CN111827973A - 水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法，实验装置包括可视化模拟容器外壳，可视化模拟容器外壳上设置有可视窗，可视化模拟容器外壳顶部设置有密封顶盖，可视化模拟容器外壳底部设置有密封底盖；密封顶盖上设置有注水管路和采出管路；可视化模拟容器外壳内部设置有饱和人造岩心。本发明设计合理、使用操作简便、功能完善、模拟效果好，能够实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟，可视化得到不同注入流体特征、不同地层流体粘度、隔夹层遮挡、裂缝发育下的毛细管差异重力分异程度和剩余油富集位置，分析不同尺度毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况。

Description

水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气工程重力分异模拟实验技术领域，特别是涉及水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法。

背景技术

油气田注水开发过程中，随着注入水逐渐向地层内部流动，在地层纵向上会发生重力分异现象，尤其是对于重力驱油气藏。控制注入流体在储层内部纵向上的重力分异程度，摸清不同注入流体特征、地层特征条件下顶部剩余油富集区域与富集程度，有利于提出针对性的剩余油挖掘技术措施，提高油气藏整体的动用程度。在进一步考虑地层孔隙随机分布的情况下，不同区域的顶部剩余油富集特征将更为复杂。目前，关于重力驱或重力分异的实验和理论模拟研究较多，采用均质或非均质孔隙介质物理模型，可视化模拟观察不同位置的原油分布；但上述物理模型模拟尺度和管径普遍较大，无法表述不同类型毛细管中发生的差异重力分异现象。目前，亟需提出一种利用系列毛细管束研究水驱过程中不同位置、不同内径的毛细管中差异重力分异现象的模拟实验装置，精细化刻画驱替过程毛细作用引起的纵向原油运移过程。前期实验研究过程中发现不同尺寸毛细管中油水置换形式多样(有的发生环面油水置换，形成段塞状驱替，有的仅能发生均匀驱替上升)，分析水驱过程中不同位置、不同尺度的毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况，能够深入说明重力分异的形式和影响机制。

综上，目前尚缺少利用系列毛细管束来研究水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，尤其是设计合理、成本低、可视化强、多功能(解释不同地质特征、注入流体性质对毛细管重力分异的影响)的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及其有效的实验方法。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种工作性能可靠且模拟效果好、安装布设合理、成本低的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，包括可视化模拟容器外壳，所述可视化模拟容器外壳前端面和后端面上设置有可视窗，所述可视化模拟容器外壳顶部设置有密封顶盖，所述可视化模拟容器外壳底部设置有密封底盖；所述密封顶盖上设置有注水管路和采出管路；所述可视化模拟容器外壳内部设置有饱和人造岩心；

所述注水管路与一采出模拟井的顶部连通，所述采出模拟井伸入所述饱和人造岩心，所述采出管路与一注入模拟井的顶部连通，所述注入模拟井伸入所述饱和人造岩心；

所述密封顶盖上设置有伸入所述饱和人造岩心的注入段毛管束、中间毛管束和采出端毛管束。

可选的，所述饱和人造岩心与所述密封顶盖和所述密封底盖之间均设置有密封层。

可选的，所述密封层为环氧树脂层。

可选的，所述注入段毛管束设置于所述密封顶盖长度方向四分之一处，所述中间毛管束设置于所述密封顶盖长度方向的中部，所述采出端毛管束设置于所述密封顶盖长度方向四分之三处。

可选的，所述注入段毛管束、所述中间毛管束和所述采出端毛管束均包括设置于所述密封顶盖前端的第一管组和设置于所述密封顶盖后端的第二管组。

可选的，所述第一管组包括并列设置的第一毛细管、第二毛细管和第三毛细管；所述第二管组包括并列设置的第四毛细管、第五毛细管和第六毛细管。

可选的，所述第一毛细管和所述第四毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的底部；所述第二毛细管和所述第五毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的下部三分之一处，所述第三毛细管和所述第六毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的上部三分之一处。

本发明还公开基于上述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤S1、装置组装与密封测试实验，其实验过程如下：

S101、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水至淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部，装填饱和人造岩心，在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S102、密封测试：打开注入控制阀、采出控制阀，利用注水管路向饱和人造岩心中缓慢升压注水1h；然后，静置一段时间；除采出管路的出口、注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束的上端面以外，观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏；

步骤S2、装置驱替实验，其实验过程如下：

S201、注入油：通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中注入油，直至饱和人造岩心中油相饱和度达到初始含油饱和度数值，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

S202、注水驱替：通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中缓慢升压注水，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟，分析毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况；

S203、泄压取出饱和人造岩心：依次去除密封顶盖、饱和人造岩心顶部的密封层、饱和人造岩心、注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束，清洗注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管；

步骤S3、更换饱和人造岩心且在不同注入流体特征下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S301、不同注入流体粘度的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注入流体的粘度，通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中缓慢升压注入流体，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现驱替过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟；

S302、不同注入流速的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注水流速，通过注水管路和注入模拟井，以一定流速向饱和人造岩心中注水，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟；

步骤S4、更换饱和人造岩心且在不同地层流体粘度条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S401、注入不同粘度的油：重复步骤S101-S102，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试；通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中注入不同粘度的原油，直至饱和人造岩心中油相饱和度达到初始含油饱和度数值，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

S402、重复步骤S202，进行注水驱替，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

步骤S5、更换饱和人造岩心且在不同饱和人造岩心孔隙度、渗透率、裂缝发育条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S501、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水、淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部；装填不同孔隙度、渗透率的饱和人造岩心，或装填含裂缝的饱和人造岩心，在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S502、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，分析裂缝对水驱过程毛细管差异重力分异的影响；

步骤S6、更换饱和人造岩心且在隔夹层遮挡下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S601、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水、淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部；装填含隔夹层的饱和人造岩心，隔夹层可通过石英砂逐层铺设、放置隔夹层、继续逐层铺设的方式实现；在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S602、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，分析隔夹层遮挡对水驱过程毛细管差异重力分异的影响。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、毛细管中微观油水分布、饱和人造岩心中的宏观油水分布相结合，表征水驱过程中不同内径(对应实际储层的不同孔隙结构、不同孔喉半径)的毛细管中重力分异现象的差异，装置结构简单、设计合理且安装布设方便，使用操作简单。

2、能够实现不同地质特征(地层流体粘度、地层孔隙度、渗透率、隔夹层遮挡、裂缝发育与否)、注入流体性质(注入流速、注入流体粘度)条件下不同位置、不同内径的毛细管中重力分异现象的差异。

3、实用价值高，针对目前油气藏开发后期剩余油复杂分布，本发明能够可视化揭示剩余油富集位置和富集程度。

4、成本低、工作性能稳定、拆装方便，有利于快速布置毛细管、更换饱和人造岩心。

综上所述，本发明设计合理、操作简便、模拟效果好、适用范围广、成本低，利用水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，测量水驱过程不同内径的毛细管中油水界面变化和剩余油富集位置，并分析得到不同地质特征和注入流体性质对毛细管尺度重力分异的影响规律。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置的整体使用状态参考图；

图2为本发明水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置中可视化模拟容器外壳、饱和人造岩心正视图的详细使用状态参考图；

图3为本发明水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置中可视化模拟容器外壳、饱和人造岩心俯视图的详细使用状态参考图；

图4为本发明水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置中饱和人造岩心发育裂缝的详细使用状态参考图；

图5为本发明水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置中饱和人造岩心含隔夹层的详细使用状态参考图；

图6为本发明进行水驱过程毛细管差异重力分异模拟的实验方法流程图。

附图标记说明：1-注入控制阀；2-注水管路；3-密封顶盖；4-可视化模拟容器外壳；5-可视窗；6-密封底盖；7-采出控制阀；8-采出管路；41-密封层；42-注入模拟井；43-饱和人造岩心；44-注入端毛管束；45-中间毛管束；46-采出端毛管束；47-采出模拟井；48-裂缝；49-隔层；50-夹层；461-第一毛细管；462-第二毛细管；463-第三毛细管；464-第四毛细管；465-第五毛细管；466-第六毛细管。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

如图1至5所示，本实施例提供一种水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，包括可视化模拟容器外壳4、注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46、注入模拟井42、采出模拟井47、密封层41、饱和人造岩心43、可视窗5、密封顶盖3、密封底盖6、注水管路2及注入控制阀1、采出管路8及采出控制阀7，其中，所述可视窗5安装在可视化模拟容器外壳4的两侧，所述注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46、注入模拟井42、采出模拟井47、密封层41、饱和人造岩心43在可视化模拟容器外壳4的内部，所述密封顶盖3在可视化模拟容器外壳4的上部且通过螺栓连接，所述密封底盖6在可视化模拟容器外壳4的底部且通过螺栓连接，所述密封层41在饱和人造岩心43与密封顶盖3、密封底盖6之间，所述注水管路2与注入模拟井42连接，所述采出管路8与采出模拟井47连接。

本实施例中，所述注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46为各包含直径不同、长短不同的多个透明毛细管的毛细管集束；每个毛细管集束等分为两部分，分布在可视化模拟容器外壳的两侧，贴近可视窗，利用可视窗能够观察到毛细管中的液体界面变化；每个毛细管集束中毛细管的数量为6个，以采出端毛管束46为例，管径1.0mm的第一毛细管461、第二毛细管462、第三毛细管463为采出端毛管束46的一部分，管径1.5mm的第四毛细管464、第五毛细管465、第六毛细管466为采出端毛管束46的另一部分，第一毛细管461、第四毛细管464接近饱和人造岩心43的底部，第一毛细管462、第四毛细管465接近饱和人造岩心43的下部三分之一，第三毛细管463、第六毛细管466接近饱和人造岩心43的顶部三分之一；所述注入端毛管束44靠近注入模拟井42、在可视化模拟容器外壳4的右侧四分之一位置，所述中间毛管束45在可视化模拟容器外壳4的中间，所述采出端毛管束46靠近采出模拟井47、在可视化模拟容器外壳4的右侧四分之一位置。

本实施例中，所述饱和人造岩心43为饱和油、水的胶结岩心，饱和人造岩心的尺寸为20cm(长)×10cm(宽)×50cm(高)，胶结岩心可为均匀的横向非均质多孔介质、或含隔夹层的横向非均质多孔介质、或含裂缝48的横向非均质多孔介质；靠近注入模拟井42的三分之一胶结岩心为60-80目的石英砂，靠近采出模拟井47的三分之一胶结岩心为100-120目的石英砂，中间三分之一的胶结岩心为80-100目的石英砂；隔夹层为环氧树脂，包括全封闭隔夹层49、半封闭隔夹层50。

本实施例中，所述密封层41为环氧树脂，在覆盖在密封底盖6、饱和人造岩心43的顶部后，需要等待其固化。

实施例二：

如图6所示，本实施例提供一种使用实施例一中的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：

步骤S1、装置组装与密封测试实验，其实验过程如下：

S101、装置组装：连接可视化模拟容器外壳4与密封底盖6，在可视化模拟容器外壳4的内侧底部铺设密封层41，向可视化模拟容器外壳4内部倒置蒸馏水、淹没密封层41，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46、注入模拟井42、采出模拟井47放置于可视化模拟容器外壳4内部，装填饱和人造岩心43(仅饱和水)，在饱和人造岩心43上部铺设密封层41，连接可视化模拟容器外壳4与密封顶盖3，连接注入模拟井42与注水管路2，连接采出模拟井47与采出管路8。

S102、密封测试：打开注入控制阀1、采出控制阀7，利用注水管路2向饱和人造岩心43中缓慢升压注水1h；然后，静置一段时间；除采出管路8的出口、注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46的上端面以外，观察可视化模拟容器外壳4的顶底部是否发生渗漏。

步骤S2、装置驱替实验，其实验过程如下：

S201、注入油：通过注水管路2和注入模拟井42，向饱和人造岩心43中注入油，直至饱和人造岩心43中油相饱和度达到初始含油饱和度数值(本实施例中为70％)，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况。

S202、注水驱替：通过注水管路2和注入模拟井42，向饱和人造岩心43中缓慢升压注水，观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟，分析毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况。

S203、泄压取出饱和人造岩心43：依次去除密封顶盖3、饱和人造岩心43顶部的密封层41、饱和人造岩心43、注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46，清洗注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管。

步骤S3、更换饱和人造岩心且在不同注入流体特征下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S301、不同注入流体粘度的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心43，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注入流体的粘度，通过注水管路2和注入模拟井42，向饱和人造岩心43中缓慢升压注入流体，观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况，实现驱替过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟。

S302、不同注入流速的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心43，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注水流速，通过注水管路2和注入模拟井42，以一定流速(本实施例中为0.05ml/min，注入体积为0.6个孔隙体积)向饱和人造岩心43中注水，观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟。

步骤S4、更换饱和人造岩心且在不同地层流体粘度条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S401、注入不同粘度的油：重复步骤S101-S102，更换新的饱和人造岩心43，进行装置组装与密封测试；通过注水管路2和注入模拟井42，向饱和人造岩心43中注入不同粘度的原油，直至饱和人造岩心43中油相饱和度达到初始含油饱和度数值(本实施例中为70％)，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况。

S402、重复步骤S202，进行注水驱替，观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况。

步骤S5、更换饱和人造岩心且在不同饱和人造岩心孔隙度、渗透率、裂缝发育条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S501、装置组装：连接可视化模拟容器外壳4与密封底盖6，在可视化模拟容器外壳4的内侧底部铺设密封层41，向可视化模拟容器外壳4内部倒置蒸馏水、淹没密封层41，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46、注入模拟井42、采出模拟井47放置于可视化模拟容器外壳4内部；装填不同孔隙度(介于0.2-0.35)、渗透率(介于200-3000×10-3μm2)的饱和人造岩心43(仅饱和水)，或装填含裂缝(本实施例中裂缝的缝长为15cm，倾角60°，置于注入端毛管束44、中间毛管束45的中间)的饱和人造岩心43(仅饱和水)，在饱和人造岩心43上部铺设密封层41，连接可视化模拟容器外壳4与密封顶盖3，连接注入模拟井42与注水管路2，连接采出模拟井47与采出管路8。

S502、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳4的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况，分析裂缝对水驱过程毛细管差异重力分异的影响。

步骤S6、更换饱和人造岩心43且在隔夹层遮挡下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S601、装置组装：连接可视化模拟容器外壳4与密封底盖，在可视化模拟容器外壳4的内侧底部铺设密封层41，向可视化模拟容器外壳4内部倒置蒸馏水、淹没密封层41，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46、注入模拟井42、采出模拟井47放置于可视化模拟容器外壳4内部；装填含隔夹层(本实施例中全封闭隔夹层49位于第一毛细管461的底部附近、铺设饱和人造岩心43的整个横截面，半封闭隔夹层50位于第二毛细管462的底部附近、铺设饱和人造岩心43的半个横截面)的饱和人造岩心43(仅饱和水)，隔夹层可通过石英砂逐层铺设、放置隔夹层、继续逐层铺设的方式实现；在饱和人造岩心43上部铺设密封层41，连接可视化模拟容器外壳4与密封顶盖3，连接注入模拟井42与注水管路2，连接采出模拟井47与采出管路8。

S602、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳4的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束44、中间毛管束45、采出端毛管束46中油水界面位置和上升情况，分析隔夹层遮挡对水驱过程毛细管差异重力分异的影响。

综上所述，本发明对密封测试后的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置进行水驱实验，测量不同位置、不同直径的注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置，以及饱和人造岩心中剩余油富集位置；然后，更换饱和人造岩心与重新组装装置，利用水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，开展不同注入流体特征、不同地层流体粘度、隔夹层遮挡、裂缝发育下的驱替实验，重新测量不同位置、不同直径的注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置，利用毛细管差异重力分异现象分析，揭示复杂孔隙结构对差异重力分异程度和剩余油富集位置的影响规律。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，包括可视化模拟容器外壳，所述可视化模拟容器外壳前端面和后端面上设置有可视窗，所述可视化模拟容器外壳顶部设置有密封顶盖，所述可视化模拟容器外壳底部设置有密封底盖；所述密封顶盖上设置有注水管路和采出管路；所述可视化模拟容器外壳内部设置有饱和人造岩心；

所述注水管路与一采出模拟井的顶部连通，所述采出模拟井伸入所述饱和人造岩心，所述采出管路与一注入模拟井的顶部连通，所述注入模拟井伸入所述饱和人造岩心；

所述密封顶盖上设置有伸入所述饱和人造岩心的注入段毛管束、中间毛管束和采出端毛管束。

2.根据权利要求1所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述饱和人造岩心与所述密封顶盖和所述密封底盖之间均设置有密封层。

3.根据权利要求2所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述密封层为环氧树脂层。

4.根据权利要求1所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述注入段毛管束设置于所述密封顶盖长度方向四分之一处，所述中间毛管束设置于所述密封顶盖长度方向的中部，所述采出端毛管束设置于所述密封顶盖长度方向四分之三处。

5.根据权利要求1所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述注入段毛管束、所述中间毛管束和所述采出端毛管束均包括设置于所述密封顶盖前端的第一管组和设置于所述密封顶盖后端的第二管组。

6.根据权利要求5所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述第一管组包括并列设置的第一毛细管、第二毛细管和第三毛细管；所述第二管组包括并列设置的第四毛细管、第五毛细管和第六毛细管。

7.根据权利要求6所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述第一毛细管和所述第四毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的底部；所述第二毛细管和所述第五毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的下部三分之一处，所述第三毛细管和所述第六毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的上部三分之一处。

8.基于权利要求1-7任一项所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、装置组装与密封测试实验，其实验过程如下：

S101、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水至淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部，装填饱和人造岩心，在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S102、密封测试：打开注入控制阀、采出控制阀，利用注水管路向饱和人造岩心中缓慢升压注水1h；然后，静置一段时间；除采出管路的出口、注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束的上端面以外，观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏；

步骤S2、装置驱替实验，其实验过程如下：

S201、注入油：通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中注入油，直至饱和人造岩心中油相饱和度达到初始含油饱和度数值，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

S202、注水驱替：通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中缓慢升压注水，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟，分析毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况；

S203、泄压取出饱和人造岩心：依次去除密封顶盖、饱和人造岩心顶部的密封层、饱和人造岩心、注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束，清洗注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管；

步骤S3、更换饱和人造岩心且在不同注入流体特征下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S301、不同注入流体粘度的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注入流体的粘度，通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中缓慢升压注入流体，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现驱替过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟；

S302、不同注入流速的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注水流速，通过注水管路和注入模拟井，以一定流速向饱和人造岩心中注水，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟；

步骤S4、更换饱和人造岩心且在不同地层流体粘度条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S401、注入不同粘度的油：重复步骤S101-S102，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试；通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中注入不同粘度的原油，直至饱和人造岩心中油相饱和度达到初始含油饱和度数值，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

S402、重复步骤S202，进行注水驱替，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

步骤S5、更换饱和人造岩心且在不同饱和人造岩心孔隙度、渗透率、裂缝发育条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S501、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水、淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部；装填不同孔隙度、渗透率的饱和人造岩心，或装填含裂缝的饱和人造岩心，在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S502、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，分析裂缝对水驱过程毛细管差异重力分异的影响；

步骤S6、更换饱和人造岩心且在隔夹层遮挡下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S601、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水、淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部；装填含隔夹层的饱和人造岩心，隔夹层可通过石英砂逐层铺设、放置隔夹层、继续逐层铺设的方式实现；在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S602、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，分析隔夹层遮挡对水驱过程毛细管差异重力分异的影响。

Images