CN114135280B - 碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型、驱动装置及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型，模型核心是透明有机玻璃缝洞模型设计图激光切割而成，其四个角设置四个注入/采出口；模型核心由底板、盖板和密封硅橡胶片从两侧夹住，底板、盖板、密封硅橡胶片的外部尺寸相同，底板为一张透明有机玻璃板，盖板为四个角有四个注入/采出口的透明有机玻璃板，本发明可视化模型可用于缝洞型油藏衰竭开发和注水注气驱替实验研究，为缝洞型油藏开发过程中流体流动规律及剩余油分布提供有效的研究途径和手段，加深对缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率机理的认识，解决深入分析此类油藏剩余油、有效实施提高采收率技术的主要瓶径问题。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发工程实验设备领域，特别是碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型、驱动装置及制作方法。
背景技术
碳酸盐岩缝洞型油藏储层结构复杂，缝洞油藏的储集体和连通模式种类多样，包括不同尺寸的孔、缝、洞及地下暗河。相同地质背景的缝、洞发育有着相似的规律。缝洞型油藏缝洞发育的地质背景可以分为风化壳、断溶体、地下河三种，对应抽提出三种储集体发育模式：风化壳模式、断溶体模式、暗河模式。缝洞型油藏储层具有极强的非均质性，导致衰竭及注水注气开发过程中油气水关系复杂，注入水或气体沿着大裂缝和溶洞流动，窜流现象十分严重，储量动用程度低且分布不均，流体流动规律和剩余油分布难以监测，以上问题严重制约缝洞型油藏的开发效果，亟需加强对缝洞型碳酸盐岩油藏流体流动规律及提高采收率机理的研究。
现有碳酸盐岩缝洞型油藏的驱替实验中的物理模型包括基于3D打印、简单空腔容器连接、空腔充填、二维刻蚀设计的模型，均未同时满足定量、可视、大尺寸、耐压、复杂结构等方面对物理模型的要求，更无法满足复杂流体流动规律及储集体单元的物理驱替实验的要求。
针对目前缺乏碳酸盐岩缝洞型油藏不同发育模式的可视化驱替实验的物理模型，依据缝洞型油藏不同发育模式地质模型抽提出概念模型，基于相似准则设计制作一种克服可视化模型无法耐压及易渗漏的缺陷，同时满足大尺寸、复杂结构及定量研究的要求的不同地质发育模式驱替可视化模型。该可视化模型可用于缝洞型油藏衰竭开发和注水注气驱替实验研究，为缝洞型油藏开发过程中流体流动规律及剩余油分布提供有效的研究途径和手段，加深对缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率机理的认识，解决深入分析此类油藏剩余油、有效实施提高采收率技术的主要瓶径问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型、驱动装置及制作方法，该可视化模型可用于缝洞型油藏衰竭开发和注水注气驱替实验研究，为缝洞型油藏开发过程中流体流动规律及剩余油分布提供有效的研究途径和手段，加深对缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率机理的认识，解决深入分析此类油藏剩余油、有效实施提高采收率技术的主要瓶径问题。
本发明的技术方案如下：
碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型，包括模型核心、盖板、底板、密封硅橡胶片、加固铁圈及相应的加固螺丝和管线接头；模型核心是透明有机玻璃缝洞模型设计图激光切割而成，其四个角设置四个注入/采出口；模型核心由底板、盖板和密封硅橡胶片从两侧夹住，底板、盖板、密封硅橡胶片的外部尺寸相同，底板为一张透明有机玻璃板，盖板为四个角有四个注入/采出口的透明有机玻璃板，底板和盖板由四周由金属框架和螺丝固定，四个注入/采出口接密封管线接头和管线。
优选地，底板、盖板、密封硅橡胶片的外部尺寸相同，底板为一张透明有机玻璃板。
优选地，用于物理模型的驱替装置，包括注入泵，六通阀，中间容器N2，中间容器水，中间容器油，模型，加固铁板，注入采出端1、注入采出端2、注入采出端3、注入采出端4，回压阀，回压泵，气液分离器，气体流量计，摄像机，恒温箱，数据采集系统；
注入泵分别连接中间容器N2，中间容器水，中间容器油，中间容器N2连接注入采出端3，中间容器水连接注入采出端1，中间容器油连接注入采出端2，注入采出端1、注入采出端2、注入采出端3、注入采出端4焊接于加固铁板上，注入采出端4连接回压阀，回压阀分别连接回压泵和气液分离器，气液分离器连接气体流量计，摄像机设置于恒温箱的前方，数据采集系统连接恒温箱。
优选地，制作物理模型的方法，包括以下步骤：
步骤一：将模型置于底板上与之对齐，将对齐的模型和底板直立放置，从上部的缝隙中挤入胶水，使胶水沿底板和模型缝隙均匀流至整个接触面；
步骤二：将粘贴好的底板和模型水平置于50℃的恒温箱中1个小时，保障胶水粘合效果；
步骤三：重复上述步骤，从底板和模型的另外3个侧边依次挤入胶水，保障底板和模型粘合牢固；
步骤四：在裂缝系统中填入石英砂压实，并挤入胶水固结石英砂，降低裂缝带的渗透性；
步骤五：清理连通各组构要素的窄缝，防止挤入的胶水将其封堵，同样置于恒温箱中1小时；
步骤六：将硅橡胶片覆盖在模型上，在覆盖的同时挤入胶水将硅橡胶片与模型粘合，添加硅橡胶片层的目的是保障模型的密封性，之后同样将模型置于恒温箱中1小时；
步骤七：将盖板粘贴在模型硅橡胶片面，粘合过程与步骤一相同；
步骤八：将2个尺寸33cm*33cm的中空加固铁圈夹住粘合好的模型，并用加固螺丝对模型加压，使模型具有耐压能力，在四个注入/采出口插入管线和密封螺帽。
本发明碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型、驱动装置及制作方法的有益效果如下：
1.碳酸盐岩缝洞型油藏可视驱替物理模型设计基于相似准则原理，从典型缝洞油藏储层发育模式中抽提模型，在模型结构和流体流动规律方面接近真实储层。
2.采用该制作方法获得的物理模型坚固可靠，克服碳酸盐岩缝洞型油藏物理模型的大尺寸、结构复杂、耐压和密封性强不能兼顾的关键问题，物理模型坚固可靠。
3.对流体进行染色，油气水流动可视化效果好，结合识别软件可实现对驱替过程和流体分布的定量研究。
4.使用该设计与制作方法获得的碳酸盐岩缝洞型油藏物理驱替模型所开展的驱替实验，可较好模拟碳酸盐岩缝洞型油藏流体流动规律，为碳酸盐岩缝洞型油藏注气注水提高采收率机理的研究提供有效手段。
附图说明
图1为本发明暗河模式地质剖面示意图。
图2为本发明暗河模式概念模型。
图3为本发明模型设计图。
图4为本发明模型说明图。
图5为本发明的模型制作流程图。
图6为本发明的可视化驱替装置示意图。
图7为本发明的暗河模式模型驱替实验图。
附图标记：1-注入泵，2-六通阀，3-中间容器N2，4-中间容器水，5-中间容器油，6-模型，7-加固铁板，8-注入采出端1、9-注入采出端2、10-注入采出端3、11-注入采出端4，12-回压阀，13-回压泵，14-气液分离器，15-气体流量计，16-摄像机，17-恒温箱，18-数据采集系统。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本发明主要是一种制作碳酸盐岩缝洞型油藏不同发育模式的可视化驱替实验物理模型，其设计及制作过程如下：
1.模型设计
依据已知的典型发育模式地质背景下的地质模型，抽提出不同发育模式概念模型，并确定缝、洞、地下河形态结构、相互位置及连通关系。根据相似准则(表1)设计模型的尺寸，获得物理模型设计方案及设计图。
表1 主要相似关系
2.模型制作
切割方法。模型的主体材料为有机玻璃板，根据模型设计图采用激光切割有机玻璃材料，切割精度为0.1mm。物理模型最小尺寸组构要素微裂缝，缝宽1-2mm，模型外部尺寸为30cm*30cm*1cm。
缝洞油藏局部组构要素。大尺寸溶洞和暗河通过切割去掉整块材料实现；裂缝和断裂带通过有序排列的裂缝组成；模拟井(注入和采出端)通过切割出圆孔实现；缝、洞、暗河充填通过填砂和专用胶水胶结实现；不同组构要素之间的连通通过激光切割0.1mm的窄缝实现；苏丹红染色的轻质油和亚甲基蓝染色的水作为模型中的流体，可突出驱替的可视化效果。
模型密封性和耐压性。物理模型共有3块有机玻璃板(底板、模型、盖板)，1张硅橡胶片、2个加固铁圈及附属加固密封螺丝。有机玻璃板和硅橡胶片的粘合通过有机玻璃板专用融溶胶水实现，保障模型的密封性。最后通过2个加固铁圈将模型夹在中间加固，实现模型的耐压性。
制作流程。
①然后将模型置于底板上与之对齐，用专用胶水将底板和模型粘合牢固。
②在裂缝系统中填入石英砂压实，并挤入胶水固结石英砂，降低裂缝带的渗透性。
③将硅橡胶片覆盖在模型上，在覆盖的同时挤入胶水将硅橡胶片与模型粘合。
④将盖板粘贴在模型硅橡胶片面。
⑤将加固铁圈夹住粘合好的模型，并用加固螺丝对模型加压。在四个注入/采出口插入管线和密封螺帽。
在碳酸盐岩缝洞油藏暗河模式中流体在储集体内的流动主要为顺层流动。裂缝多为高角度，围绕溶洞发育，溶洞的体积都比较大且成片连续，通常长度达到百米甚至千米级，且储集体存在不同程度的充填，导致暗河模式储层具有极强的非均质性和开发过程中复杂的油气水关系，同时增加了暗河模式的物理模型的制作和设计难度。
1.模型设计
图1为暗河模式地质剖面示意图，不同充填程度的暗河被裂缝带沟通，根据图1抽提出暗河模式的概念模型(图2)。概念模型的组构要素包括基质、断裂带、裂缝带、不同充填程度的溶洞和暗河。
根据相似准则和概念模型中不同组构要素的相对位置和连通关系确定物理模型的设计图(图3)。物理模型中缝宽1-2mm。
模型制作
缝洞模型组成
缝洞模型包括模型核心、盖板、底板、密封硅橡胶片，加固铁圈及相应的加固螺丝和管线接头。缝洞模型核心是透明有机玻璃缝洞模型设计图激光切割而成，四个角设置四个注入/采出口。模型核心由底板、盖板和密封硅橡胶片从两侧夹住，底板、盖板、密封硅橡胶片的外部尺寸相同，底板为一张透明有机玻璃板，盖板为只在四个角有四个注入/采出口的透明有机玻璃板。底板和盖板由四周由金属框架和螺丝固定，四个注入/采出口接密封管线接头和管线(图5)。
切割方法
模型的主体材料为有机玻璃板，根据模型设计图采用激光切割有机玻璃材料，切割精度为0.1mm。物理模型最小尺寸组构要素微裂缝，缝宽1-2mm，模型外部尺寸为30cm*30cm*1cm。
缝洞油藏局部组构要素的实现
大尺寸溶洞和暗河通过切割去掉整块材料实现；裂缝和断裂带通过有序排列的裂缝组成；模拟井(注入和采出端)通过切割出圆孔实现；缝、洞、暗河充填通过填砂和专用胶水胶结实现；不同组构要素之间的连通通过激光切割0.1mm的窄缝实现；苏丹红染色的轻质油和亚甲基蓝染色的水作为模型中的流体，可突出驱替的可视化效果。
模型密封性和耐压性的实现
物理模型共有3块有机玻璃板(底板、模型、盖板)，1张硅橡胶片、2个加固铁圈及附属加固密封螺丝。有机玻璃板和硅橡胶片的粘合通过有机玻璃板专用融溶胶水实现，保障模型的密封性。最后通过2个加固铁圈将模型夹在中间加固，实现模型的耐压性。
制作流程
①然后将模型置于底板上与之对齐，将对齐的模型和底板直立放置，从上部的缝隙中挤入胶水，使胶水沿底板和模型缝隙均匀流至整个接触面，之后将粘贴好的底板和模型水平置于50℃的恒温箱中1个小时，保障胶水粘合效果。重复上述步骤，从底板和模型的另外3个侧边依次挤入胶水，保障底板和模型粘合牢固。
②在裂缝系统中填入石英砂压实，并挤入胶水固结石英砂，降低裂缝带的渗透性。清理连通各组构要素的窄缝，防止挤入的胶水将其封堵，同样置于恒温箱中1小时。
③将硅橡胶片覆盖在模型上，在覆盖的同时挤入胶水将硅橡胶片与模型粘合，添加硅橡胶片层的目的是保障模型的密封性，之后同样将模型置于恒温箱中1小时。
④将盖板粘贴在模型硅橡胶片面，粘合过程与步骤①相同。
⑤将2个尺寸33cm*33cm的中空加固铁圈夹住粘合好的模型，并用加固螺丝对模型加压，使模型具有耐压能力。在四个注入/采出口插入管线和密封螺帽。
缝洞型碳酸盐岩油藏暗河模式高温高压可视化实验装置包括，由注入泵、中间容器、缝洞模型、回压阀、回压泵、气液分离器、气体流量计、摄像机、恒温箱、数据采集系统组成。各个驱替环节由钢制管线连接，每根钢制管线均由阀门控制。数据采集系统则由数据线连接
注入泵，连接六通阀，提供驱替压力将中间容器内的流体注入缝洞模型；
六通阀，连接装有氮气、模拟地层水和地层模拟油的中间容器；
中间容器，连接缝洞模型，存储驱替实验所用流体并保持一定的流体压力；
缝洞模型，连接回压阀，展示缝洞模型中的油气水流动和分布规律；
回压阀，连接气液分离器和回压泵，为采出端提供一定的压力，模拟井底流压；
回压泵，连接回压阀，与回压阀组合保持采出端压力；
气液分离器，连接气体流量计，分离气体和液体；
气体流量计，连接气液分离器，计量产出气体的体积
摄像机，面对可视化模型并拍摄驱替过程；
恒温箱，将中间容器和可视化缝洞模型置于其中，维持驱替系统温度。
数据采集系统，主要由压力计、数据线和计算机组成，与气体流量计一起记录驱替过程中的压力和流量数据。
驱替实验
先按照图6将除模型之外的实验装置连接好后，将中间容器和模型置于恒温箱，设置恒温箱50℃保持24小时。
将模型6的注入口9与中间容器5连接，模型接入口8、10、11放空，通过注入泵1将模拟油注入到模型中，期间通过不断转置模型，使模拟油充满模型，。将模型的接入口8、10、11按照图6连接好，并通过相应的阀门关闭接入口8、10、11。之后通过注入泵1继续将中间容器5中的模拟油注入模型中，使模型中的流体压力达到3MPa，以此来建立模型原始地层压力和原始饱和油状态。
随后可进行衰竭实验、注水、注气驱油实验等。其中进行衰竭开发时，保持了压力的中间容器4中的水还可模拟模型的底水。
图7为碳酸盐岩缝洞油藏暗河模式物理模型注水驱油实验，模型在3MPa的流压力下仍保持密封性，油水流动及分布动态清晰分明，具有较好的驱替可视化效果。
Claims (2)
1.碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型，其特征在于，包括模型核心、盖板、底板、密封硅橡胶片、加固铁圈及相应的加固螺丝和管线接头；所述模型核心是透明有机玻璃缝洞模型设计图激光切割而成，其四个角设置四个注入/采出口；模型核心由底板、盖板和密封硅橡胶片从两侧夹住，所述盖板为四个角有四个注入/采出口的透明有机玻璃板，所述底板和盖板由四周由金属框架和螺丝固定，四个注入/采出口接密封管线接头和管线；
所述底板、所述盖板、所述密封硅橡胶片的外部尺寸相同，所述底板为一张透明有机玻璃板；
制作碳酸盐岩缝洞油藏驱替物理模型的方法，包括以下步骤：
步骤一：将模型置于底板上与之对齐，将对齐的模型和底板直立放置，从上部的缝隙中挤入胶水，使胶水沿底板和模型缝隙均匀流至整个接触面；
步骤二：将粘贴好的底板和模型水平置于50℃的恒温箱中1个小时，保障胶水粘合效果；
步骤三：重复上述步骤，从底板和模型的另外3个侧边依次挤入胶水，保障底板和模型粘合牢固；
步骤四：在裂缝系统中填入石英砂压实，并挤入胶水固结石英砂，降低裂缝带的渗透性；
步骤五：清理连通各组构要素的窄缝，防止挤入的胶水将其封堵，同样置于恒温箱中1小时；
步骤六：将硅橡胶片覆盖在模型上，在覆盖的同时挤入胶水将硅橡胶片与模型粘合，添加硅橡胶片层的目的是保障模型的密封性，之后同样将模型置于恒温箱中1小时；
步骤七：将盖板粘贴在模型硅橡胶片面，粘合过程与步骤一相同；
步骤八：将2个尺寸33cm*33cm的中空加固铁圈夹住粘合好的模型，并用加固螺丝对模型加压，使模型具有耐压能力，在四个注入/采出口插入管线和密封螺帽。
2.用于权利要求1所述物理模型的驱替装置，其特征在于，包括注入泵，六通阀，中间容器N2，中间容器水，中间容器油，模型，加固铁板，注入采出端1、注入采出端2、注入采出端3、注入采出端4，回压阀，回压泵，气液分离器，气体流量计，摄像机，恒温箱，数据采集系统；
所述注入泵分别连接中间容器N2，中间容器水，中间容器油，所述中间容器N2连接注入采出端3，所述中间容器水连接注入采出端1，所述中间容器油连接注入采出端2，所述注入采出端1、注入采出端2、注入采出端3、注入采出端4焊接于加固铁板上，所述注入采出端4连接回压阀，所述回压阀分别连接回压泵和气液分离器，所述气液分离器连接气体流量计，所述摄像机设置于恒温箱的前方，所述数据采集系统连接恒温箱。
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