CN106840994B - 一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩心渗流场的测定技术领域，公开了一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法。本发明低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置包括夹持器和人造岩心，其中，人造岩心上设置有至少一个水平缝，并连接有若干测试点。本发明低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置可以实现渗流过程中压力分布和流量测试，进而确定低渗透岩心水平缝渗流机理。

Description

一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及岩心渗流场的测定技术领域，尤其涉及一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法。

背景技术

直井开发低渗透油藏往往需要压裂，压裂形成的裂缝主要是平行于井筒的垂直缝，国内外学者对垂直压裂缝的渗流问题已进行了大量研究。但是近年来，我国一些浅层低渗油藏的开发过程中，油层埋深较浅或油层破裂压力梯度较小时遇到了水平裂缝的问题。国内外对水平缝的渗流问题研究得还很少，通过文献和专利检索，目前对于水平缝的研究只是基于简单的试井理论分析或者数值模拟，尚缺少压裂水平缝渗流场分布的测试方法及实验装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法，以解决低渗透油藏压裂后所产生的水平缝的渗流预测问题，给出一种测试水平缝渗流过程中压力分布和流量测试的装置和方法，从而方便研究水平缝渗流机理。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，包括

人造岩心，所述人造岩心上的侧面上至少设置一个水平缝，所述人造岩心上对应所述水平缝设置有与所述水平缝连通的油井管，所述人造岩心上设置有若干测试点，所述测试点上连接测试管线，所述测试管线远离所述人造岩心的一端密封；

夹持器，所述人造岩心设置在所述夹持器内，所述夹持器与所述人造岩心未设置水平缝的侧面形成容置测压油的密封空间，所述测试管线的密封端穿过所述夹持器的侧壁延伸到夹持器外侧，所述测试管线位于所述夹持器外侧的部分连接有压力传感器，所述油井管的出油管路穿过所述夹持器的侧壁，且出油管路在夹持器的外侧部分上设置有流量计。

进一步地，所述人造岩心为长方体型，所述人造岩心长度和宽度相等，所述夹持器为桶型结构。

进一步地，所述人造岩心为依次上下的三层结构，分别为第一层、第二层、第三层，所述水平缝设置在第二层上，且所述水平缝是由水平垂直相交的两条直线侧边和两条直线侧边之间的曲线围成。

进一步地，两条直线侧边的交点在人造岩心的一条竖直的侧边上，所述油井管竖直设置在两条直线侧边相交的竖直侧边上。

进一步地，所述人造岩心的第一层、第二层、第三层上分别设置有3个测试点，所述第一层的三个测试点分别为第一测试点、第二测试点、第三测试点，且均设置在第一层的高度方向的中间部位，第一测试点的水平二维坐标为(L/2+Fx/2，Fy+1.5)，第二测试点的水平二维坐标为(Fx/2，Fy/2-0.75)，第三测试点的水平二维坐标为(Fx/2-1.5，Fy/2)；

所述第二层的三个测试点分别为第四测试点、第五测试点、第六测试点，且均设置在所述第二层高度方向的中间部位，所述第四测试点设置在第一测试点的正下方，所述第五测试点设置在第二测试点的正下方，所述第六测试点的平面二维坐标为(Fx，L/2+Fy/2)；

所述第三层的三个测试点分别为第七测试点、第八测试点、第九测试点，且均设置在所述第三层高度方向的中间位置，所述第七测试点设置在第一测试点的正下方，所述第八测试点设置在第二测试点的正下方，所述第九测试点设置在第三测试点的正下方；

上述平面二维坐标以人造岩心的两条直线侧边的交点所在的竖直侧边为x、y轴的原点所在的位置，x轴的正向是水平缝的其中一条直线在人造岩心的延伸方向，y轴的正向为另一条直线在人造岩心上的延伸方向，人造岩心的长度和宽度相等为L，Fx是x轴方向的水平缝的直线的长度，Fy为y轴方向的水平缝的直线的长度。

进一步地，x轴向的水平缝的长度大于y轴向的水平缝的长度。

进一步地，所述夹持器的上端面侧壁上还连接有真空泵、双缸泵，所述真空泵用于将夹持器内形成真空环境，所述双缸泵用于向所述夹持器内注入加压油。

进一步地，所述人造岩心的长度和宽度均为20cm，所述人造岩心的高度为10cm，所述夹持器的内径为33cm，所述夹持器的高度为30cm，Fx为5cm，Fy为3.5cm。

进一步地，所述人造岩心通过颗粒与胶结剂压制而成，所述水平缝处的颗粒的粒径大于人造岩心其他部位的粒径，且水平缝位置的颗粒之间的渗透率比人造岩心其他部位的渗透率大至少1000倍。

本发明还提供了一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的方法：具体步骤如下：

步骤1：将带有水平缝的人造岩心放置在夹持器内，将人造岩心的测试点与末部密封的测试管线连接，在人造岩心的水平缝位置连接竖直的油井管，并保证人造岩心未设置水平缝的侧面与所述夹持器形成容置测压油的密封空间；

步骤2：利用真空泵向夹持器内的测压油的密封空间注入测压油，测压油经过人造岩心渗透充满测试管线形成油饱和状态，并利用真空泵负压维持该状态24小时以上；

步骤3：拆除真空泵，在测试管线的末端连接压力传感器，在夹持器的侧壁上连接双缸泵，在油井管的出油管路上设置流量计；

步骤4：利用双缸泵向夹持器内的测压油的密封空间注入测压油，并维持夹持器内的测压油的压力在第一预定压力值，待各压力传感器的数值不变、流量计流量稳定后，记录各压力传感器的压力数以及流量计的流量值；

步骤5：利用双缸泵改变夹持器内测压油的压力，重复上述步骤4；

步骤6：利用记录的压力数以及流量值分析渗流场压力分布、确定渗流机理。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明提供的一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法，是针对低渗透油藏压裂后形成水平压裂缝的渗流问题，设计出的一套测试渗流场的方法，并根据所提出的方法，设计制作出一套水平缝渗流场实验装置。本发明低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置可以实现水平缝渗流过程中压力分布和流量测试，进而确定低渗透岩心水平缝渗流机理。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的示意图；

图2是本发明实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的人造岩心的示意图；

图3是本发明实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的第一层测试点的水平二维布置示意图；

图4是本发明实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的第二层测试点的水平二维布置示意图；

图5是本发明实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的第三层测试点的水平二维布置示意图。

图中：1：人造岩心，11：第一层，12：第二层，13：第三层；2：水平缝；3：夹持器；4：油井管；5：压力表；6：真空泵；7：测试管线；8：压力传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1所示，本发明实施例提供的一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，包括人造岩心1以及夹持器3。

其中，如图2所示，所述人造岩心1上的侧面上至少设置一个水平缝2，所述人造岩心1上对应所述水平缝2设置有与所述水平缝2连通的油井管4，所述人造岩心2上设置有若干测试点，所述测试点上连接有测试管线7。测试管线7远离人造岩心的一端为密封端，测试管线与所述测试点连接的一端能够接收来自人造岩心测试点位置渗透出来的测试油。

所述人造岩心1设置在所述夹持器3内，所述夹持器3与所述人造岩心1未设置水平缝的侧面形成容置测压油的密封空间，所述测试管线7的密封端穿过所述夹持器3的侧壁延伸到夹持器外侧，所述测试管线7位于所述夹持器3外侧的部分连接有压力传感器8，所述油井管4的出油管路穿过所述夹持器3的侧壁，且出油管路在夹持器的外侧部分上设置有流量计。

本实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置利用人造岩心1作为水平缝渗流场的研究模型，并配合夹持器3模拟岩心的实验环境，在具体实验过程中，预先对容置测压油的密封空间内充满煤油并且通过低渗透层促使测试管线7中饱和煤油，并维持此饱和环境一段时间，从而真实的模拟了岩心水平缝的储油环境。待人造岩心1浸泡完成达到真实储油环境后，向夹持器3内加压，实现出油时的压力环境，并通过压力传感器8测量出各测试管线的压力值、通过流量计测量出流量值，进而通过这些实验数据分析渗流场。

可见，本实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置可以准确的模拟水平缝渗流环境，所以可以通过本实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置获取准确参数，从而可以分析预测实际生产中的水平缝渗流场的参数。

作为一种实现方式，如图2所示，所述人造岩心1为长方体型，所述人造岩心长度和宽度相等，相应的可选用桶型的夹持器3。

作为一种较佳的尺寸配合，所述人造岩心1可选用的长度和宽度L的值均为20cm，所述人造岩心的高度h3为10cm，所述夹持器的内径为33cm，所述夹持器的高度为30cm。在实际应用中，夹持器可由不锈钢加工而成，耐压16MPa。

如图2所示，作为一种可选实施例，所述人造岩心1为依次上下的三层结构，分别为第一层11、第二层12、第三层13，第一层11的厚度h4为7.5cm，第二层12的厚度h5为1cm，第三层13的厚度h6为1.5cm，所述水平缝2设置在第二层12上，且所述水平缝2是由水平垂直相交的两条直线侧边和两条直线侧边之间的曲线围成。

具体而言，人造岩心1可以是通过不同粒径分布的骨架颗粒与胶结剂压制而成，所述水平缝2处的骨架颗粒的粒径大于人造岩心其他部位的粒径，且水平缝2位置的骨架颗粒之间的渗透率比人造岩心其他部位的渗透率大至少1000倍。例如形成水平缝2的骨架颗粒的粒径在x、y平面以及高度方向上均为1d，水平缝2之外的部分也即低渗透部分的骨架颗粒在x、y平面上宽度、长度为1md，颗粒的高度为0.2md。

本实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的人造岩心1的水平缝是通过相对较大的颗粒在低渗透颗粒之间形成，其加工工艺简单，容易制作并获得。

如图2所示，作为一种优选的实现方式，水平缝2的两条直线侧边的交点在人造岩心的一条竖直的侧边上，所述油井管4设置在两条直线侧边相交的竖直侧边位置处。这样的位置设置最符合实际生产水平缝出现的情况，也是最好确定测试点的一种优选方式。

如图3、4、5所示，以人造岩心的两条直线侧边的交点所在的竖直直线做为z轴，也即z轴是x、y轴的零点(原点)位置，以其中水平缝的一条直线在人造岩心的延伸方向为x轴，以另一条直线在人造岩心上的延伸方向为y轴，建立三维坐标系，(也即水平面为x、y二维坐标平面)，人造岩心的长度和宽度相等为L，Fx是水平缝2的x轴方向的直线的长度，Fy为水平缝2的y轴方向的直线的长度。

所述人造岩心1的第一层11、第二层12、第三层13上分别设置有3个测试点，所述第一层的三个测试点分别为第一测试点A、第二测试点B、第三测试点C，且均设置在第一层的高度方向的中间部位，第一测试点A的水平二维坐标为(L/2+Fx/2，Fy+1.5)，第二测试点B的水平二维坐标为(Fx/2，Fy/2-0.75)，第三测试点C的水平二维坐标为(Fx/2-1.5，Fy/2)。

所述第二层12的三个测试点分别为第四测试点D、第五测试点E、第六测试点F，且均设置在所述第二层高度方向的中间部位，所述第四测试点D设置在第一测试点A的正下方，所述第五测试点E设置在第二测试点B的正下方，所述第六测试点F的平面二维坐标为(Fx，L/2+Fy/2)。

所述第三层13的三个测试点分别为第七测试点G、第八测试点H、第九测试点I，且均设置在所述第三层高度方向的中间位置，所述第七测试点G设置在第一测试点A的正下方，所述第八测试点H设置在第二测试点B的正下方，所述第九测试点I设置在第三测试点C的正下方。

作为一种可选方案，x轴向的水平缝的长度大于y轴向的水平缝的长度，在具体的实施例中，对应上述的人造岩心的尺寸，Fx长度为5cm，Fy长度为3.5cm，这样第一测试点、第七测试点、第四测试点的水平二维平面坐标为(12.5，5)，第二测试点、第五测试点、第八测试点的水平二维坐标为(2.5，1，)第三测试点、第九测试点的水平二维平面坐标为(1，1.75)，第六测试点的水平二维平面坐标为(5，11.75)。其中，上述各符号及坐标的单位均为厘米。

本实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置从三维上选择代表性的测压点，为更好的了解低渗透水平缝渗流的分布奠定基础。

作为一种优选方案，所述夹持器3的上端面侧壁上还连接有真空泵、双缸泵6，所述真空泵用于将夹持器内形成真空环境，所述双缸泵用于向所述夹持器内注入加压油。

本实施例低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，在圆柱形岩心夹持器3内注满测试用煤油，双缸泵6通过圆柱形岩心夹持器上盖的管线在煤油内施加渗流压力，该压力通过水平缝渗流岩心，油从生产井产出，由连接到生产井的管线7通过圆柱形岩心夹持器3侧壁连接到流量计，计量渗出流量；本实装置的压力传感器8可以是高精度压力传感器，高精度压力传感器测量到的压力通过数据采集转换系统，将压力显示在显示屏上，并保存在计算机内以备后续处理。图1中标号5是压力表，用来测定双缸泵施加到夹持器内的煤油的压力。

本发明实施例还提供了一种利用上述低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置的低渗透岩心水平缝渗流场测定的方法：

步骤1：将带有水平缝的人造岩心放置在夹持器内，将人造岩心的测试点与末部密封的测试管线连接，在人造岩心的水平缝位置连接竖直的油井管，保证人造岩心未设置水平缝的侧面与所述夹持器形成容置测压油的密封空间；

步骤2：利用真空泵向夹持器内的测压油的密封空间注入测压油，测压油经过人造岩心渗透充满测试管线，并利用真空泵负压维持24小时以上；

步骤3：拆除真空泵，在测试管线的末端连接压力计，在夹持器的侧壁上连接双缸泵，在油井管的出油管路上设置流量计；

步骤4：利用双缸泵向夹持器内的测压油的密封空间注入测压油，并维持夹持器内的测压油的压力在第一预定压力值，待各压力计数值不变、流量计流量稳定后，记录各压力计的压力数以及流量计的流量值；

步骤5：利用双缸泵改变压力，使夹持器内的测压油的压力改变，重复上述步骤4；

步骤6：利用记录的压力数以及流量值分析渗流场压力分布、确定渗流机理。

其中，上述步骤4和5中，双缸泵提供的压力可以是0.65MPa、0.55MPa、0.40MPa、0.35MPa。这个压力值是在实际应用中对水平缝产生的压力最为常见的值，所以模拟这几个压力值可以获得与实际最接近的水平缝渗流场。

综上所述，本发明低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置及方法的渗流压力是通过液体传递的，双缸泵的压力通过岩心夹持器上盖的管线施加到液体油中，相比现有常规手段的渗流实验是通过侧向施加围压，在轴向施加驱动压力的方式，本发明的压力是处处均匀的；且生产井由管线连接到大气，相当于井底压力近似为一个大气压，所以符合实际生产水平缝以及采油装置的环境条件，从而可以通过本发明的装置和方法获取水平缝渗流场的准确分析数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：包括

人造岩心，所述人造岩心上的侧面上至少设置一个水平缝，所述人造岩心上对应所述水平缝设置有与所述水平缝连通的油井管，所述人造岩心上设置有若干测试点，所述测试点上连接测试管线，所述测试管线远离所述人造岩心的一端密封；

夹持器，所述人造岩心设置在所述夹持器内，所述夹持器与所述人造岩心未设置水平缝的侧面形成容置测压油的密封空间，所述测试管线的密封端穿过所述夹持器的侧壁延伸到夹持器外侧，所述测试管线位于所述夹持器外侧的部分连接有压力传感器，所述油井管的出油管路穿过所述夹持器的侧壁，且出油管路在夹持器的外侧部分上设置有流量计。

2.根据权利要求1所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：所述人造岩心为长方体型，所述人造岩心长度和宽度相等，所述夹持器为桶型结构。

3.根据权利要求2所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：所述人造岩心为依次上下的三层结构，分别为第一层、第二层、第三层，所述水平缝设置在第二层上，且所述水平缝是由水平垂直相交的两条直线侧边和两条直线侧边之间的曲线围成。

4.根据权利要求3所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：两条直线侧边的交点在人造岩心的一条竖直的侧边上，所述油井管竖直设置在两条直线侧边相交的竖直侧边上。

5.根据权利要求4所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：所述人造岩心的第一层、第二层、第三层上分别设置有3个测试点，所述第一层的三个测试点分别为第一测试点、第二测试点、第三测试点，且均设置在第一层的高度方向的中间部位，第一测试点的水平二维坐标为(L/2+Fx/2，Fy+1.5)，第二测试点的水平二维坐标为(Fx/2，Fy/2-0.75)，第三测试点的水平二维坐标为(Fx/2-1.5，Fy/2)；

所述第二层的三个测试点分别为第四测试点、第五测试点、第六测试点，且均设置在所述第二层高度方向的中间部位，所述第四测试点设置在第一测试点的正下方，所述第五测试点设置在第二测试点的正下方，所述第六测试点的平面二维坐标为(Fx，L/2+Fy/2)；

所述第三层的三个测试点分别为第七测试点、第八测试点、第九测试点，且均设置在所述第三层高度方向的中间位置，所述第七测试点设置在第一测试点的正下方，所述第八测试点设置在第二测试点的正下方，所述第九测试点设置在第三测试点的正下方；

上述平面二维坐标以人造岩心的两条直线侧边的交点所在的竖直侧边为x、y轴的原点所在的位置，x轴的正向是水平缝的其中一条直线在人造岩心的延伸方向，y轴的正向为另一条直线在人造岩心上的延伸方向，人造岩心的长度和宽度相等为L，Fx是x轴方向的水平缝的直线的长度，Fy为y轴方向的水平缝的直线的长度。

6.根据权利要求5所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：x轴向的水平缝的长度大于y轴向的水平缝的长度。

7.根据权利要求1所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：所述夹持器的上端面侧壁上还连接有真空泵、双缸泵，所述真空泵用于将夹持器内形成真空环境，所述双缸泵用于向所述夹持器内注入加压油。

8.根据权利要求5所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：所述人造岩心的长度和宽度均为20cm，所述人造岩心的高度为10cm，所述夹持器的内径为33cm，所述夹持器的高度为30cm，Fx为5cm，Fy为3.5cm。

9.根据权利要求3所述的低渗透岩心水平缝渗流场测定的实验装置，其特征在于：所述人造岩心通过颗粒与胶结剂压制而成，所述水平缝处的颗粒的粒径大于人造岩心其他部位的粒径，且水平缝位置的颗粒之间的渗透率比人造岩心其他部位的渗透率大至少1000倍。

10.一种低渗透岩心水平缝渗流场测定的方法，其特征在于：

步骤1：将带有水平缝的人造岩心放置在夹持器内，将人造岩心的测试点与末部密封的测试管线连接，在人造岩心的水平缝位置连接竖直的油井管，并保证人造岩心未设置水平缝的侧面与所述夹持器形成容置测压油的密封空间；

步骤2：利用真空泵向夹持器内的测压油的密封空间注入测压油，测压油经过人造岩心渗透充满测试管线形成油饱和状态，并利用真空泵负压维持该状态24小时以上；

步骤3：拆除真空泵，在测试管线的末端连接压力传感器，在夹持器的侧壁上连接双缸泵，在油井管的出油管路上设置流量计；

步骤4：利用双缸泵向夹持器内的测压油的密封空间注入测压油，并维持夹持器内的测压油的压力在第一预定压力值，待各压力传感器的数值不变、流量计流量稳定后，记录各压力传感器的压力数以及流量计的流量值；

步骤5：利用双缸泵改变夹持器内测压油的压力，重复上述步骤4；

步骤6：利用记录的压力数以及流量值分析渗流场压力分布、确定渗流机理。