CN109577945B - 一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的实验装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低渗‑超低渗油藏窜流通道判别的实验装置与方法，包括地层水存储罐（1）和原油存储罐（2），所述的地层水存储罐（1）与原油存储罐（2）通过管线分别与恒速恒压泵（5）进口连接，恒速恒压泵（5）出口与岩心夹持器（8）进口连接，岩心夹持器（8）出口与流量计（9）进口连接，流量计（9）出口与油水回收计量装置（12）连接。本发明的优点是设备简单，操作简便，试验方法可靠。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探实验设备技术领域，特别是一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的实验装置与方法。
背景技术
低渗-超低渗油藏是指油层储层渗透率低、丰度低、单井产能低的油藏，我国低渗-超低渗石油资源分布具有含油多、分布区域广、开发潜力巨大的特点，在我国油气田开发中有着重要的战略意义。但是随着低渗-超低渗油藏开发的不断深入，油藏逐步进入中高含水期，储量动用及稳产难度进一步加大，油藏难以建立有效的驱替系统，水驱储量动用程度低，加之裂缝相对发育，油井见水严重，致使注入进地层的水不能达到良好的驱替效果，形成了注入水无效注入的情况，严重影响低渗-超低渗油藏的开发效果。
低渗-超低渗油藏在窜流通道形成后，油井生产动态特征将发生显著变化，而这些动态特征变化在开发指标上将主要反映为产水(或水窜)速度的变化。油井生产上出现以下特点：油井见水快，注水井停注后油井含水下降缓慢。油井见水呈现多方向性，验证周期长。区域高含水井注采调整困难。油井治理后有效期短，治理后反复见水。
总而言之，低渗-超低渗油藏在注水开发的中、后期易形成窜流通道，注入水沿着窜流通道迅速流向生产井，形成无效注水的同时导致油井广泛见水，油田开发效果显著下降。因此研究低渗-超低渗油藏窜流通道发育程度、窜流通道走向，有利于判断注水井和生产井相互连通的高渗透率渗流通道，对剩余油分布规律研究以及低渗-超低渗油藏深部调驱综合技术方案设计具有指导意义。
目前针对低渗-超低渗油藏窜流通道判别研究的试验装置与试验方法较少，而且自动化程度低，试验误差大、精度不足。因此，开发研制一种试验装置简单，且可以自动化判别低渗-超低渗油藏窜流通道的试验装置，使其能够满足实验室测量的精度，便于操作，同时试验的原理及方法可用于低渗-超低渗油藏注采井网之间窜流通道的判别与计算。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种设备简单，操作简便，试验方法可靠的低渗-超低渗油藏窜流通道判别的实验装置与方法，计算方法是在注入地层水稳定后，将低渗-超低渗油藏窜流通道全部视为水侵，因此窜流通道中流动的流体全部等效为水，基质部分流动的流体为油水两相。试验的原理及方法可用于低渗-超低渗油藏注采井网之间窜流通道的判别与计算。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的实验装置，包括地层水存储罐和原油存储罐，所述的地层水存储罐与原油存储罐通过管线分别与恒速恒压泵进口连接，恒速恒压泵出口与岩心夹持器进口连接，岩心夹持器出口与流量计进口连接，流量计出口与油水回收计量装置连接。
具体地，所述的岩心夹持器设置有两个，岩心夹持器内放置有实验岩心，两个岩心夹持器的出口分别依次连接流量计、压力表B和油水回收计量装置。
具体地，所述的原油存储桶与恒速恒压泵之间设置有控制阀门A，地层水存储罐与恒速恒压泵之间设置有控制阀门B。
具体地，所述的恒速恒压泵出口与岩心夹持器入口之间设置有压力表A。
具体地，所述的压力表A和压力表B分别连接一压力数据采集装置，压力数据采集装置连接计算机系统。
一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的方法，包括以下步骤
打开控制阀门A，控制原油从原油存储罐流入管线，经过恒速恒压泵增压后，增压原油由管线进入岩心夹持器中，使得上下两块低渗-超低渗油藏实验岩心完全饱和原油；
岩心饱和原油后，关闭控制阀门A，打开地层水控制阀门B，控制地层水从地层水存储罐流入管线，在恒速恒压泵中增压后，增压地层水由管线进入岩心夹持器中，地层水驱动上下两块低渗-超低渗油藏实验岩心中的原油，模拟地下水驱油的物理过程；
通过流量计记录岩心夹持器中出口流量,油水回收装置记录回收的产水量和产油量，压力表A、压力表B和压力数据采集装置将采集的压力数据实时传入计算机系统，计算机系统完成分析计算。
具体地，所述的计算机系统基于低渗-超低渗油藏窜流通道的理论基础进行分析计算：
基于离散裂缝模型，考虑基岩系统中毛细管力的影响，建立油水两相微可压缩流体二维渗流控制方程：
之后采用有限元方式编制低渗-超低渗油藏数值模拟器，应用有限元法数值模拟器对低渗-超低渗油藏注水开发动态进行数值模拟研究；根据数值模拟结果，得到裂缝、基质系统中的渗流量，其中窜流通道的渗流量等效为裂缝渗流量，计算窜流通道体积；
建立水平、均质、等厚的带状地层模型，长度为B，宽度为L：
光滑平板裂隙的渗流规律：其表达式为:
由于理想裂隙在自然界是不存在的,天然裂隙面均为粗糙裂隙,为此根据流量等效的方法提出了水力隙宽h的概念，单宽流量Q1与代表隙宽h的关系：
窜流通道体积计算：
Vf＝BLhφf
本发明具有以下优点：
1、本发明操作方便，实验原理符合达西渗流定律，压力实验数据、水驱油产量实时采集，计算机系统同步计算分析，使用人员只需要操作实验装置，控制原油饱和实验岩心、水驱油实验流量、实验数据记录即可，操作计算机就可以得到低渗-超低渗油藏实验岩心是否存在窜流通道以及窜流通道的大小。
2、本发明所述的一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的实验装置具有较高自动化程度，压力、流量、产水量、产油量等数据采集与数据分析同步，可实时评价、比较低渗-超低渗油藏实验岩心窜流通道的发育情况。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1-地层水存储罐，2-原油存储罐，3-控制阀门B，4-控制阀门A，5-恒速恒压泵，6-压力表A，7-实验岩心，8-岩心夹持器，9-流量计，10-压力表B，11-压力数据采集装置，12-油水回收计量装置，13-计算机系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的实验装置，包括地层水存储罐1和原油存储罐2，所述的地层水存储罐1与原油存储罐2通过管线分别与恒速恒压泵5进口连接，恒速恒压泵5出口与岩心夹持器8进口连接，岩心夹持器8出口与流量计9进口连接，流量计9出口与油水回收计量装置12连接，所述的岩心夹持器8设置有两个，岩心夹持器8内放置有实验岩心7，两个岩心夹持器8的出口分别依次连接流量计9、压力表B10和油水回收计量装置12，所述的原油存储桶2与恒速恒压泵5之间设置有控制阀门A4，地层水存储罐1与恒速恒压泵5之间设置有控制阀门B3，所述的恒速恒压泵5出口与岩心夹持器8入口之间设置有压力表A6，所述的压力表A6和压力表B10分别连接一压力数据采集装置11，压力数据采集装置11连接计算机系统13。
一种低渗-超低渗油藏窜流通道判别的方法，包括以下步骤：
打开控制阀门A4，控制原油从原油存储罐2流入管线，经过恒速恒压泵5增压后，增压原油由管线进入岩心夹持器8中，使得上下两块低渗-超低渗油藏实验岩心7完全饱和原油；
岩心饱和原油后，关闭控制阀门A4，打开地层水控制阀门B3，控制地层水从地层水存储罐1流入管线，在恒速恒压泵5中增压后，增压地层水由管线进入岩心夹持器8中，地层水驱动上下两块低渗-超低渗油藏实验岩心7中的原油，模拟地下水驱油的物理过程；
通过流量计9记录岩心夹持器8中出口流量,油水回收装置12记录回收的产水量和产油量，压力表A6、压力表B10和压力数据采集装置11将采集的压力数据实时传入计算机系统13，计算机系统13完成分析计算。
进一步地，所述的计算机系统基于低渗-超低渗油藏窜流通道的理论基础进行分析计算：
在地层中取一微小的六面体，三边长分别为dx、dy、dz，设在M点出油、水在x方向的质量分速度分别为ρ0vox，ρwvwx，经过dt时间后，油、水流入和流出单元体的质量差应等于单元体内油、水相饱和度变化而导致的油、水相质量变化，根据质量守恒定律建立油水两相流动的连续性方程：
油、水相流动时分别服从达西定律，因此不考虑重力和毛细管压力时的运动方程为：
假设岩石及流体都是不可压缩的，因此油水两相流动的状态方程为：
ρo＝常数
ρw＝常数
由于岩石中只含油与水，因此得到饱和度归一化方程为：
So+Sw＝1
毛管压力方程
Pc(Sw)＝Po-Pw
ρ0：油相密度，kg/m3；ρw：水相密度，kg/m3；
vo：油相流动速度，m/s；vw：水相流动速度，m/s；
So：含油饱和度；Sw：含水饱和度；
Ko：油相渗透率，Dm；Kw：水相渗透率，Dm；
K：岩石的绝对渗透率，Dm；t：时间，s；
Kro：油的相对渗透率，Dm；Krw：水的相对渗透率，Dm；
μo：油的粘度，mPa·s；μw：水的粘度，mPa·s；
Pc：毛管压力，MPa；Po：油相压力，MPa；Pw：水相压力，MPa；
考虑窜流通道的油水两相渗流模型：
低渗-超低渗油藏划分为基岩系统和窜流系统两类，将窜流系统简化为一维裂缝系统。基于离散裂缝模型，考虑基岩系统中毛细管力的影响，建立油水两相微可压缩流体二维渗流控制方程：
其中：l为沿裂缝方向的局部坐标系；
δ：delt函数；在源汇处为1，在非源汇处为0，
Qwvm：源汇项，(1/s)；qmfw为基岩系统与裂缝系统间的窜流量，(1/s)；
λwf为流体流度；(mD/mPa·s)
φo为孔隙度；S为饱和度；
下标m为基岩系统参数，f为裂缝系统参数，
w为水相，o为油相,
Swf为裂缝系统含水饱和度，Swm为基质岩石含水的饱和度；
有限元数值求解：
之后采用有限元方式编制低渗-超低渗油藏数值模拟器，应用有限元法数值模拟器对低渗-超低渗油藏注水开发动态进行数值模拟研究；根据数值模拟结果，得到裂缝、基质系统中的压力分布与油水饱和度分布，其中窜流通道的渗流量等效为裂缝渗流量，以此计算窜流通道体积；
建立水平、均质、等厚的带状地层模型：长度为L，宽度为B，h为裂隙开度，地层水粘度为μ1，原油粘度为μ2，地层基质渗透率为K1，Q1裂缝单宽渗流量，J为水力比降，g为重力加速度，υ为水流运动粘滞系数，Δ为裂隙粗糙度，φf裂缝孔隙度；
计算方法是在注入地层水稳定后，将低渗-超低渗油藏窜流通道全部视为水侵，因此窜流通道中流动的流体全部等效为水，基质部分流动的流体等效为原油。
根据上述实验步骤，开展油水驱替实验，由于在低渗-超低渗地层中，伴随着注水开发过程，窜流通道由于渗透率、孔隙度远远大于基质中的渗透率、孔隙度大，因此水会沿着窜流通道优先流动达到生产井，在注入地层水稳定后，将低渗-超低渗油藏窜流通道全部视为水侵。本次开展的室内实验，将低渗-超低渗地层存在窜流通道的渗流物理过程分为两个部分的渗流，第一个部分是基质中渗流，第二个部分窜流通道中的渗流，其中基质中的渗流等效为油水两相渗流，窜流通道的渗流等效为水的单相渗流。
根据实验与数值模拟结果，可以得到窜流通道中渗流量Q1。由光滑平板裂隙的渗流规律：
由于理想裂隙在自然界是不存在的,岩心天然裂隙面均为粗糙裂隙,为此根据流量等效的方法提出了水力隙宽h的概念，单宽流量Q1与代表隙宽h的关系：
由于上述方程不存在求根公式，因此求精确根非常困难，本文基于牛顿迭代法(Newton's method)将非线性方程线性化，求解裂缝开度h。令：
设hx是f(h)＝0的一个近似根，把f(x)在hx处作泰勒展开:
取前两项来近似代替f(h)(称为f(h)的线性化)，则得近似的线性方程:
f(h)≈f(hk)-f′(hk)(h-hk)＝0
设f′(hk)≠0,令其解为hk+1,得到迭代函数:
确定迭代变量、迭代函数后，利用计算机编程可以求得f(h)的根及裂缝开度。在求得裂缝开度的基础上，可以计算窜流通道体积：
Vf＝BLhφf
L：地层模型长度，m；B：地层模型宽度，m；h：裂隙开度，m；
μ1：地层水粘度，mPa·s；μ2：原油粘度，mPa·s；
K1：地层基质渗透率，Dm；Q1：裂缝单宽渗流量，m3；
J:水力比降，g：重力加速度，m/s2；
υ：水流运动粘滞系数，Δ：裂隙粗糙度；φf：裂缝孔隙度；
Vf：窜流通道体积，m3；
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种低渗/超低渗油藏窜流通道判别的实验装置，包括地层水存储罐(1)和原油存储罐(2)，其特征在于：所述的地层水存储罐(1)与原油存储罐(2)通过管线分别与恒速恒压泵(5)进口连接，恒速恒压泵(5)出口与岩心夹持器(8)进口连接，岩心夹持器(8)出口与流量计(9)进口连接，流量计(9)出口与油水回收计量装置(12)连接；
所述的岩心夹持器(8)设置有两个，岩心夹持器(8)内放置有实验岩心(7)，两个岩心夹持器(8)的出口分别依次连接流量计(9)、压力表B(10)和油水回收计量装置(12)；
所述的恒速恒压泵(5)出口与岩心夹持器(8)入口之间设置有压力表A(6)；
所述的压力表A(6)和压力表B(10)分别连接一压力数据采集装置(11)，压力数据采集装置(11)连接计算机系统(13)；
基于离散裂缝模型，考虑基岩系统中毛细管力的影响，建立油水两相微可压缩流体二维渗流控制方程：
其中：l为沿裂缝方向的局部坐标系；δ为函数；Qwvm为源汇项，qmfw为基岩系统与裂缝系统间的窜流量，λwf为流体流度；φo为孔隙度；S为饱和度；下标m为基岩系统参数，f为裂缝系统参数，w为水相，o为油相,Swf为裂缝系统含水饱和度，Swm为基质岩石含水的饱和度；
之后采用有限元方式编制低渗/超低渗油藏数值模拟器，应用有限元法数值模拟器对低渗/超低渗油藏注水开发动态进行数值模拟研究；根据数值模拟结果，得到裂缝、基质系统中的渗流量，其中窜流通道的渗流量等效为裂缝渗流量，计算窜流通道体积；
建立水平、均质、等厚的带状地层模型：长度为L，宽度为B，h为裂隙开度，地层水粘度为μ1，原油粘度为μ2，地层基质渗透率为K1，Q1裂缝单宽渗流量，J为水力比降，g为重力加速度，υ为水流运动粘滞系数，Δ为裂隙粗糙度，φf裂缝孔隙度；
窜流通道体积计算公式：
光滑平板裂隙的渗流规律：其表达式为:
由于理想裂隙在自然界是不存在的,天然裂隙面均为粗糙裂隙,为此根据流量等效的方法提出了水力隙宽h的概念，单宽流量Q1与代表隙宽h的关系：
窜流通道体积计算：Vf＝BLhφf
Q1裂缝单宽渗流量，单位为：m3/m*s；Vf为窜流通道体积，单位为：m3；L为模型地层长度，单位为：m；B为模型地层宽度，单位为：m；h为水力隙宽，单位为：m；J为水力比降；g为重力加速度，单位为：m/s2；υ为水流运动粘滞系数，单位为：m2/s；Δ为裂隙粗糙度；φf为裂缝孔隙度，单位为：％。
2.根据权利要求1所述的一种低渗/超低渗油藏窜流通道判别的实验装置，其特征在于：所述的原油存储罐(2)与恒速恒压泵(5)之间设置有控制阀门A(4)，地层水存储罐(1)与恒速恒压泵(5)之间设置有控制阀门B(3)。
3.一种利用权利要求1～2任意一项所述的实验装置进行低渗/超低渗油藏窜流通道判别的方法，其特征在于：包括以下步骤
打开控制阀门A(4)，控制原油从原油存储罐(2)流入管线，经过恒速恒压泵(5)增压后，增压原油由管线进入岩心夹持器(8)中，使得上下两块低渗/超低渗油藏实验岩心(7)完全饱和原油；
岩心饱和原油后，关闭控制阀门A(4)，打开地层水控制阀门B(3)，控制地层水从地层水存储罐(1)流入管线，在恒速恒压泵(5)中增压后，增压地层水由管线进入岩心夹持器(8)中，地层水驱动上下两块低渗/超低渗油藏实验岩心(7)中的原油，模拟地下水驱油的物理过程；
通过流量计(9)记录岩心夹持器(8)中出口流量,油水回收计量装置(12)记录回收的产水量和产油量，压力表A(6)、压力表B(10)和压力数据采集装置(11)将采集的压力数据实时传入计算机系统(13)，计算机系统(13)完成分析计算。
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