CN114075956B - 一种可视化免烧结平板填砂模型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种填砂模型，具体涉及一种可视化免烧结平板填砂模型装置及方法。所述装置包括平板填砂模型、模型冲压装置、模型固定支架；所述平板填砂模型包括平板模型主体、模型上盖板；模型冲压装置包括电机、冲压转轴、控制箱、冲压钢板和冲压装置搁板；模型固定支架包括支架、模型夹具，所述支架上端左、右两侧设置转动轴，所述模型夹具左、右两端连接转轴，转轴连接倾角调节把手。在模拟实验中，采用本发明装置可免去烧结、涂胶的操作，并且模型可反复利用，实用性强，克服了现有填砂模型存在的不足。

Description

一种可视化免烧结平板填砂模型装置及方法

技术领域

本发明涉及一种填砂模型，具体涉及一种可视化免烧结平板填砂模型装置及方法。

背景技术

在油气田开发过程中，油藏物理模拟实验始终是石油科技人员认识和掌握油藏中油水渗流规律的重要手段，而如何提高室内物理模拟实验和矿场实际的相似程度一直是科研人员寻求突破的难题。处于安全和成本考虑，相关技术应用首先通过填砂模型进行实验得到所需数据，尤其是对于整装油藏水驱后期平面及纵向非均质性研究需要多种手段或技术相结合提高采收率,对实验提出更高要求。

在目前石油行业涉及的物理模拟实验中，常常采用填砂模型装置模拟地层岩心流动实验。如，中国发明专利CN105781509B公开了一种平板填砂模型渗流实验系统，该系统包括填砂模型实体单元、电阻采集单元、压力场采集装置、测量单元、阀门单元、计算机、流体管线、填砂管、真空泵、蠕动泵、电极点、电阻数据采集器、电桥仪；该系统能精确测量并模拟地层电阻率的变化并实现二维电阻成像，通过压力采集，有效进行压力场数据，分析并模拟水平井与垂直井的分布对地层产油效率的影响。

中国实用新型专利CN205591902U公开了一种新型填砂装置，该装置包括填砂装置主体和支撑架，所述支撑架上铰接有填砂装置；所述支撑架包括支撑主体和弧形板；所述填砂装置铰接在所述弧形板内；所述支撑主体包括下支撑座和车轮。该装置可用于实现三层非均质物理模型，能模拟不同渗透性储层驱替特征、评价调驱体系效果的物理模拟实验。

中国发明专利CN107831052B公开了一种物理模拟实验用的特制大直径填砂模型装置及方法，该装置包括主管体，所述主管体为一贯通式管体，在主管体的左、右两端分别封堵有左管端密封盖、右管端密封盖，所述左管端密封盖内端面安装左筛网压制板，在左管端密封盖内端面和左筛网压制板之间分别安装有粗、细筛网，所述右管端密封盖内端面安装右筛网压制板，在右管端密封盖内端面和右筛网压制板之间也分别安装有粗、细筛网；所述主管体上开设模拟注采井孔或测压孔。该装置既能模拟实际油藏的边底水特点，又能模拟矿场人工气顶驱特征。

然而以上所述及现有常规平板物理模拟实验通常是根据需要制备模型，然后锻压压实，高温烧结定型，外表涂环氧树脂胶封装，但是此种操作模式存在局限性，高温烧结容易导致孔隙结构和润湿性的改变，环氧树脂不环保，而且封装后模型透明度差不利于观察。烧结模型只能使用一次，浪费大量的人力物力。

因此，有必要提供一种可视化免烧结平板填砂模型装置。

发明内容

本发明主要目的是提供一种可视化免烧结平板填砂模型装置及方法。在模拟实验中，采用本发明装置可免去烧结、涂胶的操作，并且模型可反复利用，实用性强，克服了现有填砂模型存在的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种可视化免烧结平板填砂模型装置，其包括平板填砂模型、模型冲压装置、模型固定支架；

所述平板填砂模型包括平板模型主体、模型上盖板；平板模型主体为长方形平板，内部设有凹槽；上盖板置于凹槽上；平板填砂模型两侧分别设置模拟注采井孔或测压孔；

模型冲压装置包括电机、冲压转轴、控制箱、冲压钢板和冲压装置搁板；冲压转轴分别与电机、控制箱连接；冲压转轴下端与冲压钢板通过螺母固定连接，转轴升降带动冲压钢板上下运动；冲压装置搁板固定于支架下方；冲压时，填充好的平板模型主体置于冲压装置搁板上，模型上盖板置于冲压钢板下；

模型固定支架包括倾角调节把手、齿轮转轴、模型固定搁板和支架，所述支架上端左、右两侧设置齿轮转轴，模型固定搁板置于支架上，齿轮转轴连接倾角调节把手；平板填砂模型用螺栓固定在模型搁板上。

优选地，模型上盖板设置注采井孔。

优选地，所述平板填砂模型上下两面分别配置若干条固定钢板和连接支撑架，各钢板与平板填砂模型长边垂直排列，钢板上设置若干螺栓孔，钢板通过螺栓与平板填砂模型固定；连接支撑架在钢板外侧通过螺栓垂直连接。

优选地，冲压钢板为一长方形钢板，钢板尺寸大于模型上盖板；冲压钢板上设置若干螺栓孔。

优选地，模型固定支架底部设置有滚轮。

优选地，模拟注采井孔安装模拟注采井，测压孔安装测压装置。

优选地，井孔处分别安装有粗、细筛网。

本发明还提供以上所述可视化免烧结平板填砂模型装置的使用方法，包括以下步骤：

平板模型填砂步骤，在此步骤中根据模型平面非均质要求分块填砂，根据设计将模型分为若干条带，不同条带之间放置隔板分隔，填完一个条带再填下一条带，全部填完抽出隔板，对模型进行初步平整。

将填好的模型放置于模型冲压装置搁板上，将模型上盖板固定于冲压钢板下方，起动电机带动盖板下降，调整模型位置与盖板对齐，盖板压入凹槽后，将盖板从冲压钢板上取下，将盖板与模型通过固定钢板固定。调整电机加至所需功率带动冲压钢板反复冲压模型；

将上一步压制完成的模型安置到模型固定架上进行实验的步骤。

优选地，通过模型倾角调节把手、齿轮转轴调整模型的旋转角度。

优选地，在模拟注采井孔安装模拟注采井，测压孔安装测压装置，模拟水驱过程的驱油效果与流动规律，研究油藏平面非均质情况下水驱变流线提高石油采出程度的机理。

与现有技术比，本发明具有以下优势：

该模型装置能够模拟实际油藏平面及纵向不同渗透率组合情况，能够模拟正、反韵律油藏、不同渗透率条带平面配比组合灵活，不需高温烧结，微细孔隙得到完整保留，装填好的模型不因高温发生改变，还可充分考虑模型中的粘土含量与性质，保持实际油藏岩石一致性。

表面不需要涂抹环氧树脂密封，安全环保。完成一次实验后去除填砂，模型外壳可以反复使用，该装置结构简单，操作方便，省时省力，实用性强，同样适用于一般油藏注采过程的常规模拟。

通过润湿性控制技术，可获得不同润湿类型的实验模型，亦可实现混合润湿状态。

模型冲压装置可以根据需要控制填砂模型压实程度，特有的防砂井筒方法降低了模型在驱替实验过程中的出砂概率。

填砂模型用螺栓固定在模型固定支架上，模型固定支架两侧装备滚动齿轮，模型可360°旋转，用模型倾角调节把手调整模型转轴可控制模型的倾斜角度大小。

该可视化平板填砂模型装置能够用来模拟实际油藏地层条件下，不同渗透率条带分布和井网分布，能够直接观察实验室过程中油水变化规律及提高石油采收率情况；监测整个注采过程中压力变化情况。

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理解，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为本发明一具体实施例所述平板填砂模型俯视图；

图2为本发明一具体实施例所述平板填砂模型侧视图；

图3为本发明一具体实施例所述模型冲压装置示意图；

图4为本发明一具体实施例所述模型固定支架示意图。

图中：1-平板模型主体；2-模型上盖板；3-固定钢板；4-螺栓；5-模拟注采井；6-连接支撑架；7-电机；8-冲压转轴；9-控制箱；10-冲压钢板；11-冲压装置搁板；12-倾角调节把手；13-齿轮转轴；14-模型固定搁板；15-支架，16-滑轮。

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

如图1至图4所示，一种可视化免烧结平板填砂模型装置，包括平板填砂模型、模型冲压装置、模型固定支架。平板填砂模型由平板模型主体1、模型上盖板2、固定钢板3；螺栓4；模拟井孔5组成，模型主体长度为100mm，宽76mm，壁厚20mm；宽边两侧平均分布6个模拟注采井孔，上盖板模拟油藏实际注采井网布置注采井孔。

所述平板填砂模型主体1水平放置，按实验需要将模型分区，分别用分隔板分隔，将拌好的砂分次装入对应位置，当砂面至模拟注采井孔或测压孔处，小心安装模拟注采井或测压装置并固定，装填完毕取出分隔板，将砂面平整并进行初步压实。

所述模型冲压装置包括电机7；冲压转轴8；控制箱9；冲压钢板10；冲压装置搁板11；将上述模型放置于冲压装置搁板11上，模型上盖板2固定于冲压钢板3下方，模型上盖板底部加装橡胶密封圈，启动电机7带动模型上盖板下降至模型上方停机，观察模型与上盖板是否对齐，再次起动电机7将模型上盖板2缓慢压入模型内，增加电机功率至最大压制5分钟。取下模型上盖板2与冲压钢板10连接的螺栓，升起冲压钢板10。

所述平板填砂模型上下两面分别安装四条固定钢板3，将模型用钢板固定更利于保障模型制作的压实程度。装入连接螺栓，将上下两面的钢板固定，拧紧螺栓。再次起动电机，使冲压钢板迅速下降冲压模型，保持钢板压制5分钟，继续拧紧连接螺栓。重复冲压步骤，直至连接螺栓不能再转动为止。

上述方案中从上盖板模拟注采井孔中向模型内安装模拟注采井5，模型两侧也安装模拟注采井，模拟注采井长度可根据实验设计需要改变，井筒经过防砂处理；模拟注采井位置还可作为测压点；,注采井亦可通过调整井筒弯折控制井距。

所述模型固定支架，包括倾角调节把手12、齿轮转轴13、模型固定搁板14和支架15。平板填砂模型用螺栓固定在模型搁板上，然后在垂直方向上再旋紧两个螺帽使其更加固定。所述模型固定搁板呈匚字形。

上述模型固定架两侧装备齿轮转轴13，模型可360°旋转，用旋紧模型倾角调节把手12可固定齿轮转轴13，通过调整齿轮转轴13控制模型的倾斜角度大小；支架15结构稳定可保证模型固定过程中操作安全，底部安装滚轮16可推动，亦可锁住滚轮固定位置。

该可视化平板填砂模型装置将传统的平板烧结模型加以改进，能够通过调整注采井的长度及弯折程度控制注采井距，可控制模型的倾斜角度，该可视化平板填砂模型装置通过室内物理模拟驱油实验进行了验证，可以满足多种条件下油藏储层的开发情况，从而大大提高了与矿场实际的相似度与适应性，具有很好的现场指导意义。

一种可视化免烧结平板填砂模型装置的使用方法，包括以下步骤：

平板模型填砂步骤，在此步骤中根据模型平面非均质要求分块填砂，根据设计将模型分为若干条带，不同条带之间放置隔板分隔，填完一个条带再填下一条带，全部填完抽出隔板，对模型进行初步平整。

将填好的平板填砂模型放置于模型冲压装置搁板上，将模型上盖板固定于冲压钢板下方，起动电机带动模型上盖板下降，调整模型位置与模型上盖板对齐，模型上盖板压入凹槽后，将模型上盖板从冲压钢板上取下，将模型上盖板与模型通过固定钢板固定。调整电机加至所需功率带动冲压钢板反复冲压模型；

将上一步压制完成的模型安置到模型固定架上进行实验的步骤，在此步骤中，通过模型倾角调节把手、转轴夹具调整模型的旋转角度，在此步骤中，还在模拟注采井孔安装模拟注采井，测压孔安装测压装置，模拟水驱水驱过程的驱油效果与流动规律，研究油藏平面非均质情况下水驱变流线提高石油采出程度的机理。例如，在不同类型油藏层系互换变流线物理模拟实验中，按照渗透率从高到低设计等分的四个条带，通过石英砂不同粒级的配比混合控制渗透率，模型上方布置反九点井网模型；左右两端可作为压力监测点。注入端采用高精度的ISCO泵提供驱替压力，中间容器用来盛放实验流体；采出端用并联油水分离器实现油水自动计量，全过程实现监控拍照，数字天平可实现自动采集，对出液量准确计量。后期根据油藏调整开发策略调整实验方案，将反九点井网转排状井网，通过分析实验结果获得相应的不同类型油藏层系互换前后驱替特征变化，从而得到厚油层正韵律整装油藏提高采收率机理。

实施例2：

以下表1所列配方为例，按比例称取不同粒级的石英砂和粘土，并根据需要将部分石英砂表面进行润湿性处理。按照上述方案制作了填砂模型开展了不同类型油藏层系互换变流线物理模拟实验，渗透率从高到低设计等分的四个条带进行填砂，模型制作完毕后，首先分不同渗透率条带气测其渗透率。完全饱和盐水再分别测量各渗流条带的液测渗透率。将模型饱和油，反九点井网以2、3、5、8号井为注入井，6号、9号井为采出井模拟油藏的简单注采单元，模型左右两端可作为压力监测点。水驱至含水95％，根据计量油水的数值计算采出程度，得到相应的实验曲线；根据油藏开发策略调整实验方案，模型含水率到95％时注水倍数为4.50PV，出现了水侵“优势通道”，造成水驱的无效循环，高耗水；高耗水层系一旦形成主流线区饱和度与非主流线区有明显差别，渗流阻力不均匀，主流线阻力小，舌进突出，低效循环，高耗水；基于这类情况，开展流线互换，水体中渗流阻力小，各向均匀，低渗方向阻力大，注入水优先在低渗条带中扩散，形成高压水体，向高渗条带驱替，波及程度提高。实验结果：无水期采出程度28.06％，常规水驱含水到95％采出程度58.32％；互换流线驱替后提高采收程度14.2％；通过油藏物理模拟实验，模拟层系互换转变流线，调控高耗水的水驱，分析测试不同类型油藏层系互换前后驱替特征变化，为层系互换方式的优化研究奠定基础。

表1为可视化平板填砂模型配方设计：

实施例3：

以下表2所列配方为例，按比例称取不同粒组的石英砂和粘土，根据研究需要将石英砂表面进行润湿性处理，。按照上述方案制作了正韵律厚油层高耗水层带演变规律模拟实验，根据油藏实际渗透率分布情况，依据相似原理将模型分为L型分布的三块区域。高渗3000——4500mD区域占2/3、分布于模型左侧及上部；中渗区域1500-2200mD占1/6；低渗区域500-900mD占1/6位于模型右下方；模型左右两端可作为压力监测点。注入端采用高精度的ISCO泵提供驱替压力，中间容器用来盛放实验流体；采出端用并联油水分离器实现油水自动计量，全过程实现监控拍照，数字天平可实现自动采集，对出液量准确计量。为研究正韵律厚油层高耗水层带演变规律提供了可靠的实验数据和实验方法。

表2为可视化平板填砂模型配方设计：

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 (9)

1.一种可视化免烧结平板填砂模型装置，其特征在于，其包括平板填砂模型、模型冲压装置、模型固定支架；

所述平板填砂模型包括平板模型主体、模型上盖板；平板模型主体为长方形平板，内部设有凹槽；模型上盖板置于凹槽上；平板填砂模型两侧分别设置模拟注采井孔或测压孔；模型上盖板设置有模拟注采井孔；

模型冲压装置包括电机、冲压转轴、控制箱、冲压钢板和冲压装置搁板；冲压转轴分别与电机、控制箱连接；冲压转轴下端与冲压钢板通过螺母固定连接，转轴升降带动冲压钢板上下运动；冲压装置搁板固定于支架下方；冲压时，填充好的平板模型主体置于冲压装置搁板上，模型上盖板置于冲压钢板下；

所述平板填砂模型上下两面分别配置若干条固定钢板和连接支撑架，各钢板与平板填砂模型长边垂直排列，钢板上设置若干螺栓孔，钢板通过螺栓与平板填砂模型固定；连接支撑架在钢板外侧通过螺栓垂直连接；

模型固定支架包括倾角调节把手、齿轮转轴、模型固定搁板和支架，所述支架上端左、右两侧设置齿轮转轴，模型固定搁板置于支架上，齿轮转轴连接倾角调节把手；平板填砂模型用螺栓固定在模型搁板上。

2.根据权利要求1所述可视化免烧结平板填砂模型装置，其特征在于，模型上盖板设置注采井孔。

3.根据权利要求1所述可视化免烧结平板填砂模型装置，其特征在于，冲压钢板为一长方形钢板，钢板尺寸大于模型上盖板；冲压钢板上设置若干螺栓孔。

4.根据权利要求1所述可视化免烧结平板填砂模型装置，其特征在于，模型固定支架底部设置有滚轮。

5.根据权利要求1所述可视化免烧结平板填砂模型装置，其特征在于，模拟注采井孔安装模拟注采井，测压孔安装测压装置。

6.根据权利要求1所述可视化免烧结平板填砂模型装置，其特征在于，井孔处分别安装有粗、细筛网。

7.权利要求1-6任一项所述可视化免烧结平板填砂模型装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

平板模型填砂步骤，在此步骤中根据模型平面非均质要求分块填砂，根据设计将模型分为若干条带，不同条带之间放置隔板分隔，填完一个条带再填下一条带，全部填完抽出隔板，对模型进行初步平整；

将填好的模型放置于模型冲压装置搁板上，将模型上盖板固定于冲压钢板下方，起动电机带动盖板下降，调整模型位置与盖板对齐，盖板压入凹槽后，将盖板从冲压钢板上取下，将盖板与模型通过固定钢板固定；调整电机加至所需功率带动冲压钢板反复冲压模型；

将压制完成的模型安置到模型固定架上进行实验的步骤。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，通过模型倾角调节把手、齿轮转轴调整模型的旋转角度。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在模拟注采井孔安装模拟注采井，测压孔安装测压装置，模拟水驱过程的驱油效果与流动规律，研究油藏平面非均质情况下水驱变流线提高石油采出程度的机理。