CN111963118B - 一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型。所述填砂实验模型包括模型主体、模型底板、模型盖板和若干模型注入井和模型采出井；模型注入井和采出井；模型主体、模型底板和模型盖板相配合形成填砂腔体；填砂腔体内的一端设有弹性气囊，弹性气囊通过控气腔与外接气源连接；模型底板上设有若干温度监测点和压力监测点；模型盖板为双层钢化玻璃；根据模拟实验要求，将模型注入井和模型采出井设置于填砂腔体内。本发明可模拟均质储层和非均质油藏水平井开采，包括冷采、注水、注气、注入聚合物和表面活性剂等化学剂进行驱油模拟实验和化学调剖堵水实验；模型注入井和采出井可根据模拟实验要求进行设置。

Description

一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型

技术领域

本发明涉及一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型，属于油气田开发技术领域。

背景技术

水平井具有井筒与油层接触面积大、油井单井产量高等特点，水平井开采在提高油田开发速度和提高原油采收率方面具有重要作用。水平井开采涉及冷采、注气、注水或注化学剂驱油，以及注化学剂调剖和堵水等过程，而水平井开采规律受储层渗透率、原油粘度等油藏条件、水平井注入方式及注入流体类型和注入速度等多种因素的影响。针对水平井开采规律的实验研究成本高、难度大，配套的实验模型和实验方法不完善。

中国专利申请(CN203808987U)公开了一种模拟层内非均质性的二维可视填砂模型，该实验装置可模拟层内非均质状况，通过向不同填砂槽中填入不同粒径的砂样模拟不同渗透率组合的层内非均质性，并在填砂槽两端设有进液口和出液口。该模型中模拟注入井和采出井位置固定，不能模拟不同井网井距的水平井开采。

中国专利申请(CN208486872U)公开了一种三维大平板填砂模型，该模型设有垂直井眼阀门组、水平井井眼阀门组，可模拟不同井型、井网的开采，并通过三维电阻成像技术获取储层流体分布状况。该填砂模型操作复杂、实验成本高，不能直观描述化学驱过程中注入化学剂的分布状态。

为了研究不同油藏特征、开采方式、布井方式和注采参数对水平井开采规律开发效果的影响，需要研制一种操作方便、适用性广的模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型，该填砂实验模型可模拟渗透率均质和非均质储层，模型上部为钢化玻璃，耐压≤1.0MP，采用显微镜和摄像机可观察模型内部岩石和流体状态。

本发明所提供的模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型，包括模型主体、模型底板、模型盖板和若干模型注入井和模型采出井；

所述模型主体、所述模型底板和所述模型盖板相配合形成填砂腔体；

所述模型主体的材质优选为316不锈钢；

所述填砂腔体内的一端设有弹性气囊，所述弹性气囊通过控气腔与外接气源连接；

所述模型底板上设有若干温度监测点和压力监测点；

所述模型盖板为双层钢化玻璃；

根据模拟实验要求，将所述模型注入井和所述模型采出井设置于所述填砂腔体内。

上述的填砂实验模型中，所述填砂腔体的四周内壁和底面均经高温涂层处理后敷设隔热层，以防流体窜流，以减小内部温度场，受外部环境的传导。

上述的填砂实验模型中，所述温度监测点与所述压力监测点可通过转换接头互换，保证在试验过程中对模型内的温度、压力等进行有效的监测，使系统运行参数满足试验要求。

上述的填砂实验模型中，通过所述控气腔与外接气源相连，为所述弹性气囊提供压力，实验过程中可根据注入压力的变化调节控气腔压力，避免流体沿模型边缘窜流。

上述的填砂实验模型中，所述模型底板可伸缩移动，设置1～2cm的活动范围，以控制填砂量。

上述的填砂实验模型中，所述模型底板上配合有挤压活塞，当所述模型底板固定后(填砂结束后)，通过所述挤压活塞进一步压实所述填砂腔体内的砂体。

上述的填砂实验模型中，所述模型主体与所述模型盖板之间、所述双层钢化玻璃的钢化玻璃之间均设有橡胶圈，在密封模型的同时，能够起到弹性缓冲作用，防止实验过程中模型压力过高导致钢化玻璃破裂。

上述的填砂实验模型中，所述模型注入井和所述模型采出井均为具有狭缝或孔眼的不锈钢管，可根据不同模拟实验需要，采用不同尺寸和狭缝(或孔眼)排布的模拟钢管，也可对模拟钢管进行全井段射开或部分井段射开。

由于本发明填砂实验模型中，所述模型注入井和所述模型采出井未与所述模型主体连接在一起，为独立的部件，可以通过调整管线位置和尺寸，模拟不同的井型井距。

上述的填砂实验模型中，填砂时，可通过填入砂样的粒径大小或比例控制模型不同位置的渗透率，模拟不同渗透率的均质储层或非均质储层。

本发明提供的二维可视化填砂实验模型，可用于均质储层或非均质储层水平井冷采、注水、注气、注入聚合物和表面活性剂等化学剂进行驱油模拟实验和化学调剖堵水实验。

采用本发明二维可视化填砂实验模型进行实验时，可以按照下述步骤进行操作：

1)根据实验要求布置模拟井、温度传感器和压力传感器；

2)向填砂腔体内填入要求粒径分布和组成的砂样，通过振动保证模型的填砂效果，在安装模型盖板后，通过挤压活塞将模型内填砂进行压实；

3)将控气腔与外部气源接通，为弹性气囊充气，压力控制在0.2MPa左右，进一步压实模型。

4)通过模拟注入井向模型中先后饱和模拟地层水和模拟油。

5)通过外接气源控制弹性气囊的压力，确保在实验过程中，弹性气囊的压力始终高于注入压力约0.2MPa。

6)按照设定的实验方案开展不同的模拟实验。

本发明具有如下有益效果：

1)本发明提供的二维可视化填砂实验模型，可模拟均质储层和非均质油藏水平井开采，包括冷采、注水、注气、注入聚合物和表面活性剂等化学剂进行驱油模拟实验和化学调剖堵水实验；模型上盖为双层耐高温可视玻璃，通过玻璃可以直接观察实验现象，也可进行摄影和摄像；模型腔体内侧的弹性气囊可以在实验过程中压实模型砂样，避免注入流体沿模型内壁窜流；模型注入井和采出井可根据模拟实验要求进行设置，除了模拟水平井，还可模拟直井等其他井型。

2)模型操作简便，模型的注入、采出数据和温度、压力数据可通过计算机采集，并进行图表和图像处理。

附图说明

图1是本发明二维可视化填砂模型的结构示意图，其中，左图为主视图，右图为侧剖视图。

图中各标记如下：

1双层钢化玻璃、2模型主体、3模型底板、4填砂腔体、5玻璃压板、6弹性气囊、7控气腔、8挤压活塞、9橡胶圈、10隔热层、11模型水平注入井、12水平采出井。

图2是本发明实施例1中的高渗-低渗非均质填砂模型图。

图3是本发明实施例1实验过程中注入压力变化曲线。

图4是本发明实施例1实验过程中不同阶段填砂模型照片。

图5是本发明实施例1中的低渗-高渗-低渗非均质填砂模型图。

图6是本发明实施例1实验过程中注入压力变化曲线。

图7是本发明实施例1实验过程中不同阶段填砂模型照片。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1所示，为本发明提供的模拟非均质储层水平井调驱的二维可视化填砂模型，包括：模型主体、模型底板、挤压活塞、隔热层，控气腔、弹性气囊、模型盖板、玻璃压板、注采井网等。

具体地，模型盖板为双层钢化玻璃1，模型主体2(316不锈钢)、模型底板3和双层钢化玻璃1相配合形成填砂腔体4，通过模型主体2与玻璃压板5的配合将双层钢化玻璃1与模型主体2配合。填砂腔体4内的一端设有弹性气囊6，弹性气囊6通过控气腔7与外接气源连接，以提供压力，实验过程中可根据注入压力的变化调节控气腔压力，避免流体沿模型边缘窜流。模型底板3可伸缩移动，并在模型底板3上配合一挤压活塞8，填砂后，可通过挤压活塞8进一步压实填砂模型。在模型底板3上预留温度和压力测点，温度与压力测点可通过转换接头互换，保证在试验过程中对模型内的温度、压力等进行有效的监测，使系统运行参数满足试验要求。

本发明二维可视化填砂模型中，双层钢化玻璃1与模型主体2之间、双层钢化玻璃1的两层钢化玻璃之间均由橡胶圈9隔开，在密封模型的同时，能够起到弹性缓冲作用，防止实验过程中模型压力过高导致钢化玻璃破裂。

本发明二维可视化填砂模型中，填砂腔体4的四周以及模型底板3均设有耐压耐高温的隔热层10，隔热层与模型内表面均进行高温涂层处理，以防流体窜流，以减小内部温度场，受外部环境的传导。

本发明二维可视化填砂模型中，模型水平注入井11、模型水平采出井12采用具有狭缝(或孔眼)的不锈钢管进行模拟，可根据不同模拟实验需要，采用不同尺寸和狭缝(或孔眼)排布的模拟钢管，也可对模拟钢管进行全井段射开或部分井段射开。根据模拟实验要求，将模型水平注入井11和模型水平采出井12设置于填砂腔体4内。

采用本发明二维可视化填砂实验模型进行实验时，可按照下述步骤进行操作：

1)根据实验要求布置模拟井、温度传感器和压力传感器；

2)向模型腔体内填入要求粒径分布和组成的砂样，通过振动保证模型的填砂效果，在安装模型盖板后，通过挤压活塞将模型内填砂进行压实；

3)将控气腔与外部气源接通，为弹性气囊充气，压力控制在0.2MPa左右，进一步压实模型；

4)通过模拟注入井向模型中先后饱和模拟地层水和模拟油；

5)通过外接气源控制弹性气囊的压力，确保在实验过程中，弹性气囊的压力始终高于注入压力约0.2MPa；

6)按照设定的实验方案开展不同的模拟实验。

实施例1、利用本发明二维可视化填砂模型进行驱油实验

如图2所示，通过向填砂模型内填入40～120目、120～240目的玻璃微珠，模拟油藏平面非均质性，其中，高渗区渗透率约为3000mD，低渗区渗透率约为1000mD，高渗区面积与低渗区面积比例为1：1。

实验过程：模型按要求填砂之后，在油藏温度下饱和地层水，饱和油，建立束缚水。然后进行水驱，为了便于观察，水驱过程中注入水为红色，水驱至含水率达到99％时，注入纳米聚丙烯酰胺微球调剖剂(按照中国专利申请201310585943.0中实施例1制备)，调剖剂注入量为0.015PV。继续进行水驱，含水率再次到达99％时，停止实验。实验过程中，记录注入液量、注入压力和采出液量，并通过拍照，记录不同时刻油藏模型的动用情况。

实验结果：水驱至含水99％时，高渗区采收率为35.5％，低渗区采收率为19.4％，注入调剖剂后水驱，高渗区采收率提高至53.1％，提高了17.6％，低渗区采收率提高至24.5％，提高了5.1％。

图3为实验过程中压力变化曲线，可以看出，注入调剖剂后，注入压力明显升高，后续水驱过程中，压力逐渐下降，但最终注入压力仍然高于未注调剖剂之前的注入压力。

图4为上述实验过程中不同阶段的模型照片，可以看出，注入纳米微球调剖剂后，波及效率明显增大，大幅提高了低渗区域的动用程度。

实施例2、利用本发明二维可视化填砂模型进行驱油实验

如图5所示，通过向填砂模型内填入120～240目、40～120目、120～240目玻璃微珠，模拟油藏平面非均质性，其中，高渗区渗透率约为3000mD，低渗区渗透率约为1000mD，高渗区位于低渗区中间，高渗区面积与低渗区面积比例为1：2。

实验过程：模型按要求填砂之后，在油藏温度下饱和地层水，饱和油，建立束缚水。然后进行水驱，为了便于观察，水驱过程中注入水为红色，水驱至含水率达到99％时，注入纳米微球调剖剂(按照中国专利申请201310585943.0中实施例2制备)，调剖剂注入量为0.050PV。继续进行水驱，含水率再次到达99％时，停止实验。实验过程中，记录注入液量、注入压力和采出液量，并通过拍照，记录不同时刻油藏模型的动用情况。

实验结果：水驱至含水99％时，高渗区采收率为33.6％，低渗区采收率为16.3％，注入调剖剂后水驱，高渗区采收率提高至48.2％，提高了14.6％，低渗区采收率提高至25.7％，提高了9.4％。

图6为实验过程中压力变化曲线，可以看出，注入调剖剂后，注入压力明显升高，后续水驱过程中，压力逐渐下降，但最终注入压力仍然高于未注调剖剂之前的注入压力。

图7为上述实验过程中不同阶段的模型照片，可以看出，注入纳米微球调剖剂后，波及效率明显增大，大幅提高了低渗区域的动用程度。

Claims (5)

1.一种模拟水平井开采的二维可视化填砂实验模型，包括模型主体、模型底板、模型盖板和若干模型注入井和模型采出井；

模型注入井和采出井；

所述模型主体、所述模型底板和所述模型盖板相配合形成填砂腔体；

所述填砂腔体内的一端设有弹性气囊，所述弹性气囊通过控气腔与外接气源连接；

所述模型底板上设有若干温度监测点和压力监测点；

所述模型盖板为双层钢化玻璃；

根据模拟实验要求，将所述模型注入井和所述模型采出井设置于所述填砂腔体内；

所述填砂腔体的四周内壁和底面均经高温涂层处理后敷设隔热层；

所述模型底板可伸缩移动，以控制填砂量；

所述模型底板上配合有挤压活塞，当所述模型底板固定后，通过所述挤压活塞进一步压实所述填砂腔体内的砂体。

2.根据权利要求1所述的填砂实验模型，其特征在于：所述模型主体与所述模型盖板之间、所述双层钢化玻璃的钢化玻璃之间均设有橡胶圈。

3.根据权利要求1或2所述的填砂实验模型，其特征在于：所述模型注入井和所述模型采出井均为具有狭缝或孔眼的不锈钢管。

4.权利要求1-3中任一项所述填砂实验模型在均质储层或非均质储层水平井的冷采、注水、注气、注入聚合物或表面活性剂的驱油模拟实验或化学调剖堵水实验中的应用。

5.权利要求1-3中任一项所述填砂实验模型的使用方法，包括如下步骤：

S1)根据模拟实验要求，布置所述模型注入井、所述模型采出井、温度传感器和压力传感器；

S2)向所述填砂腔体内填入要求粒径分布和组成的砂样，通过振动保证模型的填砂效果；

S3)将所述控气腔与外部气源接通，为所述弹性气囊充气，压力控制在0.2MPa左右以压实模型；

S4)通过所述模型注入井向所述填砂腔体内的模型中先后饱和模拟地层水和模拟油；

S5)通过外接气源控制所述弹性气囊的压力，以保证所述弹性气囊的压力始终高于注入压力；

S6)按照设定的实验方案开展不同的模拟实验。

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