CN109765143B - 一种分级调剖堵水效果的评价方法及装置 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本申请实施例提供了一种分级调剖堵水效果的评价方法及装置。其中，所述方法包括：取适量调剖堵水剂样品，进行凝胶性能评价实验；获取所述调剖堵水剂的凝胶性能评价模型，对其凝胶性能进行评价；选择一定目数的石英砂，制作两根相同孔隙度和渗透率的岩心砂管，并将两根砂管分别接入实验流程；获取岩心砂管孔隙度计算模型、初始渗透率计算模型、阻力系数计算模型、水相残余阻力系数计算模型、油相残余阻力系数计算模型、岩心砂管堵塞率计算模型以及突破压力梯度计算模型；根据所述计算模型，分别计算分析两种调剖方式的效果，综合评价单级调剖堵水效果与分级调剖堵水方式的效果。本申请实施例所提的技术方案具有简单实用的优点。
Description
技术领域
本发明属于低渗透油气勘探开发领域，特别涉及一种分级调剖堵水效果的评价方法及装置。
背景技术
随着油田开发的进行，采出液含水率越来越高产油量越来越低，为了控水稳油，石油科研人员进行了大量的科学研究，实践证明，化学堵水、调剖是一种简单、有效、经济的方法。
近年来，油田堵水、调剖技术出现了一些新动向，主要有：弱凝胶调驱技术，稠油热采井高温调剖技术，深井超深井堵水调剖技术，注聚合物油藏的调剖堵水技术，以及水平井堵水治水技术等。经过多年发展，已形成机械和化学两大类堵水调剖技术，相应地研制成功八大类近百种堵水、调剖化学剂。研制了直井、斜井和机械采油井多种机械堵水调剖管柱，配套和完善了数值模拟技术，堵水、调剖目标筛选技术等7套技术，达到年施工2000井次，增产原油60×104 t的工业规模，为我国高含水油田挖潜，提高注水开发油田的开采效率做出了重要贡献。同时，开展了机理研究，进行了微观、核磁成像物模的试验研究，使堵水、调剖机理的认识更深一步。
根据调剖剂类型，调剖技术主要分为沉淀型无机盐类、冻（凝）胶类、微生物类、体膨颗粒类、泡沫类等，虽然各种调剖技术都取得了一定的现场应用效果，但是每种技术均存在各自的缺点与不足：由于常规冻胶类调剖剂成胶时间短、强度大，导致处理半径有限，仅能封堵近井地带，注入水容易绕过近井封堵带进入高渗透带的水窜通道；颗粒类和泡沫类调剖剂对储层物性的适应范围有限、有效期短。
为了避免单一调剖剂或者单级调剖技术的缺点，更好的发挥调剖堵水剂的效果，2015年梁丹等人在《石油钻探技术》上发表期刊文章，研究了分级深度调剖技术。在分级组合深部调剖中，组合是连续相堵剂与分散相堵剂的组合，结合室内实验研究结果在组合的基础上，设计注入一段强冻胶作为封口段塞进行保护，若注完微球后压力与之前注完冻胶相比有所下降，则注入封口段塞; 若注完微球后压力与之前注完冻胶相比有所上升，则直接转水驱。效果显示，该方法效果良好，并提出根据地层物性优选出合适的调剖体系，并对调剖体系进行优化组合设计，可以达到最佳的调剖效果。
因此，为了实现根据地层物性优选出合适的调剖体系、并对调剖体系进行优化组合设计的目标，最便捷、实用的方法是采用室内模拟实验，对调剖堵水剂进行组合设计优选。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种分级调剖堵水效果的评价方法及装置，具有简单实用的优点。
为达到上述目的，本申请实施例提供一种分级调剖堵水效果的评价方法，所述方法包括：
取适量调剖堵水剂样品，进行凝胶性能评价实验；
获取所述调剖堵水剂的凝胶性能评价模型，对其凝胶性能进行评价；
选择一定目数的石英砂，制作两根相同孔隙度和渗透率的岩心砂管，并将两根砂管分别接入实验流程；
获取岩心砂管孔隙度计算模型、初始渗透率计算模型、阻力系数计算模型、水相残余阻力系数计算模型、油相残余阻力系数计算模型、岩心砂管堵塞率计算模型以及突破压力梯度计算模型；
根据所述计算模型，分别计算分析两种调剖方式的效果，综合评价单级调剖堵水效果与分级调剖堵水方式的效果。
为达到上述目的，本申请实施例还提供了一种分级调剖堵水效果的评价装置，所述装置包括：调剖剂凝胶性能评价模块，评价反应温度、体系中水的矿化度和地层水中矿化度、高温以及机械剪切等对调剖剂凝胶性能的影响，对调剖堵水剂的凝胶性能进行初步的评价；
单级调剖堵水实验模块，评价单级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与分级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
分级调剖堵水实验模块，评价分级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与单级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
调剖堵水性能评价模块，综合评价两种调剖堵水方式的效果差异。
由上述本申请实施例所提供的技术方案可知，本申请实施例根据反应温度、体系中水的矿化度和地层水中矿化度、高温以及机械剪切等对调剖剂凝胶性能的影响，对调剖堵水剂的凝胶性能进行初步的评价，另外，本申请实施例中设置了单级调剖堵水实验模块、分级调剖堵水实验模块、调剖堵水性能评价模块，通过初步评价、对比实验分析，进一步提高了实验结果的准确性，操作、计算简单，并且有一定的工程实用价值，具有一定的指导意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，构成本申请实施例的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：
图1为本申请实施例的分级调剖堵水效果的评价方法流程示意图；
图2为本申请实施例的分级调剖堵水效果的评价装置示意图；
图3为本申请实施例的单级调剖堵水实验模块、分级调剖堵水实验模块实验装置示意图；
图4为本申请实施例的驱替岩心砂管样品分析示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请实施例的示意性实施例及其说明用于解释本申请实施例，但并不作为对本申请实施例的限定。
下面结合附图，对本申请实施例的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1是本申请实施方式中，分级调剖堵水效果的评价方法流程示意图。如图1中所示，该方法可以包括以下几个步骤。该方法可以用来对单级调剖堵水效果、分级调剖堵水的机理进行研究，进一步改善调剖堵水工艺流程，优化调剖堵水剂的调剖堵水性能，最大限度的提高调剖堵水的效果。
步骤S101：取适量调剖堵水剂样品，进行凝胶性能评价实验；
具体地，具体要求为：所述调剖堵水剂样品一般为连续相的冻胶或凝胶。
步骤S102：获取所述调剖堵水剂的凝胶性能评价模型，对其凝胶性能进行评价；
具体地，所述凝胶性能评价模型，具体包括：反应温度对凝胶化的影响模型、体系中水的矿化度和地层水中矿化度对调剖剂凝胶化的影响模型、高温热稳定性评价模型、机械剪切性能评价模型；
优选的，利用场发射发射扫描电子显微镜对调剖剂的进行取样观察，通过扫描电子显微镜可以观察到凝胶的微观结构，微观结构与凝胶性能参数以及调剖堵水效果等结果可以相互印证，总结相应的规律；
优选的，凝胶性能评价指标可从成胶时间、稳定性、膨胀倍数（初膨、终膨）、凝胶强度、粘弹性、抗压强度及抗剪切及韧性中选择，一般为一个或者多个。
步骤S103：选择一定目数的石英砂，制作两根相同孔隙度和渗透率的岩心砂管，并将两根砂管分别接入实验流程；
具体地，具体要求为，岩心砂管的长度为65cm、直径为2.5 cm，岩心砂管用来模拟地层的孔隙度、渗透率，岩心砂管内部填装 40～250目石英砂与环氧树脂的混合物，两者混合均匀后经过压实而成，岩心砂管的渗透率在0.5～50μm2之间，可通过改变不同目数石英砂与环氧树脂的比例进行调节孔隙度及渗透率的大小，制作的两根岩心砂管的孔隙度、渗透率要相同，误差不得超过3%。
步骤S104：获取岩心砂管孔隙度计算模型、初始渗透率计算模型、阻力系数计算模型、水相残余阻力系数计算模型、油相残余阻力系数计算模型、岩心砂管堵塞率计算模型以及突破压力梯度计算模型；
根据以下公式，得到岩心砂管的孔隙度，
式中：Φ为岩心砂管的孔隙度，无量纲；W 1为岩心砂管饱和盐水后的重量，单位为g；W 1为岩心砂管烘干时的净重量，单位为g；ρ 盐水为盐水的密度，单位为g/cm3；d为岩心砂管的直径，单位为cm；L为岩心砂管的长度，单位为cm；
根据以下公式，得到岩心砂管的渗透率，
式中：K为岩心砂管的渗透率，单位为μm2；Q为流体的体积流量，单位为cm3/s；μ为流体的黏度，单位为mPa﹒s；ΔP为岩心砂管两端的压差，单位为MPa；A为岩心砂管的横截面积，单位为cm2；
根据以下公式，计算流体通过岩心砂管时的阻力系数，
式中：P r为阻力系数，无量纲；P G为一定流速下堵剂注入过程的驱替压差，单位为MPa；P W为相同流速下清水注入过程的流动压差，单位为MPa；
根据以下公式，计算流体通过岩心砂管时的堵塞率，
式中：K wb为经过调剖处理后岩心砂管的水相渗透率，单位为μm2；K wa为调剖处理前岩心砂管的水相渗透率，单位为μm2。
步骤S105：根据所述计算模型，分别计算分析两种调剖方式的效果，综合评价单级调剖堵水效果与分级调剖堵水方式的效果；
具体地，调剖堵水效果的评价标准为：
1、凝胶性能评价性能评价标准
调剖堵水剂的凝胶性能评价性能良好是调剖堵水剂的基础性能，在100℃高温条件下，凝胶强度应大于500mPa﹒s；在地层流体的矿化度大于6×104mg/L时，体系的成胶率应至少大于30%，具有良好的耐性；在室温下以300 r / min 的转速机械剪切不同时间，粘度随时间的变化不应该超过30%，凝胶的抗剪切性能较好。
2、对储层流体封堵能力的评价标准
通过调剖堵水前后岩心渗透率的变化来表示调剖剂对储层流体的封堵能力，堵塞率为初始渗透率与堵后渗透率之差除以初始渗透率的百分数；
E≥85%，对储层流体封堵能力偏强；
60%≤E＜85%，对储层流体封堵能力中等偏强；
30%≤E＜60%，对储层流体封堵能力中等偏弱；
10%≤E＜30%，对储层流体封堵能力较弱；
E＜10%，基本对储层流体无封堵能力。
本申请实施例中还提供了一种分级调剖堵水效果的评价装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与一种分级调剖堵水效果的评价方法相似，因此该装置的实施可以参见一种分级调剖堵水效果的评价方法实施，重复之处不再赘述。
如图2所示为一种分级调剖堵水效果的评价装置，该装置可以包括：
调剖剂凝胶性能评价模块，评价反应温度、体系中水的矿化度和地层水中矿化度、高温以及机械剪切等对调剖剂凝胶性能的影响，对调剖堵水剂的凝胶性能进行初步的评价；
单级调剖堵水实验模块，评价单级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与分级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
分级调剖堵水实验模块，评价分级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与单级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
调剖堵水性能评价模块，综合评价两种调剖堵水方式的效果差异。
调剖剂凝胶性能评价模块201，用于评价反应温度、体系中水的矿化度和地层水中矿化度、高温以及机械剪切等对调剖剂凝胶性能的影响，对调剖堵水剂的凝胶性能进行初步的评价；
具体地，所述调剖剂凝胶性能评价模块201可以包括集热式恒温加热磁力搅拌器、抽滤装置、旋转黏度计、自动张力仪、布氏漏斗、布氏粘度计、落球粘度计、比色管、温度传感器、“毛细管”粘度计、韧性及抗压评价装置，还可以包括场发射发射扫描电子显微镜，通过扫描电子显微镜可以观察到凝胶的微观结构，微观结构与凝胶性能参数以及调剖堵水效果等结果可以相互印证，总结相应的规律。
单级调剖堵水实验模块202，用于评价单级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与分级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
具体地，所述单级调剖堵水实验模块202的实验过程可以包括：（1）对岩心砂体进行抽真空处理后，饱和模拟地层油并计量饱和进入岩心砂体的油量，计算孔隙度；（2）将已饱和地层油的岩心砂体接入到实验流程中，反向驱替标地层油待流量稳定后，输出对应的压差和流量值，计算岩心砂体的初始渗透率并记录此时岩心砂体两端的压差作为基础压差；（3）将调剖堵水剂正向驱入岩心，并记录流出液体的累计液量，30分钟后关闭岩心夹持器两端阀门，使调剖堵水剂在岩心中保持2小时；（4）再向岩心砂体中反向驱替标准盐水，待流量稳定后记录压差和流量，计算岩心砂体经过调剖堵水剂的封堵之后渗透率并记录此时岩心砂体两端的压差。（5）如图4所示的本申请实施例的驱替岩心砂管样品分析示意图，分别在不同阶段取A、B、C、D四份岩心砂体样品，采用场发射发射扫描电子显微镜进行观察凝胶的微观结构，微观结构以及调剖堵水剂对于岩心砂体的封堵情况。
分级调剖堵水实验模块203，用于评价分级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与单级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
具体地，所述分级调剖堵水实验模块203的实验过程可以包括：（1）对岩心砂体进行抽真空处理后，饱和模拟地层油并计量饱和进入岩心砂体的油量，计算孔隙度；（2）将已饱和地层油的岩心砂体接入到实验流程中，反向驱替标地层油待流量稳定后，输出对应的压差和流量值，计算岩心砂体的初始渗透率并记录此时岩心砂体两端的压差作为基础压差；（3）按照设计好的顺序依次将调剖堵水剂1#、调剖堵水剂2#正向驱入岩心，并记录流出液体的累计液量，30分钟后关闭岩心夹持器两端阀门，使调剖堵水剂在岩心中保持2小时；（4）再向岩心砂体中反向驱替标准盐水，待流量稳定后记录压差和流量，计算岩心砂体经过调剖堵水剂的封堵之后渗透率并记录此时岩心砂体两端的压差。（5）如图4所示的本申请实施例的驱替岩心砂管样品分析示意图，分别在不同阶段取A、B、C、D四份岩心砂体样品，采用场发射发射扫描电子显微镜进行观察凝胶的微观结构，微观结构以及调剖堵水剂对于岩心砂体的封堵情况。
优选地，所述单级调剖堵水实验模块202、分级调剖堵水实验模块203均放置于温度可调节的恒温箱中，恒温箱中装有温度控制装置，岩心两侧相对位置装有X射线发射器与射线探测器，该射线探测器通过数据线与调剖堵水性能评价模块204相连，调剖堵水实验模块中装有恒温控制器、温度传感器、应力传感器，压力与流量可以分别经由压力传感器和流量传感器测量得到，实现实时在线监测。温度传感器、应力传感器都通过数据线与调剖堵水性能评价模块中的PLC控制器相连，PLC控制器利用所述压力差、所述液体流速计算获取出口处的流量，PLC实现控制装置与计算机的通讯功能，压力传感器和温度传感器得到的是连续的模拟信号，而如果要想使用计算机来记录这些在线测得的数据，送入计算机的必须是数字信号，所以必须对分别由压力传感器和流量传感器测得的压力和流量信号进行A/D转换，这一工作就可以使用PLC及其它的模拟量扩展模块来实现。
调剖堵水性能评价模块204，用于综合评价两种调剖堵水方式的效果差异；
具体地，所述调剖堵水性能评价模块包括PLC控制器、图像处理器、计算机。
本申请实施例中所描述的方法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EE PROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。
以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种分级调剖堵水效果的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
取适量调剖堵水剂样品，进行凝胶性能评价实验；
获取所述调剖堵水剂的凝胶性能评价模型，对其凝胶性能进行评价；
选择一定目数的石英砂，制作两根相同孔隙度和渗透率的岩心砂管，并将两根砂管分别接入实验流程；
获取岩心砂管孔隙度计算模型、初始渗透率计算模型、阻力系数计算模型、水相残余阻力系数计算模型、油相残余阻力系数计算模型、岩心砂管堵塞率计算模型以及突破压力梯度计算模型；
根据所述计算模型，分别计算分析两种调剖方式的效果，综合评价单级调剖堵水效果与分级调剖堵水方式的效果；
所述凝胶性能评价模型，具体包括：反应温度对凝胶化的影响模型、体系中水的矿化度和地层水中矿化度对调剖剂凝胶化的影响模型、高温热稳定性评价模型、机械剪切性能评价模型；
所述调剖堵水效果的评价标准：
(1)所述凝胶性能的评价标准在100℃高温条件下，凝胶强度大于500mPa﹒s；在地层流体的矿化度大于6×104mg/L时，体系的成胶率大于30％，具有良好的耐性；在室温下以300r/min的转速机械剪切不同时间，粘度随时间的变化不超过30％，凝胶的抗剪切性能较好；
(2)对储层流体封堵能力的评价标准：通过调剖堵水前后岩心渗透率的变化来表示调剖剂对储层流体的封堵能力，堵塞率为初始渗透率与堵后渗透率之差除以初始渗透率的百分数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取适量调剖堵水剂样品，进行凝胶性能评价实验，具体要求为：所述调剖堵水剂样品为连续相的冻胶或凝胶。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择一定目数的石英砂，制作两根相同孔隙度和渗透率的岩心砂管，具体要求为：岩心砂管的长度为65cm、直径为2.5cm，岩心砂管用来模拟地层的孔隙度、渗透率，岩心砂管内部填装40～250目石英砂与环氧树脂的混合物，两者混合均匀后经过压实而成，岩心砂管的渗透率在0.5～50μm2之间，可通过改变不同目数石英砂与环氧树脂的比例进行调节孔隙度及渗透率的大小，制作的两根岩心砂管的孔隙度、渗透率要相同，误差不得超过3％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取岩心砂管孔隙度计算模型、初始渗透率计算模型、阻力系数计算模型、水相残余阻力系数计算模型、油相残余阻力系数计算模型、岩心砂管堵塞率计算模型以及突破压力梯度计算模型，具体为：
根据以下公式，得到岩心砂管的孔隙度，
式中：Φ为岩心砂管的孔隙度，无量纲；W1为岩心砂管饱和盐水后的重量，单位为g；W0为岩心砂管烘干时的净重量，单位为g；ρ盐水为盐水的密度，单位为g/cm3；d为岩心砂管的直径，单位为cm；L为岩心砂管的长度，单位为cm。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述初始渗透率计算模型，具体为：
根据以下公式，得到岩心砂管的渗透率，
式中：K为岩心砂管的渗透率，单位为μm2；Q为流体的体积流量，单位为cm3/s；μ为流体的黏度，单位为mPa·s；ΔP为岩心砂管两端的压差，单位为MPa；A为岩心砂管的横截面积，单位为cm2。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阻力系数计算模型，具体为：
式中：Pr为阻力系数，无量纲；PG为一定流速下堵剂注入过程的驱替压差，单位为MPa；PW为相同流速下清水注入过程的流动压差，单位为MPa。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述岩心砂管堵塞率计算模型，具体为：
根据以下公式，计算流体通过岩心砂管时的堵塞率，
式中：Kwb为经过调剖处理后岩心砂管的水相渗透率，单位为μm2；Kwa为调剖处理前岩心砂管的水相渗透率，单位为μm2。
8.一种分级调剖堵水效果的评价装置，其特征在于，所述装置包括：
调剖剂凝胶性能评价模块，评价反应温度、体系中水的矿化度和地层水中矿化度、高温以及机械剪切对调剖剂凝胶性能的影响，对调剖堵水剂的凝胶性能进行初步的评价；
单级调剖堵水实验模块，评价单级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与分级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
分级调剖堵水实验模块，评价分级调剖堵水剂对岩心砂管的调剖堵水能力，并与单级调剖堵水实验模块中的实验结果进行对比；
调剖堵水性能评价模块，综合评价两种调剖堵水方式的效果差异；
调剖堵水效果的评价标准：
(1)所述凝胶性能的评价标准在100℃高温条件下，凝胶强度大于500mPa﹒s；在地层流体的矿化度大于6×104mg/L时，体系的成胶率大于30％，具有良好的耐性；在室温下以300r/min的转速机械剪切不同时间，粘度随时间的变化不超过30％，凝胶的抗剪切性能较好；
(2)对储层流体封堵能力的评价标准：通过调剖堵水前后岩心渗透率的变化来表示调剖剂对储层流体的封堵能力，堵塞率为初始渗透率与堵后渗透率之差除以初始渗透率的百分数。
9.如权利要求8所述的一种分级调剖堵水效果的评价装置，其特征在于：所述调剖剂凝胶性能评价模块包括场发射扫描电子显微镜，通过扫描电子显微镜可以观察到凝胶的微观结构，微观结构与凝胶性能参数以及调剖堵水效果结果可以相互印证，总结相应的规律；所述分级调剖堵水效果的评价装置放置于温度可调节的恒温箱中，恒温箱中装有温度控制装置；所述分级调剖堵水实验模块中的岩心砂体两侧相对位置装有X射线发射器与射线探测器，该射线探测器通过数据线与调剖堵水性能评价模块相连；调剖堵水性能评价模块包括图像处理器、计算机。
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