CN106401550A - 致密油体积压裂启动压力梯度渗流规律电模拟装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种致密油体积压裂启动压力梯度渗流规律电模拟装置，包括串联形成闭合回路的电源、开关、水平井体积压裂缝网模拟装置及电流表，以及伸入至水平井体积压裂缝网模拟装置内的探针、及并联于探针和水平井体积压裂缝网模拟装置之间的电压表，还包括均串联在闭合回路中的二极管和可调电阻，且电压表的一端与探针相连，电压表的另一端连接在二极管与水平井体积压裂缝网模拟装置之间。采用二极管模拟致密油体积压裂启动压力，更加符合真实情况；采用大铜片模拟主裂缝、小铜片模拟次裂缝，进而构成体积压裂单簇缝网，可近似模拟真实情况下致密油的渗流规律并预测产能。本发明还同时公开了采用这种电模拟装置的测试方法。

Description

致密油体积压裂启动压力梯度渗流规律电模拟装置及测试 方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，本发明还涉及采用这种电模拟装置的测试方法。

背景技术

世界油气需求持续增长，非常规油气成为全球石油勘探开发的新领域。与国外等典型致密油区相比，中国致密油形成条件比较有利，具有较大勘探潜力，地质储量为6440×10⁸桶，技术可采储量为322×10⁸桶，仅次于俄罗斯和美国(张君峰，毕海滨，许浩，等.国外致密油勘探开发新进展及借鉴意义[J].石油学报，2015，36(2)：127-137.)。目前我国已有5个盆地中发现致密油，其中鄂尔多斯盆地延长组已进入工业化生产，并形成了关键技术之一——“万方液、千方砂”的大规模水平井体积压裂缝网改造技术，使得致密油单井产量取得初步成效(杜金虎，何海清，杨涛，等.中国致密油勘探进展及面临的挑战[J].中国石油勘探，2014，19(1)：1-9.)。

致密油储层具有基质孔隙喉道细小、储层物性差及非均质性强等特点，原油流动表现为不同的渗流机理。水平井压后流体渗流规律的研究一般采用水电模拟实验法，重点考察水平井裂缝的分布、位置、条数、长度等因素。但是通过建立致密油压裂水平井全周期产能预测模型，分析敏感性参数的影响，认为启动压力是重要因素之一(魏漪,冉启全,童敏,等.致密油压裂水平井全周期产能预测模型[J].西南石油大学学报(自然科学版),2016(01):99-106.)。

目前已公开的中国发明专利申请(申请号：201410664365.4、申请日：2014.11.19)提出采用矿物油配方替代传统电解质溶液，来模拟稠油油藏渗流过程中的启动压力，存在一定的局限性，无法推广应用。

发明内容

本发明的第一目的就是要针对传统加工方法的不足，提供一种致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，它能够更加真实的模拟致密油的渗流规律并产能预测。

本发明的第二目的在于提供一种采用这种电模拟装置的测试方法。

为实现上述第一目的，本发明所设计的致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，包括串联形成闭合回路的电源、开关、水平井体积压裂缝网模拟装置及电流表，以及伸入至水平井体积压裂缝网模拟装置内的探针、及并联于探针和水平井体积压裂缝网模拟装置之间的电压表，还包括均串联在闭合回路中的二极管和可调电阻，且电压表的一端与探针相连，电压表的另一端连接在二极管与水平井体积压裂缝网模拟装置之间；所述水平井体积压裂缝网模拟装置包括外壁为绝缘外壁的储液槽、水平设置在储液槽内的水平井井筒铜丝及体积压裂单簇缝网，电源的负极连接至储液槽的内壁，电源的正极连接至水平井井筒铜丝的一端；体积压裂单簇缝网包括沿水平井井筒铜丝长度方向垂直设置并与水平井井筒铜丝相连通的多个主裂缝铜片、及每个主裂缝铜片上设置有沿主裂缝铜片的长度方向按照预设角度并与主裂缝铜片相连通的多个次裂缝铜片。

进一步地，多个所述主裂缝铜片中的一部分主裂缝铜片设置在所述水平井井筒铜丝的一侧，剩余部分主裂缝铜片设置在所述水平井井筒铜丝的另一侧；每个所述主裂缝铜片上的多个次裂缝铜片中的一部分次裂缝铜片设置在所述主裂缝铜片的一侧，剩余部分次裂缝铜片设置在所述主裂缝铜片的另一侧。

进一步地，所述水平井井筒铜丝两侧的主裂缝铜片呈对称分布，且每个所述主裂缝铜片两侧的次裂缝铜片呈对称分布。

进一步地，所述水平井井筒铜丝的直径大于所述主裂缝铜片的厚度，所述主裂缝铜片的厚度大于所述次裂缝铜片的厚度。

进一步地，所述储液槽为有机玻璃槽，且所述储液槽中的电解液为NaCl溶液。

进一步地，所述预设角度α为锐角。

进一步地，所述预设角度α为30°～60°。

为实现上述第二目的，设计一种如上述所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置的测试方法，包括如下步骤：

1)获取致密油藏压后参数：基质渗透率K、油层长度L_F、油层宽度W_F、油层厚度h_F、生产压差△P、水平井井筒长度L、水平井井眼直径r、压裂段数N、裂缝间距n、主裂缝长度L_mf、主裂缝高度h_mf、主裂缝宽度w_mf、等效次生裂缝长度L_cf、等效次生裂缝高度h_cf、等效次生裂缝宽度w_cf及原油黏度μ；

2)确定模型参数：确定几何相似系数C_l＝L_F/L_m，根据几何相似系数确定致密油藏模型宽度尺寸W_m和电解质溶液深度尺寸h_m，分别为W_m＝W_F/C_l、h_m＝h_F/C_l；

确定水平井体积压裂缝网模拟装置参数：根据几何相似系数确定水平井井筒铜丝长度L_ms＝L/C_l、水平井井筒铜丝直径r_ms＝r/C_l、主裂缝铜片间距mm＝n/C_l、主裂缝铜片长度L_mmf＝L_mf/C_l、主裂缝铜片宽度w_mmf＝w_mf/C_l、主裂缝铜片厚度h_mmf＝h_mf/C_l、次裂缝铜片长度L_mcf＝L_cf/C_l、次裂缝铜片厚度h_mcf＝h_cf/C_l、次裂缝铜片宽度h_mcf＝h_cf/C_l；

3)估算电解液电导率：根据致密油体积压裂水平井理论产量公式计算产量Q；设定模型最大额定电流值I，估算流量相似系数C_q＝I/Q；设定压力相似系数C_p＝ΔU/Δp，由相似参数满足的关系式得到C_r＝C_p/C_q；根据相似参数关系式C_ρ＝1/C_rC_l及流动相似参数定义式C_ρ＝ρμ/K得到估算的溶液电导率ρ；

4)计算NaCl溶液实际配比及配量：根据计算的致密油藏模型宽度W_m和电解质溶液深度h_m计算蒸馏水体积V_w＝L_m×W_m×h_m；根据NaCl溶液电导率与浓度的关系式ρ＝0.007+1.47C换算NaCl质量m＝C×V_w，其中：C代表NaCl溶液浓度、单位为g/L；

5)启动压力测定：调节可调电阻，使电流不超过电流表的最大额定电流值I，测定二极管正向压降，即为启动压力；

6)逐点测试电压/电流：打开电源，将电源电压调到预设值，移动探针，且测点间距为2～3cm，测定各测点处的电压U及电流I；

7)获取渗流规律及产量：依据确定的相似参数，把各点处电压值换算成压力，由压力相似系数换算：p＝U/C_p，电流换算成产量，由流量相似系数换算：Q＝I/C_q；

进一步地，改变二极管型号，重复步骤6)～7)，获取不同启动压力下的渗流规律。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：采用二极管模拟致密油体积压裂启动压力，更加符合真实情况；采用大铜片模拟主裂缝、小铜片模拟次裂缝，进而构成体积压裂单簇缝网，可近似模拟真实情况下致密油的渗流规律并预测产能。

附图说明

图1为本发明致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置的结构示意图；

图2为图1中水平井井筒铜丝与体积压裂单簇缝网的结构示意图。

其中：电源1、开关2、二极管3、电压表4、探针5、水平井井筒铜丝6、NaCl溶液7、储液槽8、可调电阻9、电流表10、体积压裂单簇缝网11(其中：次裂缝铜片11a、主裂缝铜片11b)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1所示致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，包括串联形成闭合回路的电源1、开关2、水平井体积压裂缝网模拟装置及电流表10，以及伸入至水平井体积压裂缝网模拟装置内的探针5、并联于探针5和水平井体积压裂缝网模拟装置之间的电压表4及均串联在闭合回路中的二极管3和可调电阻9，即电压表4的一端与探针5相连，电压表4的另一端连接在二极管3与水平井体积压裂缝网模拟装置之间。本实施例中电流表10用于测试电流，换算真实产量；电压表4用于测试流体渗流的等压线；可调电阻9用于调节电流不超过电流表最大额定值；另外，启动压力模拟系统可依据不同实验要求，采用不同型号大小的二极管3来模拟致密油流动的启动压力。

水平井体积压裂缝网模拟装置包括外壁为绝缘外壁的储液槽8、水平设置在储液槽8内的水平井井筒铜丝6及体积压裂单簇缝网11，电源1的负极连接至储液槽8的内壁，电源1的正极连接至水平井井筒铜丝6的一端；储液槽1中盛有NaCl溶液7，且NaCl溶液7需要没过水平井井筒铜丝6及体积压裂单簇缝网11，由NaCl溶液电导率及体积换算成电阻模拟致密油多孔介质渗流通道阻力。结合图2所示，体积压裂单簇缝网11包括沿水平井井筒铜丝6长度方向垂直设置并与水平井井筒铜丝6相连通的多个主裂缝铜片11b、及每个主裂缝铜片11b上设置有沿主裂缝铜片11b的长度方向按照预设角度并与主裂缝铜片11b相连通的多个次裂缝铜片11a，且水平井井筒铜丝6的直径大于主裂缝铜片11b的厚度，主裂缝铜片11b的厚度大于次裂缝铜片11a的厚度。

本实施例中：多个主裂缝铜片11b中的一部分主裂缝铜片11b等间距地设置在水平井井筒铜丝6的一侧，剩余部分主裂缝铜片11b等间距地设置在水平井井筒铜丝6的另一侧，且两侧主裂缝铜片11b的个数相等成对称分布；每个主裂缝铜片11b上的多个次裂缝铜片11a中的一部分次裂缝铜片11a设置在主裂缝铜片11b的一侧，剩余部分次裂缝铜片11a设置在主裂缝铜片11b的另一侧，同理，每个主裂缝铜片11b两侧的多个次裂缝铜片11a个数相等成对称分布，另外，靠近水平井井筒铜丝6的次裂缝铜片11a均与水平井井筒铜丝6连通。次裂缝铜片11a与主裂缝铜片11b的预设角度α为锐角，一般为30°～60°，优选为45°。

上述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置的测试方法，包括如下步骤：

1)获取致密油藏压后参数：基质渗透率K、油层长度L_F、油层宽度W_F、油层厚度h_F、生产压差△P、水平井井筒长度L、水平井井眼直径r、压裂段数N、裂缝间距n、主裂缝长度L_mf、主裂缝高度h_mf、主裂缝宽度w_mf、等效次生裂缝长度L_cf、等效次生裂缝高度h_cf、等效次生裂缝宽度w_cf及原油黏度μ；

2)确定模型参数：致密油藏模型(即储液槽)尺寸一般最大为200cm×200cm×60cm，本模型具有如下特点：长度固定、宽度可调(最大200cm)、深(厚)度可调(最大60cm)；

确定几何相似系数C_l＝L_F/L_m(本实施例中L_m＝200cm)，根据几何相似系数确定致密油藏模型宽度尺寸W_m和电解质溶液深度尺寸h_m，分别为W_m＝W_F/C_l、h_m＝h_F/C_l；

确定水平井体积压裂缝网模拟装置参数：根据几何相似系数确定水平井井筒铜丝长度L_ms＝L/C_l、水平井井筒铜丝直径r_ms＝r/C_l、主裂缝铜片间距mm＝n/C_l、主裂缝铜片长度L_mmf＝L_mf/C_l、主裂缝铜片宽度w_mmf＝w_mf/C_l、主裂缝铜片厚度h_mmf＝h_mf/C_l、次裂缝铜片长度L_mcf＝L_cf/C_l、次裂缝铜片厚度h_mcf＝h_cf/C_l、次裂缝铜片宽度h_mcf＝h_cf/C_l；

3)估算电解液电导率：根据致密油体积压裂水平井理论产量公式计算产量Q；设定模型最大额定电流值I(一般不超过0.2A)，估算流量相似系数C_q＝I/Q；设定压力相似系数C_p＝ΔU/Δp＝1V/0.2MPa，由相似参数满足的关系式得到C_r＝C_p/C_q；根据相似参数关系式C_ρ＝1/C_rC_l及流动相似参数定义式C_ρ＝ρμ/K得到估算的溶液电导率ρ；

4)计算NaCl溶液实际配比及配量：根据计算的致密油藏模型宽度W_m和电解质溶液深度h_m计算蒸馏水体积V_w＝L_m×W_m×h_m；根据NaCl溶液电导率与浓度的关系式ρ＝0.007+1.47C换算NaCl质量m＝C×V_w，其中：C代表NaCl溶液浓度、单位为g/L；

5)启动压力测定：调节可调电阻，使电流不超过电流表的最大额定电流值I(即0.2A)，测定二极管正向压降，即为启动压力；

6)逐点测试电压/电流：打开电源，将电源电压调到预设值(一般小于12V，为人类可承受范围36V内)，移动探针，且测点间距为2～3cm，测定各测点处的电压U及电流I；

7)获取渗流规律及产量：依据确定的相似参数，把各点处电压值换算成压力，由压力相似系数换算：p＝U/C_p，电流换算成产量，由流量相似系数换算：Q＝I/C_q；

8)改变二极管型号，重复步骤6)～7)，获取不同启动压力下的渗流规律。

其它未详细说明的均属于现有技术。

Claims (9)

1.一种致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，包括串联形成闭合回路的电源、开关、水平井体积压裂缝网模拟装置及电流表，以及伸入至水平井体积压裂缝网模拟装置内的探针、及并联于探针和水平井体积压裂缝网模拟装置之间的电压表，其特征在于：还包括均串联在闭合回路中的二极管和可调电阻，且电压表的一端与探针相连，电压表的另一端连接在二极管与水平井体积压裂缝网模拟装置之间；所述水平井体积压裂缝网模拟装置包括外壁为绝缘外壁的储液槽、水平设置在储液槽内的水平井井筒铜丝及体积压裂单簇缝网，电源的负极连接至储液槽的内壁，电源的正极连接至水平井井筒铜丝的一端；体积压裂单簇缝网包括沿水平井井筒铜丝长度方向垂直设置并与水平井井筒铜丝相连通的多个主裂缝铜片、及每个主裂缝铜片上设置有沿主裂缝铜片的长度方向按照预设角度并与主裂缝铜片相连通的多个次裂缝铜片。

2.根据权利要求1所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，其特征在于：多个所述主裂缝铜片中的一部分主裂缝铜片设置在所述水平井井筒铜丝的一侧，剩余部分主裂缝铜片设置在所述水平井井筒铜丝的另一侧；每个所述主裂缝铜片上的多个次裂缝铜片中的一部分次裂缝铜片设置在所述主裂缝铜片的一侧，剩余部分次裂缝铜片设置在所述主裂缝铜片的另一侧。

3.根据权利要求1或2所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，其特征在于：所述水平井井筒铜丝两侧的主裂缝铜片呈对称分布，且每个所述主裂缝铜片两侧的次裂缝铜片呈对称分布。

4.根据权利要求3所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，其特征在于：所述水平井井筒铜丝的直径大于所述主裂缝铜片的厚度，所述主裂缝铜片的厚度大于所述次裂缝铜片的厚度。

5.根据权利要求3所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，其特征在于：所述储液槽为有机玻璃槽，且所述储液槽中的电解液为NaCl溶液。

6.根据权利要求3所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，其特征在于：所述预设角度α为锐角。

7.根据权利要求3所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置，其特征在于：所述预设角度α为30°～60°。

8.如权利要求1～7任一权利要求所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括如下步骤：

1)获取致密油藏压后参数：基质渗透率K、油层长度L_F、油层宽度W_F、油层厚度h_F、生产压差△P、水平井井筒长度L、水平井井眼直径r、压裂段数N、裂缝间距n、主裂缝长度L_mf、主裂缝高度h_mf、主裂缝宽度w_mf、等效次生裂缝长度L_cf、等效次生裂缝高度h_cf、等效次生裂缝宽度w_cf及原油黏度μ；

2)确定模型参数：确定几何相似系数C_l＝L_F/L_m，根据几何相似系数确定致密油藏模型宽度尺寸W_m和电解质溶液深度尺寸h_m，分别为W_m＝W_F/C_l、h_m＝h_F/C_l；

确定水平井体积压裂缝网模拟装置参数：根据几何相似系数确定水平井井筒铜丝长度L_ms＝L/C_l、水平井井筒铜丝直径r_ms＝r/C_l、主裂缝铜片间距mm＝n/C_l、主裂缝铜片长度L_mmf＝L_mf/C_l、主裂缝铜片宽度w_mmf＝w_mf/C_l、主裂缝铜片厚度h_mmf＝h_mf/C_l、次裂缝铜片长度L_mcf＝L_cf/C_l、次裂缝铜片厚度h_mcf＝h_cf/C_l、次裂缝铜片宽度h_mcf＝h_cf/C_l；

3)估算电解液电导率：根据致密油体积压裂水平井理论产量公式计算产量Q；设定模型最大额定电流值I，估算流量相似系数C_q＝I/Q；设定压力相似系数C_p＝ΔU/Δp，由相似参数满足的关系式得到C_r＝C_p/C_q；根据相似参数关系式C_ρ＝1/C_rC_l及流动相似参数定义式C_ρ＝ρμ/K得到估算的溶液电导率ρ；

4)计算NaCl溶液实际配比及配量：根据计算的致密油藏模型宽度W_m和电解质溶液深度h_m计算蒸馏水体积V_w＝L_m×W_m×h_m；根据NaCl溶液电导率与浓度的关系式ρ＝0.007+1.47C换算NaCl质量m＝C×V_w，其中：C代表NaCl溶液浓度、单位为g/L；

5)启动压力测定：调节可调电阻，使电流不超过电流表的最大额定电流值I，测定二极管正向压降，即为启动压力；

6)逐点测试电压/电流：打开电源，将电源电压调到预设值，移动探针，且测点间距为2～3cm，测定各测点处的电压U及电流I；

7)获取渗流规律及产量：依据确定的相似参数，把各点处电压值换算成压力，由压力相似系数换算：p＝U/C_p，电流换算成产量，由流量相似系数换算：Q＝I/C_q。

9.根据权利要求8所述致密油体积压裂启动压力渗流规律电模拟装置的测试方法，其特征在于：改变二极管型号，重复步骤6)～7)，获取不同启动压力下的渗流规律。