CN112031727A - 一种压裂水平井多介质吞吐的物理模拟装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压裂水平井多介质吞吐的物理模拟装置和方法，包括长岩心夹持器和回压阀，长岩心中间切割裂缝，回压阀设定为油藏窜流门限压力。岩心夹持器固定于CT扫描设备下进行实时监测，其测量CT值进行插值计算得到含油饱和度的变化。本发明能够有效模拟致密页岩油藏压裂后复杂孔缝系统下多介质吞吐的过程，克服了传统岩心模拟实验没有考虑人工裂缝窜流现象，评价多介质提高致密‑页岩油采收率的潜力，易于实验操作，测量精度高。

Description

一种压裂水平井多介质吞吐的物理模拟装置和方法

技术领域

本发明涉及油气地质及油气田开发工程领域，具体的说，涉及一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐提高采收率的物理模拟装置和方法。

背景技术

致密-页岩油是重要的非常规油气资源，是常规石油的直接接替能源。目前主要采用大规模水力压裂结合水平井钻井的衰竭式开采方式。但油井产能往往递减很快，采收率一般仅为5％～10％，提高原油采收率的潜力巨大。目前国内外专家普遍建议利用单井吞吐的方式注入多种类型的流体介质，补充油藏能量，提高油藏中原油的采收率。常见的注入介质有：甲烷、N₂、CO₂、水、表活剂溶液等。吞吐注入主要包括三个过程：注入介质、闷井和恢复生产(回采)。目前室内物理模拟实验仅仅是针对单个基质岩心，模拟多介质的吞吐过程，实验表明各类介质提高采收率效果较好，但与矿场实践差距大。主要原因是单根岩心对矿场吞吐过程的模拟不充分，比如未能考虑到裂缝的几何形态以及与临井水力裂缝的窜流现象。具体地，实际矿场水平井井距较小，人工裂缝相互交织，吞吐时与临井窜流严重，单井吞吐提高采收率效果不明显。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐提高采收率的物理模拟装置和方法，以克服现有的技术缺陷，准确评价多介质吞吐提高采收率效果。

本发明提供一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，包括夹持器，所述夹持器为50cm长度的长岩心夹持器可串联放置10块左右标准岩心，所述夹持器上设有注入接口、径向围压接口、回压接口和样品进出口；所述介质注入接口与回压接口分别位于夹持器的两端，所述径向围压接口位于夹持器的侧壁上；

介质注入组件，包括多个中间容器和第一加压装置，每个所述中间容器的一端与第一加压装置相连接，另一端与夹持器的介质接口相连接，多个中间容器内分别盛放不同的注入介质；

所述径向围压接口与第二加压装置相连通，所述夹持器上设有回压接口，所述回压接口与第三加压装置相连通；

所述夹持器、介质注入组件、第二加压装置和第三加压装置形成密闭空间；

监测装置，所述监测装置设置在夹持器上方，用于监测岩心闷井过程中的含油饱和度变化。

其中，所述注入介质为水、表活剂溶液、N₂、CO₂、CH₄和/或辅助泡沫。

其中，所述第一加压装置通过六通阀与多个中间容器相连接，所述夹持器通过六通阀与多个中间容器相连接；所述夹持器与中间容器之间设有第一阀门和第一压力表；所述空气接口处设有第二阀门；所述回压接口与第三加压装置之间设有回压阀。

其中，所述所述径向围压接口与第二加压装置之间设有第二压力表；

其中，所述监测装置为医用CT扫描仪，记录实验过程中，利用CT扫描获取若干岩心截面的CT值，将所有岩心截面CT值进行平均处理，即可利用线性插值的方法获取对应岩心平均含油饱和度，继而得到原油的采收率。

其中，所述夹持器的外壳为炭纤维筒能够使x射线通过，用于扫描内部岩心。

本发明提供一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟方法，包括如下步骤：

1)将致密岩心样品放入夹持器中，联通夹持器与第二加压装置，通过第二加压装置向夹持器内施加围压，模拟上覆岩层压力；

2)调节与回压接口连接的第三加压装置设定回压，模拟油藏中井与井之间裂缝窜流的门限压力，并利用监测装置获取一定间隔下的截面CT图像，圈定所有CT图像中岩心的有效范围，得到总的平均CT值，即为岩心饱和油时所对应的CT值；

3)连通介质接口与中间容器，同时打开第二阀门，通过第一加压装置，分别向夹持器中注入不同的介质并排空空气，直至达到设定的注入介质PV数；

4)关闭第二阀门，关闭介质接口与中间容器之间的连通，模拟矿场情况下的焖井阶段；

5)打开第二阀门，模拟回采阶段，并利用监测装置获取一定间隔下的截面CT图像，将所有岩心截面CT值进行平均处理，即可利用油和水CT值的区别，在饱和油岩心CT值已知的基础上，获取对应岩心平均含油饱和度，继而得到原油的采收率。

其中，所述步骤1)中的致密岩心样品的制备方法为将致密岩心中间劈开模拟裂缝，并将其烘干后，抽真空并通过中间容器饱和地层原油；将10块致密岩心样品串联同时放入夹持器中时，保持裂缝角度基本相同。

其中，步骤1)中，所述夹持器的围压高于孔隙流体压力3～5MPa。

其中，所述步骤2)中通过调节回压阀的开度和第三加压装置设定回压。

其中，步骤5)中，整个实验过程中需要保持岩心夹持器与监测装置的位置没有发生挪动，用以保证饱和度变化监测的准确。

本发明的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐的物理模拟装置和方法，包括长岩心夹持器和回压阀，长岩心中间切割裂缝，回压阀设定为油藏窜流门限压力。岩心夹持器固定于CT扫描设备下进行实时监测，其测量CT值进行插值计算得到含油饱和度的变化。本发明能够有效模拟致密页岩油藏压裂后复杂孔缝系统下多介质吞吐的过程，克服了传统岩心模拟实验没有考虑人工裂缝窜流现象，评价多介质提高致密-页岩油采收率的潜力，易于实验操作，测量精度高。

附图说明

图1，本发明的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置的结构示意图；

图2，致密-页岩单个岩心样品的结构示意图。

图3，不存在临井窜流时不同介质吞吐提高采收率实验结果。

图4，不同回压下的CO2吞吐提高采收率实验结果。

图5，泡沫辅助CO2吞吐实验结果。

附图标记说明：

1.第一加压装置，2.六通阀，3.中间容器，4.第一压力表，5.夹持器，6.径向围压接口，7.第二压力表，8.第二加压装置，9.回压阀，10.第三加压装置，11.第二阀门，12.第一阀门，13.岩心样品，14.CT扫描仪。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，包括夹持器5，所述夹持器5为50cm长度的长岩心夹持器可串联放置10块左右标准岩心样品13，所述夹持器5上设有注入接口、径向围压接口、回压接口和样品进出口；所述介质注入接口与回压接口分别位于夹持器的两端，所述径向围压接口6位于夹持器的侧壁上；

介质注入组件，包括多个中间容器3和第一加压装置1，每个所述中间容器3的一端与第一加压装置1相连接，另一端与夹持器5相连接，多个中间容器内分别盛放不同的注入介质；

所述径向围压接口6与第二加压装置8相连通，所述夹持器5上设有回压接口，所述回压接口与第三加压装置10相连通；

监测装置，所述监测装置设置在夹持器5上方，用于监测岩心闷井过程中的含油饱和度变化。

所述注入介质为水、表活剂溶液、N₂、CO₂、CH₄或气体泡沫。

所述第一加压装置1通过六通阀2与多个中间容器3相连接，所述夹持器5通过六通阀与多个中间容器3相连接；所述夹持器5与中间容器3之间设有第一阀门12和第一压力表4；所述空气接口处设有第二阀门11；所述回压接口与第三加压装置10之间设有回压阀9。

所述所述径向围压接口6与第二加压装置8之间设有第二压力表7。

所述监测装置为CT扫描仪14，记录实验过程中，利用CT扫描仪获取若干岩心截面的CT值，将所有岩心截面CT值进行平均处理，即可利用线性插值的方法获取对应岩心平均含油饱和度，继而得到原油的采收率。

所述夹持器5的外壳为炭纤维筒能够使x射线通过，用于扫描内部岩心

使用上述致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置进行物理模拟的方法，包括如下步骤：

步骤1)将10块致密岩心中间劈开模拟裂缝，并将其烘干后，抽真空并饱和原油模拟储层；

步骤2)将10块致密岩心并联放入长岩心夹持器5中，保持裂缝角度相同，使用与夹持器5径向围压接口6连接第二加压装置8(泵)施加围压，模拟上覆岩层压力，并通过第二压力表7监测围压，所述夹持器5的围压高于孔隙流体压力3～5MPa；

步骤3)调节与回压阀9连接的第三加压装置10(泵)设定回压，模拟油藏中井与井之间裂缝窜流的门限压力；

步骤4)利用六通阀2将第一加压装置1(泵)和多个中间容器3连接起来，其中各中间容器为并联。多个中间容器中可放置不同的注入介质(比如水、表活剂溶液、N₂、CO₂、CH₄、泡沫等)，对比不同介质或者不同介质段塞符合吞吐的增产效果；

步骤5)模拟注入阶段，在注入端连接第一压力表4打开第一阀门12并保持第二阀门11打开，注入一段注入介质排空空气后关闭第二阀门11，当第一压力表达到设计的饱和压力时，或满足所设定的注入PV数时，关闭阀12停止注入；

步骤6)模拟闷井阶段，在设计的“闷井”时间内，保持第一阀门12和第二阀门11关闭，使注入介质进入岩石基质中；同时可用CT扫描仪14监测岩心“闷井”过程中的含油饱和度变化。

步骤7)模拟回采阶段，打开第二阀门11，通过CT扫描仪记录岩石实时的含油饱和度在岩心长度上的变化，推算原油的动用范围及采收率和时间的关系；连通阀可调节不同开口，研究放喷速度与采收率的关系。

具体实施例

针对长庆油田长7段页岩油藏一口压裂水平井，获取其页岩岩样若干，制作标准岩心10块，并按照上述步骤开展多种介质吞吐注入提高采收率的室内评价研究工作，研究的主要注入介质为水、CO₂、N₂以及辅助泡沫。假设不存在临井窜流的条件下，设定出口端回压为油藏原始压力(20MPa)，注入端压力为25MPa，而且设定单个轮次最大注入PV数为0.5。进行吞吐试验10个轮次，每个轮次结束时利用检测装置获取其平均饱和度的变化，得到其采收率。实验结果如图3所示。结果表明CO₂吞吐对油藏提高采收率的效果最好，提高接近50％的采收率。这与常规单个岩心的吞吐实验结果的规律比较一致，但实际矿场往往采收率提升不足。在此基础上利用所建立的装置和实验方法，调整出口端回压的大小，研究不同出口端回压下的CO₂吞吐效果，即模拟油藏条件下与临井的窜流能力，出口端回压大小即为裂缝窜流的门限压力。具体结果如图4所示，可以发现窜流对吞吐效果影响颇大，10MPa回压时，采收率不足20MPa回压下的一半，这与实际矿场实践比较吻合。进一步地，对于10MPa回压的条件下，在注入CO₂之前注入一个泡沫段塞，封堵高渗透裂缝通道，则可以获得更高的采收率，具体结果如图5所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，其特征在于，包括夹持器，所述夹持器内设有用于容纳致密岩心样品的空间，所述夹持器上设有介质接口、空气接口、径向围压接口、回压接口和样品进出口；所述介质接口、空气接口与回压接口分别位于夹持器的两端，所述径向围压接口位于夹持器的侧壁上；

介质注入组件，包括多个中间容器和第一加压装置，每个所述中间容器的一端与第一加压装置相连接，另一端与夹持器的介质接口相连接，多个中间容器内分别盛放不同的注入介质；

所述径向围压接口与第二加压装置相连通，所述夹持器上设有回压接口，所述回压接口与第三加压装置相连通；

所述夹持器、介质注入组件、第二加压装置和第三加压装置形成密闭空间；

监测装置，所述监测装置设置在夹持器上方，用于监测岩心闷井过程中的含油饱和度变化。

2.根据权利要求1所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，其特征在于，所述注入介质为水、表活剂溶液、N₂、CO₂、CH₄和/或辅助泡沫。

3.根据权利要求1所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，其特征在于，所述第一加压装置通过六通阀与多个中间容器相连接，所述夹持器通过六通阀与多个中间容器相连接；所述夹持器与中间容器之间设有第一阀门和第一压力表；所述空气接口处设有第二阀门；所述回压接口与第三加压装置之间设有回压阀。

4.根据权利要求1所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，其特征在于，所述所述径向围压接口与第二加压装置之间设有第二压力表。

5.根据权利要求1-4任一所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟装置，其特征在于，所述监测装置为CT扫描仪。

6.一种致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将致密岩心样品放入夹持器中，联通夹持器与第二加压装置，通过第二加压装置向夹持器内施加围压，模拟上覆岩层压力；

2)调节与回压接口连接的第三加压装置设定回压，模拟油藏中井与井之间裂缝窜流的门限压力；

3)连通介质接口与中间容器，同时打开第二阀门，通过第一加压装置，分别向夹持器中注入不同的介质并排空空气，直至达到设定的注入介质PV数；

4)关闭第二阀门，关闭介质接口与中间容器之间的连通，模拟焖井阶段，并用监测装置监测岩心闷井过程中的含油饱和度变化；

5)打开第二阀门，模拟回采阶段，并用监测装置监测岩心闷井过程中的含油饱和度变化。

7.根据权利要求6所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟方法，其特征在于，所述步骤1)中的致密岩心样品的制备方法为将致密岩心中间劈开模拟裂缝，并将其烘干后，抽真空并通过中间容器饱和地层原油；将10块致密岩心样品串联同时放入夹持器中时，保持裂缝角度基本相同。

8.根据权利要求7所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟方法，其特征在于，所述步骤2)中通过调节回压阀的开度和第三加压装置设定回压。

9.根据权利要求7所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟方法，其特征在于，步骤1)中，所述夹持器的围压高于孔隙流体压力3～5MPa。

10.根据权利要求7所述的致密-页岩油藏压裂水平井多介质吞吐采收率的物理模拟方法，其特征在于，步骤5)中，整个实验过程中需要保持岩心夹持器与监测装置的位置没有发生挪动，用以保证饱和度变化监测的准确。

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