CN113092325A - 一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法 - Google Patents

一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法。所述确定方法包括如下步骤：S1、将非均相体系依次注入不同渗透率的岩心中，进行岩心驱替实验；根据岩心驱替实验的结果，确定非均相体系对于不同渗透率的岩心的封堵情况；S2、测定不同渗透率的岩心的孔隙尺寸分布和所述非均相体系的粒径分布；根据式(1)得到不同渗透率下的EMD距离；S3、根据目标油藏的孔隙尺寸分布、步骤S2得到的EMD距离和式(1)，即得到非均相体系的粒径分布。本发明中建立的EMD数学模型，可通过编程进行求解，计算方法简便、结果更为精确，从而为目标油田快速优选非均相体系颗粒粒径，或根据粒径分布范围对非均相体系进行复配使用提供有力技术支持。

Description

一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定 方法
技术领域
本发明涉及一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法，属于油田化学技术领域。
背景技术
我国石油供需矛盾日益突出，高效开发石油资源是提高原油产量及保障国家能源安全的必要手段。聚合物驱油技术虽取得了显著的增油降水效果，但在试验和应用中也遇到了问题和挑战，严重影响聚合物驱开发效果。因此，亟待探索提高采收率新方法新理论。非均相体系调驱技术是近年来新发展起来的一项新型提高采收率技术，该体系充分依据岩石孔隙结构特征及渗流特点，吸取现代微材料而设计合成，普适性较强，具有良好的耐温抗盐性能。非均相体系进入多孔介质内后具有“堵大不堵小”封堵特性和“捕集-变形-运移-再捕集-再变形-再运移……”运动特征，可实现深部液流转向和扩大宏观、微观波及体积目的。然而，非均相体系粒径分布与油藏适应性对取得最佳调驱效果具有关键作用。当非均相体系粒径太大，较易在端面造成堵塞，难以到达储层深部；当非均相体系粒径太小，不能产生有效封堵作用；只有当非均相体系与岩石孔喉尺寸相匹配时，非均相颗粒就可以随携带液水进入到地层，并在进入油藏深部过程中微球不断水化膨胀，逐步发生滞留和增加流动阻力，从而实现携带液或后续注入驱油剂转向进入小孔隙和中低渗透层，扩大波及体积。但是，以往研究都是基于非均相颗粒中值粒径与岩心平均孔喉直径中值的匹配关系，行业内也没有关于颗粒粒径分布与岩心孔隙分布的匹配关系的文献报道，缺少相关研究工作，因此这一问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法，以克服现有技术中尚未开展非均相体系与油藏孔喉尺寸分布匹配性研究工作的问题，本发明方法快捷简便、结果准确，可为提高非均相体系调驱效果提供重要技术支持和保障。
本发明所提供的非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法，包括如下步骤：
S1、将非均相体系依次注入不同渗透率的岩心中，进行岩心驱替实验；根据所述岩心驱替实验的结果，确定所述非均相体系对于不同渗透率的岩心的封堵情况(封堵效果)；
S2、测定不同渗透率的所述岩心的孔隙尺寸分布和所述非均相体系的粒径分布；根据式(1)得到不同渗透率下的EMD距离；
Figure BDA0002997242470000021
式中，S.T.表示约束条件；x(i,j)表示所述非均相体系的粒径分布曲线上i处对应的所述岩心的孔隙尺寸分布曲线上j处的尺寸，μm；
s(i,j)表示所述非均相体系的粒径分布与所述岩心的孔隙分布对应尺寸的相似程度，无因次；
νAi表示所述非均相体系的粒径分布曲线上的范围，无因次；
νBi表示所述岩心的孔隙尺寸分布曲线上的范围，无因次；
EMD(RA,RB)表示所述非均相体系的粒径分布与所述岩心的孔隙分布的EMD距离，无因次；
m为所述非均相体系的粒径分布曲线上的最大值，μm；
n为所述岩心的孔隙尺寸分布曲线上的最大值，μm。
S3、根据目标油藏的孔隙尺寸分布、步骤S2得到的所述EMD距离和式(1)，即得到所述非均相体系的粒径分布。
上述的确定方法中，所述岩心为石英砂环氧树脂胶结人造柱状岩心或填砂管岩心；
所述岩心的渗透率可为150～8000×10-3μm2；
通过岩心驱替实验结果获得不同渗透率条件下注入压力变化情况，获得非均相体系在该渗透率下的传输运移能力，从而建立EMD距离与岩心孔隙分布匹配程度最佳的非均相体系粒径分布之间的对应关系。
上述的确定方法中，所述非均相体系可为聚合物微球、预交联体膨颗粒PPG等的水溶液，浓度可为200～5000mg/L；
所述聚合物微球可为聚丙烯酰胺微球或丙烯酰胺类共聚物微球、聚苯乙烯微球或苯乙烯类共聚物微球，可为纳米级、微米级或亚毫米级微球。
上述的确定方法中，步骤S1中，按照所述岩心的渗透率由低到高的顺序进行所述岩心驱替实验。
上述的确定方法中，所述岩心驱替实验过程中，若所述非均相体系的注入压力呈持续升高的趋势，则表明所述非均相体系注入所述岩心后会形成桥堵，即所述非均相体系的颗粒粒径与所述岩心的孔喉尺寸不匹配，颗粒在岩心孔隙处发生聚并和滞留，最终形成桥堵，将此时所述岩心的渗透率记为K1；
若所述非均相体系的注入压力呈先升高后逐渐稳定的趋势，则表明此时的渗透率为所述非均相体系在所述岩心内形成有效封堵的临界值，记为K2；
根据所述岩心驱替实验的结果，确定所述非均相体系对于渗透率为K1-K2之间的所述岩心的封堵情况。
上述的确定方法中，步骤S2中，采用压汞实验法测定所述岩心的孔隙尺寸；
采用激光粒度仪进行测量所述非均相体系的粒径。
上述的确定方法中，步骤S2中，采用Python语言编程得到EMD距离。
本发明首次以统筹学中EMD距离(Earth Mover's Distance)作为评价非均相体系粒径分布和岩心孔隙分布匹配性，即二者分布相似程度的评价指标，建立相应的数学模型，并通过编程求解EMD距离。该指标全面衡量二者分布曲线上每个粒径区间尺寸的匹配性，进而得出整体评价结果。
利用本发明方法，在已知目标油藏的孔隙尺寸分布后，可根据求解的EMD距离，优选出符合要求的非均相体系粒径，从而提高非均相体系在多孔介质中的封堵能力，使渗流阻力增大，注入压力升高，从而促使后续注入流体转向进入中低渗透层，最终达到扩大波及体积目的。该评价指标和方法计算快捷简便、结果准确，可为开展非均相驱油体系矿场试验提供技术支持与重要保障。
与现有技术方法比较，本发明具有以下优点：
1、区别于以往研究仅针对非均相体系颗粒粒径中值与岩心平均孔喉尺寸匹配关系的研究，本发明中首次采用的EMD距离可评价非均相体系整体粒径分布尺寸与通过压汞实验测得岩石孔喉尺寸分布的匹配和相似程度，评价结果更加全面。
2、本发明中建立的EMD数学模型，可通过编程进行求解，计算方法简便、结果更为精确，从而为目标油田快速优选非均相体系颗粒粒径，或根据粒径分布范围对非均相体系进行复配使用提供有力技术支持。
附图说明
图1是非均相体系初始状态的显微照片。
图2是非均相体系膨胀后的显微照片。
图3是非均相体系初始粒径分布测试结果。
图4是非均相体系膨胀后粒径分布测试结果。
图5是不同渗透率下非均相体系注入压力的变化情况。
图6是非均相体系颗粒粒径分布与岩石孔喉尺寸分布的匹配关系图。
图7是EMD距离数学模型示意图。
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。
一、实验条件
(1)非均相体系包括微米级颗粒和亚毫米级颗粒，具体为商购于北京石大万嘉新材料科技有限公司生产的商品名为SMG(Y)颗粒，有效含量100％。实验用水根据渤海S油田矿化度配制的模拟水，水质分析见表1。
表1水质分析
Figure BDA0002997242470000041
开展室内实验时，实验温度应该模拟海上油田目标区块油藏的实际温度60℃。
(2)岩心
岩心为石英砂环氧树脂胶结人造均质柱状岩心，几何尺寸为
Figure BDA0002997242470000042
渗透率范围为Kg＝150～6000×10-3μm2。
二、具体实施方案
(1)采用渤海S油田模拟水配制非均相体系溶液(浓度为3000mg/L)，操作步骤如下：
1)配制溶液前摇动或用玻璃棒搅拌非均相体系试剂瓶，使瓶中各处浓度近似相等；
2)抽取一定量样品原液与溶剂水混合，混合均匀后用Waring搅拌器匀速搅拌10min，放置于60℃恒温箱中；
3)间隔一段时间后取出适量非均相体系溶液，采用三目金相显微镜观测非均相体系微观形态，同时用摄像机拍摄成像。
(2)采用德国Microtrac S-3500型激光粒度仪对非均相体系的初始粒径和膨胀后粒径分布进行检测；利用压汞实验法测得岩石孔喉尺寸。
(3)基于非均相体系颗粒粒径分布与岩石孔喉尺寸分布测试结果，建立评价非均相体系粒径分布和岩心孔隙分布匹配性的EMD距离数学模型，并通过Python语言编程求解EMD距离。
(4)根据岩心流动实验方法，按渗透率由低到高开始测试非均相体系粒径与岩心孔喉尺寸的匹配性：
1)岩心抽空饱和地层水，注模拟注入水，记录压差δP1；
2)注非均相体系溶液5PV，记录压差δP2；
3)注后续水，记录压差δP3；
上述实验过程注入速度为0.3mL/min，压力记录间隔为30min，从而获得不同渗透率条件下非均相体系注入压力与PV数关系曲线。
(5)结合岩心驱替实验结果，建立EMD距离与岩心孔隙分布匹配程度最佳的非均相体系粒径分布之间的对应关系。
三、实验结果与分析
1、非均相体系外观形态
图1和图2分别为非均相体系初始状态和膨胀后的显微照片。
由图可知，非均相体系外观呈球形，圆球度较好，在溶剂中分布比较均匀；该非均相体系是一种分子内交联的具有三维空间网络结构的球形弹性聚合物胶体，这种特殊网络结构使非均相体系不溶于水，但具有良好吸水膨胀性能。
2、非均相体系粒径分布
图3和图4分别为非均相体系初始和膨胀后粒径分布的测试结果。
由图可知，膨胀前颗粒粒径中值d50＝16.38μm，膨胀后颗粒粒径中值d50＝55.47μm，膨胀倍数为3.39。非均相体系水化过程完成后结构比较致密，聚集性较好，并且膨胀后最终粒径也较大。
3、非均相体系注入性评价实验结果
非均相体系与岩心孔隙尺寸适应性用阻力系数和残余阻力系数法进行测试，不同渗透率条件下非均相体系注入性评价实验结果见表2和图5。
表2非均相体系注入性评价实验结果
Figure BDA0002997242470000051
Figure BDA0002997242470000061
由表2和图5可知，当岩心渗透率为400×10-3μm2时，非均相体系注入岩心过程中压力呈现持续升高态势，说明非均相体系颗粒在岩心孔隙处发生聚并和滞留，最终形成桥堵。随岩心渗透率增加，阻力系数和残余阻力系数减小。由此可见，随岩心渗透率增加，孔喉尺寸增大，微凝胶与岩心孔喉间配伍性变好。同时，当岩心渗透率为6000×10-3μm2时，非均相体系通过岩心时注入压力变化不大，说明颗粒顺利通过岩心，并未在岩心孔隙内形成有效封堵。
因此，结合以上实验结果，可将非均相体系的封堵模式划分为三种：高效封堵、正常封堵和低效封堵，这将为非均相体系粒径的选择提供重要技术支持。
4、非均相体系粒径分布和岩心孔隙分布匹配性的EMD距离
利用压汞实验法测得上述不同渗透率的岩心的孔喉尺寸分布情况，采用激光粒度仪进行测量非均相体系的颗粒粒径分布，将非均相体系颗粒粒径分布与岩石孔喉尺寸分布绘制在同一坐标系下进行对比分析，如图6所示，分别在高效封堵、正常封堵和低效封堵模式下，建立评价非均相体系粒径分布和岩心孔隙分布匹配性的EMD距离数学模型(式(1))，并通过Python语言编程求解EMD距离，求解思路如图7所示，计算结果见表3。
表3均相体系注入性评价实验结果
Figure BDA0002997242470000062
由表3可知，在实际应用中，在已知目标油藏孔隙尺寸分布后，可根据求解的EMD距离，优选出符合要求的非均相体系粒径，从而提高非均相体系在多孔介质中的封堵能力，使渗流阻力增大，注入压力升高，从而促使后续注入流体转向进入中低渗透层，最终达到扩大波及体积目的。该评价指标和方法计算快捷简便、结果准确，可为开展非均相驱油体系矿场试验提供技术支持与重要保障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非均相体系粒径分布与油藏孔喉尺寸分布匹配性的确定方法，包括如下步骤：
S1、将非均相体系依次注入不同渗透率的岩心中，进行岩心驱替实验；根据所述岩心驱替实验的结果，确定所述非均相体系对于不同渗透率的岩心的封堵情况；
S2、测定不同渗透率的所述岩心的孔隙尺寸分布和所述非均相体系的粒径分布；根据式(1)得到不同渗透率下的EMD距离；
Figure FDA0002997242460000011
式中，x(i,j)表示所述非均相体系的粒径分布曲线上i处对应的所述岩心的孔隙尺寸分布曲线上j处的尺寸，μm；
s(i,j)表示所述非均相体系的粒径分布与所述岩心的孔隙分布对应尺寸的相似程度，无因次；
νAi表示所述非均相体系的粒径分布曲线上的范围，无因次；
νBi表示所述岩心的孔隙尺寸分布曲线上的范围，无因次；
EMD(RA,RB)表示所述非均相体系的粒径分布与所述岩心的孔隙分布的EMD距离，无因次；
m为所述非均相体系的粒径分布曲线上的最大值，μm；
n为所述岩心的孔隙尺寸分布曲线上的最大值，μm。
S3、根据目标油藏的孔隙尺寸分布、步骤S2得到的所述EMD距离和式(1)，即得到所述非均相体系的粒径分布。
2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于：上述的确定方法中，所述岩心为石英砂环氧树脂胶结人造柱状岩心或填砂管岩心；
所述岩心的渗透率为150～8000×10-3μm2。
3.根据权利要求1或2所述的确定方法，其特征在于：所述非均相体系为聚合物微球或预交联体膨颗粒PPG的水溶液，浓度为200～5000mg/L。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的确定方法，其特征在于：步骤S1中，按照所述岩心的渗透率由低到高的顺序进行所述岩心驱替实验。
5.根据权利要求4所述的确定方法，其特征在于：所述岩心驱替实验过程中，若所述非均相体系的注入压力呈持续升高的趋势，则表明所述非均相体系注入所述岩心后会形成桥堵，将此时所述岩心的渗透率记为K1；
若所述非均相体系的注入压力呈先升高后逐渐稳定的趋势，则表明此时的渗透率为所述非均相体系在所述岩心内形成有效封堵的临界值，记为K2；
根据所述岩心驱替实验的结果，确定所述非均相体系对于渗透率为K1-K2之间的所述岩心的封堵情况。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的确定方法，其特征在于：步骤S2中，采用压汞实验法测定所述岩心的孔隙尺寸；
采用激光粒度仪进行测量所述非均相体系的颗粒粒径。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的确定方法，其特征在于：步骤S2中，采用Python语言编程得到EMD距离。
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