CN113027431B - 一种半密封二维渗流模型及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种半密封二维渗流模型及制作方法。包括一个模型主体，其特征在于：所述模型主体采用“三明治”式结构，两块尺寸相同的玻璃板位于上、下方向平行放置，在两块玻璃板之间，垫放有一圈封闭的硬质海绵条；间隙内分布有高渗带和泥岩区，泥岩区和硬质海绵条包围高渗带；高渗带有一个区域延伸到靠近硬质海绵条处，高渗带的这个区域是模型的注入点；高渗带内的填充物为大颗粒填充物，泥岩区内的填充物为小颗粒填充物；在两块玻璃板的四周用C形夹夹紧；模型主体浸泡于水体内。利用本种模型可以真实地模拟油气水在地层情景下的流动。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探开发试验技术领域，特别是涉及一种二维渗流模型及实现方法。
背景技术
二维渗流模型具有直观可视化的特点，在认识油气运移聚集成藏机理和注水开发实验中都有广泛的应用。目前二维模型的制作方法总体上分为“湿填法”和“干填法”两大类，《石油穆式运移实验研究》一文描述了湿填法的操作方法与过程，这类方法中，先将模型三个边封闭，剩余一个边敞开，通过敞开边将模型充满水，再将颗粒和水混合的浆状物均匀的填入模型，最后再封闭敞开边，这类方法的优点是在填充后的模型就是饱和水模型，节省模型饱和步骤，效率比较高，其缺点在于填充过程中颗粒材料在模型中的沉降难以人为干预，因此适合制作均质二维渗流模型。干填法能够制作复杂的均质模型，这类模型制作方法是先在底板上铺设边界约束，再将边界包围区域用分隔条分割成不同的区域，在不同的区域填充不同的颗粒材料，从而可以制作非均质二维渗流模型，这类模型制作的关键点在于填充颗粒材料的量难于把控，填充不足时，模型移动与饱和水，分割区域会产生变形与破坏，填充过量时，颗粒材料支撑玻璃板，会造成模型密封失败，因此这类模型制作成功率低。干填法和湿填法制作的二维渗流模型都有固定的注液口和排液口，注入流体从注液口注入，同时模型内被驱替流体从排液口排出，流体在模型内的流动及驱替受排液口和注液口位置的限制和约束，但在实际地层中，只有油相和气相受毛细管力的约束被限制在高渗带，而水相内部不存在毛细管力，因此它不但可以在储层内流动，也能穿越盖层和隔夹层，这导致当前二维渗流模型中水相的流动区域及方式和实际地层不符。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种半密封二维渗流模型及制作方法,利用该模型可以较为真实地模拟油气水在地层情景下的流动。
本发明的技术方案是：该种半密封二维渗流模型，包括一个模型主体，其独特之处在于：所述模型主体采用“三明治”式结构，两块尺寸相同的玻璃板位于上、下方向平行放置，在所述两块玻璃板之间，垫放有一圈封闭的硬质海绵条；所述两块玻璃板的内表面和硬质海绵条共同围成的间隙内分布有高渗带和泥岩区，所述泥岩区和硬质海绵条包围高渗带；所述高渗带有一个区域延伸到靠近硬质海绵条处，所述高渗带的这个区域是模型注入点；所述高渗带内的填充物为大颗粒填充物，所述泥岩区内的填充物为小颗粒填充物；在所述两块玻璃板的四周用C形夹夹紧；
所述模型还包括一个用于实现对模型主体进行半密封的水体，所述模型主体浸泡于所述水体内。
该种半密封二维渗流模型的制作方法，包括以下步骤：
第一步，将下玻璃板平放在桌面上，在下玻璃板的上表面四周固定硬质海绵条；
第二步，根据待模拟的实际地层情况将硬质海绵条围成的区域用窄胶条分隔，以使得形成高渗带和泥岩区域；用窄胶条分隔时，高渗带有一端需要延伸到靠近硬质海绵条，将该处作为模型注入点，但该处距离硬质海绵条不得少于3mm；所用窄胶条的厚度和硬质海绵条厚度相近；
第三步，窄胶条分隔完成后，首先在泥岩区填充模拟泥岩的细小颗粒，抹平压实后除去盈余颗粒，使得颗粒堆积体上表面和四周的硬质海绵条平齐；
第四步，清除第三步中落于高渗带内的细小颗粒，填充大颗粒，抹平并压实；
第五步，清除用于分隔高渗带和泥岩区域的窄胶条，并用窄胶条两侧粒径较小的颗粒补充清除窄胶条所留下的缝隙；
第六步，对齐盖上上玻璃板，并在四周用C形夹固定；
第七步，将经由第六步固定好后的模型主体置入水体内，完成模型制作。
本发明具有如下有益效果： 1）半密封二维渗流模型不要求严格密封；因此大幅降低模型的制作难度，提高成功率；2）能够模拟实际地层情况，实现水相自由流动，而油相和者气相被限制在高渗带，实现模型对油气相的密封。
附图说明：
图1所示为半密封二维渗流模型的结构示意图。
图2是半密封二维渗流模型的一个结构图实例。
图3是半密封二维渗流模型的一个应用实例。
图中1、C形夹，2、硬质海绵条，3、泥岩区，4、第一高渗带，5、第二高渗带，6、模型注入点，7、上玻璃板，8、下玻璃板，2-1、泥岩区，2-2、高渗带A，2-3、高渗带B，2-4、实际注入点。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为为半密封二维渗流模型的结构示意图。如图所示，本种半密封二维渗流模型，包括一个模型主体，其特征在于：所述模型主体采用“三明治”式结构，两块尺寸相同的玻璃板位于上、下方向平行放置，在所述两块玻璃板之间，垫放有一圈封闭的硬质海绵条；所述两块玻璃板的内表面和硬质海绵条共同围成的间隙内分布有高渗带和泥岩区，所述泥岩区和硬质海绵条包围高渗带；所述高渗带有一个区域延伸到靠近硬质海绵条处，所述高渗带的这个区域是模型的注入点；所述高渗带内的填充物为大颗粒填充物，所述泥岩区内的填充物为小颗粒填充物；在所述两块玻璃板的四周用C形夹夹紧；
所述模型还包括一个用于实现对模型主体进行半密封的水体，所述模型主体浸泡于所述水体内。
这种半密封二维渗流模型的制作方法，包括以下步骤：
第一步，将下玻璃板平放在桌面上，在下玻璃板的上表面四周固定硬质海绵条；
第二步，根据待模拟的实际地层情况将硬质海绵条围成的区域用窄胶条分隔，以使得形成高渗带和泥岩区域；用窄胶条分隔时，高渗带有一端需要延伸到靠近硬质海绵条，将该处作为模型注入点，但该处距离硬质海绵条不得少于3mm；所用窄胶条的厚度和硬质海绵条厚度相近；
第三步，窄胶条分隔完成后，首先在泥岩区填充模拟泥岩的细小颗粒，抹平压实后除去盈余颗粒，使得颗粒堆积体上表面和四周的硬质海绵条平齐；
第四步，清除第三步中落于高渗带内的细小颗粒，填充大颗粒，抹平并压实；
第五步，清除用于分隔高渗带和泥岩区域的窄胶条，并用窄胶条两侧粒径较小的颗粒补充清除窄胶条所留下的缝隙；
第六步，对齐盖上上玻璃板，并在四周用C形夹固定；
第七步，将经由第六步固定好后的模型主体置入水体内，完成模型制作。
本发明实现半密封的原理如下：模型浸没在水体时，水相可以通过模型四周的硬质海绵条的孔隙和周围水体进行自由交换，因此模型对水相不具有密封作用，水相流动方向也不受排液口的限制；油相或者气相由于毛细管力的作用被限制在模型的高渗带，只能沿高渗带流动，从而实现模型对油相和气相的密封。
下面给出本发明的一个具体实施例：
如图2所示，硬质海绵条围成的方形区域被分割成泥岩区、高渗带A，高渗带B，其中高渗带B向下延伸至距离硬质海绵条5mm处作为模型注入点，高渗带A模拟垂向发育的断层，高渗带B模拟水平输导层，高渗带B的左侧延伸至硬质海绵条，右侧延伸延伸一段距离后尖灭于泥岩区。
作为一种优选实施例，上下玻璃板为5mm厚钢化玻璃，宽300mm，高400mm；
作为一种优选实施例，硬质海绵条的宽度为10mm，厚度为2mm；
作为一种优选实施例，封隔渗流区域所用胶条厚度为2mm，宽2mm；
作为一种优选实施例，模型实现对油相的半密封；
作为一种优选实施例，模型中填充颗粒材料为玻璃微珠；
作为一种优选实施例，模型中高渗带A和B分别填充30目和20目玻璃微珠。
作为一种优选实施例，注入点在高渗带B的下端，距离硬质海绵条5mm。
根据本发明的具体实施方式，制作半密封二维渗流模型包括以下步骤：
1. 将下玻璃板平放在桌面，在其上表面四周固定硬质海绵条；
2. 根据实验设计将硬质海绵条围成的方向区域用窄胶条分隔成高渗带A、高渗带B和泥岩区，高渗带B向下延伸至距离硬质海绵条5mm处作为模型注入点；
3. 在泥岩区填充100目玻璃微珠，抹平压实后除去盈余颗粒，使得颗粒堆积体上表面和四周硬质海绵条平齐；
4. 清除高渗带A和高渗带B中的100目玻璃微珠，并在高渗带A和高渗带B填充分别填充30目和20目玻璃微珠，在高渗带C填充40目玻璃微珠，抹平并压实；
5. 清除用于分割区域的胶条，并用胶条两侧粒径较小的颗粒补充清除胶条所留下的缝隙；
6. 对其盖上上玻璃板，并在四周用C形夹固定模型。
实现模型半密封时，先将模型抽真空饱和水，之后把模型浸没在水体中，将注入管线通过注射针头插入到注入点，向模型中充注染色煤油，从图3可以看出1）在模型对水相不密封的情况下，油相被泥岩区限制在了高渗带，实现了对油相的密封；2）充注5分钟时，油从高渗带B进入高渗带A，这时受高渗带A两侧渗透性的影响，油相进入高渗带A后首先向左侧运移，之后受油相粘滞力影响或者非均质的影响，即使高渗带Ａ右侧区域由于尖灭被泥岩区和含油区所包围，但油仍可进入高渗带Ａ的右侧区域，其原因在于高渗带Ａ右侧尖灭端的饱和水能够通过泥岩区向模型右侧自由排出，这充分模拟了油水相在地层中的流动特征。
Claims (2)
1.一种半密封二维渗流模型，包括一个模型主体，其特征在于：所述模型主体采用“三明治”式结构，两块尺寸相同的玻璃板位于上、下方向平行放置，在所述两块玻璃板之间，垫放有一圈封闭的硬质海绵条；所述两块玻璃板的内表面和硬质海绵条共同围成的间隙内分布有高渗带和泥岩区，所述泥岩区和硬质海绵条包围高渗带；所述高渗带有一个区域延伸到靠近硬质海绵条处，所述高渗带的这个区域是模型的注入点；所述高渗带内的填充物为大颗粒填充物，所述泥岩区内的填充物为小颗粒填充物；在所述两块玻璃板的四周用C形夹夹紧；
所述模型还包括一个用于实现对模型主体进行半密封的水体，所述模型主体浸泡于所述水体内。
2.一种半密封二维渗流模型的制作方法，包括以下步骤：
第一步，将下玻璃板平放在桌面上，在下玻璃板的上表面四周固定硬质海绵条；
第二步，根据待模拟的实际地层情况将硬质海绵条围成的区域用窄胶条分隔，以使得形成高渗带和泥岩区域；用窄胶条分隔时，高渗带有一端需要延伸到靠近硬质海绵条，将该处作为模型注入点，但该处距离硬质海绵条不得少于3mm；所用窄胶条的厚度和硬质海绵条厚度相近；
第三步，窄胶条分隔完成后，首先在泥岩区填充模拟泥岩的细小颗粒，抹平压实后除去盈余颗粒，使得颗粒堆积体上表面和四周的硬质海绵条平齐；
第四步，清除第三步中落于高渗带内的细小颗粒，填充大颗粒，抹平并压实；
第五步，清除用于分隔高渗带和泥岩区域的窄胶条，并用窄胶条两侧粒径较小的颗粒补充清除窄胶条所留下的缝隙；
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