CN108828190B - 一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：压制岩心模型，并在岩心模型中部铺设不同层数的纱网以模拟不同的裂缝开度；步骤二：确定不同层数纱网与所造裂缝开度的关系；步骤三：确定纱网在岩心模型中不同的放置方向与裂缝走向的关系；步骤四：确定不同层数纱网与所造裂缝渗透率的关系。本发明能够模拟裂缝性油气藏中不同开度、不同条数、不同走向的裂缝，模拟最小裂缝开度可达0.08mm,完全达到微裂缝级别；而最大裂缝开度则可根据需要设置，同时基质渗透率最低可达0.1×10^‑3μm²，达到致密油藏基质超低渗透率水平，从而满足油藏中实际生产条件的室内模拟要求。

Description

一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法

技术领域

本发明涉及一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，属于石油开采裂缝性油气藏领域。

背景技术

目前，裂缝性油气藏已成为世界油气田开发中占重要地位的一类油藏，其储量和产油量都占有相当大的比例。含有不同尺度的复杂裂缝性油气藏广泛存在，如伊朗Asmari石灰岩油藏、墨西哥碳酸盐油藏以及大西洋白聖岩油藏。而在我国，裂缝性油气藏以低渗透砂岩裂缝性油藏、碳酸盐岩裂缝性油藏和火山岩裂缝性油藏为主。截止到2016年，我国裂缝性油气藏探明地质储量在100×10⁸t以上，典型的裂缝性油气藏有四川盆地、塔里木盆地和华北油田的碳酸盐岩裂缝性油气藏，准喝尔盆地的火山岩裂缝性油气藏，以及松辽盆地的砂岩裂缝性油气藏。具体油气田如玉门老君庙油田和石油沟油田、新疆的火烧山和小拐油田、吐哈的鄯善和丘陵油田、长庆的安塞和靖安油田、胜利的渤南和大芦胡油田、吉林的新立和新民油田、大庆的潮阳沟和头台油田等。这些油田绝大多数都具有复杂裂缝性油藏的特点，不同开度的裂缝发育非常广泛，注水或注气后，注入水或气很容易沿裂缝窜进，使沿裂缝方向上的采油井遭到暴性水淹或气窜，油藏含水上升快，在很短的时间内就进入高含水阶段，油井注水见效、水淹特征或气窜的方向性明显，注水井注入压力低、吸水能力强，注水指示曲线存在明显拐点等。

自上世纪70年代裂缝性油气藏的大规模开发以来，部分裂缝性油气藏的开发不尽如人意(如新疆小拐沙砾岩裂缝油田等)。即使成功实现经济化开采的裂缝性油藏(如胜利油田的桩西区块和塔河油田)，其采收率一般只达到13％-15％，仍然有待提高，对不同开度裂缝的有效模拟及流体在不同开度裂缝中的流动动态模拟及认识不足是重要原因之一。

目前已存在的裂缝模拟方法主要有两种：垫片法和混砂法。其中，垫片法简单易行，但是缺点在于只能模拟较大尺度的裂缝，且对裂缝形态的模拟过于单一；混砂法的难点在于不同目数沙子的混配比例难以控制。通过以上调研分析发现：对裂缝性致密砂岩油藏裂缝的有效模拟主要包括以下两个原则：(1)对基质中裂缝不同开度的模拟；(2)对基质中裂缝走向的模拟。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，尤其是存在不同开度裂缝的复杂裂缝性油气藏，对其地下的小尺度裂缝、大尺度裂缝、复杂缝网进行模拟。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：压制岩心模型，并在岩心模型中部铺设不同层数的纱网以模拟不同的裂缝开度；

步骤二：确定不同层数纱网与所造裂缝开度的关系；

步骤三：确定纱网在岩心模型中不同的放置方向与裂缝走向的关系；

步骤四：确定不同层数纱网与所造裂缝渗透率的关系。

所述步骤一具体包括以下步骤：

1)固定石英砂配比，使基质达到致密油藏基质超低渗透率水平；

2)固定纱网目数，并将纱网裁成与岩心模型截面相同的形状；

3)先在岩心压制机的模具上倒入一半基质砂土，然后在上面放上提前裁好的不同层数的纱网，最后在纱网上面倒入另一半基质砂土，固定岩心模型的围压进行压制，形成裂缝性岩心模型。

在一个优选的实施例中，石英砂配比为300-600目，纱网选取100-400目不锈钢纱网，岩心模型的围压为5MPa-10MPa。

在所述步骤二中，采用千分尺定岩心模型在固定围压下所形成的裂缝开度，以确定不同纱网层数与所造裂缝开度的对应关系。

在所述步骤三中，在岩心模型中沿不同方向铺设纱网，并使纱网与注入液体的主流线成一定角度，通过不同走向的纱网模拟不同走向的裂缝，以确定纱网在岩心中不同的放置方向与裂缝走向的对应关系。

所述步骤四具体包括以下步骤：

1)建立水测渗透率实验装置，该实验装置主要由恒压泵、中间容器、岩心加持器和手摇泵组成；

2)将岩心模型装入岩心夹持器中，并抽真空；

3)向岩心夹持器中注入地层水，确定岩心模型的束缚水饱和度；

4)模拟油藏注水；

5)待岩心夹持器入口压力平稳后，采集测量实验参数；

6)改变泵速，重复步骤4)和步骤5)若干次，并对得到的渗透率求平均值，得出不同纱网层数与所造裂缝渗透率的对应关系。

所述步骤2)包括：

2.1)清洁岩心夹持器的内壁；

2.2)打开岩心夹持器，将步骤一压制的岩心模型装入岩心夹持器的橡胶套筒中；

2.3)用手摇泵向岩心夹持器的内壁与橡胶套筒之间的密封空腔内注入一定量清水,固定岩心模型的围压；

2.4)将真空泵通过管线连接到岩心夹持器的一端，对岩心模型抽真空3～4小时。

所述步骤3)包括：

3.1)选取某区块油藏的地层水，60℃地层温度下总矿化度为12000mg/L(该地层水的参数)；

3.2)封闭岩心夹持器的两端，并用手摇泵向位于岩心夹持器内的岩心模型注入地层水至饱和状态，该岩心模型的孔隙体积等于注入地层水的体积。

所述步骤4)包括：

4.1)以岩心加持器的一端为入口，另一端为出口，设置恒压泵的泵速，用恒压泵向岩心模型注入地层水；

4.2)在岩心夹持器入口和出口分别安装压力传感器。

所述步骤5)包括：

5.1)入口压力平稳时，记录岩心夹持器入口和出口压力及此时的泵速，绘制岩心夹持器入口压力随时间变化曲线；

5.2)利用达西定律，计算此时岩心模型的渗透率：

式中，Q为恒压泵的泵速；k为渗透率；μ为水的粘度；ΔP为岩心夹持器入口和出口的压力差；ΔL为岩心模型长度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明能够模拟裂缝性油气藏中不同开度、不同条数、不同走向的裂缝，模拟最小裂缝开度可达0.08mm,完全达到微裂缝级别；而最大裂缝开度则可根据需要设置，同时基质渗透率最低可达0.1×10^-3μm²，达到致密油藏基质超低渗透率水平，从而满足油藏中实际生产条件的室内模拟要求。2、本发明的岩心模型采用人工压制方法，固定模型压力、石英砂配比以及纱网等条件和材料，可保证不同批次制作的岩心模型参数保持一致，从而可用于平行实验和对比实验，为室内模拟实验流动规律评价以及调驱体系评价及优化等提供重要的基础保障。

附图说明

图1是本发明裂缝性岩心模型的三维视图；

图2是本发明裂缝性岩心模型的主视图；

图3是本发明实施例1在0.2ml/min流速下的入口压力图；

图4是本发明实施例1在0.4ml/min流速下的入口压力图；

图5是本发明实施例2在0.2ml/min流速下的入口压力图；

图6是本发明实施例2在0.4ml/min流速下的入口压力图；

图7是本发明实施例3在0.2ml/min流速下的入口压力图；

图8是本发明实施例3在0.4ml/min流速下的入口压力图；

图9是本发明实施例4在0.2ml/min流速下的入口压力图；

图10是本发明实施例4在0.4ml/min流速下的入口压力图。

图中附图标记：

1为岩心模型；2为纱网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

本发明提出的裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其包括以下步骤：

步骤一：压制岩心模型，并在岩心模型中部铺设不同层数的纱网以模拟不同的裂缝开度，具体包括以下步骤：

1)固定石英砂配比，使基质达到致密油藏基质超低渗透率水平；

2)固定纱网目数，并用剪刀将纱网裁成与岩心模型截面相同的形状；

3)先在岩心压制机的模具上倒入一半基质砂土，然后在上面放上提前裁好的不同层数的纱网，最后在纱网上面倒入另一半基质砂土，固定岩心模型的围压进行压制，形成如图1和图2所示的裂缝性岩心模型。

在本实施例中，石英砂配比为300-600目，纱网选取100-400目不锈钢纱网，岩心模型的围压为5MPa-10MPa。

步骤二：确定不同层数纱网与所造裂缝开度的关系：

在本实施例中，采用千分尺或其他测量工具测定岩心模型在固定围压下所形成的裂缝开度，以确定不同纱网层数与所造裂缝开度的对应关系。

步骤三：确定纱网在岩心模型中不同的放置方向与裂缝走向的关系：

在本实施例中，在岩心模型中沿不同方向铺设纱网，并使纱网与注入液体的主流线成一定角度(在0-90°之间)，通过不同走向的纱网模拟不同走向的裂缝，以确定纱网在岩心中不同的放置方向与裂缝走向的对应关系。

步骤四：确定不同层数纱网与所造裂缝渗透率的关系，具体包括以下步骤：

1)建立水测渗透率实验装置，该实验装置主要由恒压泵、中间容器、岩心加持器和手摇泵组成(该实验装置为已有装置，故不再赘述)；

2)将岩心模型装入岩心夹持器中，并抽真空：

2.1)清洁岩心夹持器的内壁；

2.2)打开岩心夹持器，将步骤一压制的岩心模型装入岩心夹持器的橡胶套筒中；

2.3)用手摇泵向岩心夹持器的内壁与橡胶套筒之间的密封空腔内注入一定量清水,固定岩心模型的围压；

2.4)将真空泵通过管线连接到岩心夹持器的一端，对岩心模型抽真空3～4小时；

3)向岩心夹持器中注入地层水，确定岩心模型的束缚水饱和度：

3.1)选取某区块油藏的地层水，60℃地层温度下总矿化度为12000mg/L(该地层水的参数)；

3.2)封闭岩心夹持器的两端，并用手摇泵向位于岩心夹持器内的岩心模型注入地层水至饱和状态，该岩心模型的孔隙体积等于注入地层水的体积；

4)模拟油藏注水：

4.1)以岩心加持器的一端为入口，另一端为出口，设置恒压泵的泵速，用恒压泵向岩心模型注入地层水；

4.2)在岩心夹持器入口和出口分别安装压力传感器；

5)待岩心夹持器入口压力平稳后，采集测量实验参数：

5.1)入口压力平稳时，记录岩心夹持器入口和出口压力及此时的泵速，绘制岩心夹持器入口压力随时间变化曲线；

5.2)利用达西定律，计算此时岩心模型的渗透率：

式中，Q为恒压泵的泵速；k为渗透率；μ为水的粘度；ΔP为岩心夹持器入口和出口的压力差；ΔL为岩心模型长度；

6)改变泵速，重复步骤4)和步骤5)若干次，并对得到的渗透率求平均值，得出不同纱网层数与所造裂缝渗透率的对应关系。

实例1：10MPa围压条件下，1层纱网裂缝开度和渗透率

在本实施例中，实验所用的物理模型为1层纱网裂缝性岩心模型，10MPa围压条件下，1层纱网裂缝开度及渗透率实验结果如表1及图3、图4所示。10MPa围压、60℃条件下，1层纱网裂缝的开度为0.08mm，渗透率为4.29mD。其中，泵速分别设置为0.2ml/min和0.4ml/min两种，分别测出1层纱网裂缝渗透率为4.2mD和4.4mD，平均得4.29mD。

表1 1层纱网裂缝实验结果

图3和图4分别显示的是不同流速下的入口压力曲线：0.2ml/min流速条件下，1层纱网的入口压力稳定在115KPa；0.4ml/min流速条件下，1层纱网的入口压力稳定在229KPa；出口与大气连同，出口压力均为0。

实例2：10MPa围压条件下，3层纱网裂缝开度和渗透率

在本实例中，实验所用的物理模型为3层纱网裂缝性岩心模型，10MPa围压条件下，3层纱网裂缝开度及渗透率实验结果如表2及图5、图6所示。10MPa围压、60℃条件下，3层纱网裂缝的厚度为0.24mm，渗透率为87.865mD。其中，泵速分别设置为0.2ml/min和0.4ml/min两种，分别测出3层纱网裂缝渗透率为75.97mD和99.76mD，平均得87.865mD。

表2 3层纱网裂缝实验结果

图5和图6分别显示的是不同流速下的入口压力曲线：0.2ml/min流速条件下，3层纱网的入口压力稳定在6.9KPa；0.4ml/min流速条件下，3层纱网的入口压力稳定在9.9KPa；出口与大气连同，出口压力均为0。

实例3：10MPa围压条件下，5层纱网裂缝开度和渗透率

在本实例中，实验所用的物理模型为5层纱网裂缝性岩心模型，10MPa围压条件下，5层纱网裂缝开度及渗透率实验结果如表3及图7、图8所示。10MPa围压、60℃条件下，5层纱网裂缝的厚度为0.42mm，渗透率为295.42mD。其中，泵速分别设置为0.2ml/min和0.4ml/min两种，分别测出5层纱网裂缝渗透率为308.64mD和282.19mD，平均得295.42mD。

表3 5层纱网裂缝实验结果

图7和图8分别显示的是不同流速下的入口压力曲线：0.2ml/min流速条件下，5层纱网的入口压力稳定在1.6KPa；0.4ml/min流速条件下，5层纱网的入口压力稳定在3.5KPa；出口与大气连同，出口压力均为0。

实例4：10MPa围压条件下，5层纱网和1层纱网组成的复杂缝网裂缝开度和渗透率

在本实例中，实验所用的物理模型为含有5层纱网和1层纱网组合的复杂缝网的岩心模型，10MPa围压条件下，复杂缝网所含裂缝的条数、裂缝开度及渗透率实验结果如表4及图9、图10所示。10MPa围压、60℃条件下，复杂缝网含有两条裂缝，1条裂缝开度为0.08mm，另一条裂缝开度为0.42mm，缝网的渗透率为320mD。其中，泵速分别设置为0.2ml/min和0.4ml/min两种，分别测出缝网渗透率为328mD和312mD，平均得320mD。

表3复杂缝网实验结果

图9和图10分别显示的是不同流速下的入口压力曲线：0.2ml/min流速条件下，缝网的入口压力稳定在1.5KPa；0.4ml/min流速条件下，缝网的入口压力稳定在3.1KPa；出口与大气连同，出口压力均为0。

结论：

通过上述实施例的结果可以看出，不同层数、不同放置方式的纱网可模拟不同开度、不同角度、不同组合方式的裂缝，并通过模型压制方法，实现对致密砂岩超低渗基质的模拟，压制模型时通过改变混砂比可以实现对不同渗透率基质的模拟，该裂缝模拟方法可为裂缝性致密砂岩油气藏室内实验模拟提供有效保障。

上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行示例性描述，并不局限于上述具体实施方式，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：压制岩心模型，并在岩心模型中部铺设不同层数的纱网以模拟不同的裂缝开度，具体包括以下步骤：

1)固定石英砂配比，使基质达到致密油藏基质超低渗透率水平；

2)固定纱网目数，并将纱网裁成与岩心模型截面相同的形状；

3)先在岩心压制机的模具上倒入一半基质砂土，然后在上面放上提前裁好的不同层数的纱网，最后在纱网上面倒入另一半基质砂土，固定岩心模型的围压进行压制，形成裂缝性岩心模型；

步骤二：确定不同层数纱网与所造裂缝开度的关系；

步骤三：确定纱网在岩心模型中不同的放置方向与裂缝走向的关系：

在岩心模型中沿不同方向铺设纱网，并使纱网与注入液体的主流线成一定角度，通过不同走向的纱网模拟不同走向的裂缝，以确定纱网在岩心中不同的放置方向与裂缝走向的对应关系；

步骤四：确定不同层数纱网与所造裂缝渗透率的关系。

2.如权利要求1所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，石英砂配比为300-600目，纱网选取100-400目不锈钢纱网，岩心模型的围压为5MPa-10MPa。

3.如权利要求1所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，在所述步骤二中，采用千分尺测定岩心模型在固定围压下所形成的裂缝开度，以确定不同纱网层数与所造裂缝开度的对应关系。

4.如权利要求1所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，所述步骤四具体包括以下步骤：

1)建立水测渗透率实验装置，该实验装置主要由恒压泵、中间容器、岩心夹持器和手摇泵组成；

2)将岩心模型装入岩心夹持器中，并抽真空；

3)向岩心夹持器中注入地层水，确定岩心模型的束缚水饱和度；

4)模拟油藏注水；

5)待岩心夹持器入口压力平稳后，采集测量实验参数；

6)改变泵速，重复步骤4)和步骤5)若干次，并对得到的渗透率求平均值，得出不同纱网层数与所造裂缝渗透率的对应关系。

5.如权利要求4所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

2.1)清洁岩心夹持器的内壁；

2.2)打开岩心夹持器，将步骤一压制的岩心模型装入岩心夹持器的橡胶套筒中；

2.3)用手摇泵向岩心夹持器的内壁与橡胶套筒之间的密封空腔内注入一定量清水,固定岩心模型的围压；

2.4)将真空泵通过管线连接到岩心夹持器的一端，对岩心模型抽真空3～4小时。

6.如权利要求5所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，所述步骤3)包括：

3.1)选取某区块油藏的地层水，60℃地层温度下总矿化度为12000mg/L；

3.2)封闭岩心夹持器的两端，并用手摇泵向位于岩心夹持器内的岩心模型注入地层水至饱和状态，该岩心模型的孔隙体积等于注入地层水的体积。

7.如权利要求6所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，所述步骤4)包括：

4.1)以岩心夹持器的一端为入口，另一端为出口，设置恒压泵的泵速，用恒压泵向岩心模型注入地层水；

4.2)在岩心夹持器入口和出口分别安装压力传感器。

8.如权利要求7所述的一种裂缝性致密砂岩油气藏的裂缝模拟方法，其特征在于，所述步骤5)包括：

5.1)入口压力平稳时，记录岩心夹持器入口和出口压力及此时的泵速，绘制岩心夹持器入口压力随时间变化曲线；

5.2)利用达西定律，计算此时岩心模型的渗透率：

式中，Q为恒压泵的泵速；k为渗透率；μ为水的粘度；ΔP为岩心夹持器入口和出口的压力差；ΔL为岩心模型长度。

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