CN107561244A - 一种裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型及其制备方法，该模型由不同岩心段组合而成，所述的岩心段由沿岩心段轴向切割形成的不同岩心块组合而成，不同岩心块之间设置有缝隙，不同岩心段之间也设置有缝隙，不同岩心块之间的缝隙和不同岩心段之间的缝隙构成模型裂缝。将岩心切割成一定数量的岩心段，将岩心段切割为岩心块，依次将岩心块、岩心段进行拼接组合成模型。本发明的缝网‑基质双重介质模型缝宽可以有效控制、模型形状可灵活调整、制作简单、模型可重复性强。

Description

一种裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型及其制备 方法

技术领域

本发明属于致密油勘探开发领域，具体涉及一种裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型及其制备方法。

背景技术

致密油是指位于优质生油层系的致密储层中，未经过大规模较长距离的运移而形成的石油聚集，在我国，致密油占可采石油资源的2/5，具有广阔的勘探前景。近年来，我国对致密油资源的开发取得了重大突破，相继在鄂尔多斯盆地等地发现了5亿至10亿吨级储量规模区，初步预计全国地质资源量已超过200亿吨。

然而致密储层微观结构和流动机理十分复杂，其储集空间包括基质和裂缝，由于基质致密，常规的注水开采难以将其中的原油驱至缝网，另外储层压力的降低，将导致缝网的闭合，阻塞油流；另外由于致密基质与裂缝网间物性差异大，储层非均质性强，基质与缝网间原油驱动的矛盾突出，裂缝易成为驱替用水/气的窜流通道，后续注入水/气在缝网条件下窜流现象严重，造成致密油藏动用效率低等问题。这些问题使致密油藏开发初期产油量较高，但随后递减很快，只有采用相关工程手段，建立渗透通道，补充相关能量，才能提高致密油最终采收率。

为了在致密油储层中获得稳定的工业油气流，常常需要进行储层改造形成缝网模型。以致密岩心为基本对象，目前国内外对致密油缝网模型的制备方法基本分为以下四类：

(1)体积压裂方法

目前国内外大多采用体积压裂技术，使致密油藏储层形成天然裂缝与水力裂缝相交织的复杂裂缝系统，给致密油的生产提供通道。此方法虽然常用，但由于形成的裂缝系统具有不规则性和不可复制性，对于研究单一因素如缝宽、缝高等对驱油效果影响时无法采用。

(2)汽化法

在中低渗透性岩心中，通过对注入流体的高温加热，使其汽化，大量气体在扩散作用下形成裂缝，操作过程快捷方便，但由于汽化产生大量气体，在低渗透率的致密岩心中难以挥发，故此方法仅适用于中高渗岩心。

(3)盐离子溶解法

在岩心中进行水驱时，向驱替流体中加入适量盐，在水驱过程中通过盐离子的溶解作用形成裂缝，此方法同样简洁，并且对缝长、缝宽有一定的控制性，但也仅仅适用于渗透率不小于100mD的中高渗岩心。

(4)人工劈裂法

人工使用压力机对岩心进行径向和轴向的劈裂形成裂缝，操作简单，适用于中低渗的致密韧性岩心，但由于劈裂过程受人工和经验的控制，所形成的缝网结构不可重复，因此不适用于一些规律性的研究。

中国专利文件CN102108860A(申请号：201010612962.4)公开了一种可视化裂缝网络驱油模型及其制作方法,其结构是由透明模板、万向支架和底座组成,其中透明模板是由包边框架、主模板、盖板和模拟井组成,主模板上有通过基质岩块拼装形成的裂缝网络沟槽,裂缝网络沟槽中填充有砂屑,盖板与主模板之间有嵌入的密封垫,包边框架将主模板与盖板的周边包封在一起,用普通阀门表示的模拟井设置在包边框架的上下两边和盖板的表面,模拟井通过螺纹管接头穿过包边框架的上下两边和盖板的表面与裂缝网络沟槽连接；万向支架是由U形架、立柱、左右转动组件和前后转动组件组成,立柱顶端通过左右转动组件与U形架下部中间连接,U形架上端通过前后转动组件与包边框架两侧中间连接。但是，该方法制作的模型不具有重复性，裂缝的三维尺寸不能控制/控制得不精确，制作方法复杂，成本高。

综上所述，目前各种常规的制备缝网模型的方法均存在一定的局限性，制备的缝网模型难以满足实验的需要。

发明内容

为了解决现有致密油缝网模型存在的缝宽无法控制、模型形状过于简单、制作复杂、可重复性差等问题，本发明提供了一种制作安全、重复性强、缝宽等因素可控且经济性良好的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型及其制备方法。

术语说明：

缝网‐基质双重介质：是石油行业的常用语，指的是渗透率低的基质岩心和渗透率高的裂缝这两种介质。

基质：指的是制作模型用的小岩心、岩心块等统称。

本发明所采用的技术方案如下：

一种裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，该模型由不同岩心段组合而成，所述的岩心段由沿岩心段轴向切割形成的不同岩心块组合而成，不同岩心块之间设置有缝隙，不同岩心段之间也设置有缝隙，不同岩心块之间的缝隙和不同岩心段之间的缝隙构成模型裂缝。

根据本发明，优选的，不同岩心段组合后，不同岩心块之间的缝隙平齐或不平齐。

根据本发明，优选的，所述的岩心段的形状为圆柱形、长方体形或正方体形。

根据本发明，优选的，所述的岩心块大小相同或不同，所述的不同岩心段的长度相同或不同。

根据本发明，优选的，所述的岩心段的数量为2-10个，每个岩心段中的岩心块的数量为2个。

根据本发明，上述裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，包括步骤如下：

(1)取任意形状任意长度的岩心，以岩心长度方向为横向，以与横向垂直的方向为纵向，将岩心沿纵向切割成一定数量、长度相同或不同的岩心段；

(2)沿横向将每一段岩心段再次切割成不同的岩心块；

(3)将每一段岩心段的岩心块按照切割之前的形状排列，不同岩心块之间设置有缝隙；将排列好岩心块的岩心段在横向上自然拼接，不同岩心段之间设置有缝隙，得到裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(1)所述岩心的形状为圆柱形、长方体形或正方体形；

优选的，不同岩心段的长度相同，岩心段的数量为2-10个。将岩心切割成岩心段时，改变形成的岩心段的长度，可改变每个岩心段形成的裂缝的长度。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(2)中每一段岩心段切割成的岩心块的数量为2块；

优选的，不同岩心块横截面大小不同。即：不同岩心块端面的直径或边长不同。两个岩心块竖直自然拼接，切割产生的缝隙模拟为裂缝；

优选地，将岩心段按不同高度比例切割后即形成不同缝高的裂缝。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(3)不同岩心段水平自然拼接，由于各自进行竖直拼接的不同岩心块上下摆放顺序不同，故不同岩心段各自形成的裂缝高度不同，组合在一起形成了折线型缝网。多个岩心段拼接后可形成规则形状的、不同缝长的缝网模型。当每一个岩心段与其相邻的岩心段的岩心块的上下拼接顺序无规律时，可形成不规则形状的、不同缝长的缝网模型。

根据本发明的制备方法，优选地，步骤(3)中通过砂纸对裂缝的打磨改变裂缝的表面粗糙度，或通过在岩心块之间插入不同厚度的不锈钢片进行模拟，可形成不同缝宽的裂缝。

本发明通过将模型置于岩心夹持器中，建立模型所受围压和轴压与缝宽之间的函数关系，驱替实验时可通过调节围压和轴压实现对模型缝宽的有效控制。

与现有技术相比，本发明的缝网-基质双重介质模型具有以下优点：

可使用岩心切割机造缝，制作简便，复制性强；通过改变岩心段的数量和长度，可实现对缝长的控制；通过使用端面表面积不同的岩心进行切割，可实现对缝高的控制；通过砂纸对岩心块表面的打磨改变其粗糙度或插入不同厚度的不锈钢片进行缝宽模拟，以及将模型放入岩心夹持器中建立模型所受围压以及轴压和缝宽的函数关系，可实现对缝宽的控制；通过不同形式的裂缝组合，可形成不同形式的缝网结构；同时，本模型的制作过程经济性良好。

总之，本发明的缝网-基质双重介质模型缝宽可以有效控制、模型形状可灵活调整、制作简单、模型可重复性强。

附图说明

图1是本发明实施例2的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型的实际模型图。

图2是本发明实施例2的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型的结构示意图。

图3为本发明的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型制作流程图，

图4为实施例1中切割成岩心块的岩心段的侧视图。

图5为实施例1中插入不锈钢片的方法模拟缝宽的岩心段的侧视图。

图6为实施例2中组合成的模型的缝网结构示意图。

图7为实施例3中组合成的模型的缝网结构示意图。

图8为实施例1中组合成的模型的缝网结构示意图。

图9为实施例4中组合成的模型的缝网结构示意图。

图10为实施例5中组合成的模型的缝网结构示意图。

图11为试验例1中的实验装置图。

其中：1、岩心段，2、岩心块，3、平流泵，4、六通阀，5、压力表，6、围压泵，7、模拟水容器，8、三轴岩心夹持器，9、量筒。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

图3为本发明的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型制作流程图，如图3所示：

(1)选取标准岩心，切割成为一定数量的岩心段。

选取10cm长圆柱状标准岩心，以岩心长度方向为横向，以与横向垂直的方向为纵向，使用岩心切割机沿纵向将标准岩心切割成4段长度为2cm的岩心段1；

为了研究真实储层的缝网规律，本实施例以圆柱状真实标准岩心为基础，端面直径为标准尺寸25±1mm。针对不同形状的夹持器，标准岩心也可以替换为正方体或长方体岩心。

(2)将岩心段1切割为岩心块2。

使用游标卡尺测量各岩心段1的端面直径，以端面直径1:2的比例为界对岩心段1进行横向切割，每一岩心段1即被再次切割为横截面不同比例的岩心块2；

图4为切割成岩心块2的岩心段1的侧视图。如图4所示，经过1:2横向切割，2/3大小的岩心块2在上，1/3大小的岩心块2在下，AO与BO’长度比为2:1，裂缝宽度00’大小记为w，裂缝高度取两条弦L与L’的平均值，裂缝长度为长度。

根据夹持器的规格不同，可选用不用端面直径的岩心，按相同比例切割，即可形成缝高不同的裂缝；切取得长度不同，即可形成缝长不同的裂缝；通过砂纸对裂缝表面的打磨，可改变裂缝表面粗糙度，即可改变缝宽w，也可通过插入不锈钢片的方法模拟缝宽。如图5所示，以0.07mm厚度不锈钢片为例，按图5方法插入不同深度s，即可模拟w＝0.07mm缝宽的裂缝，也可根据插入深度的不同改变缝高L与L’。

(3)依次将岩心块2、岩心段1进行拼接组合形成模型。

将第一个岩心段1切割后的两个岩心块2按大块在上、小块在下的顺序在竖直方向自然拼接在一起，将第二个岩心段1切割后的两个岩心块2按小块在上、大块在下的顺序在竖直方向自然拼接，将拼接好后的两个岩心段1在水平方向自然拼接在一起。如图8所示。

实施例2

如实施例1所述，不同的是：如图6所示，将四个岩心段1竖直方向和水平方向自然拼接好，每个岩心段1形成的裂缝相互组合成为模型的缝网结构。

总体缝网由ab、bc、cd、de、ef、fg、gh组成，缝长为上述7条线段长度之和，缝高取L与L’平均值，缝宽为w。

实施例3

如实施例1所述，不同的是：如图7所示，将三个岩心段1竖直方向和水平方向自然拼接好，每个岩心段1形成的裂缝相互组合成为模型的缝网结构。

总体缝网由ab、bc、cd、de、ef组成，缝长为上述5条线段长度之和，缝高取L与L’平均值，缝宽为w。

实施例4

如实施例2所述，不同的是：如图9所示，改变各岩心段1的上下两个岩心块2的组合顺序，将四个岩心段1竖直方向和水平方向自然拼接好，每个岩心段1形成的裂缝相互组合成为模型的缝网结构。

总体缝网由ab、bc、cd、de、ef、fg、gh组成，缝长为上述7条线段长度之和，缝高取L与L’平均值，缝宽为w。

实施例5

如实施例2所述，不同的是：如图10所示，改变各岩心段1的上下两个岩心块2的组合顺序，将四个岩心段1竖直方向和水平方向自然拼接好，每个岩心段1形成的裂缝相互组合成为模型的缝网结构。

总体缝网由ab、bc、cd、de、ef、fg、gh组成，缝长为上述7条线段长度之和，缝高取L与L’平均值，缝宽为w。

试验例1

将实施例1的裂缝三维尺寸可控的缝网-基质双重介质模型，利用游标卡尺等直接测量和间接计算得到模型中总缝长L、端面截面积A，h是裂缝的高度，已知驱替流体粘度μ_d，调节围压泵至围压值和轴压值均达到某一值P，在某一流速Q下进行驱替实验，一段时间后得到稳定的入口端压力P₀；

引入系数R建立流速Q与入口端压力P₀之间的关系：

P₀＝R×Q

缝网模型中裂缝形态可视为矩形，故引入如下含缝宽w的计算公式：

通过上述两个公式和已知参数值，可建立P₀和w之间的关系，而P₀是由调节围压和轴压间接得到，故成功建立围压、轴压与缝宽之间的函数关系，实验中可通过调节两围压泵得到所需缝宽大小，实验装置如图11所示。

本发明的裂缝三维尺寸可控的缝网-基质双重介质模型，以圆柱状真实标准岩心为基础，不仅能够模拟特定储层岩心的孔隙结构特征及物性参数，且经过切割所得的裂缝较能符合地下裂缝天然形态，使最终制得的模型具有较强的真实性。

Claims (10)

1.一种裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，其特征在于，该模型由不同岩心段组合而成，所述的岩心段由沿岩心段轴向切割形成的不同岩心块组合而成，不同岩心块之间设置有缝隙，不同岩心段之间也设置有缝隙，不同岩心块之间的缝隙和不同岩心段之间的缝隙构成模型裂缝。

2.根据权利要求1所述的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，其特征在于，不同岩心段组合后，不同岩心块之间的缝隙平齐或不平齐。

3.根据权利要求1所述的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，其特征在于，所述的岩心段的形状为圆柱形、长方体形或正方体形。

4.根据权利要求1所述的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，其特征在于，所述的岩心块大小相同或不同，所述的不同岩心段的长度相同或不同。

5.根据权利要求1所述的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，其特征在于，所述的岩心段的数量为2-10个，每个岩心段中的岩心块的数量为2个。

6.权利要求1所述的裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型，包括步骤如下：

(1)取任意形状任意长度的岩心，以岩心长度方向为横向，以与横向垂直的方向为纵向，将岩心沿纵向切割成一定数量、长度相同或不同的岩心段；

(2)沿横向将每一段岩心段再次切割成不同的岩心块；

(3)将每一段岩心段的岩心块按照切割之前的形状排列，不同岩心块之间设置有缝隙；将排列好岩心块的岩心段在横向上自然拼接，不同岩心段之间设置有缝隙，得到裂缝三维尺寸可控的缝网‐基质双重介质模型。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述岩心的形状为圆柱形、长方体形或正方体形。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中不同岩心段的长度相同，岩心段的数量为2-10个。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中每一段岩心段切割成的岩心块的数量为2块。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中不同岩心块横截面大小不同。