CN108195647A - 一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法 - Google Patents

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范强
范一强
高克鑫
张亚军
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    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications

Abstract

本发明公开了一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，通过对油藏岩石的显微图片进行处理，获得可编辑、复制的油藏结构图片并将其制成光掩膜或模具；通过光掩膜或模具将油藏岩石的结构重现在模型上并进行键合封闭，制成模拟油藏结构的微型模型。通过向该模型中注入不同种类的原油可以在一定程度上模拟油藏储油情况，向模型中注入不同驱油剂进行石油驱替实验并观察驱油效果，可以在一定程度上实现对传统岩芯基于岩芯实验的替代。该方法使用的模型可以准确复制油藏结构，其加工过程简单、制作效率高、加工成本低，实验试剂用量小、实验周期短、所用设备体积小。

Description

一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法
技术领域
本发明属于微流控技术和提高石油采收率技术领域，具体涉及一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法。
背景技术
石油是现代工业的血液，在现有油田储量一定的情况下，任何一点石油采集率的提升都能带来产量的巨大提升。但大部分石油会因地层内的毛细管力、表面张力等作用被困在岩层的微孔和裂缝中，真正对石油采集率有决定性影响的是石油在微观尺度上的流动性能。目前，提高石油采集率的实验室研究通常采用天然和人造岩心进行石油驱替实验，但难获取的岩芯、巨大的实验设备、大量的试剂消耗、高成本的可视化方法等因素都阻碍着相关研究的进一步发展。
微流控技术可以有效的研究复杂流体在多孔介质中的流动行为，基于微流控技术的微流控模型可以轻松构建尺度在10μm～100μm之间的复杂流道，这与岩层下的孔隙和裂缝尺寸在同一个量级上。近年来，越来越多的学者开始尝试采用微流控技术研究复杂流体在岩芯和微尺寸模型中的流动行为。微流控模型具有所需样品少、使用成本低、易于其它设备整合等优点。相比难以获得的岩芯模型，微流控模型可以很大程度上的对实验的变量进行简化和控制，其优秀的光学性能也易于实现流体流动的可视化，这极大的方便了岩心驱替实验的进行。如果该方法能够不断成熟并得到推广，将会极大的推进石油复合流体在微观结构中流动行为的基础理论研究，为宏观实验和实际应用提供理论指导。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对油藏结构切片进行显微拍照，获得油藏结构的显微图片；
步骤二：通过对显微图片进行辨识、转换、高斯模糊等处理去除岩层中杂质的干扰，获得准确的岩层结构；
步骤三：根据获得的岩层结构，通过光刻的方式将图片上的岩层结构定义到微型模型上；
步骤四：对微型模型进行键合，形成除进出口外封闭的岩层结构；
步骤五：向微型模型中注入不同种类的原油；
步骤六：向微型模型中注入不同种类的驱油剂进行石油驱替实验；
步骤七：对微型模型结构部分定时进行拍照，得到照片后，通过计算机软件分析照片，表征驱油效率。
步骤二中，使用计算机对照片的图像进行光学分析，获得具有清晰岩石结构的图像。
步骤三中，将岩层结构的图片制成模具，模具由菲林片、金属、硅质材料、玻璃石英或高聚物材料制成；使用光刻法、激光烧蚀法、模压法、模塑法或注射成型法其中的一种或几种将结构定义到微型模型上；用于承载结构的微型模型由硅质材料、玻璃石英或高聚物材料制成；在结构的前后端各有一段缓冲区域以方便流体均匀流入流出中心结构。
步骤四中，使用热压键合法、氧等离子体键合法或阳极键合法对微型模型进行键合；制成的微型模型能够重现最大面积为22mm×70mm的岩石结构。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明中的微型模型可以准确复制油藏结构，其加工过程简单、制作效率高、加工成本低，具有良好的可视化性能。该实验方法的普及将有利于石油复合流体在微观结构中流动行为的相关研究。
(2)本发明中的实验方法试剂用量小、实验周期短、所用设备体积小。可以为岩芯驱替实验和实地实验进行预实验，缩小宏观实验的实验条件范围，减少实验周期和成本。
附图说明
图1是岩层结构图(左)和处理后的结构图(右)。
图2是微型模型结构图。
图3是微型模型正视图。
图4是微型模型俯视图。
图5是实验操作流程图。
图6为微型模型的立面图。
具体实施方式
本发明具体实施例是基本实施例的优选实施例，下面结合附图对本发明作进一步的描述：
实施例1：
首先，使用Matlab软件对岩层照片进行处理，岩层照片及处理后的照片如图1所示。
使用图像处理软件Adobe Photoshop和Adobe Illustrator将处理后的照片制成光掩模，利用su-8光刻胶将岩层结构复制到硅片表面上。选择PDMS为原料，采用模塑法制作模型结构层，选择玻璃片作为键合层，使用氧等离子体键合法完成微型模型的键合。最终制成微型模型的芯片如图2、图3、图4所示，微型模型的芯片包括PDMS结构层1、玻璃键合层2、岩层结构3、进出口4和进出口缓冲区5；玻璃键合层2设置在PDMS结构层1上，岩层结构3设置在玻璃键合层2上，岩层结构3的两侧设有进出口4，进出口4与岩层结构3之间设有进出口缓冲区5。
使用模型进行石油驱替实验的过程如图5所示。微观模型的进出口4依次外接石油注射泵6、驱油剂注射泵7和驱油气体气瓶8，通过向微观模型9内按一定顺序注入石油、驱油剂、驱油气体来进行石油驱替实验，流出的试剂进入废料瓶10。整个驱油过程由计算机11控制进行拍摄，并使用Matlab软件分析驱油效率。
以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对油藏结构切片进行显微拍照，获得油藏结构的显微图片；
步骤二：通过对显微图片进行辨识、转换、高斯模糊等处理去除岩层中杂质的干扰，获得准确的岩层结构；
步骤三：根据获得的岩层结构，通过光刻的方式将图片上的岩层结构定义到微型模型上；
步骤四：对微型模型进行键合，形成除进出口外封闭的岩层结构；
步骤五：向微型模型中注入不同种类的原油；
步骤六：向微型模型中注入不同种类的驱油剂进行石油驱替实验；
步骤七：对微型模型结构部分定时进行拍照，得到照片后，通过计算机软件分析照片，表征驱油效率。
2.根据权利要求1所述的一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，步骤二中，使用计算机对照片的图像进行光学分析，获得具有清晰岩石结构的图像。
3.根据权利要求1所述的一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，步骤三中，将岩层结构的图片制成模具，模具由菲林片、金属、硅质材料、玻璃石英或高聚物材料制成；使用光刻法、激光烧蚀法、模压法、模塑法或注射成型法其中的一种或几种将结构定义到微型模型上；用于承载结构的微型模型由硅质材料、玻璃石英或高聚物材料制成；在结构的前后端各有一段缓冲区域以方便流体均匀流入流出中心结构。
4.根据权利要求1所述的一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，步骤四中，使用热压键合法、氧等离子体键合法或阳极键合法对微型模型进行键合；制成的微型模型能够重现最大面积为22mm×70mm的岩石结构。
5.根据权利要求1所述的一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，使用图像处理软件AdobePhotoshop和AdobeIllustrator将处理后的照片制成光掩模，利用su-8光刻胶将岩层结构复制到硅片表面上；选择PDMS为原料，采用模塑法制作模型结构层，选择玻璃片作为键合层，使用氧等离子体键合法完成微型模型的键合。
6.根据权利要求5所述的一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，微型模型的芯片包括PDMS结构层(1)、玻璃键合层(2)、岩层结构(3)、进出口(4)和进出口缓冲区(5)；玻璃键合层(2)设置在PDMS结构层(1)上，岩层结构(3)设置在玻璃键合层(2)上，岩层结构(3)的两侧设有进出口(4)，进出口(4)与岩层结构(3)之间设有进出口缓冲区(5)。
7.根据权利要求6所述的一种模拟油藏的微型模型及用其进行石油驱替实验的方法，其特征在于，使用微型模型进行石油驱替实验的过程，微观模型的进出口(4)依次外接石油注射泵(6)、驱油剂注射泵(7)和驱油气体气瓶(8)，通过向微观模型(9)内按一定顺序注入石油、驱油剂、驱油气体来进行石油驱替实验，流出的试剂进入废料瓶(10)；整个驱油过程由计算机(11)控制进行拍摄，并使用Matlab软件分析驱油效率。
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