CN108225998A - 7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法：（1）沿垂直岩心方向钻取7厘米直径岩心柱；（2）将样品岩心柱置于反应釜内；将盐水和酸液装入容器；开启环压泵和温控系统，使反应釜内岩心柱的压力与其在真实地层下的压力和温度相一致；开启内压泵，设定泵速，并开始定时记录内压值直到实验结束，获取从实验开始到实验结束时间、内压泵速和内压量值；（3）通过达西公式计算岩心地层温压下的渗透率k；利用泵速、内压和样品截面积，求取酸化前后产层段日产液量。该方法可真实、直接反应岩石真实水平渗流能力和酸化增产效果，有效评估储层天然渗流能力和酸化增产潜力，对提高致密砂岩储量动用具有重要的理论和现实意义。

Description

7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法
技术领域
本发明涉及7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法。
背景技术
随着勘探田开发的不断深入，致密砂岩储层逐渐成为我国东部探区主要的能源接替储层。目前所存在的主要问题之一是致密砂岩油层探井普遍试油产量低、或求产无量，增储及储量升级遇到了很大的困难；采用压裂或酸化充分挖掘扩大致密砂岩难动用储量，是今后实现油气能源战略接替的主要依赖方向之一。如何准确地评估地层温压下岩石的渗流能力和酸化增产潜力对致密砂岩储层评价非常关键。目前的方法主要有：①利用地面或覆压条件下2.5cm岩样进行的渗透率测试，测量介质主要利用气体，如空气渗透率的测定是在烘箱中将岩芯中的流体烘干，然后往岩芯夹持器中通入空气，测得岩芯的空气渗透率，但在实际油层内，孔隙中流体往往不是单相，而是油、水两相或油、气、水三相并存，这时，岩石对其中每相的渗滤作用将与单相流体有很大差别；另外，无法评价酸液注驱条件下的渗透率。②利用2.5cm直径岩心进行盐水或酸岩注驱流动模拟实验，该方法一是对强非均质致密砂岩模拟代表性差，二是在酸液注驱时酸时孔隙体积仅有5～10ml，仅能模拟近井地层一次快速反应及应用模拟结果对酸化液进行初选，对于酸岩反应后次生沉淀物对地层的影响则无法判断。因此，现行的岩石渗流能力评价难以直接、准确反应岩石地层条件下的渗流能力。另外，由于砂砾岩部分颗粒直径超过了样品直径或占据了样品的主要体积，以上两种方法均不适合对砂砾岩进行实验。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其设计合理，且可有效改善现有技术中存在的不足之处。7厘米直径岩心是目前能钻取的符合流动模拟实验条件的最大尺寸的水平岩心柱，利用7厘米直径岩心进行模拟实验，一是增加了实验样品的代表性，能够对砂砾岩等大粒径岩石进行评价；二是在酸岩注驱时，用酸量增加，能够利用不同时间结液深入研究酸岩反应产物的二次反应、三次反应等梯度反应过程，以及二次沉淀、微粒运移和吸附等对酸化效果的影响，以验证酸岩反应机理或评估酸液体系对致密油气储层的改造效果。该方法可真实、直接反应岩石真实水平渗流能力和酸化增产效果，有效评估储层天然渗流能力和酸化增产潜力，为试油试采及科学合理高效开发致密砂岩油层提供理论和技术支撑，对提高致密砂岩储量动用具有重要的理论和现实意义。
本发明是通过以下技术方案实现的：
7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，包括以下步骤：
(1)利用7厘米内径钻头沿垂直岩心方向钻取7厘米直径岩心柱，并将两端截切，使之成为标准柱样(长度大于0且小于10cm)，并量取岩心柱长度；准备动态高温高压水岩模拟实验装置；
(2)将样品岩心柱置于反应釜内；开启环压泵和温控系统，逐渐升至地层压力和温度；达到地层温压后，开启内压泵，将容器内的溶液(盐水和酸液)通过内压泵泵入反应釜；先泵入盐水，记录泵速、内压和开始出液时间，调节泵速，使内压逐步稳定；待内压稳定(稳定时间≥30分钟)后泵入酸液，调节泵速，使内压逐步稳定(稳定时间≥30分钟)，待内压稳定后再次泵入盐水，调节泵速，使内压再次稳定；内压稳定后(稳定时间≥30分钟)，关闭仪器，实验结束；
(3)根据上述记录的从实验开始到实验结束时间、稳定后的泵速、内压、岩心长度和岩心柱直径，通过达西公式计算岩心地层温压下的渗透率k，得出渗透率-时间曲线，该曲线反映了酸化前后岩层渗流能力的提升程度；
k＝(Q*μ*L)/A*△P；
其中，k为渗透率，达西(μm2)；Q为液体的体积流量，cm3/s；△P为岩样两端的压差，105Pa；μ为液体的粘度，厘泊(0.001Pa·s)；A为岩样的横截面积，cm2；L为岩样的长度，cm)；
利用实验过程中记录的泵速(即为截面流量)、内压和样品截面积，可以求取目的层井筒单位截面、时间、压差下的流量Q0，然后根据实际井筒泄油面积S、流压P和时间T，推算出地层酸化前后每米单位厚度日产液量C0；
C0＝Q0*S*P*T/1000000，t/(d·m)；其中，Q0，ml/(MPa·min·cm2)；S，cm2/m；P，MPa；T，1440min/d；1/1000000为ml到t的换算系数；
利用C＝C0*H可计算出酸化前后产层段日产液量，H为储层有效厚度，C单位为t/d。
所述动态高温高压水岩模拟实验装置，包括依次连接在一起的溶液容器、反应釜、接样瓶；溶液容器与反应釜连接的管道上设置有用来使溶液容器中的溶液到达反应釜的内压泵和压力表；反应釜周围设置有使自身加热的电炉及温控器；反应釜向外连接有压力表、环压泵和供液容器；供液管线上设有阀门。
所述反应釜，为耐强酸、强碱、耐腐蚀的材料制成，反应釜内的实验条件范围为：温度：20℃～400℃；压力：10MPa～60MPa，溶液泵入反应釜的流速为：大于0且小于5ml/min。
所述盐水，为氯化钾溶液，浓度可根据地层水分析资料确定，使矿化度与地层水相近，不大于地层水矿化度；若无地层水分析资料，根据邻井资料和区域地质资料深度估算。
所述酸液，由可对岩石组分进行溶蚀的酸液组成，成分可由实验人员根据岩石矿物组分进行配制，比如：由HCl、H2O2、H2BF4、NH4F和水组成，其中，各组分质量浓度为：15％HCl，30％H2O2，8％H2BF4，9％NH4F，余量为水。
本发明的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)可针对目前在常规直径取芯上可以钻取的并能达到模拟实验要求的最大直径7厘米直径水平方向岩心柱开展模拟实验，增加了实验样品的代表性，能够对砂砾岩等大粒径岩石进行储层增产潜力评价；
(2)在酸液注驱时，用酸量增加，能够利用不同时间接液深入研究酸岩反应产物的二次反应、三次反应等梯度反应过程，以及二次沉淀、微粒运移和吸附等对酸化效果的影响，以验证酸岩反应机理或评估酸液体系对油气储层的改造效果。
附图说明
图1：本发明的方法所用到的动态高温高压水岩模拟实验装置的结构示意简图，其中，1、反应釜；2、温控器；3、环压泵；、4、压力表A；5、内压泵；6、压力表B；7、供液容器；8、接样瓶；9、盐水容器；10、酸液容器；11、阀门A；12、阀门B；13、阀门C；14、阀门D；15、阀门E；16、阀门F。
图2：胜利油田某处1井地层温压下酸化增产模拟实验实验结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。
实施例1 7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法
实验所用到的装置结构如图1所示，包括依次连接在一起的盐水容器9、酸液容器10、反应釜1、接样瓶8；所述盐水容器9、酸液容器10与反应釜1连接的管道上设置有用来使溶液到达反应釜1的内压泵5和压力表B 6，所述反应釜1周围设置有使自身加热的电炉及温控器2。反应釜1向外连接有压力表A 4、环压泵3和供液容器7。供液管线上设有阀门(11、12、13、14、15、16)。
所述反应釜，为耐强酸、强碱、耐腐蚀的合金材料制成的，反应釜内的实验条件范围为：温度：20℃～400℃；压力：10MPa～60MPa，溶液泵入反应釜的流速为：大于0且小于5ml/min。
步骤如下：
(1)利用7厘米内径钻头沿垂直岩心方向钻取7厘米直径岩心柱，并将两端截切，使之成为标准柱样(长度大于0且小于10cm)，并量取岩心柱长度；
(2)将样品岩心柱置于反应釜内；开启环压泵和温控系统，逐渐升致地层压力和温度；达到地层温压后，开启内压泵，将中间容器内的溶液(盐水和酸液)通过内压泵泵入反应釜；先泵入盐水，记录泵速、内压和开始出液时间，调节泵速，使内压逐步稳定；待内压稳定(稳定时间≥30分钟)后泵入酸液，调节泵速，使内压逐步稳定(稳定时间≥30分钟)，待内压稳定后再次泵入盐水，调节泵速，使内压再次稳定；内压稳定后(稳定时间≥30分钟)，关闭仪器，实验结束；
(3)根据上述记录的从实验开始到实验结束时间、稳定后的泵速、内压、岩心长度和岩心柱直径，通过达西公式计算岩心地层温压下的渗透率k，得出渗透率-时间曲线该曲线反映了酸化前后岩层渗流能力的提升程度；
k＝(Q*μ*L)/A*△P；
其中，k为渗透率，达西(μm2)；Q为液体的体积流量，cm3/s；△P为岩样两端的压差，105Pa；μ为液体的粘度，厘泊(0.001Pa·s)；A为岩样的横截面积，cm2；L为岩样的长度，cm)；
利用实验过程中记录的泵速(即为截面流量)、内压和样品截面积，可以求取目的层井筒单位截面、时间、压差下的流量Q0，然后根据实际井筒泄油面积S、流压P和时间T，推算出地层酸化前后每米单位厚度日产液量C0；
C0＝Q0*S*P*T，t/(d·m)；
利用C＝C0*H可计算出酸化前后产层段日产液量，H为储层有效厚度，C单位为t/d。
应用实例 根据胜利油田某处1井岩心柱进行实验，如下：
1井岩心模拟实验：
实验样品选取1井深度3365.6m岩心柱样品，样品长度5.2cm，直径7cm。岩石类型为含灰质含砾中细粒长石岩屑砂岩。孔隙度2.9％，渗透率0.57×10-3μm2。取心段地层压力38.09MPa，流压7.49MPa，温度134℃，日液0.46吨。
实验条件：溶液分为盐水(5％KCl溶液，质量浓度)和酸液(15％HCl+30％H2O2+8％H2BF4+9％NH4F，余量为水)；实验环压保持38.09MPa；电子控温保持地层稳定134°；反应釜内注入泵流速初始设置为2.0ml/min。
实验流程：先泵入盐水，根据内压升高情况和是否出液调节泵速，使内压逐步稳定(稳定时间30分钟)，后泵入酸液，调节泵速，使内压逐步稳定(稳定时间30分钟)，再次泵入盐水，调节泵速，使内压再次稳定，稳定时间30分钟后，关闭仪器，实验结束。稳定时间根据实际实验情况，但应≥30分钟。实验过程中记录内压变化。
实验结果及分析：
实验15min后，开始出液；实验85min后，内压稳定，约3.2MPa；实验119min后，注入酸液；实验529min后，内压稳定，约0.36MPa；实验574min后，注入盐水；实验614min后，内压稳定，约0.36MPa。实验679min后，实验结束(如图2所示)。本次实验保持注入泵流速为2.0ml/min。
瞬时流量Q为2ml/min(约0.033cm3/s)，取粘度0.22厘泊(水的粘度130°时为约为0.22厘泊)，△P为岩样两端的瞬时压差(即所记录的内压，MPa),A为38.48cm2；L为岩样的长度5.2cm。利用达西公式k＝(Q*μ*L)/A*△P计算的该岩心在初次通过盐水时渗透率(自然渗流能力)稳定于0.31×10-3μm2；酸化后渗透率稳定于2.75×10-3μm2。，酸化后渗透率是酸化前渗透率的8.87倍。
实验中初次通过盐水时，压力稳定于3.2MPa，样品截面为38.48cm2，截面流量(泵速)为2.0ml/min，换算为单位压差下单位时间单位截面流量Q0＝1.6×10-2ml/(MPa·min·cm2)；在实际地层流压7.49MPa下，每米井筒截面约为(井径14cm)1400cm2，则该地层自然产量为0.245t/(d·m)。实验中酸化后，压力稳定于0.36，样品截面为38.48cm2，截面流量(泵速)为2.0ml/min，换算为单位压差下单位时间单位截面流量Qo＝0.144ml/(MPa·min·cm2)；在时间地层下，地层产能上升为2.18t/(d·m)。
实验结论：该井3361.0m-3384.5m为差油层，在自然产能下，该段产油能力达5.76t/d，酸化后，产量可达51.23t/d，表面该井适合酸化增产。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)利用7厘米内径钻头沿垂直岩心方向钻取7厘米直径岩心柱，并将两端截切，使之成为标准柱样，并量取岩心柱长度；准备动态高温高压水岩模拟实验装置；
(2)将样品岩心柱置于反应釜内；开启环压泵和温控系统，逐渐升至地层压力和温度；达到地层温压后，开启内压泵，将容器内的溶液通过内压泵泵入反应釜，溶液包括盐水和酸液；先泵入盐水，记录泵速、内压和开始出液时间，调节泵速，使内压逐步稳定；待内压稳定后泵入酸液，调节泵速，使内压稳定，待内压稳定后再次泵入盐水，调节泵速，使内压再次稳定；内压稳定后，关闭仪器，实验结束；
(3)根据上述记录的从实验开始到实验结束时间、稳定后的泵速、内压、岩心长度和岩心柱直径，通过达西公式计算岩心地层温压下的渗透率k，得出渗透率-时间曲线，该曲线反映了酸化前后岩层渗流能力的提升程度；
k＝(Q*μ*L)/A*△P；
其中，k为渗透率，达西，μm2；Q为液体的体积流量，cm3/s；△P为岩样两端的压差，105Pa；μ为液体的粘度，厘泊，0.001Pa·s；A为岩样的横截面积，cm2；L为岩样的长度，cm；
利用实验过程中记录的泵速、内压和样品截面积，求取目的层井筒单位截面、时间、压差下的流量Q0，然后根据井筒泄油面积S、流压P和时间T，推算出地层酸化前后每米单位厚度日产液量C0；
C0＝Q0*S*P*T/1000000，t/(d·m)；其中，Q0，ml/(MPa·min·cm2)；S，cm2/m；P，MPa；T，1440min/d；1/1000000为ml到t的换算系数。
2.根据权利要求1所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述岩心柱的长度大于0且小于10cm。
3.根据权利要求1所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述动态高温高压水岩模拟实验装置，包括依次连接的溶液容器、反应釜、接样瓶；溶液容器与反应釜连接的管道上设置有用来使溶液容器中的溶液到达反应釜的内压泵和压力表；反应釜周围设置有使自身加热的电炉及温控器；反应釜向外连接有压力表、环压泵和供液容器；供液管线上设有阀门。
4.根据权利要求1或3所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述反应釜内的实验条件范围为：温度：20℃～400℃；压力：10MPa～60MPa，溶液泵入反应釜的流速为：大于0且小于5ml/min。
5.根据权利要求1所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述盐水，为氯化钾溶液。
6.根据权利要求1或5所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述盐水，为质量浓度为5％的氯化钾溶液。
7.根据权利要求1所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述酸液，由HCl、H2O2、H2BF4、NH4F和水组成，其中，各组分质量浓度为：15％HCl，30％H2O2，8％H2BF4，9％NH4F，余量为水。
8.根据权利要求1所述的7厘米直径岩心地层温压下酸化增产模拟实验方法，其特征在于：所述内压稳定是指稳定时间≥30分钟。
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