CN106370577B - 用于缝洞油藏的模拟试验的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于缝洞油藏的模拟试验的方法，包括：步骤1：获取具有设定尺寸的且具有待测类型的孔缝洞形态的岩石样品；步骤2：以设定压力使得试验用流体经过所述岩石样品；步骤3：测量设定时间间隔内从所述岩石样品渗透出来的所述试验用流体的渗透量；以及步骤4：获取渗透特性表征值。根据本发明的方法，一方面有利于便利地获得复杂介质的渗透性表征单元体积，另一方面可在室内非常方便地获得岩石样品的渗透率。

Description

用于缝洞油藏的模拟试验的方法

技术领域

本发明涉及用于缝洞油藏的模拟试验的方法，属于油气田开发领域。

背景技术

针对碳酸盐岩缝洞型油藏的复杂介质中的多相流动问题，常常需要测试研究渗透性。油藏的孔隙、裂缝、孔洞尺寸差异很大、作用不同，例如裂缝不连通和连通时的作用是不同的。因此，能否采用连续介质渗流理论进行讨论是关键问题。然而，渗流表征单元体积(Representative Elementary Volume,REV)是衡量等效连续介质渗流模型是否适用的重要标准，也是数值计算中对岩体渗流进行网格剖分的基本尺度。

目前，可以比较准确地确定裂隙岩体渗流表征单元体积(RepresentativeElementary Volume,REV)大小的方法主要有解析法、数值模拟法和试验法。

能够最直接有效地获得岩石渗透率的方法是试验法，因此，需要对例如复杂介质的多尺度试样进行渗透性试验。

发明内容

针对现有技术中的问题(需要对试样进行渗透性试验)，本发明提出了一种用于缝洞油藏的模拟试验的方法。

所述方法包括如下步骤：

步骤1：获取具有设定尺寸的且具有待测类型的孔缝洞形态的岩石样品；

步骤2：以设定压力使得试验用流体经过所述岩石样品；

步骤3：测量设定时间间隔内从所述岩石样品渗透出来的所述试验用流体的渗透量；以及

步骤4：获取渗透特性表征值。

在一个实施方式中，针对相同的岩石样品的尺寸，针对试验用流体的多个不同的设定压力，多次进行步骤1至步骤4。

在一个实施方式中，针对岩石样品的多个不同的尺寸，针对试验用流体的相同的设定压力，多次进行步骤1至步骤4。

在一个实施方式中，在步骤2中，通过调节流体源相对于岩石样品的高度来实现所述试验用流体的设定压力，并利用测压管的液位来表示所述设定压力。

在一个实施方式中，当所述测压管的液位显示稳定后，进行步骤3，并通过量筒接取渗透出来的试验用流体以测量渗透量。

在一个实施方式中，所述试验用流体采用油藏介质中的天然水、纯水或经过滤的清水中的一种。

在一个实施方式中，在进行试验前，通过抽气法或煮沸法对所述试验用流体进行脱气，和/或将所述试验用流体保持在设定温度。

在一个实施方式中，所述渗透特性表征值包括所述岩石样品的渗透性表征单元体积。

在一个实施方式中，所述渗透特性表征值包括所述试验用流体的渗透率

其中Q表示渗流量，A表示过流截面面积，L表示渗流路径长度，μ表示由所述试验用流体的性质决定的系数，t表示渗流时间，△P表示岩石样品两端的压差。

在一个实施方式中，所述渗透特性表征值包括所述试验用流体的平均渗透速度

其中Q表示渗流量，A表示过流截面面积，t表示渗流时间。

在一个实施方式中，在步骤1中，将所述岩石样品洗油、浸水至饱和，并使其表面风干。

根据本发明的方法，一方面有利于便利地获得复杂介质的表征单元体积，另一方面可在室内非常方便地获得岩石样品的渗透率。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了在本发明的模拟试验的方法的一个实施例中平均渗透率与试样直径关系曲线；

图2显示了在本发明的模拟试验的方法的一个实施例中渗透率与渗透压力的关系曲线；以及

图3显示了根据本发明的模拟试验的方法的一个实施方式的流程图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

图3显示了根据本发明的模拟试验的方法的一个实施方式的流程图。

参照图3，可清楚地看出，所述方法大致包括如下步骤：

步骤1：获取具有设定尺寸的且具有待测类型的孔缝洞形态的岩石样品；

步骤2：以设定压力使得试验用流体经过所述岩石样品；

步骤3：测量设定时间间隔内从所述岩石样品渗透出来的所述试验用流体的渗透量；以及

步骤4：获取渗透特性表征值。

以达西定律和稳定渗流理论为基础，通过在试样两端施加一定试验用的流体源高差(例如水头高差)维持相应压差，使得流体渗流通过试样，并测量记录渗流流量Q的变化和流体源高差(例如水头高差)h，计算压差ΔP＝ρgh，平均速度进而，根据达西定律可计算试样渗透率：其中A表示截面面积，L表示渗流路径长度，μ表示由流体性质决定的系数，t表示渗流时间，△P表示试样两端的压差，Q表示渗流流量。

所谓表征单元体是指能够宏观地平均反映研究区域渗透特性的最小区域。通过渗透性试验依次测量不同尺度试样的渗透率，当试样体积超过某一定值后，对于同一类岩石介质，所测得的渗透系数不再有明显变化，而是趋于一个定值，此定值的试样体积即为岩体的渗透性表征单元体积(Representative Elementary Volume,REV)。

本发明提出了一种可测量多尺度岩石渗透率的试验方法，可在室内直接测试不同尺度岩石渗透率。

本试验方法主要包括分别采用常水头渗透方法和变水头渗透方法对试样进行相应的渗透性试验。试验中所采用水源可为油藏介质中的天然水，也可采用纯水或经过滤的清水。优选地，在试验前，通过抽气法或煮沸法进行脱气，并且保持试验时水温适宜。

当然，试验用流体也可根据需要选择为其它种类的流体，例如油等。

在一个实施例中，采用常水头渗透方法进行渗流试验来确定表征单元体。在此实施例中，试验方法包括以下步骤：

(1)获取现场采样得到的岩芯试样，在试验室内根据试验内容要求尺寸，对试验样本进行切割加工，得到相应尺度试验样本。

(2)将岩芯试样洗油、浸水饱和，并使其表面风干。

(3)将岩芯试样放置于配套的压力室中，将试样与压力室周围环境用调配好的密封硅胶溶液浇注密封。

(4)装配链接常水头渗透仪器，并检查管路接头是否漏水。将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于渗透容器底部金属孔板，关止水夹。

(5)将压力室与试验系统(透仪器)连接，连接液压系统，微开供水阀门，使试样逐渐饱和。

(6)开动加压阀门，使水头维持在设计水头高度。

(7)测压管水位稳定后，记录测压管水位，用量筒接取一定时间的渗水量，计算渗透特性表征值，例如渗透率、渗透流速或渗透性表征单元体积。

可在相同的渗透压力(水头高度)下对具有不同尺寸的岩石样品重复上述实验步骤。

在一个实施例中，采用变水头进行渗流试验来确定表征单元体。在此实施例中，试验方法包括以下步骤：

(1)获取现场采样得到的岩芯试样，在试验室内根据试验内容要求尺寸，对试验样本进行切割加工，得到相应尺度试验样本。

(2)将岩芯试样洗油、浸水饱和，并使其表面风干。

(3)将岩芯试样放置于配套的压力室中，试样与压力室周围环境用调配好的密封硅胶溶液浇注密封。

(4)装配链接变水头渗透仪器，并检查管路接头是否漏水。将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于渗透容器底部金属孔板，关止水夹。

(5)将压力室与试验系统(透仪器)连接，连接液压系统，微开供水阀门，使试样逐渐饱和。

(6)开动加压阀门，使水头维持在最高设计水头高度。

(7)测压管水位稳定后，记录测压管水位，用量筒接取一定时间的渗水量，计算所需的渗透特性表征值，例如渗透流速或渗透率。

(8)根据设计分级加压，并量测相应的水位和渗透特性表征值。

可在不同的渗透压力(水头高度)下对具有相同尺寸的岩石样品重复上述实验步骤。

对常水头和变水头试验结果进行研究分析可，得到岩芯试样渗透率随着岩芯试样尺寸的变化规律。裂隙岩体渗透特性在一定程度上受渗透压力的影响。随着渗透压力的增大，岩石试样的渗透率也随之增大；在一定压力水头下，随着岩石试样的尺寸增大，岩体的渗透率随之增大，但是增大到一定值后，会趋于稳定。将试验数据进行拟合分析，可以估计出此类岩芯渗透性表征单元体积的大小。

可以看出，缝洞岩体渗透率表征单元体积主要取决于裂缝的长度，如果裂缝长度大于特征尺度，表征单元体积不存在。表征单元体是判断油藏所采用的数值模拟方法的关键指标，本发明所提出的方法为正确判定表征单元体提供了方法，将实现该类油藏的合理数值模拟并将提高模拟精度。

下面提供两组数据，其来自根据本发明的模拟试验的方法的相应实施例。

试验一

为了反映渗透率与试样尺度得对应关系，选取具有典型缝洞组合的不同岩样进行试验，岩样有A、B、C、D、E，共5组，直径分别为7cm、10cm、18cm、23cm、30cm，并对每组试样所得的渗透率取平均值，其对应渗透率值如表1所示，得到渗透率平均值与试样尺寸的关系如图1所示。

表1 不同尺寸的岩样对应渗透率值

试验二

下面进行变渗透压力试验结果分析。每个尺度试样选取两个，共选取10个有代表性的孔缝洞组合试样，进行0.5MPa、1.0MPa、2.0MPa、3.0MPa的不稳定水头渗透试验。将试验结果绘制成曲线如图2所示(仅示例性提供了A组试样中的A-1和A-4的渗透率分布图)。

从试验结果可以看出，虽然每个尺寸的试样在渗透压力从0.5MPa提升到1MPa后，渗透率都有较大提高，但是随着试样尺寸的增大，其提高程度有所减少。这是因为试样尺寸越大，其结构面越明显，而结构面对渗透率的影响大于渗透压力的影响。

对得到的数据进行分析，研究渗透率对数与试样直径有一定对应关系。关系曲线经拟合得到以下拟合函数：

log K(r)＝-0.005r²+0.388r-18.21

其中r表示试样直径，K表示渗透率。

因此，例如当岩心试样直径为23cm时渗透率基本稳定，从而确定了表征单元体积。

一方面，根据本发明的方法可应用于缝洞型油岩石的表征单元体积确定，基于试验的基础及理论分析，能更好地分析确定岩体的表征单元体积。由于目前现有技术中并无类似的直接通过对不同尺寸岩石进行试验的方法可确定岩石的表征单元体积，因此该方法的应用前景较好。

另一方面，渗透率是确定岩体渗流特性的重要指标，在水文地质中是一个非常重要的概念。本发明提供了通过室内试验的方法确定不同尺度的裂隙岩石试样的渗透率的方法，为相关领域研究岩体渗透特性的规律提供参考。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种用于缝洞油藏的模拟试验的方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取具有设定尺寸的且具有待测类型的孔缝洞形态的岩石样品；

步骤2：以设定压力使得试验用流体经过所述岩石样品；

步骤3：测量设定时间间隔内从所述岩石样品渗透出来的所述试验用流体的渗透量，其中，通过量筒接取渗透出来的试验用流体以测量渗透量；以及

步骤4：获取渗透特性表征值；

所述渗透特性表征值包括所述试验用流体的渗透率

针对相同的岩石样品的尺寸，针对试验用流体的多个不同的设定压力，多次进行步骤1至步骤4；针对岩石样品的多个不同的尺寸，针对试验用流体的相同的设定压力，多次进行步骤1至步骤4；

所述渗透特性表征值包括所述岩石样品的渗透性表征单元体积；

其中Q表示渗流量，A表示过流截面面积，L表示渗流路径长度，μ表示由所述试验用流体的性质决定的系数，t表示渗流时间，△P表示岩石样品两端的压差；

所述渗透特性表征值包括所述试验用流体的平均渗透速度

其中Q表示渗流量，A表示过流截面面积，t表示渗流时间；渗透率与试样直径的拟合函数：

log K(r)＝-0.005r²+0.388r-18.21；

根据渗透率与试样直径的拟合函数，将渗透率趋于定值时所对应的试样体积大小为表征单元体的大小；

其中，r表示试样直径，K表示渗透率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中，通过调节流体源相对于岩石样品的高度来实现所述试验用流体的设定压力，并利用测压管的液位来表示所述设定压力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试验用流体采用油藏介质中的天然水、纯水或经过滤的清水中的一种。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在进行试验前，通过抽气法或煮沸法对所述试验用流体进行脱气，和/或将所述试验用流体保持在设定温度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，将所述岩石样品洗油、浸水至饱和，并使其表面风干。