩石样品。本申请实施例中油水在离心的作用下，导致不同高度位置的油水离心力差不同，最终表现为不同高度位置的压力差，这与目的含油地层岩石过渡带中不同高度位置的压力差是相对应的；离心力的作用最终使岩石样品中的油水饱和度在纵向上产生差异性分布规律，从而模拟出目的含油地层岩石油水饱和度在纵向上的差异性分布。本申请实施例中预设条件包括温度、离心时间、离心机悬臂长度、岩石放置角度等，其中温度可以自由选择，一般选择模拟的目的含油地层油水过渡带相应的温度。
在步骤S3之后，本申请实施例还包括对所述目标岩石样品进行检测分析，从而获得模拟的油和水差异分布数据。
本申请实施例通过根据目的含油地层油水过渡带厚度与岩石样品过渡带厚度确认离心速度，进一步对油水预处理后的岩石样品按确认的离心速度进行离心，通过离心的作用使油水饱和度在纵向上呈现规律性的变化。通过本申请实施例，制备出了能模拟过渡带油水饱和度纵向分布变化的岩石样品，为油水过渡带开发提供了必需的实验模拟基础。
为了便于更好地理解本申请的技术方案，以下举例说明：
本申请实施例选取中国大庆油田A区块的油水过渡带作为模拟油藏，其过渡带厚度Ht为53米(海拔-1045米至-1098米)，油水饱和度分布见图3。选取圆柱形状的岩石样品进行模拟，直径为2.5cm，高为10cm，温度选为室温，油选用该区块产出原油，水选用该区块产出水，根据含油体积Vw和含水体积Vo计算公式：
含油体积和含水体积分别是4.8mL和6.0mL；然后采用油驱水的方式进行定量饱和。
由于需要将过渡带厚度压缩到10cm高的岩石样品中，因此缩小系数应大于530，离心机的悬臂长r为25cm，因此根据公式：
其中，l取值为10cm，计算转速ω应大于131.6(弧度/秒)，合1257(转/分)。
将已饱和油水的岩石样品放入离心筒内(如图2所示)，密封离心筒并预设一定压力，然后采用1300转/分的转速对岩石样品进行离心，时间为20分钟，得到模拟A区块油水过渡带的岩石样品。该样品中具有过渡带油水饱和度变化特征的高度Htm计算为：
本申请实施例中，在10厘米高的岩石样品内模拟了A区块中厚度为53米的油水过渡带中的饱和度分布，核磁共振分析结果如图4所示。对比图3与图4，可见基本准确的在10cm的岩石样品尺度内还原了53米厚的油水过渡带内的饱和度。对比用常规水驱油方法得到的饱和度分布(如图5所示)，还原程度得到显著提高。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，包括：
根据目的含油地层的油水过渡带厚度和设定的用于模拟所述目的含油地层的岩石样品的油水过渡带厚度确定离心速度；
将所述岩石样品按设定条件进行油水预处理；
将油水预处理后的岩石样品按所述离心速度在预设条件下进行离心处理，获得目标岩石样品；其中，
所述确定离心速度，包括：根据公式计算离心速度；
其中ω为离心速度，Ht为目的含油地层油水过渡带厚度，Htm为岩石样品的油水过渡带厚度，r为离心机悬臂长，l为岩石样品在离心机悬臂长度方向上的尺寸。
2.如权利要求1所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，将岩石样品按设定条件进行油水预处理，包括：
根据目的含油地层的油水饱和度分布数据确定所述岩石样品需达到的含油体积和含水体积；
将油和水通过油驱水或水驱油的驱替方式注入岩石样品中，使岩石样品达到所述的含油体积和含水体积；
将达到所述含油体积和含水体积的岩石样品进行加压密封。
3.如权利要求2所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，所述根据目的含油地层的油水饱和度分布数据确定所述岩石样品需达到的含油体积和含水体积，包括：根据下述公式计算所需的含油体积Vo和含水体积Vw
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其中，H为岩石样品厚度，Htm为岩石样品过渡带厚度，S为岩石样品底面横截面积，Φ为岩石样品孔隙度，Sor为岩石样品残余油饱和度，Swi为岩石样品束缚水饱和度，ht为目的含油地层位于其油水过渡带底部100％含水平面以上的厚度，So为目的含油地层在厚度ht位置处的含油饱和度，Sw为目的含油地层在厚度ht位置处的含水饱和度。
4.如权利要求2所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，所述加压密封包括：
将达到所述含油体积和含水体积的岩石样品放入密闭容器中，并向所述密闭容器内加压至预设压力。
5.如权利要求2所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，所述加压密封包括：
将达到所述含油体积和含水体积的岩石样品密封于离心筒中，并向所述离心筒内加压至预设压力。
6.如权利要求4或5所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，所述预设压力与所述目的含油地层所受压力相匹配。
7.如权利要求1所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，将岩石样品按设定条件进行油水预处理，包括：
将岩石样品进行饱和水处理；
用油驱水的方式将饱和水处理后的岩石样品内的水完全驱替；
将完全驱替水的岩石样品放入离心筒中，并在离心筒内注入水，直至淹没所述完全驱替水的岩石样品。
8.如权利要求1所述的模拟油和水差异分布的岩石样品的制备方法，其特征在于，所述油水预处理中，所述油是石油或者是烃类石油制品。
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