CN113700474A - 驱油用组合式物理模拟大模型实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油勘探开发的技术领域，涉及一种驱油用组合式大模型实验装置和方法。其包括注入系统、组合式大模型、计量系统；注入系统与组合式大模型连接，组合式大模型由中心模型和外围模型，加热系统组成，中心模型为中心模型为圆柱体或多面体板式模型；外围模型由若干个岩心夹持器或管状模型组成；中心模型设置若干个出口端，出口端通过管线与外围模型连接，管线上设置有开关；外围模型中每个岩心夹持器或管状模型中部设置两个及以上的孔，通过管线将岩心夹持器或管状模型串联起来；外围模型与计量系统连接；中心模型和外围模型置于加热系统中。该装置能够方便、快捷地完成非均质油藏注水或注气开发及调整的模拟，为实际油藏制定开发方案、预测开发效果提供可靠依据。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发的技术领域，涉及一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置及方法。
背景技术
波及系数是油气田开发的重要指标之一。由于注入流体与地层原油的流度差异，以及储层固有的非均质性，导致注水、注气开发过程中注入流体往往优先沿渗透率优势通道流动，高渗透层过早水淹或者气窜，而低渗透层难以被有效动用，大量的剩余油难以采出。注入流体波及系数低已经成为限制各类油藏进一步提高采收率的关键。而如何根据注入流体的波及情况确定开发调整措施是现阶段各类高含水、高气油比油田提高采收率的主要思路。
现阶段的油气田开发，所面临的地质条件复杂、开发过程复杂，难以直观的确定非均质储层中多相流体的分布，也就难以明晰开发过程中的注入流体的波及规律，因而难以制定更合理的开发调整措施来得到更高的采收率。现阶段的常规实验手段如岩心驱替，通常采用管式模型进行单管或双管试验，主要体现一维线性流的驱油效率，难以通过常规岩心实验来分析流体的波及规律。
如何利用实验手段将物理模拟实验与油藏开发有机结合起来，部分研究者通过尝试建立大物理模型来模拟油气藏的开发过程，然而该实验方法主要存在以下几个问题：1.模型的非均质性难以控制。大物理模型在一次压制成型的过程中物性随机性较强，物性分布不确定。2.高温高压大物理模拟设备笨重，实验工作量大，周期长，花费高，人员劳动强度大，过程不宜控制、成功率低、性价比较差。
综上，提供一种易于控制、操作的大物理模型是油气藏开发所亟需的。
发明内容
本发明主要目的是提供一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置及方法，该装置能够方便、快捷地完成非均质油藏注水或注气开发及调整的模拟，为实际油藏制定开发方案、预测开发效果提供可靠依据。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其包括注入系统、组合式大模型、计量系统；
注入系统与组合式大模型连接，组合式大模型由中心模型和外围模型，加热系统组成，中心模型为中心模型为圆柱体或多面体板式模型，模拟中心井或注入井附近油藏；外围模型为由若干个岩心夹持器或管状模型组成，用以模拟不同方向、不同物性的油藏；
中心模型设置若干个出口端，出口端通过管线与外围模型连接，管线上设置有开关；外围模型中每个岩心夹持器或管状模型中部设置两个及以上的孔，通过管线将岩心夹持器或管状模型串联起来；外围模型与计量系统连接；中心模型和外围模型置于加热系统中。
优选地，注入系统由驱替泵和中间容器组成，驱替泵与中间容器连接，中间容器与中心模型连接。
优选地，中心模型出口端设置4-8个。
优选地，中心模型填充石英砂或油砂。
优选地，岩心夹持器内部均装填有均质的天然或人造模型。
优选地，管状模型内填充不同物性的岩心或沙子。
优选地，还包括控制系统，外围模型与控制系统连接，控制系统与计量系统连接；所述控制系统为若干个回压阀。
本发明还提供以上所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置的实验方法，包括以下步骤：将各个系统连接断开，对中心模型、外围模型饱和对应的复配地层油或模拟油，饱和完毕后再将各系统按顺序连接；通过不同的注入方式和注入不同的流体，用以模拟实际开发过程中的驱替过程和调剖措施；驱替模拟结束后，将组合式大模型中各个模型分离，对各个模型分别进行流体饱和度测试，获取驱替结束后的模型剩余油分布。
本发明还提供一种模拟水驱及聚合物驱的方法，采用以上所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，将配置好的石英砂装入中心模型，将中心模型与注入系统连接，饱和水，饱和油；将人造模型装入岩心夹持器，饱和水、饱和油，分别与中心模型出口相连，岩心夹持器分别与计量系统相连，加热至设定温度，水驱至四个模型综合含水98％，转注1500mg/l的聚合物溶液，注入总孔隙体积0.3PV聚合物溶液后，转注水至综合含水98％，停止试验，分别计算不同管式模型的水驱及聚合物驱的采收率、含水及压力变化曲线。
本发明还提供一种模拟水驱及CO2驱的方法，采用以上所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，将配置好的石英砂装入中心模型，将中心模型与注入系统连接，饱和水，饱和油；选择人造模型装入岩心夹持器，饱和水、饱和油，分别与中心模型的出口相连，岩心夹持器出口分别依次与回压阀、计量系统相连，加热至设定温度，将回压调到地层压力，注CO2至至少一个模型气液比大于2000，转气液交替注入，气液比1:1，段塞为0.1PV，分别注入溶液段塞和CO2段塞，而后连续注入CO2至其中一个模型气液比2000以上，试验结束，分别计算岩心夹持器中人造模型的CO2驱及气液交替提高采收率程度，以及压力变化曲线。
本实验装置和实验方法能反映化学驱、气驱在径向流各个方向的驱替性能，找出驱替介质沿径向的流动规律，为进一步提高采收率提供实验基础，并且能够避免物理大模型体积大，重量大，实验周期长的缺点。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步解释，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1所述驱油用组合式大模型实验装置示意图；
图2为本发明实施例2所述驱油用组合式大模型实验装置示意图；
图3为板式模型侧视图；
图4为板式模型俯视图。
其中，1.驱替泵，2.高压中间容器，3.圆柱体板状模型，4.管状模型，5.开关，6.回压阀，7.计量系统，8.恒温箱，9.板式模型，10.岩心夹持器，11.模型上盖，12.板式模型下部，13.板式模型加样槽，14.注入孔，15.外接孔。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置
如图1所示，本装置包括注入系统、组合式大模型、计量系统。
注入系统由驱替泵1和高压中间容器2组成，组合式大模型由圆柱体板状模型3，管状模型4和恒温箱8组成。
驱替泵1依次与高压中间容器2、圆柱体板状模型3连接；圆柱体板状模型3设置八个出口端；管状模型4设有八个，分别通过管线与圆柱体板状模型3的出口端连接，管线上设有开关5，管状模型4中部设置两个及以上的孔，通过管线将各个管状模型串联起来；各管状模型与计量系统7连接；中心模型和外围模型置于恒温箱8中。管状模型4为管状模型。
圆柱体板状模型3中填充石英砂或油砂。管状模型内填充不同物性的沙子。
以上所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置的实验方法，包括以下步骤：将各个系统连接断开，对中心模型、外围模型饱和对应的复配地层油或模拟油，饱和完毕后再将各系统按顺序连接；通过不同的注入方式和注入不同的流体，用以模拟实际开发过程中的驱替过程和调剖措施；驱替模拟结束后，将组合式大模型中各个模型分离，对各个模型分别进行流体饱和度测试，获取驱替结束后的模型剩余油分布。
实施例2一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置
如图2所示，本装置包括注入系统、组合式大模型、控制系统、计量系统。
注入系统由驱替泵1和高压中间容器2组成，组合式大模型由板式模型9，岩心夹持器10和恒温箱8组成，控制系统为若干个回压阀6。
驱替泵1依次与高压中间容器2、板式模型9连接；板式模型9设置四个出口端；岩心夹持器10设有四个，分别通过管线与板式模型9连接的出口端连接，管线上设置有开关5，岩心夹持器10中部设置两个及以上的孔，通过管线将各个岩心夹持器串联起来；各岩心夹持器分别与回压阀6连接，回压阀6分别与计量系统7连接；中心模型和外围模型置于恒温箱8中。
圆柱体板状模型3中填充石英砂或油砂。管状模型4内填充不同物性的岩心。
实施例3一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置
本装置包括注入系统、组合式大模型、计量系统。
注入系统由驱替泵1和高压中间容器2组成，组合式大模型由板式模型9，岩心夹持器10和恒温箱8组成。
驱替泵1依次与高压中间容器2、板式模型9连接；板式模型9设置四个出口端；岩心夹持器10设有四个，分别通过管线与板式模型9连接的出口端连接，管线上设置有开关5，岩心夹持器10中部设置两个及以上的孔，通过管线将各个岩心夹持器串联起来；各岩心夹持器分别与计量系统7连接；中心模型和外围模型置于恒温箱8中。
圆柱体板状模型3中填充石英砂或油砂。管状模型4内填充不同物性的岩心或沙子。
实施例4一种模拟水驱及聚合物驱的方法
采用实施例3所述实验装置，将配置好的石英砂装入板式模型9，用液压机压实，将板式模型9与注入系统连接，饱和水，饱和油；选择四根渗透率相同的人造模型装入四个岩心夹持器，饱和水、饱和油，分别与板式模型9的四个出口相连，每个相邻的模型接口之间相差90度角，四个岩心夹持器分别与计量系统7相连，恒温箱8内加热到设定温度，水驱至四个模型综合含水98％，转注1500mg/l的聚合物溶液，注入总孔隙体积0.3PV聚合物溶液后，转注水至综合含水98％，停止试验，分别计算不同管式模型的水驱及聚合物驱的采收率、含水及压力变化曲线。
实施例5一种模拟CO2驱及气液交替方法
采用实施例2所述实验装置，将配置好的石英砂装入板式模型9，用液压机压实，将板式模型9与注入系统连接，饱和水，饱和油；选择四根渗透率相同的人造模型装入四个岩心夹持器，饱和水、饱和油，分别与板式模型9的四个出口相连，每个相邻的模型接口之间相差90度角，岩心夹持器分别依次与回压阀6、计量系统7相连，恒温箱8内加热至设定温度，将回压调到地层压力，注CO2至至少一个模型气液比大于2000，转气水交替注入，气液比1:1，段塞为0.1PV，分别注入四个水段塞和四个CO2段塞，而后连续注入CO2至其中一个模型气液比2000以上，试验结束，分别计算不同管式模型的CO2驱及气水交替提高采收率程度，以及压力变化曲线。
实施例6一种模拟CO2驱及气液交替方法
采用实施例2所述实验装置，将配置好的石英砂装入板式模型9，用液压机压实，将板式模型9与注入系统连接，饱和水，饱和油；选择四根渗透率不相同的人造模型装入四个岩心夹持器，四个模型渗透率分别为10、50、100、200毫达西，饱和水、饱和油，分别与板式模型9的四个出口相连，每个相邻的模型接口之间相差90度角，岩心夹持器分别依次与回压阀6、计量系统7相连，恒温箱8内加热至设定温度，将回压调到地层压力，注CO2至至少一个模型气液比大于2000，转气泡沫剂溶液交替注入，气液比1:1，段塞为0.1PV，分别注入四个泡沫剂溶液段塞和四个CO2段塞，而后连续注入CO2至其中一个模型气液比2000以上，试验结束，分别计算不同管式模型的CO2驱及气与泡沫剂溶液交替提高采收率程度，以及压力变化曲线。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，其包括注入系统、组合式大模型、计量系统；
注入系统与组合式大模型连接，组合式大模型由中心模型和外围模型，加热系统组成，中心模型为中心模型为圆柱体或多面体板式模型，模拟中心井或注入井附近油藏；外围模型由若干个岩心夹持器或管状模型组成，用以模拟不同方向、不同物性的油藏；
中心模型设置若干个出口端，出口端通过管线与外围模型连接，管线上设置有开关；外围模型中每个岩心夹持器或管状模型中部设置两个及以上的孔，通过管线将岩心夹持器或管状模型串联起来；外围模型与计量系统连接；中心模型和外围模型置于加热系统中。
2.根据权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，注入系统由驱替泵和中间容器组成，驱替泵与中间容器连接，中间容器与中心模型连接。
3.根据权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，中心模型出口端设置4-8个。
4.根据权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，中心模型填充石英砂或油砂。
5.根据权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，岩心夹持器内部均装填有均质的天然或人造模型。
6.根据权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，管状模型内填充不同物性的岩心或沙子。
7.根据权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，其特征在于，还包括控制系统，外围模型与控制系统连接，控制系统与计量系统连接；所述控制系统为若干个回压阀。
8.根据权利要求1-7任一项所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：将各个系统连接断开，对中心模型、外围模型饱和对应的复配地层油或模拟油，饱和完毕后再将各系统按顺序连接；通过不同的注入方式和注入不同的流体，用以模拟实际开发过程中的驱替过程和调剖措施；驱替模拟结束后，将组合式大模型中各个模型分离，对各个模型分别进行流体饱和度测试，获取驱替结束后的模型剩余油分布。
9.一种模拟水驱及聚合物驱的方法，其特征在于，采用权利要求1所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，将配置好的石英砂装入中心模型，将中心模型与注入系统连接，饱和水，饱和油；将人造模型装入岩心夹持器，饱和水、饱和油，分别与中心模型出口相连，岩心夹持器分别与计量系统相连，加热至设定温度，水驱至四个模型综合含水98％，转注1500mg/l的聚合物溶液，注入总孔隙体积0.3PV聚合物溶液后，转注水至综合含水98％，停止试验，分别计算不同管式模型的水驱及聚合物驱的采收率、含水及压力变化曲线。
10.一种模拟CO2驱及气液交替的方法，其特征在于，采用权利要求7所述驱油用组合式物理模拟大模型实验装置，将配置好的石英砂装入中心模型，将中心模型与注入系统连接，饱和水，饱和油；选择人造模型装入岩心夹持器，饱和水、饱和油，分别与中心模型的出口相连，岩心夹持器出口分别依次与回压阀、计量系统相连，加热至设定温度，将回压调到地层压力，注CO2至至少一个模型气液比大于2000，转气液交替注入，气液比1:1，段塞为0.1PV，分别注入溶液段塞和CO2段塞，而后连续注入CO2至其中一个模型气液比2000以上，试验结束，分别计算岩心夹持器中人造模型的CO2驱及气液交替提高采收率程度，以及压力变化曲线。
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