CN111663927A - 对裂缝性致密油藏中适度注水研究的系统、设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本文描述了用于对裂缝性致密油藏中的适度注水研究的系统、设备和方法。所述系统包括容置岩板样品的设备，所述岩板样品包含来自裂缝性致密油藏的原油。所述设备包括容置岩板样品的本体，所述本体具有第一端和第二端，所述第一端具有注入端口，所述第二端具有生产端口。所述系统还包括检测器、数据获取系统以及计算装置，所述检测器沿岩板样品定位以沿着岩板样品接收来自流体和/或原油的一个或多个信号，所述数据获取系统通信地耦接至检测器以从检测器接收所述一个或多个信号并将所述一个或多个信号转换成数字信号，所述计算装置通信地耦接至数据获取系统以从数据获取系统接收所述数字信号，并实时确定流体和/或原油沿着原油样品的位置。
Description
技术领域
本文公开的实施例涉及对油藏/油储层中注水的研究，并且特别涉及用于对裂缝性致密油藏中的注水研究的系统、设备和方法。
背景技术
一次采油技术通常仅回收裂缝性致密油藏中原油现地藏量(OOIP)的约10％。如此，当进行二次采油方法时，大量的油保留在储层中。
注水(waterflooding)是一种常见的用于从裂缝性致密油藏中提取原油的二次采油方法。在裂缝性致密油藏中使用注水的现场经验通常不同于在常规储层中使用注水。首先，难以将水注入裂缝性致密油藏的基质中以从其中的岩石基质中置换油。储层内裂缝的渗透性远高于岩石基质的渗透性。为了在裂缝和岩石基质二者中具有相同的流速，裂缝中所需的压力远低于岩石基质中所需的压力。然而，在裂缝性致密油藏中，岩石基质与裂缝是相连的，这意味着岩石基质和裂缝二者都具有相同的压力。相应地，如果压力足够高以使水涌入岩石基质，则要么通过裂缝的水的流速非常高或是在岩石基质中引入更多的裂缝，这可能显著降低驱油效率。
其次，从裂缝性致密油藏进行采油主要是由于渗吸。渗吸通常是一个缓慢的过程，因此裂缝性致密油藏的采油率普遍较低。第三，裂缝性致密油藏内的裂缝(水力裂缝和天然裂缝二者)通常具有比常规储层中的裂缝更高的渗透性(可能高出几个数量级)。与常规储层相比，尤其是在高注水率下，这使得难以实现在裂缝性致密油藏中岩石基质的均匀波及(uniform sweep)。此外，在高注水率下，生产井中的含水量迅速增加并且在没有携带大量原油的情况下产生注入的水。
另外，如果在注入井和生产井之间发生通过由于高注入率积聚的高储层压力而引起的水力裂缝，则储层可变得不均匀并且使水比相对低的注入率更容易突破。低注入率可以通过减慢水突破时间、减少引入的裂缝发生的机会、在相同的注入孔体积下具有比高注入率更低的含水率而使油田受益。然而，其缺点也可以忽略不计。低注入率可能无法有效地支持生产期间的压降，导致低生产率并降低油田资本现金流动能力。
许多研究人员已经就不同方面单独地研究了渗吸效应。已经在静态渗吸设备或数值方法中研究了润湿性、水盐度、渗透性、孔隙度、开孔面、流动性比率等对渗吸效果的影响。已经开发了基于这些实验的尺度化方程来预测油田的产油性能。然而，裂缝和注水参数的研究主要聚焦在油田水平。仍难以根据目标地层的不同地质特征(例如孔隙度、渗透性、天然裂缝和水力裂缝)确定注水参数的边界值。为了在裂缝性致密油层中成功实施适度的注水，不同裂缝的参数、渗吸效应和注水参数(如注水率、注水压力或注采比等)是需要调查的重要因素。
发明内容
根据一些实施例，提供一种对裂缝性致密油藏中的注水研究的系统，所述系统包括：设备，所述设备容置来自于致密油藏的裂缝性岩板样品，所述岩板样品包含原油，所述设备包括：本体，所述本体具有第一端和与所述第一端相反的第二端，所述第一端和所述第二端间隔开所述本体的长度，所述本体限定内容积部，所述岩板样品设置在所述内容积部内；定位在所述本体的第一端中的注入端口，用于将流体朝着所述岩板样品地引导到所述本体的内容积部中，以从所述岩板样品排出所述原油；以及在所述本体的第二端中的至少一个生产端口，用于从所述本体的内容积部移除所述流体和原油；检测器，所述检测器沿着所述岩板样品的长度定位并且被配置成随着流体和原油的至少其中之一行进通过所述岩板样品而接收来自所述流体和原油的至少其中之一的信号，所述流体和原油的至少其中之一包含示踪剂，所述示踪剂发射由所述检测器可检测的信号；数据获取系统，所述数据获取系统通信地耦接至所述检测器并且被配置成从所述检测器接收所述信号并将所述信号转换成数字信号；以及计算装置，所述计算装置通信地耦接至所述数据获取系统并且被配置成从所述数据获取系统接收所述数字信号并且随着所述流体和原油的至少其中之一行进通过所述岩板样品而实时确定所述流体和原油的至少其中之一在所述本体中的位置。
根据一些实施例，所述设备还包括旋转杆，所述旋转杆耦接至所述本体的第一端和所述本体的第二端的至少其中之一，所述旋转杆被配置成使所述本体绕着由所述旋转杆限定的轴线旋转。
根据一些实施例，所述旋转杆被配置成使得所述旋转杆的旋转使所述本体旋转并且改变所述岩板样品在所述本体中的倾角(dip angle)。
根据一些实施例，所述旋转杆的轴线沿着所述本体的长度延伸。
根据一些实施例，所述旋转杆的轴线与所述岩板样品相交。
根据一些实施例，所述旋转杆的轴线将所述岩板样品平分。
根据一些实施例，所述设备还包括拦截部，所述拦截部被配置成至少部分地围绕岩板样品的至少一部分，以阻碍所述流体和/或所述原油离开所述岩板样品的侧表面的通路。
根据一些实施例，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的至少两个侧表面。
根据一些实施例，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的三个侧表面。
根据一些实施例，所述设备还包括两个板，所述两个板与所述岩板样品相邻地定位于所述本体的内容积部内，以阻碍流体和/或原油从所述岩板样品向外的运动。
根据一些实施例，所述两个板是上板和下板，所述上板与所述岩板样品相邻并在其上方地定位以阻碍所述流体沿着向上方向从所述岩板样品向外的运动，所述下板与所述岩板样品相邻并在其下方地定位以阻碍所述流体沿着向下方向从所述岩板样品向外的运动。
根据一些实施例，所述检测器是沿着所述岩板样品的长度定位的一个或多个伽马射线检测器。
根据一些实施例，所述一个或多个伽马射线检测器沿着所述岩板样品的长度以及宽度定位。
根据一些实施例，所述一个或多个伽马射线检测器定位于所述本体的下方。
根据一些实施例，所述系统还包括摄像机，所述摄像机被配置成捕获所述岩板样品的图像以使通过所述岩板样品的流体和/或原油可视化。
根据一些实施例，所述本体是透明的，并且所述摄像机定位于所述本体的上方。
根据一些实施例，所述流体是水。
根据一些实施例，提供一种用于对裂缝性致密油藏中的注水研究的设备，所述设备容置来自于致密油藏的岩板样品，所述岩板样品包含原油，所述设备包括：本体，所述本体具有第一端和与所述第一端相反的第二端，所述第一端和所述第二端间隔开所述本体的长度，所述本体限定内容积部，所述岩板样品设置在所述内容积部内；定位在所述本体的第一端中的注入端口，用于将流体朝着所述岩板样品地引导到所述本体的内容积部中，以从所述岩板样品排出所述原油；以及在所述本体的第二端中的至少一个生产端口，用于从所述本体的内容积部移除所述流体和原油。
根据一些实施例，所述设备还包括旋转杆，所述旋转杆耦接至所述本体的第一端和所述本体的第二端的至少其中之一，所述旋转杆被配置成使所述本体绕着由所述旋转杆限定的轴线旋转。
根据一些实施例，所述旋转杆被配置成使得所述旋转杆的旋转使所述本体旋转并且改变所述岩板样品在所述本体中的倾角。
根据一些实施例，所述旋转杆的轴线沿着所述本体的长度延伸。
根据一些实施例，所述旋转杆的轴线与所述岩板样品相交。
根据一些实施例，所述旋转杆的轴线将所述岩板样品平分。
根据一些实施例，所述设备还包括拦截部，所述拦截部被配置成至少部分地围绕岩板样品的至少一部分，以阻碍所述流体和/或所述原油离开所述岩板样品的侧表面的通路。
根据一些实施例，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的至少两个侧表面。
根据一些实施例，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的三个侧表面。
根据一些实施例，所述设备还包括两个板，所述两个板与所述岩板样品相邻地定位于所述本体的内容积部内，以阻碍流体和/或原油从所述岩板样品向外的运动。
根据一些实施例，所述两个板是上板和下板，所述上板与所述岩板样品相邻并在其上方地定位以阻碍所述流体沿着向上方向从所述岩板样品向外的运动，所述下板与所述岩板样品相邻并在其下方地定位以阻碍所述流体沿着向下方向从所述岩板样品向外的运动。
在阅读了一些示例性实施例的以下描述之后，对于本领域普通技术人员来说，其它方面和特征将变得显而易见。
附图说明
本文包括的附图用于说明本说明书的设备和实验示意图的各种示例。在附图中：
图1是根据至少一个实施例的用于对裂缝性致密油藏中的适度注水研究的系统的示意图；
图2是根据至少一个实施例的图1的系统的设备的分解图；
图3是图2的设备的一部分的俯视图，示出了根据至少一个实施例的岩板样品中不存在天然裂缝的裂缝布局；
图4是图2的设备的一部分的俯视图，示出了根据至少一个实施例的岩板样品包含天然裂缝的裂缝布局；
图5是图2的设备的一部分的俯视图，示出了根据另一个实施例的裂缝布局，其中岩板中不存在天然裂缝；
图6是图2的设备的一部分的俯视图，示出了根据另一个实施例的裂缝布局，其中岩板包含天然裂缝；
图7A和图7B分别是图1系统的设备根据另一个具有第三裂缝布局而不考虑天然裂缝的实施例的俯视图和侧视图(从注入侧)，其中岩板中不存在天然裂缝；
图8A和图8B分别是图7A和图7B的设备的俯视图和侧视图(从注入侧)，所述设备具有其中岩板包含天然裂缝的第三裂缝布局；
图9是图1系统的设备根据另一个具有第四裂缝布局的实施例的俯视图，其中岩板中不存在天然裂缝；以及
图10是图9的设备的俯视图，其中岩板包含天然裂缝。
具体实施例
下面将描述实验设备的各种结构，以提供每个要求保护的实施例的示例。以下描述的实施例不限制任何要求保护的实施例，并且任何要求保护的实施例可以覆盖与以下描述的那些系统、设备和方法不同的系统、设备和方法。所要求保护的实施例不限于具有下面描述的任何一个系统、设备和方法的所有特征的系统、设备和方法，或者不限于对于下面描述的多个或所有系统、设备和方法共有的特征。
本文所述的系统、设备和方法可用于在裂缝性致密油层中施加适度注水以最大限度地利用基质渗吸效应，并且可支持适度水注入方法的理论建立。
在对从致密油地层中的岩石基质提取的原油样品的裂缝效应进行模拟的尝试中，本文描述的系统、设备和方法描述了对岩板样品进行注水测试，其中包括了不同的裂缝布局和水波及行为的监测系统。本文所述的注水测试可用于对从天然岩板采油进行研究，所述天然岩板具有变化的裂缝布局和水控制参数(例如注水率、注水压力、注采比等)，其中已经从目标致密地层的相邻层中提取了所述天然岩板。
应当注意，在随后的实施例中，当与储层情况相比时，对设备中的注入和生产端口的参照并不反映真实井中的注入和生产端口位置。注入和生产端口位置是指沿着水通过储层中的裂缝的流动路径的分析节点。因此，注入和生产端口的位置不应限于本文所述实施例中所示的位置。
现在参照图1，其中示出了用于对裂缝性致密油藏中的适度注水研究的系统100。
系统100包括检测器101、数据获取装置102、摄像机103、计算装置104、旋转杆105和设备106。
设备106具有本体107，所述本体被配置成容置待在适度注水下研究的岩板样品110。本文中，术语“适度注水”是指以相比于引起岩板基质中渗吸的流率更高流率的注水。例如，在适度注水期间，注入流体的注入压力低于储层基质的压裂压力并且高于储层基质的初始压力。在图中所示的实施例中，本体107包括两个相反的侧面108、109和两个相反的端部112、113，它们协作以形成四边形形状。应该理解的是，本体107可以具有任何其它形状，只要本体107容置岩板样品110即可。
本体107包括入口(例如入口端口)114和一个或多个出口(例如生产端口)115。例如，在图1所示的实施例中，入口114将流体(例如水)引导到本体107的内容积部116中，并且出口115a和115b从容置在本体107中的岩板样品110和/或流体中收集原油。容积部116的尺寸和形状设计成将岩板样品110(见图1和图2)保持在其中，用于适度注水测试。本体107被配置成使得引导到本体107中的流体在被出口115收集之前通过容置在本体107内的岩板样品110。本体107可以由例如透明材料形成以提供通过设备106的水和原油流动的可视化。在一些实施例中，本体107可以是透明的，以提供通过岩板样品110的水的流动行为的可视化。
在图1所示的实施例中，第一端112包括入口114，且第二端113包括第一出口115a和与第一出口115a间隔开的第二出口115b。在一些实施例中，如下所述，第一出口115a和第二出口115b可以彼此水平地间隔开。在其它实施例中，第一出口115a和第二出口115b可以彼此竖直地间隔开。在其它实施例中，第一出口115a和第二出口115b可以彼此既水平地又竖直地间隔开。第一出口115a和第二出口115b可独立地打开。相应地，第一出口115a可以在第二出口115b关闭时打开，第一出口115a可以在第二出口115b打开时关闭，第一出口115可以在第二出口115b打开时打开以及第一出口115a可以在第二出口115b关闭时关闭。
设备106可以被配置成在使用期间定位在平坦表面上。可替代地，在图中所示的实施例中，旋转杆105可以耦接至设备106并从第一端112和第二端113中之一或二者延伸。旋转杆105大体是刚性杆，其固定地耦接至设备106使得旋转杆105绕着由该旋转杆105限定的轴线的旋转使设备106绕着由该旋转杆105限定的所述轴线旋转。设备106绕着由旋转杆105限定的轴线的旋转可以提供改变岩板样品在壳体中的倾角。倾角是指岩板的顶表面从水平面倾斜的角度。在一些实施例中，岩板样品110可以不是平坦的。调节倾角可以提供关于重力如何会影响水进入本体107的注入率和/或关于水通过岩板样品110的流动行为的附加信息。
岩板样品110大体是从期望研究的油藏收集的三维岩板样品。岩板样品110大体是取自已经经历压裂(即天然或水力压裂)的储层的样品。相应地，岩板样品110的渗透性大体由于其中的裂缝而沿其每个尺度(长度、宽度和高度)变化。换句话说，岩板样品110大体具有不一致或可变的裂缝轮廓。岩板样品110大体具有长度(L)、宽度(W)和高度(H)(参见图2)的尺寸，所述尺寸可以例如基于研究目的而改变。例如，岩板样品110可以是圆形、方形或矩形，或任何其它合适的形状。在一些实施例中，岩板样品110可包括一个或多个层。岩板样品110的尺寸和形状大体适配在本体107的容积部116内。在图1和图2所示的实施例中，本体107被配置成用于具有矩形形状的岩板样品110。
在一些实施例中，岩板样品110的截面可具有方形或矩形尺寸，并且其中存在的水力裂缝可为旨在模拟储层中的情况的任何尺寸或任何形状。水力裂缝的位置可以在岩板中的任何处。岩板应来自致密地层并且可处理有水力裂缝。在一些实施例中，岩板样品110中的天然裂缝被处理为离散的裂缝。在一些实施例中，岩板样品中的水力裂缝被处理为连续的裂缝。
为了研究具有变化的裂缝轮廓的岩板样品中适度注水的效果，本文所述的设备、系统和方法提出在一些实施例中使用示踪剂，诸如染料示踪剂(例如红色或绿色染料)和/或油酸荧光素示踪剂(例如具有不同颜色或不同分子结构)以对注入设备106中的流体(例如水)和/或在注水过程中从岩板样品110中提取的原油的行为进行示踪。
具体地，在一些实施例中，经由入口114注入设备106的流体(例如水)可包含染料示踪剂和/或油酸荧光素示踪剂，以提供对流体通过设备106和岩板样品110的位置进行示踪。在流体被注入设备106之前，可以用染料示踪剂或油酸荧光素示踪剂使流体饱和化。
附加地，在一些实施例中，岩板样品110的原油可包含染料示踪剂和/或油酸荧光素示踪剂，以提供对将流体引入到本体107中并从岩板样品110中提取原油时原油通过设备106和岩板110的位置进行示踪。岩板样品具有变化的渗透性和/或裂缝轮廓，并且可以在插入设备106之前用示踪剂饱和以研究流体和/或原油通过岩板样品110的通路。
检测器101可以接收指示在注水过程期间流体位置的信号。在一些实施例中，检测器101沿着设备106定位(例如，在设备106的上方或下方)，并且接收指示当流体沿着本体107行进时流体位置的信号。信号可以由存在于液体中的(一种或多种)示踪剂提供。检测器101将随时间从(一种或多种)示踪剂接收的信号提供给数据获取系统102。
在一些实施例中，检测器101可包括如图1所示的一组伽马射线检测器。该组伽马射线检测器101可以沿着设备106布置，以对整个注水过程中当流体通过本体107中的岩板样品110时流体的位置进行示踪。具体地，当流体注入设备106的容积部116中时，流体分别朝向第一出口115a和第二出口115b通过岩板样品110。当流体朝向第一出口115a和第二出口115b行进通过本体107时，流体通过岩板样品110。为了继续行进通过岩板样品110，流体置换岩板样品110中天然存在的至少一部分原油。相应地，本文所述的实验设施模拟了在适度注水期间流体通过油藏的通路，以使用户能够实时研究对原油油藏注水的参数和影响。
可替代地或附加地，检测器101可接收指示在注水过程期间原油(例如实时)位置的信号。检测器101可以沿着设备106定位(例如，在本体107的上方或下方)，并且在整个注水过程中当流体通过岩板样品110并且置换至少一部分原油时，接收指示原油在岩板样品110中的位置的信号。当至少一部分原油通过流体从岩板样品110被置换时，检测器101可以接收指示原油在其朝向出口115a和115b通过岩石样品110时位置的信号。所述信号可以由原油中存在的(一种或多种)示踪剂提供。在放入本体107之前，可以将(一种或多种)示踪剂添加至岩板样品110(例如通过用(一种或多种)示踪剂将岩板样品110饱和化)。然后，检测器101将随时间从(一种或多种)示踪剂接收的信号提供给数据获取系统102。
例如，在一些实施例中，所述一个或多个检测器101是伽马射线检测器(诸如但不限于GAMMA-RAD5伽马射线检测系统，AMPTEK INC.，USA)，其检测来自(一种或多种)示踪剂的伽马射线发射。在一些实施例中，所述一个或多个检测器101的动态范围可以是10至3000keV，带有在662KeV下小于7％FWHM以及在1.33MeV下小于5％FWHM的分辨率。
为了监测来自(一种或多种)示踪剂的伽马射线发射的功率，可以将检测器101固定到本体107，使得检测器101对本体107的相对位置是固定的。在这些实施例中，当本体107旋转时，检测器101与本体107一起旋转。
在注水实验期间，数据获取装置102从检测器101接收当流体和原油各自行进通过岩板样品110时来自流体和原油的至少其中之一的信号。在一些实施例中，由检测器101捕获的信号由数据获取装置102转换成位置数据并传输到计算机104。检测器101捕获的信号可以由数据获取装置102例如使用DPPMCA(一种Windows软件应用程序，其为Amptek信号处理器提供数据获取、显示和控制并且是针对GAMMA-RAD5的标准数据获取和控制包)而转换成位置数据。在一些实施例中，当通过检测器101捕获伽马射线发射脉冲时，使用数字脉冲处理器(例如但不限于DP5G数字脉冲处理器，例如在数据获取装置102处)将脉冲转成数字信号。数字信号被传送到计算机104。
可选地，系统100还可以包括摄像机103，以在视觉上追踪流体和原油的至少其中之一通过岩板样品110的运动。在图中所示的实施例中，摄像机103被定位在设备106的本体107上方并且被配置成在流体和/或原油通过岩板样品110时记录流体和/或原油的视觉图像(静止图像或视频)。摄像机103可以被配置成将其捕获的图像和/或视频数据传输至计算装置104。
图2示出了图1的系统100的设备106的分解图。根据至少一个实施例，设备106包括至少一个板201，其邻近于岩板样品110定位在本体107内，以控制流体和原油离开岩板样品110的通路。例如，在一些实施例中，如图2所示，设备106包括两个板201a和201b，它们邻近于岩板样品110定位在本体107内。在一些实施例中，板201a和201b分别是定位于岩板样品上方和下方的上板和下板，以分别阻碍流体和/或原油沿着通过岩板样品110的上表面120或下表面122的向上或向下方向从岩板样品110向外的运动。例如，上板201a具有下表面210，该下表面顺应于岩板样品110的上表面120，以阻碍流体和原油的离开岩板样品110的上表面120的通路。类似地，下板201b具有上表面212，该上表面顺应于岩板样品110的下表面122，以阻碍流体和原油的离开岩板样品110的下表面122的通路。在一些实施例中，板201a和201b中的一者或二者是透明的，以便为摄像机104或使用者提供流体和/或原油通过本体107和岩板样品110的通路的可视化。在一些实施例中，上板201a和下板201b包括一个或多个开口214以将板固定在一起。
根据至少一个实施例，设备106还包括拦截部203。拦截部203被配置成至少部分地围绕岩板样品110的至少一部分以阻碍流体和/或原油离开岩板样品110的侧表面的通路。例如，如图2所示，拦截部203可以被配置成至少围绕岩板样品110的三个侧面，以阻碍流体和原油离开岩板样品110的至少三个侧面的通路。
拦截部203包括用于将流体引导到岩板样品110中的拦截部入口端口205。入口端口205可以基于流体流动模型来配置，所述流体流动模型用于预估通过岩板样品110的流体流。
参照图3至图10，其中示出了矩形水力裂缝的实施例的不同布局，用于在考虑和不考虑天然裂缝存在的情况下进行注水测试。具体示出了四种不同的裂缝布局：单个水力裂缝(参见图3和图4)、双组水力裂缝(参见图5和图6)、三组水力裂缝(参见图7和图8)和复杂的水力裂缝(参见图9和图10)。
例如，图3示出了拦截部203的一个实施例，其具有拦截部入口205，适用于不包含天然裂缝的岩板样品202A和预估通过岩板样品的流体流动的Kazemi简化模型。在该实施例中，拦截部203是透明的，并且通道401在入口205和出口206之间延伸。通道401模拟油藏中的水力裂缝。通道401具有宽度Wf1。在一些实施例中，宽度Wf1可小于约1/2英寸，或小于约1/4英寸，或小于约1/8英寸。
图4示出了图3的具有拦截部入口205的拦截部203。在该实施例中，岩板样品202B包含(在岩板样品202B中示出的)天然裂缝。图4中所示的拦截部203也适用于预估通过岩板样品的流体流的Kazemi简化模型。
通过利用图3和图4中所示的裂缝布局，可以进行研究以分析例如在不同水力裂缝尺寸、注入率、岩石渗透性、流动性比率、天然裂缝和挖掘角度下的渗吸行为(例如，波及效率，渗吸流线)。来自检测器101的信号可用于计算岩板样品202B或202C中的流体和原油随时间的位置。此外，渗吸水的3D位置图可以随着时间的推移而绘制。此外，在一些实施例中，来自摄像机103的剪辑可以用于以宏观尺度识别通过岩板样品202B、202C的油流线以验证来自检测器101的信号。基于实验结果，可以研究Kazemi简化模型的水扩散速率。
图5示出了根据另一实施例的设备106的一部分的俯视图，其中岩板样品202C被模拟水力裂缝的通道401、402、403和404围绕。设备106的该实施例适用于Matchstick模型，用于预估通过岩板样品的流体流。在该实施例中，四个通道401、402、403和404被示出为模拟不包含天然裂缝的岩板样品202C周围的水力裂缝。在图5中，通道401、402、403和404可以形成在岩板样品202C和框架204之间的空间中。每个通道401、402、403和404分别具有宽度Wf1、Wf2、Wf3和Wf4。在一些实施例中，宽度Wf1、Wf2、Wf3和Wf4可各自小于约1/2英寸，或小于约1/4英寸，或小于约1/8英寸。宽度Wf1、Wf2、Wf3和Wf4也可以基于研究目的而改变。
图6示出了设备106的一部分的俯视图，其中岩板样品202D被模拟如图5所示水力裂缝的通道401、402、403和404围绕。然而，在该实施例中，岩板样品202D具有天然裂缝。在该示例中，在该示例中，拦截部(未示出)可以定位在岩板样品202D的顶侧和底侧上，以确保岩板样品202D定位于框架204的中间。在该示例中拦截部可具有约2mm的厚度，或小于约2mm的厚度。在该示例中，拦截部(未示出)可以不定位在岩板样品202D的所有侧表面上。
通过利用图5和图6中所示的裂缝布局，可以进行研究以分析例如在不同水力裂缝尺寸、注入率、岩石渗透性、流动性比率、天然裂缝和挖掘角度下的渗吸行为(例如，波及效率，渗吸流线)。此外，还可以执行与以上关于Kazemi简化模型描述的分析相类似的分析。
图7A示出了根据另一实施例的设备106的一部分的俯视图，其中岩板样品202E被模拟水力裂缝的通道401、402、403、404、405和406围绕。设备106的该实施例适用于Warren&Root模型(J.Warren和P.Root，1963年，天然裂缝性储层的行为)，用于预估通过岩板样品的流体流。在该实施例中，通道401、402、403、404、405和406被示出为模拟不包含天然裂缝的岩板样品202E周围的水力裂缝。在一些实施例中，通道403和404彼此平行。
每个通道401、402、403、404、405和406分别具有宽度Wf1、Wf2、Wf3、Wf4、Wf5和Wf6。在一些实施例中，宽度Wf1、Wf2、Wf3、Wf4、Wf5和Wf6可小于约1/2英寸，或小于约1/4英寸，或小于约1/8英寸。宽度Wf1、Wf2、Wf3、Wf4、Wf5和Wf6也可以基于研究目的而改变。
图7B示出了图7A的设备106的所述部分从注入侧的侧视图。
图8A示出了设备106的一部分的俯视图，其中岩板样品202F被模拟水力裂缝的通道401、402、403、404、405和406围绕。然而，在该实施例中，岩板样品202F具有天然裂缝。图8B示出了图8A的设备106的所述部分从注入侧的侧视图。
通过利用图7和图8中所示的裂缝布局，可以进行研究以分析例如在不同水力裂缝尺寸、注入率、岩石渗透性、流动性比率、天然裂缝和挖掘角度下的渗吸行为(例如，波及效率，渗吸流线)。此外，还可以执行与以上关于Kazemi简化模型描述的分析相类似的分析。
图9示出了根据另一实施例的设备106的一部分的俯视图，其中岩板样品202G是没有天然裂缝的三角形岩板样品。在该实施例中，岩板样品202G被模拟水力裂缝的三个通道901、902和903围绕，而区域904是零流动区域。每个通道901、902和903分别具有宽度Wf1、Wf2、Wf11和Wf12。在一些实施例中，宽度Wf1、Wf2、Wf11和Wf12可小于约1/2英寸，或小于约1/4英寸，或小于约1/8英寸。宽度Wf1、Wf2、Wf11和Wf12也可以基于研究目的而改变。
通道902具有长度Lf11并且与通道901以角度af11距入口205一距离xf11地耦接。通道903具有长度Lf12并且与通道901以角度af12距出口206一距离xf12地耦接。长度Lf11和Lf12、距离xf11和xf12以及角度af11和af12可以基于岩板202G的尺寸和形状以及基于研究目的而改变。
图10示出了设备106的一部分的俯视图，其中岩板样品202H是具有天然裂缝的三角形岩板样品。
通过利用图9和图10中所示的裂缝布局，可以进行研究以分析例如在不同水力裂缝尺寸、注入率、岩石渗透性、流动性比率、天然裂缝和挖掘角度下的渗吸行为(例如，波及效率，渗吸流线)。此外，还可以执行与以上关于Kazemi简化模型描述的分析相类似的分析。
返回图2，在一些实施例中，拦截部203可包括与上板201a和下板201b的开口214相对应的一个或多个开口214，以将拦截部固定在上板201a和下板201b之间。
可以设想，一个或多个板201和拦截部203协作以控制流体和原油离开岩板样品的通路。例如，一个或多个板201和拦截部203协作以将流体和原油朝向一个或多个出口115引导，以确保用于密封岩板样品的透明拦截部。
图2示出了拦截部203和岩板样品110容置在设备106的本体107中的框架204内。框架204可以是不锈钢框架，用于限制在实验期间岩板样品110和拦截部203的运动。
计算装置10包括一个或多个非暂时性计算机或处理器可读存储介质、一个或多个处理器、一个或多个通信接口(例如，一个或多个栓系(tethered)连接器端口、无线电和相关天线(未示出))、输入/输出(I/O)子系统和电力系统。所述一个或多个非暂时性计算机或处理器可读存储介质可选地包括高速随机存取存储器，并且可选地还包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储装置、闪存装置或其它非易失性固态存储器装置。设备10的诸如处理器的其它组件对存储介质的访问可选地由存储器控制器(未示出)、例如经由总线或其它通信信道控制。所述一个或多个非暂时性计算机或处理器可读介质存储处理器可执行指令和/或数据，所述处理器可执行指令和/或数据可由所述一个或多个处理器执行并且当被执行时引起所述一个或多个处理器执行本文描述的各种方法。
所述一个或多个处理器运行或执行在所述一个或多个非暂时性计算机或处理器可读介质中存储的各种软件程序和/或指令集，以执行用于计算装置10以处理数据的各种功能。例如，一个或多个处理器14可以执行软件应用程序，用于在本文所述的方法之一期间计算在岩板样品110内发生的流动和渗吸效应。
所述一个或多个通信接口接收和发送信号(例如，射频RF或微波频率信号，也称为电磁信号)。所述一个或多个通信接口将电信号转换为电磁信号或从电磁信号转换电信号，并经由电磁信号与通信网络和其它通信装置通信。所述一个或多个通信接口可选地包括用于执行这种操作的电路，包括但不限于栓系连接器端口(例如，USB、火线、闪电连接器等)、天线系统、RF收发器、一个或多个放大器、调谐器、一个或多个振荡器、数字信号处理器、CODEC芯片组、用户识别模块(SIM)卡、存储器等。所述一个或多个通信接口可选地与诸如因特网、内联网和/或无线网络，诸如蜂窝电话网络、无线局域网(LAN)和/或城域网(MAN)的网络通信以及通过无线通信和其它装置通信。
I/O子系统将计算装置10的输入/输出外围设备(例如输入或控制设备)与外围设备接口(未示出)耦接。I/O子系统18可以包括用于每个输入或装置的控制器。在一些实施例中，I/O子系统18与外部装置(诸如但不限于数据获取系统102和摄像机103)耦接。
电力系统通常向计算装置10的各种组件(不是所示的所有连接)提供电力。电力系统可选地包括电力管理系统、一个或多个电源(例如，一次电池、二次电池、燃料电池、超级电容器或超电容器)、再充电系统、电力故障检测电路、电力转换器或者逆变器、电源状态指示器(例如，发光二极管(LED))以及与便携式装置中的电力的产生、管理和分配相关联的任何其它组件。再充电系统可以通过一个或多个电感器或电感接口接收电磁波来接收有线电力(来自例如微型USB充电器)或无线电力，并且经由一个或多个有线的或导电的路径向一个或多个电源提供电力。
虽然本文描述的申请人的教导是结合各种实施例为了说明的目的，但并不意图申请人的教导限于这些实施例，因为本文描述的实施例旨在作为示例。相反，在不脱离本文描述的实施例的情况下，本文描述和示出的申请人的教导涵盖了各种替换、修改和等同物，本发明的总体范围在所附权利要求书中限定。
示例
1.程序
1.1岩板制备
1)切割岩板以适合实验设备。对于考虑天然裂缝的岩板(图4、6、8、10)，可能需要在使用前对岩板进行处理。对于具有复杂水力裂缝的情况(图9至图10)，方形岩板必须被切割形成带有研究设计的复杂裂缝。如果产生裂缝的过程包括水冷，则处理后的岩板必须在120℃下放入烘箱48小时以蒸发多孔介质中的潜在水。
2)直接用轻质原油使岩板饱和化，并且确保模拟水力裂缝充满轻质原油。
1.2在岩板上进行注水测试
1)以恒定速率从注入端口注入示踪水，该恒定速率可以随研究目的而改变。
2)保持生产端口的压力与初始模型压力相同。
3)通过摄像机、来自伽马检测器的信号、生产时间、生产的油量、含水量记录水的流线。
Claims (28)
1.一种对裂缝性致密油藏中的注水研究的系统，所述系统包括：
设备，所述设备容置来自于致密油藏的裂缝性岩板样品，所述岩板样品包含原油，所述设备包括：
本体，所述本体具有第一端和与所述第一端相反的第二端，所述第一端和所述第二端间隔开所述本体的长度，所述本体限定内容积部，所述岩板样品设置在所述内容积部内；
定位在所述本体的第一端中的注入端口，用于将流体朝着所述岩板样品地引导到所述本体的内容积部中，以从所述岩板样品排出所述原油；以及
在所述本体的第二端中的至少一个生产端口，用于从所述本体的内容积部移除所述流体和原油；
检测器，所述检测器沿着所述岩板样品的长度定位并且被配置成随着流体和原油的至少其中之一行进通过所述岩板样品而接收来自所述流体和原油的至少其中之一的信号，所述流体和原油的至少其中之一包含示踪剂，所述示踪剂发射由所述检测器可检测的信号；
数据获取系统，所述数据获取系统通信地耦接至所述检测器并且被配置成从所述检测器接收所述信号并将所述信号转换成数字信号；以及
计算装置，所述计算装置通信地耦接至所述数据获取系统并且被配置成从所述数据获取系统接收所述数字信号并且随着所述流体和原油的至少其中之一行进通过所述岩板样品而实时确定所述流体和原油的至少其中之一在所述本体中的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设备还包括旋转杆，所述旋转杆耦接至所述本体的第一端和所述本体的第二端的至少其中之一，所述旋转杆被配置成使所述本体绕着由所述旋转杆限定的轴线旋转。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述旋转杆被配置成使得所述旋转杆的旋转使所述本体旋转并且改变所述岩板样品在所述本体中的倾角。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述旋转杆的轴线沿着所述本体的长度延伸。
5.根据权利要求2至4中任一所述的系统，其特征在于，所述旋转杆的轴线与所述岩板样品相交。
6.根据权利要求2至5中任一所述的系统，其特征在于，所述旋转杆的轴线将所述岩板样品平分。
7.根据权利要求1至6中任一所述的系统，其特征在于，所述设备还包括拦截部，所述拦截部被配置成至少部分地围绕岩板样品的至少一部分，以阻碍所述流体和/或所述原油离开所述岩板样品的侧表面的通路。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的至少两个侧表面。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的三个侧表面。
10.根据权利要求1至9中任一所述的系统，其特征在于，所述设备还包括两个板，所述两个板与所述岩板样品相邻地定位于所述本体的内容积部内，以阻碍流体和/或原油从所述岩板样品向外的运动。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述两个板是上板和下板，所述上板与所述岩板样品相邻并在其上方地定位以阻碍所述流体沿着向上方向从所述岩板样品向外的运动，所述下板与所述岩板样品相邻并在其下方地定位以阻碍所述流体沿着向下方向从所述岩板样品向外的运动。
12.根据权利要求1至11中任一所述的系统，其特征在于，所述检测器是沿着所述岩板样品的长度定位的一个或多个伽马射线检测器。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述一个或多个伽马射线检测器沿着所述岩板样品的长度以及宽度定位。
14.根据权利要求1至13中任一所述的系统，其特征在于，所述一个或多个伽马射线检测器定位于所述本体的下方。
15.根据权利要求1至14中任一所述的系统，还包括摄像机，所述摄像机被配置成捕获所述岩板样品的图像以使通过所述岩板样品的流体和/或原油可视化。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述本体是透明的，并且所述摄像机定位于所述本体的上方。
17.根据权利要求1至16中任一所述的系统，其特征在于，所述流体是水。
18.一种用于对裂缝性致密油藏中的注水研究的设备，所述设备容置来自于致密油藏的岩板样品，所述岩板样品包含原油，所述设备包括：
本体，所述本体具有第一端和与所述第一端相反的第二端，所述第一端和所述第二端间隔开所述本体的长度，所述本体限定内容积部，所述岩板样品设置在所述内容积部内；
定位在所述本体的第一端中的注入端口，用于将流体朝着所述岩板样品地引导到所述本体的内容积部中，以从所述岩板样品排出所述原油；以及
在所述本体的第二端中的至少一个生产端口，用于从所述本体的内容积部移除所述流体和原油。
19.根据权利要求18所述的设备，还包括旋转杆，所述旋转杆耦接至所述本体的第一端和所述本体的第二端的至少其中之一，所述旋转杆被配置成使所述本体绕着由所述旋转杆限定的轴线旋转。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述旋转杆被配置成使得所述旋转杆的旋转使所述本体旋转并且改变所述岩板样品在所述本体中的倾角。
21.根据权利要求18或19所述的设备，其特征在于，所述旋转杆的轴线沿着所述本体的长度延伸。
22.根据权利要求19至21中任一所述的设备，其特征在于，所述旋转杆的轴线与所述岩板样品相交。
23.根据权利要求19至22中任一所述的设备，其特征在于，所述旋转杆的轴线将所述岩板样品平分。
24.根据权利要求18至23中任一所述的设备，还包括拦截部，所述拦截部被配置成至少部分地围绕岩板样品的至少一部分，以阻碍所述流体和/或所述原油离开所述岩板样品的侧表面的通路。
25.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的至少两个侧表面。
26.根据权利要求24或25所述的设备，其特征在于，所述拦截部被配置成围绕所述岩板样品的三个侧表面。
27.根据权利要求18至26中任一所述的设备，还包括两个板，所述两个板与所述岩板样品相邻地定位于所述本体的内容积部内，以阻碍流体和/或原油从所述岩板样品向外的运动。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述两个板是上板和下板，所述上板与所述岩板样品相邻并在其上方地定位以阻碍所述流体沿着向上方向从所述岩板样品向外的运动，所述下板与所述岩板样品相邻并在其下方地定位以阻碍所述流体沿着向下方向从所述岩板样品向外的运动。
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Also Published As
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|---|---|
| CA3037513A1 (en) | 2019-05-23 |
| CA3037513C (en) | 2020-04-14 |
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