CN111810142A - 一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及井组开发技术领域，尤其为一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，包括以下步骤：S1：准备油样和仪器；S2：建立束缚水饱和度；S3：油样的饱和；S4：进行实验；S5：清洗岩板，实验结束后，用石油醚和无水酒精清洗岩板，石油醚主要清洗岩心中的油，无水酒精清洗岩板中的水，清洗干净后，重复步骤S1‑S3，形成原始状态，进行下一组实验。本发明在平板模型中设置井组来贴合实际、研究防气窜的方法，在井组尺度上模拟现场防气窜的过程，通过平面层内非均质填砂模型，研究层内非均质性对防气窜措施的影响，通过X射线对平板模型进行扫描并处理获得饱和度分布，结合数据处理研究防气窜效果。
Description
技术领域
本发明涉及井组开发技术领域，尤其涉及一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法。
背景技术
填砂模型(又称岩板)属于一种物理模型，分为平板和剖面模型，分别模拟平面和纵向非均质性的影响，平板模型为平面非均质模型，制作填砂模型时依照实际情况在不同位置设置不同的渗透率，设定井组。通过实验模拟实际井组开发过程中防气窜的过程，现有填砂模型实验中模拟实际井组生产状况的较少，难以在井组尺度上模拟现场防气窜的过程；
现有研究中有通过纵向非均质填砂模型研究和平面均质模型研究防气窜效果的，平面层内非均质模型较少，因此，我们提出一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法。
发明内容
本发明提出的一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，包括以下步骤：
S1：准备油样和仪器，根据实际储层情况配制所需岩板，准备好岩板夹持器，将岩板按照要求装入岩板夹持器中，对各种仪器进行组装校正，连接管线，清洗和吹干，试温和试压，然后抽真空，并将其恒温到实验值；
S2：建立束缚水饱和度，计算岩板的孔隙体积以及束缚水的体积，采用定量饱和的方式将定量配制的地层水注入岩板，完成束缚水饱和度的建立，并扫描饱和束缚水的岩板；
S3：油样的饱和，建立系统压力，用配制好的模拟油样，以几倍于孔隙体积的量进行驱替，出口连续出油后停止驱替，油样饱和完成；
S4：进行实验，样品饱和完毕后，按顺序分别进行水驱实验、气水交替驱、泡沫-烟道气交替驱实验，记录产油、产水、产气量，监测压力变化，并在驱替过程中定期通过X射线扫描岩板，获得岩板中的油水饱和度分布图像；
S5：清洗岩板，实验结束后，用石油醚和无水酒精清洗岩板，石油醚主要清洗岩心中的油，无水酒精清洗岩板中的水，清洗干净后，重复步骤S1-S3，形成原始状态，进行下一组实验。
优选的，所述步骤S1中实验仪器主要包括平板岩样夹持器、中间容器、注入泵系统、回压调节器、压差表、控温系统、液体馏分收集器、气量计，其中平板夹持器是平板岩样驱替装置中的关键部分，主要大尺寸铝制外筒及岩板夹持器、固定外框和不锈钢连通管线组成。
优选的，所述平板岩样夹持器的压力范围：0～10MPa，温度范围：0～40℃，岩板长度：400mm，岩板宽度：300mm，岩板厚度：30mm；注入泵系统，Ruska全自动泵，工作压力：0～70.00MPa，工作温度：室温，速度精度：0.001ml/s；回压调节器，工作压力：0～70.00MPa，工作温度：室温～200.0℃；压差表，最大工作压差：34.00MPa，工作温度：室温；控温系统，工作温度：室温～200.0℃，控温精度：0.1℃；气量计，计量精度：1ml。
优选的，所述油样以现场取得流体样品在温度42.0℃下，按目前地层压力8MPa时的粘度，配制油样样品，用控制单一变量法，经过大量的反复试验，用不同质量的增粘剂与指示剂进行配制，直至粘度与地层条件下的流体样品相一致，最终得到了一套通过控制增粘剂与指示剂质量比来调节模拟油粘度的配方，用此配方制成样品，再对样品实际取样进行粘度测试以验证配方。
优选的，所述岩板的配置，利用不同目数的石英砂，美缝胶和水在常温常压下搅拌均匀，然后在模具里面手工填制，制得大尺寸剖面岩板40cm×30cm×3cm，用控制单一变量法，不断调节石英砂和美缝胶的比例，最终填制出符合实验要求的岩板，用控制单一变量法，经过大量的反复试验，最终得到了一套通过控制胶砂比来调节岩样孔隙度与渗透率的配方，用此配方制成样板，再从样板实际取样进行验证；对实验中岩板的物性参数进行确定后，模拟配方，根据计算和不同配比制作大量岩样，测取各岩样渗透率后修正岩板配制配方，再根据修正后的配方配制成岩板样板，之后再从样板实际取样后进行验证；将制作好的模型放入烘箱内烘干，并切出六块直径符合渗透率测试仪的岩心用于测量各自渗透率用于效验先前的配方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开展非均质储层烟道气驱油二维平面物理模拟及调驱实验：根据目标区块实际储层地质情况和现场井网形式制作平面模型，开展实验研究，注入气按实际烟道气组成配制(不考虑CO、H2S、O2)，先进行水驱、气水交替驱，气体突破(即气窜)后加入泡沫段塞调驱，再次气窜后依次关井(模拟现场实际的生产制度或生产过程)，计量各阶段采收率；并利用X射线对平板模型进行扫描，获取剩余油饱和度分布；在平板模型中设置井组来贴合实际、研究防气窜的方法，在井组尺度上模拟现场防气窜的过程，通过平面层内非均质填砂模型，研究层内非均质性对防气窜措施的影响，通过X射线对平板模型进行扫描并处理获得饱和度分布，结合数据处理研究防气窜效果。
附图说明
图1是本发明的平面非均质模型及井位示意图。
图中标记：1、1号井；2、2号井；3、3号井；4、4号井；5、5号井；6、6号井；7、7号井。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，包括以下步骤：
S1：准备油样和仪器，根据实际储层情况配制所需岩板，准备好岩板夹持器，将岩板按照要求装入岩板夹持器中，对各种仪器进行组装校正，连接管线，清洗和吹干，试温和试压，然后抽真空，并将其恒温到实验值；
S2：建立束缚水饱和度，计算岩板的孔隙体积以及束缚水的体积，采用定量饱和的方式将定量配制的地层水注入岩板，完成束缚水饱和度的建立，并扫描饱和束缚水的岩板；
S3：油样的饱和，建立系统压力，用配制好的模拟油样，以几倍于孔隙体积的量进行驱替，出口连续出油后停止驱替，油样饱和完成；
S4：进行实验，样品饱和完毕后，按顺序分别进行水驱实验、气水交替驱、泡沫-烟道气交替驱实验，记录产油、产水、产气量，监测压力变化，并在驱替过程中定期通过X射线扫描岩板，获得岩板中的油水饱和度分布图像；
S5：清洗岩板，实验结束后，用石油醚和无水酒精清洗岩板，石油醚主要清洗岩心中的油，无水酒精清洗岩板中的水，清洗干净后，重复步骤S1-S3，形成原始状态，进行下一组实验。
平板模型为平面非均质模型，制作填砂模型时依照实际情况在不同位置设置不同的渗透率，设定井组，通过实验模拟实际井组开发过程中防气窜的过程。
同一个模型进行了两组实验：
实验一是先水驱，再气水交替驱，各井气窜后依次关井，直至采出井全部关闭后停止；
实验二是先水驱，再气水交替驱，各井气窜后依次进行泡沫/烟道气交替驱，各井再气窜后依次关井，直至采出井全部关闭后关闭；
开展非均质储层烟道气驱油二维平面物理模拟及调驱实验：根据目标区块实际储层地质情况和现场井网形式制作平面模型，开展实验研究，注入气按实际烟道气组成配制(不考虑CO、H2S、O2)，先进行水驱、气水交替驱，气体突破(即气窜)后加入泡沫段塞调驱，再次气窜后依次关井(模拟现场实际的生产制度或生产过程)，计量各阶段采收率；并利用X射线对平板模型进行扫描，获取剩余油饱和度分布。
实验准备：注入气组分析及准备：
表1烟道气组成表
| 组分 | N2 | CO | CO2 | O2 | CH4 | H2 |
| 含量，mol％ | 83.913 | 0.24 | 14.67 | 0.49 | 0.42 | 0.267 |
模拟油配制及准备：以现场取得流体样品在温度42.0℃下，按目前地层压力8MPa时的粘度，配制油样样品。用控制单一变量法，经过大量的反复试验，用不同质量的异辛酸铅(增粘剂)与典带正丁烷(指示剂)进行配制，直至粘度与地层条件下的流体样品相一致。最终得到了一套通过控制异辛酸铅与碘代正丁烷质量比来调节模拟油粘度的配方，用此配方制成样品，再对样品实际取样进行粘度测试以验证配方。
表2实验室使用模拟油配方表
| 异辛酸铅 | 碘带正丁烷 | |
| 质量比 | 1.141 | 1 |
二维平板配制：利用不同目数的石英砂，美缝胶和水在常温常压下搅拌均匀，然后在模具里面手工填制，制得大尺寸剖面岩板(40cm×30cm×3cm)，用控制单一变量法，不断调节石英砂和美缝胶的比例，最终填制出符合实验要求的岩板，用控制单一变量法，经过大量的反复试验，最终得到了一套通过控制胶砂比来调节岩样孔隙度与渗透率的配方，用此配方制成样板，再从样板实际取样进行验证。
岩板配制设备：对实验中岩板的物性参数进行确定后，模拟配方，根据计算和不同配比制作大量岩样，测取各岩样渗透率后修正岩板配制配方，再根据修正后的配方配制成岩板样板，之后再从样板实际取样后进行验证；将制作好的模型放入烘箱内烘干，并切出六块直径符合渗透率测试仪的岩心用于测量各自渗透率用于效验先前的配方。
第一组填砂试验：
表3实验岩板配制实验表
| 层位 | 模拟厚度cm | 石英砂(40-70目)g | 石英砂(80-160目)g | 美缝胶g | 水g |
| 1 | 10 | 1300 | 300 | 150 | 10 |
| 2 | 10 | 1300 | 300 | 250 | 10 |
| 3 | 10 | 1300 | 300 | 350 | 10 |
表4岩心测定的渗透率表
| 岩心编号 | 长度cm | 直径cm | 围压Mpa | 渗透率mD | 入压psi | 回压psi |
| 1-1 | 4.99 | 2.48 | 3.41 | 8135 | 1512 | 1511 |
| 1-2 | 5.00 | 2.47 | 3.41 | 8399 | 1525 | 1522 |
| 2-1 | 5.00 | 2.53 | 3.41 | 5931 | 1554 | 1549 |
| 2-2 | 4.99 | 2.51 | 3.41 | 6091 | 1543 | 1538 |
| 3-1 | 4.99 | 2.50 | 3.41 | 1600 | 1856 | 1072 |
| 3-2 | 5.00 | 2.52 | 3.41 | 1498 | 1746 | 1078 |
可以看出，胶的含量为350g时，岩板渗透率约为1500mD，符合实验要求。但胶的含量对于岩板渗透率的影响较大，第二组试验的胶的含量应控制250g-350g之间。
第二组填砂试验：
表5实验岩板配制实验表
| 层位 | 模拟厚度cm | 石英砂(40-70目)g | 石英砂(80-160目)g | 美缝胶g | 水g |
| 1 | 10 | 1300 | 300 | 330 | 10 |
| 2 | 10 | 1300 | 300 | 335 | 10 |
| 3 | 10 | 1300 | 300 | 340 | 10 |
同样，将制作好的模型放入烘箱内烘干，并切出六块直径符合渗透率测试仪的岩心用于测量各自渗透率用于效验先前的配方。
表6岩心测定的渗透率表
| 岩心编号 | 长度cm | 直径cm | 围压Mpa | 渗透率mD | 入压psi | 回压psi |
| 1-1 | 4.98 | 2.53 | 3.43 | 4130 | 1108 | 1103 |
| 1-2 | 4.98 | 2.51 | 3.41 | 3580 | 1129 | 1123 |
| 2-1 | 4.99 | 2.53 | 3.45 | 577 | 1122 | 1088 |
| 2-2 | 5.98 | 2.52 | 3.40 | 458 | 1213 | 1106 |
| 3-1 | 4.97 | 2.52 | 3.46 | 21 | 1307 | 649 |
| 3-2 | 4.97 | 2.52 | 3.39 | 18 | 1329 | 590 |
可以看出，当胶的含量为335g时，岩板渗透率约为500mD。经过两组二维平板填砂实验，最终筛选出一套符合试验要求孔隙度、渗透率的平板物理模型胶砂比配方。
表7最终实验所用岩板配制表
地层水样品准备：
地层水根据红18井区克下组地层水分析数据进行配样，总矿化度13913.65mg/L，水型为NaHCO3型水分析资料配样。
表8红18井区克下组地层水分析数据表
实验方案设计：
实验模拟地层温度42℃，地层压力8MPa。在制备完成岩板中饱和油样，进行不同单相流体连续驱替实验研究。考虑层内韵律影响的烟道气驱油纵向波及效率物理模拟及调驱实验：根据目标区块实际储层地质情况制作剖面、平面模型，注入气按实际烟道气组成配制(不考虑CO、H2S、O2)，先进行气水交替驱，突破后加入泡沫段塞调驱，再继续水气交替驱，计量各阶段采收率；并利用X射线对填砂模型进行扫描，获取剩余油饱和度分布。
从注入口端采用恒速的方式注入烟道气进行驱替，每注入0.1HCPV记录驱替时间、驱替速度、驱替压差、回压，平板的三个出口端油水气分离后分别测定油量、水量、气量、采收率、气油比及含水率，平面模型共计2组。
如图1所示，平板平面非均质第一组实验，第一组平面非均质模型共设置一口注入井(7号井)和六口生产井(1号井～6号井)，分为低渗区和高渗区，其中低渗区的渗透率为100mD，1号井和3号井位于低渗区；高渗区的渗透率为1000mD，2号井、4号井、5号井和6号井位于低渗区，注入井周围的渗透率为500mD。
各井当水驱达到含水率95％时，该井转气水交替驱，直至某一口井发现气窜(即气体突破)时，关闭该气窜井，继续生产，逐口关闭气窜井，直至采出井全部关闭，停止驱替；
平板平面非均质第二组实验，第二组平面非均质模型与第一组相同。
各井当水驱达到含水率95％时，该井转气水交替驱；直至某一口井发现气窜时，该井注入端转泡沫/烟道气交替驱；直至再次发现某一口井气窜，关闭气窜井，继续生产，逐口关闭气窜井，直至采出井全部关闭，停止驱替。
实验结果及分析：平面模型一：
1和3号井处于低渗区，而2、4、5和6处于高渗区。
对于高渗区：水驱油过程中，2号井的注入水迅速突破，突破时含水率为18.5％，当水驱达到含水率95％时转气水交替驱，仅注0.1PV烟道气后2号井便达到气窜，因此总注入体积0.5PV后2号井便早早关井。在此阶段，2号井的采收率为7.07％，水驱动用差，早早水窜和气窜使注入介质的波及动用程度大大降低。
2号井最先气窜关井，其后5号井气窜关井。
5号井的注入水突破较早，突破时含水率为5％，当水驱达到含水率95％时转气水交替驱；注烟道气后5号井含水率由49.46％降到26.67％，随后迅速上升。当气窜时，即总注入体积0.8PV后5号井关井。水驱阶段采出程度为5.97％，气水交替至关井后采出程度为7.81％，气水交替阶段的采出程度为1.84％，可见同处于高渗区的5号井与2号井类似，注入介质的动用程度差，气水交替并不能显著提高5号井采收率。
对于低渗区：1号井和3号井在水驱阶段未突破，注入较长时间后在气水交替阶段出现水窜，见水后含水率迅速上升，总注入体积1.4PV时3号井气窜关井，注入体积1.6PV时1号井最终关井。截止最后关井，1号井采收率仅0.01％，3号井采收率0.71％，可见水驱和气水交替均难以对低渗区波及动用。
从整体来看，水驱结束后含水率达到68.98％，随后气水交替和气窜关井过程中，含水率最低降低到32.35％，水驱后采出程度为26.61％，气水交替结束后采出程度为37.43％，采收率提高了10.81％，可见气水交替和气窜关井措施对非均质平板提高采收率有一定效果。
表9各井储层渗透率表
| 井号 | 渗透率(mD) |
| 注入 | 500 |
| 1 | 1000 |
| 2 | 1000 |
| 3 | 1000 |
| 4 | 1000 |
| 5 | 100 |
| 6 | 100 |
表10平面层间非均质平板参数表
| 总体积 | 3600 | ml |
| 孔隙体积 | 1319 | ml |
| 孔隙度 | 36.64 | ％ |
| 束缚水体积 | 359 | ml |
| 束缚水饱和度 | 27.22 | ％ |
| 油体积 | 960 | ml |
表11实验结果记录表(总)
表12实验结果记录表(1号井)
表13实验结果记录表(2号井)
表14实验结果记录表(3号井)
表15实验结果记录表(4号井)
表16实验结果记录表(5号井)
表17实验结果记录表(6号井)
表18实验结果统计表
| 水驱结束采收率(％) | 26.61 |
| 气水交替结束采收率(％) | 37.43 |
平面模型二：
对于高渗区：水驱油过程中，2号井水驱达到含水率95％时转气水交替驱，水驱阶段采收率为8.38％；气水交替阶段很快达到气窜，该阶段的采出程度为0.47％；泡沫驱阶段含水率有所下降，而且含水率的上升速度相对平缓，该阶段采出程度为3.01％。最终注入介质1.5PV气窜关井，最终2号井采收率为11.86％，注泡沫后关井时间延迟，有效封堵水(气)窜通道，提高了采收率。
5号井水驱达到含水率95％时转气水交替驱，水驱阶段采收率为10.91％；气水交替阶段很快达到气窜，该阶段的采出程度为0.69％；泡沫驱阶段含水率有所下降，而且含水率的上升速度相对平缓，该阶段采出程度为2.78％。最终注入介质1.4PV气窜关井，最终2号井采收率为14.38％，注泡沫后关井时间延迟，有效封堵水(气)窜通道，提高了采收率。
对于低渗区：1号井和3号井处于低渗区，1号井在注入介质1.8PV后关井，最终采收率为2.17％，3号井采收率为1.39％，相比水驱-气水交替驱有较大幅度提升，可见泡沫驱提高了低渗区的波及动用程度。
从整体来看，水驱结束后含水率达到80.73％，随后气水交替和泡沫驱过程中，含水率最低降低到77.39％而且较长时间处于中高含水率水平，上升幅度变化平缓。水驱后采出程度为29.30％，气水交替结束后采出程度为31.67％，采收率提高了2.37％，而泡沫驱阶段采出程度为9.12％，最终采收率40.79％。可见泡沫-烟道气交替驱对非均质平板模型提高采收率有很好的效果。
表19平面层间非均质平板参数表
表20实验结果记录表(总)
表21实验结果记录表(1号井)
表22实验结果记录表(2号井)
表23实验结果记录表(3号井)
表24实验结果记录表(4号井)
表25实验结果记录表(5号井)
表26实验结果记录表(6号井)
表27实验结果统计表
| 水驱结束采收率(％) | 29.30 |
| 水气交替结束采出程度(％) | 31.67 |
| 泡沫-气交替驱结束采出程度(％) | 40.79 |
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备油样和仪器，根据实际储层情况配制所需岩板，准备好岩板夹持器，将岩板按照要求装入岩板夹持器中，对各种仪器进行组装校正，连接管线，清洗和吹干，试温和试压，然后抽真空，并将其恒温到实验值；
S2：建立束缚水饱和度，计算岩板的孔隙体积以及束缚水的体积，采用定量饱和的方式将定量配制的地层水注入岩板，完成束缚水饱和度的建立，并扫描饱和束缚水的岩板；
S3：油样的饱和，建立系统压力，用配制好的模拟油样，以几倍于孔隙体积的量进行驱替，出口连续出油后停止驱替，油样饱和完成；
S4：进行实验，样品饱和完毕后，按顺序分别进行水驱实验、气水交替驱、泡沫-烟道气交替驱实验，记录产油、产水、产气量，监测压力变化，并在驱替过程中定期通过X射线扫描岩板，获得岩板中的油水饱和度分布图像；
S5：清洗岩板，实验结束后，用石油醚和无水酒精清洗岩板，石油醚主要清洗岩心中的油，无水酒精清洗岩板中的水，清洗干净后，重复步骤S1-S3，形成原始状态，进行下一组实验。
2.根据权利要求1所述的一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，其特征在于，所述步骤S1中实验仪器主要包括平板岩样夹持器、中间容器、注入泵系统、回压调节器、压差表、控温系统、液体馏分收集器、气量计，其中平板夹持器是平板岩样驱替装置中的关键部分，主要大尺寸铝制外筒及岩板夹持器、固定外框和不锈钢连通管线组成。
3.根据权利要求2所述的一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，其特征在于，所述平板岩样夹持器的压力范围：0～10MPa，温度范围：0～40℃，岩板长度：400mm，岩板宽度：300mm，岩板厚度：30mm；注入泵系统，Ruska全自动泵，工作压力：0～70.00MPa，工作温度：室温，速度精度：0.001ml/s；回压调节器，工作压力：0～70.00MPa，工作温度：室温～200.0℃；压差表，最大工作压差：34.00MPa，工作温度：室温；控温系统，工作温度：室温～200.0℃，控温精度：0.1℃；气量计，计量精度：1ml。
4.根据权利要求1所述的一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，其特征在于，所述油样以现场取得流体样品在温度42.0℃下，按目前地层压力8MPa时的粘度，配制油样样品，用控制单一变量法，经过大量的反复试验，用不同质量的增粘剂与指示剂进行配制，直至粘度与地层条件下的流体样品相一致，最终得到了一套通过控制增粘剂与指示剂质量比来调节模拟油粘度的配方，用此配方制成样品，再对样品实际取样进行粘度测试以验证配方。
5.根据权利要求1所述的一种通过平板模型模拟井组开发过程中防气窜的方法，其特征在于，所述岩板的配置，利用不同目数的石英砂，美缝胶和水在常温常压下搅拌均匀，然后在模具里面手工填制，制得大尺寸剖面岩板40cm×30cm×3cm，用控制单一变量法，不断调节石英砂和美缝胶的比例，最终填制出符合实验要求的岩板，用控制单一变量法，经过大量的反复试验，最终得到了一套通过控制胶砂比来调节岩样孔隙度与渗透率的配方，用此配方制成样板，再从样板实际取样进行验证；对实验中岩板的物性参数进行确定后，模拟配方，根据计算和不同配比制作大量岩样，测取各岩样渗透率后修正岩板配制配方，再根据修正后的配方配制成岩板样板，之后再从样板实际取样后进行验证；将制作好的模型放入烘箱内烘干，并切出六块直径符合渗透率测试仪的岩心用于测量各自渗透率用于效验先前的配方。
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