CN105178926B - 缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型、驱替模拟实验装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型、驱替模拟实验装置及系统，其中，所述物理模型包括：溶洞、裂缝、基板和填充物；其中，所述溶洞与所述裂缝置于所述基板上，所述溶洞与所述裂缝相连接于一体，所述填充物用于模拟所述溶洞填充情况；所述物理模型设置有注入口、采出口和底水口。该缝洞型油藏可视化驱替实验装置更接近实际油藏模型，尤其是对于溶洞型缝洞型油藏，能够模拟缝洞的离散化分布特征。对于充填溶洞的模拟更为实用。另外，缝洞模型的可拆卸性加强了实验的可操作性与灵活性，缩短了模型的建立、调整、维护周期，模型制作工艺简单、可重复利用，大大降低了实验成本。
Description
技术领域
本发明涉及采油工程技术领域，特别涉及一种缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型、驱替模拟实验装置及系统。
背景技术
缝洞型碳酸盐岩油藏储层属于改造型的储层，由于岩性、构造及溶蚀作用等的影响，其储集空间的类型与碎屑岩储层相比有明显不同。洞、孔、缝为主要的储集空间与流动通道，且缝洞储集体具有空间随机分布、配置关系复杂、形状尺度变化多样等特点。溶洞是指直径大于50mm的孔洞，溶孔主要指直径在2mm至50mm之间的孔洞，裂缝主要以构造、溶蚀缝为主，裂缝开度大多小于1mm。按照储集空间不同的组合方式，塔河油田奥陶系的三种典型储层类型为：裂缝型、裂缝-孔洞型、溶洞型。其中，溶洞型储层是以大型溶洞发育为主；裂缝型储层以裂缝发育为主，洞、孔发育较少；而裂缝-孔洞型储层则是以裂缝和溶蚀孔洞发育为主，大型溶洞发育较少。
溶洞型储层是本区奥陶系碳酸盐岩中最重要的储层类型，其以大型溶洞发育为特征，是非常好的油气储集空间，溶洞与裂缝为主要的流动通道。据塔河油田统计，油田超过90％的产量均来自于此类储层。该类储层油气产出的特点是初产量高、且产量稳定或较稳定，稳产期长，塔河油田四区的S48、T401、T402、TK407等井的下奥陶统均属此类储层。
溶洞的充填现象是非常普遍的，这是由于溶洞的大尺度性与地下结构不稳定性导致的。塔河油田溶洞的充填物通常有三种类型，搬运型沉积物、垮塌型堆积物以及化学型胶结物。前人研究通常将溶洞分为全充填、半充填和未充填3种，其中塔河四区溶洞充填识别结果显示：全部充填的溶洞占总数的43％，部分充填的溶洞占37％，基本未充填的溶洞占到了20％。其溶洞内部充填特征具有重要的生产意义。
基于缝洞型油藏特殊的地质构造：缝洞呈离散化分布、溶洞具有差异化填充特征。室内实验模拟模型的代表性一直是该类油藏室内物理模拟的难点，特别模型中对于差异化的填充特征的体现更是甚少。而国内缝洞型油藏已经部分进入开采中后期，进入开发调整阶段，因此，建立具有代表性的缝洞模型与相关水驱油、气驱油实验装置是很有必要的与亟待的。
现有的缝洞型油藏物理模型主要包括玻璃管模型、蚀刻平板模型、浇筑不规则模型、岩心缝洞模型等，大多试图将完整的缝洞组合系统制作成一个比较小的空间，从而导致几何相似准则无法满足、复杂配置关系忽略，最终导致模拟过程严重失真，模拟结果缺乏指导性。油藏中溶洞形状多样、充填特征复杂，裂缝导流能力差异大，连接关系复杂，现有的模型在制作过程中难以控制，实验过程灵活性差。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提出一种缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型、驱替模拟实验装置及系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型，所述物理模型包括：
溶洞、裂缝、基板和填充物；其中，
所述溶洞与所述裂缝置于所述基板上，所述溶洞与所述裂缝相连接于一体，所述填充物用于模拟所述溶洞填充情况；
所述物理模型设置有注入口、采出口和底水口。
优选地，所述溶洞包括溶洞主体和盖板，所述溶洞主体包括溶洞腔、溶洞模型壁和裂缝连接孔；所述盖板通过螺纹结构和密封圈将所述溶洞腔密封；所述裂缝连接孔设置在所述溶洞模型壁上。
优选地，所述溶洞通过裂缝连接孔与所述裂缝相连，采用压冒连接件和压环密封件将所述溶洞与所述裂缝连接于一体。
优选地，所述溶洞为规则圆形形状。
优选地，所述填充物为石英砂。
优选地，所述裂缝采用聚四氟乙烯材料管线来模拟。
优选地，所述溶洞采用亚克力材质制作。
为实现上述目的，本发明还提供了一种驱替模拟实验装置，用于上述所述的物理模型进行驱替实验，驱替模拟实验装置包括：底水装置、第一压力测量装置、第二压力测量装置、气源、恒流泵、气体流量控制仪、模拟油容器、模拟地层水容器、计量装置；其中，
所述物理模型的底水口均与所述底水装置、所述第二压力测量装置相连；
所述恒流泵均与所述模拟油容器的入口、所述模拟地层水容器的入口相连通，所述模拟油容器的出口、所述模拟地层水容器的出口均与所述物理模型的注入口相连；
所述气源与所述气体流量控制仪的一端相连，所述气体流量控制仪的另一端与所述物理模型的注入口相连；
所述物理模型的注入口与所述第一压力测量装置相连；
所述物理模型的采出口与所述计量装置相连。
优选地，还包括摄像仪；
所述摄像仪，用于记录实验装置的实验过程。
为实现上述目的，本发明还提供了一种驱替模拟实验系统，包括：上述所述的物理模型和上述所述的驱替模拟实验装置。
上述技术方案具有如下有益效果：
该缝洞型油藏可视化驱替实验装置更接近实际油藏模型，尤其是对于溶洞型缝洞型油藏，能够模拟缝洞的离散化分布特征。对于充填溶洞的模拟更为实用。另外，缝洞模型的可拆卸性加强了实验的可操作性与灵活性，缩短了模型的建立、调整、维护周期，模型制作工艺简单、可重复利用，大大降低了实验成本。
本发明可用于缝洞型油藏底水驱、注水驱、注气驱、泡沫驱以及其它驱替实验研究。研究不同结构的缝洞型油藏中两相或多相流体运动方式和不同阶段采收率、含水率、含气率、生产压差等指标的变化，研究水驱、气驱、泡沫驱及其他驱替方式下剩余油分布特征。为碳酸盐岩缝洞型油藏高效开发提供理论依据和技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型结构示意图之一；
图2为本发明提出的一种缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型结构示意图之二；
图3为本发明提出的缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型中的溶洞结构示意图；
图4为本发明提出的缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型中的溶洞结构剖面示意图；
图5为本发明提出的一种驱替模拟实验装置示意图。
附图标识：
1、溶洞模型盖板， 2、溶洞模型主体， 3、裂缝连接孔， 4、溶洞腔，
5、密封圈， 6、螺纹， 7、溶洞模型壁， 8、溶洞未充填部分，
9、溶洞充填部分， 10、注入口， 11、采出口， 12、溶洞，
13、模拟大裂缝， 14、底水口， 15、模拟中裂缝， 16、模拟小裂缝，
17.底水装置， 18、气体流量控制仪， 19、第一压力测量装置， 20、摄像装置，
21、计量装置， 22、物理模型， 23、模拟地层水容器， 24.阀门，
25、恒流泵， 26、气源， 27、模拟油容器 28、基板
29、第二压力测量装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实际缝洞型油藏具有复杂性，特别是小溶洞与裂缝的分布于特征，由于地质认识精度问题，往往无法准确得到缝洞分布。但缝洞分布也存在一定的规律，比如缝洞的类型、大溶洞、大裂缝、断层的性质与分布能够形成一定认识。实验缝洞模型可根据地质认识、地质建模资料等，依据相似性原理，设计缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型。
如图1所示，为本发明提出的缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型结构示意图之一。如图2所示，为本发明提出的缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型结构示意图之二。所述物理模型包括：
溶洞12、裂缝、基板28和填充物9；其中，
所述溶洞12与所述裂缝置于所述基板28上，所述溶洞12与所述裂缝相连接于一体，所述填充物9用于模拟所述溶洞12填充情况；
所述物理模型设置有注入口10、采出口11和底水口14。
模型中溶洞为规则圆形形状，溶洞直径为200mm、300mm、400mm、500mm、600mm等，采用亚克力材质制作。裂缝采用聚四氟乙烯材料管线来模拟，管线内径为0.25mm、0.50mm、0.75mm、1.00mm、1.50mm、2.00mm等。模型由裂缝、溶洞、基板构成，缝洞连接后将模型置于基板上，形成缝洞二维网络模型。
如图3所示，为本发明提出的缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型中的溶洞结构示意图。如图4所示，为本发明提出的缝洞型碳酸盐岩油藏的物理模型中的溶洞结构剖面示意图。溶洞12包括溶洞主体2和盖板1，所述溶洞主体2包括溶洞腔4、溶洞模型壁7和裂缝连接孔3；所述盖板1通过螺纹6和密封圈5将所述溶洞腔4密封；所述裂缝连接孔3设置在所述溶洞模型壁7上。
模型中溶洞与裂缝均无固定特征尺寸，裂缝分为大、中、小三个级别，实验模型中通过改变管径来模拟(尺寸为0.25mm～2mm之间)。三个级别的裂缝分别为大级别裂缝13、中级别裂缝16、小级别裂缝15。模拟裂缝管线的外直径相同，裂缝通过裂缝连接孔，采用与之配套的压环、压冒与溶洞相连接。压冒连接件、压环连接件均采用聚四氟乙烯材料制成，
溶洞大小可以根据适当改变，不同大小的溶洞设计有与之配套的密封圈5与盖板1。溶洞的可拆卸设计，能够实现溶洞中充填模拟，模拟不同填充程度与不同填充物。具体充填物根据研究区域充填特征而定，一般情况下，采用不同粒径石英砂或者玻璃球来模拟疏松与致密充填。溶洞填充程度(即填充量)一般根据地质认识而定。一旦溶洞腔体内设置有填充物，溶洞腔体内包括溶洞未充填部分8和溶洞充填部分9。
该缝洞型油藏可视化驱替实验装置更接近实际油藏模型，尤其是对于溶洞型缝洞型油藏，能够模拟缝洞的离散化分布特征。对于充填溶洞的模拟更为实用。另外，缝洞模型的可拆卸性加强了实验的可操作性与灵活性，缩短了模型的建立、调整、维护周期，模型制作工艺简单、可重复利用，大大降低了实验成本。
如图5所示，为本发明提出的一种驱替模拟实验装置示意图。实验装置用于对上述物理模型进行驱替实验，实验装置包括：底水装置17、第一压力测量装置19、第二压力测量装置29、气源26、恒流泵25、气体流量控制仪18、模拟油容器27、模拟地层水容器23、计量装置21；其中，
所述物理模型的底水口14均与所述底水装置17、所述第二压力测量装置29相连；所述底水装置17与所述第二压力测量装置29之间设置一阀门24；
所述恒流泵25均与所述模拟油容器27的入口、所述模拟地层水容器23的入口相连通，所述模拟油容器27的出口、所述模拟地层水容器23的出口均与所述物理模型的注入口10相连；所述模拟油容器27的出口处、所述模拟地层水容器23的出口处均设置阀门24；
所述气源26通过阀门24与所述气体流量控制仪18的一端相连，所述气体流量控制仪18的另一端与所述物理模型的注入口10相连；
所述物理模型的注入口10与所述第一压力测量装置19相连；
所述物理模型的采出口11通过阀门24与所述计量装置21相连。
另外，所述的缝洞型油藏的驱替实验装置还包含有用于记录实验过程的摄像装置20，其位于模型的前端。
本发明还提供了一种驱替模拟实验系统，包括：上述所述的物理模型和上述所述的驱替模拟实验装置。具体结构情况，在此不再重复。
下面通过具体实施例来对发明进行说明。
实施例1
为本实施例为模拟一种缝洞型碳酸岩盐油藏天然底水驱替开发后、水驱开发、注N2驱开发过程，其中注水和注气采用缝注洞采方式，即物理模型的注入口10为注入口，物理模型的采出口11为采出口，具体包括如下步骤：
(1)模型连接与填砂
步骤一，如图3所示，根据实验模型连接缝洞模型，模型中含有溶洞12个，其中溶洞内直径为500mm共2个，溶洞内直径为400mm共3个，溶洞内直径为300mm共6个，溶洞内直径为200mm共1个。裂缝19条，其中，大级别裂缝共3条，中级别裂缝共4条，小级别裂缝12条。裂缝采用压环与压冒与溶洞连接。
步骤二，溶洞填砂，采用30目石英砂为作为充填介质填充溶洞。首先，根据溶洞体积与设计填充量计算填砂体积，再测量相应体积的石英砂，打开溶洞盖板，将砂填入溶洞中。所涉及的模型中，无填充溶洞1个，填充程度为25％溶洞1个，填充程度为50％溶洞8个，填充程度为75％溶洞2个。
(2)饱和油实验
步骤一，模型抽真空，采用真空泵接入模型任一注入口或采出口，关闭其余所有进出口，当压力表显示为-0.1MPa时，关闭所有进出口，抽真空完毕。
步骤二，饱和油，利用抽真空过程中形成的负压饱和模拟油，为了便于可视化观察，实验用模拟油采用苏丹III试剂染色处理。为了增加饱和油的速度，采用恒流泵25将模拟油泵入至物理模型22中，打开恒流泵25-模拟油容器27-物理模型22管路，开始饱和油，记录恒流泵累计流量，即为饱和油量，直至整个模型均饱和完为止。
(3)底水驱替实验
打开缝洞模型的注入口10与采出口11，接入计量装置21，打开底水装置17-物理模型底水口14管路，打开实验摄像装置20，打开连接与底水口14的第二压力测量装置29，开始底水驱替实验。实验过程中，实时记录注入口10与采出口11的含水率、模型底水驱替压力、视频记录缝洞模型中底水驱替过程。当注入口10与采出口11中任一口的含水率大于98％时，关闭相应口，直至注入口10与采出口11均含水率均达到98％时，底水驱替实验结束。
本实验能够获取特定缝洞型油藏底水驱替过程中底水驱替压差变化，注入口10与采出口11见水时间、含水率、产油速度、产液速度，油藏采收率、底水驱替剩余油分布等。
(4)注水驱替实验
为便于模型可视化，注入水采用亚甲基蓝染色。注水过程中，底水通路保持打开，打开底水装置17-物理模型底水口14管路。打开恒流泵25-模拟地层水容器23-物理模型注入口10管路，打开物理模型采出口11-计量装置21管路，打开实验摄像装置20，打开连接与底水口14和注入口10的第一压力测量装置19，按照设定的注水速度，开始注水驱替实验，实时记录采出口11的含水率，模型注水驱替压力、底水驱替压力，视频记录缝洞模型中注水驱替过程。当采出口11含水率大于98％时，关闭采出口，注水驱替实验结束。
本实验能够获取特定缝洞型油藏在特定的注入方式下(缝注洞采)，注水驱替过程中驱替压差变化，采出口含水率、产油速度、产液速度，油藏采收率、注水驱替剩余油分布等。
(5)注N2驱替实验
注N2过程中，底水通路保持打开，打开底水装置17-物理模型底水口14管路，打开N2气源26-气体流量控制仪18-物理模型注入口10管路，打开物理模型采出口11-计量装置21管路，打开实验摄像装置20，打开连接与底水口14的第二压力测量装置29和注入口10相连的第一压力测量装置19，按照设定的注气速度，开始注气驱替实验，实时记录采出口11的含水率、含气率，模型注气驱替压力、底水驱替压力，视频记录缝洞模型中注气驱替过程。当采出口11含水率大于98％时，关闭采出口，注气驱替实验结束。
本实验能够获取特定缝洞型油藏在特定的注入方式下(缝注洞采)，注气驱替过程中驱替压差变化，采出口含水率、含气率、产油速度、产液速度，油藏采收率、注气驱替剩余油分布等。
实施例2
为本实施例为模拟一种缝洞型碳酸岩盐油藏天然底水驱替开发后、水驱开发和注N2驱开发过程，其中注水和注气采用洞注洞采方式，即物理模型注入口10为注入口，物理模型采出口11为采出口，具体包括如下步骤：
(1)模型连接与填砂
步骤一，如图4所示，根据实验模型连接缝洞模型，模型中含有溶洞15个，其中溶洞内直径为500mm共4个，溶洞内直径为400mm共1个，溶洞内直径为300mm共10个，溶洞内直径为200mm共1个。裂缝30条，其中大级别裂缝共6条，小级别裂缝共24条。裂缝采用压环与压冒与溶洞连接。
步骤二，溶洞填砂，采用30目石英砂为作为充填介质填充溶洞。首先，根据溶洞体积与设计填充量计算填砂体积，再测量相应体积的石英砂，打开溶洞盖板，将砂填入溶洞中。所涉及的模型中，填充程度为25％溶洞1个，填充程度为50％溶洞12个，填充程度为75％溶洞2个。
(2)饱和油实验
步骤一，模型抽真空，采用真空泵接入模型任一注入口或采出口，关闭其余所有进出口，当压力表显示为-0.1MPa时，关闭所有进出口，抽真空完毕。
步骤二，饱和油，利用抽真空过程中形成的负压饱和模拟油，为了便于可视化观察，实验用模拟油采用苏丹III试剂染色处理。为了增加饱和油的速度，采用恒流泵25将模拟油泵入至物理模型22中，打开恒流泵25-模拟油容器27-物理模型22管路，开始饱和油，记录恒流泵累计流量，即为饱和油量，直至整个模型均饱和完为止。
(3)底水驱替实验
打开物理模型注入口10与采出口11，接入计量装置21，打开底水装置17-物理模型底水口14管路，打开实验摄像装置20，打开连接与底水口14的第二压力测量装置29，开始底水驱替实验。实验过程中，实时记录采出口11与注入口10的含水率、模型底水驱替压力、视频记录缝洞模型中底水驱替过程。当采出口11与注入口10中任一口含水率大于98％时，关闭相应口，直至采出口11与注入口10均含水率均达到98％时，底水驱替实验结束。
本实验能够获取特定缝洞型油藏底水驱替过程中底水驱替压差变化，采出口11与注入口10的见水时间、含水率、产油速度、产液速度，油藏采收率、底水驱替剩余油分布等。
(4)注水驱替实验
为便于模型可视化，注入水采用亚甲基蓝染色。注水过程中，底水通路保持打开，打开底水装置17-物理模型底水口14管路。打开恒流泵25-模拟水容器23-物理模型注入口10管路，打开物理模型采出口11-计量装置21管路，打开实验摄像装置20，打开连接与底水口14的第二压力装置29和注入口10相连的第一压力测量装置19，按照设定的注水速度，开始注水驱替实验，实时记录采出口11的含水率，模型注水驱替压力、底水驱替压力，视频记录缝洞模型中注水驱替过程。当采出口11含水率大于98％时，关闭采出口，注水驱替实验结束。
本实验能够获取特定缝洞型油藏在特定的注入方式下(洞注洞采)，注水驱替过程中驱替压差变化，采出口含水率、产油速度、产液速度，油藏采收率、注水驱替剩余油分布等。
(5)注N2驱替实验
注N2过程中，底水通路保持打开，打开底水装置17-物理模型底水口14管路，打开N2气源26-气体流量控制仪18-物理模型注入口10管路，打开物理模型采出口11-计量装置21管路，打开实验摄像装置20，打开连接与底水口14的第二压力装置29和注入口10相连的第一压力测量装置19，按照设定的注气速度，开始注气驱替实验，实时记录采出口11的含水率、含气率，模型注气驱替压力、底水驱替压力，视频记录缝洞模型中注气驱替过程。当采出口11含水率大于98％时，关闭采出口，注气驱替实验结束。
本实验能够获取特定缝洞型油藏在特定的注入方式下(洞注洞采)，注气驱替过程中驱替压差变化，采出口含水率、含气率、产油速度、产液速度，油藏采收率、注气驱替剩余油分布等。
对于物理模型来说，对于不同的缝洞模型底水口14、注入口10与采出口11可以改变。当模拟底水驱替实验时，底水由底水口14注入，注入口10与采出口11均可作为采出口。当模拟注水、注气或注泡沫驱替实验时，底水可以根据需要打开与关闭，可以选择注入口10为注入口，采出口11为采出口或注入口10为采出口、采出口11为注入口，形成一注一采模拟。当注采口为多口时，能够实现多注多采模拟。
本实验装置可用于缝洞型油藏底水驱、注水驱、注气驱、泡沫驱以及其它驱替实验研究。研究不同结构的缝洞型油藏中两相或多相流体运动方式和不同阶段采收率、含水率、含气率、生产压差等指标的变化，研究水驱、气驱、泡沫驱及其他驱替方式下剩余油分布特征。为碳酸盐岩缝洞型油藏高效开发提供理论依据和技术支持。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型，其特征在于，所述物理模型包括：
溶洞、裂缝、基板和填充物；其中，
所述溶洞与所述裂缝置于所述基板上，所述溶洞与所述裂缝相连接于一体，所述填充物用于模拟所述溶洞填充情况；
所述物理模型设置有注入口、采出口和底水口；
所述溶洞包括溶洞主体和盖板，所述溶洞主体包括溶洞腔、溶洞模型壁和裂缝连接孔；所述盖板通过螺纹结构和密封圈将所述溶洞腔密封；所述裂缝连接孔设置在所述溶洞模型壁上；
所述溶洞通过裂缝连接孔与所述裂缝相连，采用压冒连接件和压环密封件将所述溶洞与所述裂缝连接于一体；
所述溶洞为规则圆形形状，所述裂缝采用聚四氟乙烯材料管线来模拟。
2.如权利要求1所述的物理模型，其特征在于，所述填充物为石英砂。
3.如权利要求1所述的物理模型，其特征在于，所述溶洞采用亚克力材质制作。
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