CN109505593B - 一种三维可视化填砂模型及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三维可视化填砂模型，其填砂的原料组成包括：粒度为20～40目的石英砂、粒度为40～60目的石英砂、粒度为60～80目的石英砂和粒度为800目的重质碳酸钙粉，调整不同目数的石英砂和重质碳酸钙粉在模型中所占的比例，得到气测渗透率分别为12mD、104mD、144mD、253mD和45mD的砂型配比方案。本发明提供的三维可视化填砂模型，各填砂层内填入不同粒径的石英砂和重质碳酸钙，形成各层之间的渗透率差异，可以根据需要进行不同填砂组合以模拟多种非均质性油藏，为油气田开发、地下水渗流、海绵城市建设等领域提供指导依据。
Description
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，尤其涉及一种三维可视化填砂模型及其制备方法。
背景技术
伊拉克鲁迈拉油田Mishrif碳酸盐岩油藏油气藏总储量超过280亿桶(接近40亿吨)，该油藏投入开发至今超过40年，目前采收率不到6％，若不及时补充地层能量进行有效开发，预计最终采收率约7％～8％。该油藏剩余可采储量为41亿吨，占整个鲁迈拉油田剩余可采储量50％，鲁迈拉油田后续上产的主力必将是Mishrif碳酸盐岩油藏。Mishrif油藏储层为缓坡台地相碳酸盐岩，储层发育受层序格架、沉积相、成岩作用等因素的控制。最主要的储层为内缓坡泻湖内的生物碎屑滩相颗粒灰岩，其岩石组分多为生物骨架颗粒，孔隙性好，但只在局部发育较厚的生物碎屑颗粒滩相灰岩，由于不同类型储层物性差异极大，各类储层在空间上存在不同的组合叠置方式，不同的叠置模式也代表了不同的储层空间结构类型。不同类型储层的岩石物性差异较大，其纵向叠置方式的差异导致层间矛盾，会产生实际生产动态表现上的差异。
人造三维物理模型是进行油田开发室内试验的重要手段之一,要求模型能真实反映油层的骨架结构,这样才能更好地了解流体在油层中的运动过程和变化规律。在制作模型过程中，普遍存在平均渗透率高，使用的胶结物为树脂，制作过程要对模型进行烧结或者胶结处理，模型制作工艺复杂，而且现有三维填砂模型管结构单调，均为非可视化装置，且不能实现储层的非均质性模拟，这为科研者观察、了解地层渗流状况、流体分布状况带来了困难。因此，需要一种可以通过肉眼直接观察流体在岩心中流动形态的低渗仿真物理填砂模型管。
发明内容
针对现有填砂模型管结构单调，无法真实反映油层的骨架结构以及无法可视化的问题，本发明提供一种三维可视化填砂模型及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种三维可视化填砂模型，其填砂的原料组成包括：粒度为20～40目的石英砂、粒度为40～60目的石英砂、粒度为60～80目的石英砂和粒度为800目的重质碳酸钙粉，调整不同目数的石英砂和重质碳酸钙粉在模型中所占的比例，得到气测渗透率分别为12mD、104mD、144mD、253mD和45mD的砂型配比方案。
相对于现有技术，本发明提供的三维可视化填砂模型，通过选择粒度为20～40目、40～60目、60～80目的石英砂和粒度为800目的重质碳酸钙粉进行组合可精准得到12mD、104mD、144mD、253mD和45mD的气测渗透率；通过调整不同渗透率的组合比例，实现了人造填砂模型渗透率大小可控、岩心渗透率平行性好、物理模拟驱油实验重复性好，完全能够满足油田驱油体系室内评价研究需要，可广泛应用于驱油机理、配方及注入方式优化、驱油剂性能评价和驱油效果验证，解决了实验室无法制作三维可视化填砂模型的问题；且各填砂层内填入不同粒径的石英砂和重质碳酸钙，形成各层之间的渗透率差异，可以根据需要进行不同填砂组合以模拟多种非均质性油藏，为油气田开发、地下水渗流、海绵城市建设等领域提供指导依据。
优选的，气测渗透率为12mD的砂型配比为粒度为40～60目的石英砂20wt％，粒度为60～80目的石英砂20wt％，粒度为800目的重质碳酸钙粉60wt％。
优选的，气测渗透率为104mD的砂型配比为粒度为20～40目的石英砂50wt％，粒度为800目的重质碳酸钙粉50wt％。
优选的，气测渗透率为144mD的砂型配比为粒度为60～80目的石英砂100wt％。
优选的，气测渗透率为253mD的砂型配比为粒度为20～40目的石英砂45wt％，粒度为40～60目的石英砂45wt％，粒度为800目的重质碳酸钙粉10wt％。
优选的，气测渗透率为45mD的砂型配比为粒度为40～60目的石英砂80wt％，粒度为800目的重质碳酸钙粉20wt％。
优选的石英砂的粒径与800目重质碳酸钙按照不同比例进行组合，可精确得到渗透率为12mD、104mD、144mD、253mD和45mD的砂型配比，将不同的砂型配比进行组合，可模拟多种非均质油藏。且选用重质碳酸钙粉作为胶结物，无需对模型进行烧结或者胶结处理，制作工艺更简单。
优选的，根据鲁迈拉油田Mishrif油藏的储层结构将所述五种砂型配比分为A、B、C、D四种堆叠模式；
其中，A类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为253mD、45mD、104mD、144mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为253mD填砂的厚度为13.75cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为1cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为2cm，气测渗透率为144mD填砂的厚度为6.25cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为2cm；
B类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为144mD、253mD、45mD、104mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为144mD填砂的厚度为6.25cm，气测渗透率为253mD填砂的厚度为5cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为2.5cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为7.5cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为3.75cm；
C类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为144mD、104mD、253mD、45mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为144mD填砂的厚度为5.75cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为11cm，气测渗透率为253mD填砂的厚度为1.25cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为4.5cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为2.5cm；
D类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为144mD、253mD、104mD、45mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为144mD填砂的厚度为3.75cm，气测渗透率为253mD填砂的厚度为0.15cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为7.5cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为10cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为3cm。
未来鲁迈拉油田新钻井主要在Mishrif油藏，亟需进行注水相关机理研究，指导油田后期注水开发及新井部署。本发明提供的四种堆叠模式，根据几何相似、层序韵律相同、流体黏度相同的原则，能够更真实的模拟鲁迈拉油田Mishrif油藏不同的储层空间结构类型，更接近鲁迈拉油田Mishrif油藏的实际地层条件。本发明提供的不同叠置模式，储层物性差异较大，由叠置模式A至叠置模式D，储层物性逐渐变差，平均渗透率下降，渗透率级差增大，从而造成不同叠置模式的水驱特征会存在一定的差异。明确不同叠置模式水驱特征，能够为Mishrif油藏水驱开发提供技术依据，对改善Mishrif油藏水驱效果具有重要的意义。
优选的，所述三维可视化填砂模型的模具为40cm*40cm*25cm的长方体。
本发明提供的大尺度可视化填砂物理模型，由于尺寸较大，可布置的井数量多，因而能够模拟多注多采情况
优选的，所述模具的材质为亚克力板或者钢化玻璃。
通过选用由亚克力板或者钢化玻璃组成的三维可视化的模具，可使油藏实验水驱油可视化，驱替过程中可通过可视化的模具清楚地观察到驱替液及被驱替液在填砂模型中的流动形态，从而更直观的在实验条件下观察到油气在地下的运移情况，为油气田进一步增产开采提供依据。
与一维可视化填砂模型相比，本发明提供的三维可视化填砂对于整个沿程的驱替状况都可以给出直观的展示，因此可以更深入地进行注水相关机理研究，指导油田后期注水开发。
优选的，不同气测渗透率的填砂层间还设有耐高温，耐腐蚀的不锈钢烧结的可渗透隔板，所述可渗透隔板的孔径为1～200μm。
在不同渗透率的填砂层间设置孔径为1～200μm的可渗透隔板，可以保证所述填砂槽内形成的渗透层之间流体交换而不会导致砂子的运移，能够模拟实际储层的层内非均质状况，同时还可以在实验结束时将各填砂层拆开观察每一层的水驱油的波及面积，研究结果可用于油藏开发方案的调整。
本发明还提供一种三维可视化填砂模型的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、原料预处理：将所述各组分分别于60～70℃进行4h烘干备用；
步骤2、配料：按照模型总体积计算制备三维填砂模型所需用原料总重量，按照各组分重量百分比称取各组分；
步骤3、拌砂：将称取的各组分按比例混合，搅拌均匀；
步骤4、装模：将混合后的各组分装填到三维填砂模具内腔，每装入5cm厚度，用刮砂板将砂面刮平，然后用压板将混合物压实；然后将填装有各组分混合物的三维填砂模具置于压力试验机上，缓慢升压到5.0×106N，保持压力10min，然后卸压，继续装填有各组分的混合物，按照上述步骤，每装5cm厚进行一次加压过程，直至三维填砂模具全部填满压实；其中，每种渗透率的填砂层填充结束后放置所述可渗透隔板，然后继续填充各组分的混合物，完成三维填砂模模型制作。
上述制备方法操作简单，无复杂工序，也无需特殊的设备，按照上述设计配比和制备方法可制作出符合低渗透油藏在渗透率、孔喉结构、岩石胶结物方面特征的模型，并能减少制作工艺流程，尽可能使模型还原实际储层，有助于砂岩油藏的实际注水开发工作。
附图说明
图1为实施例1中的三维可视化填砂模型的示意图，其中1是叠置模式模型中的第一层，2是是叠置模式模型中的第二层，3是叠置模式模型中的第三层，4是叠置模式模型中的第四层，5是叠置模式模型中的第五层，6是叠置模式模型中的注入井，7是叠置模式模型中的采出井；
图2为实施例1-4制备的不同堆叠模式水驱过程中采出液含水率随着注水体积增加的变化趋势图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种三维可视化填砂模型，原料包括：
石英砂：所述石英砂分别为：粒度为20～40目、粒度为40～60目、粒度为60～80目五种规格。
胶结物：粒度为800目的重质碳酸钙粉。
用于三维填砂模型制作不同层的重量百分比：
(1)粒度为40～60目的石英砂20％；粒度为60～80目的石英砂20％；粒度为800目的重质碳酸钙粉60％；气测渗透率12mD；
(2)粒度为20～40目的石英砂50％；粒度为800目的重质碳酸钙粉50％。气测渗透率104mD
(3)粒度为60～80目的石英砂100％。气测渗透率144mD。
(4)粒度为20～40目的石英砂45％；粒度为40～60目的石英砂45％；粒度为800目的重质碳酸钙粉10％。气测渗透率253mD。
(5)粒度为40～60目的石英砂80％；粒度为800目的重质碳酸钙粉20％。气测渗透率45mD。
上述三维填砂模型的制备方法包括如下步骤：
步骤1、原料预处理：将所述各组分分别于60～70℃进行4h烘干备用；
步骤2、配料：按照模型总体积计算制备三维填砂模型所需用原料总重量，按照各组分重量百分比称取各组分；
步骤3、拌砂：将称取的各组分按比例混合，搅拌均匀；
步骤4、装模：将混合后的各组分装填到40cm*40cm*25cm的三维填砂模具内腔，每装入5cm厚度，用刮砂板将砂面刮平，然后用压板将混合物压实；然后将填装有各组分混合物的三维填砂模具置于压力试验机上，缓慢升压到5.0×106N，保持压力10min，然后卸压，继续装填有各组分的混合物，按照上述步骤，每装5cm厚进行一次加压过程，直至三维填砂模具全部填满压实；其中，每种渗透率的填砂层填充结束后放置孔径为1～200μm的可渗透不锈钢隔板，然后继续填充各组分的混合物，完成三维填砂模模型制作。
其中，三维填砂模具的材质为亚克力板。
步骤四中，各组分的填充顺序按照A类堆叠模式进行填充：即第五层填充渗透率为253mD的混合组分，厚度为13.75cm；第四层填充渗透率为45mD的混合组分，厚度为1cm；第三层填充渗透率为104mD的混合组分，厚度为2cm；第二层填充渗透率为144mD的混合组分，厚度为6.25cm；第一层填充渗透率为12mD的混合组分，厚度为2cm。
三维可视化填砂模型的模具的结构示意图如图1所示。
实施例2
本实施例中用于制作三维可视化填砂模型的原料与实施例1相同，不同的是制备方法步骤四中，各组分的填充顺序按照B类堆叠模式进行填充：第五层填充渗透率为144mD的混合组分，厚度为6.25cm；第四层填充渗透率为253mD的混合组分，厚度为5cm；第三层填充渗透率为45mD的混合组分，厚度为2.5cm；第二层填充渗透率为104mD的混合组分，厚度为7.5cm；第一层填充渗透率为12mD的混合组分，厚度为3.75cm。
其中，三维填砂模具的材质为钢化玻璃。
实施例3
本实施例中用于制作三维可视化填砂模型的原料与实施例1相同，不同的是制备方法步骤四中，各组分的填充顺序按照C类堆叠模式进行填充：第五层填充渗透率为144mD的混合组分，厚度为5.75cm；第四层填充渗透率为104mD的混合组分，厚度为11cm；第三层填充渗透率为253mD的混合组分，厚度为1.25cm；第二层填充渗透率为45mD的混合组分，厚度为4.5cm；第一层填充渗透率为12mD的混合组分，厚度为2.5cm。
其中，三维填砂模具的材质为钢化玻璃。
实施例4
本实施例中用于制作三维可视化填砂模型的原料与实施例1相同，不同的是制备方法步骤四中，各组的填充顺序按照D类堆叠模式进行填充：第五层填充渗透率为144mD的混合组分，厚度为3.75cm；第四层填充渗透率为253mD的混合组分，厚度为0.15cm；第三层填充渗透率为104mD的混合组分，厚度为7.5cm；第二层填充渗透率为45mD的混合组分，厚度为10cm；第一层填充渗透率为12mD的混合组分，厚度为3cm。
其中，三维填砂模具的材质为亚克力板。
实施例1-4制备的三维可视化填砂模型进行水驱油实验，实验结果如表1所示。
表1实施例1-4制备的三维填砂模型的水驱特征
不同堆叠模式中不同填砂层的水波及面积结果如表2所示。
(水的波及面积*油层厚度/模型体积)*100＝体积波及系数
表2不同堆叠模式中不同填砂层的水波及系数
| 波及系数 | 叠置模式A | 叠置模式B | 叠置模式C | 叠置模式D |
| 第一层 | 0.39％ | 0.27％ | 0.70％ | 0.60％ |
| 第二层 | 7.66％ | 5.89％ | 1.98％ | 8.75％ |
| 第三层 | 1.90％ | 10.00％ | 1.66％ | 5.31％ |
| 第四层 | 0.50％ | 3.93％ | 19.77％ | 0.41％ |
| 第五层 | 41.25％ | 6.25％ | 5.97％ | 7.50％ |
| 总波及系数 | 51.70％ | 35.24％ | 30.08％ | 22.54％ |
由上表可以看出，叠置模式A～D水驱过程中，采出液见水时间逐渐缩短；叠置模式A～D的总采收率、无水期采收率、含水期采收率均呈现逐渐下降的趋势；叠置模式A～D的水波及系数呈逐渐下降的趋势。
不同堆叠模式采出液含水率随着注水体积增加的变化趋势如图2所示，从图中可以看出，叠置模式A～D见水时间逐步缩短，见水后采出液含水率上升速度逐渐加快的趋势。当采出液含水率升至80％以上后，含水率上升趋势逐渐减缓，进入长时间的高含水采油期，该阶段采出液含水率高，大多数注入水沿高渗层水窜进入油井，产生无效注水循环。。
综上所述，明确不同叠置模式水驱特征，能够为Mishrif油藏水驱开发提供技术依据。本发明提供的叠置模式A至叠置模式D能够与Mishrif油藏的储层物性参数相匹配，研究纵向上不同储层叠置模式的水驱特征，对改善Mishrif油藏水驱效果具有重要的意义。本发明所提供的不同叠置模式三维可视化填砂模型，解决了不同叠置模式可视化模型在实验室无法制作的问题，可应用于实验室模拟油藏条件下的不同叠置模式水驱开发特征及典型叠置模型井网转换方式物模实验，贼层发育情况下堵水调剖及差异化水驱开发对策物模实验研究，为现场生产提供指导。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种三维可视化填砂模型，其特征在于，其填砂的原料组成包括：粒度为20目~40目的石英砂、粒度为40目~60目的石英砂、粒度为60目~80目的石英砂和粒度为800目的重质碳酸钙粉，调整不同目数的石英砂和重质碳酸钙粉在模型中所占的比例，得到气测渗透率分别为12mD、104mD、144mD、253mD和45mD的砂型配比方案；
气测渗透率为12mD的砂型配比为粒度为40目~60目的石英砂20wt%，粒度为60目~80目的石英砂20wt%，粒度为800目的重质碳酸钙粉60wt%；
气测渗透率为104mD的砂型配比为粒度为20目~40目的石英砂50wt%，粒度为800目的重质碳酸钙粉50wt%；
气测渗透率为144mD的砂型配比为粒度为60目~80目的石英砂100wt%；
气测渗透率为253mD的砂型配比为粒度为20目~40目的石英砂45wt%，粒度为40目~60目的石英砂45wt%，粒度为800目的重质碳酸钙粉10wt%；
气测渗透率为45mD的砂型配比为粒度为40目~60目的石英砂80wt%，粒度为800目的重质碳酸钙粉20wt%；
根据鲁迈拉油田Mishrif油藏的储层结构将所述五种砂型配比分为A、B、C、D四种堆叠模式；其中，A类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为253mD、45mD、104mD、144mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为253mD填砂的厚度为13.75cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为1cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为2cm，气测渗透率为144mD填砂的厚度为6.25cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为2cm；B类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为144mD、253mD、45mD、104mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为144mD填砂的厚度为6.25cm，气测渗透率为253mD填砂的厚度为5cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为2.5cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为7.5cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为3.75cm；C类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为144mD、104mD、253mD、45mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为144mD填砂的厚度为5.75cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为11cm，气测渗透率为253mD填砂的厚度为1.25cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为4.5cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为2.5cm；D类堆叠模式为：按照从底部开始填充的顺序，依次填充气测渗透率为144mD、253mD、104mD、45mD和12mD的填砂，其中气测渗透率为144mD填砂的厚度为3.75cm，气测渗透率为253mD填砂的厚度为0.15cm，气测渗透率为104mD填砂的厚度为7.5cm，气测渗透率为45mD填砂的厚度为10cm，气测渗透率为12mD填砂的厚度为3cm；
所述填砂模型的模具材质为亚克力板或者钢化玻璃。
2.如权利要求1所述的三维可视化填砂模型，其特征在于，所述三维可视化填砂模型的模具为40cm*40cm*25cm的长方体。
3.如权利要求2所述的三维可视化填砂模型，其特征在于，不同气测渗透率的填砂层间还设有耐高温、耐腐蚀的不锈钢烧结的可渗透隔板，所述可渗透隔板的孔径为1μm~200μm。
4.如权利要求3所述的三维可视化填砂模型的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、原料预处理：将各组分分别于60℃~70℃进行4h烘干备用；
步骤2、配料：按照模型总体积计算制备三维填砂模型所需用原料总重量，按照各组分重量百分比称取各组分；
步骤3、拌砂：将称取的各组分按比例混合，搅拌均匀；
步骤4、装模：将混合后的各组分装填到三维填砂模具内腔，每装入5cm厚度，用刮砂板将砂面刮平，然后用压板将混合物压实；然后将填装有各组分混合物的三维填砂模具置于压力试验机上，缓慢升压到5.0×106N，保持压力10min，然后卸压，继续装填有各组分的混合物，按照上述步骤，每装5cm厚度进行一次加压过程，直至三维填砂模具全部填满压实；其中，每种渗透率的填砂层填充结束后放置所述可渗透隔板，然后继续填充各组分的混合物，完成三维填砂模型制作。
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