CN114293983B

CN114293983B - 一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统及其方法

Info

Publication number: CN114293983B
Application number: CN202111543797.6A
Authority: CN
Inventors: 杨宝林; 聂思嘉; 赵晨; 曹强; 刘一茗
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2021-12-16
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2041-12-16
Also published as: CN114293983A

Abstract

本发明提供了一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统及其方法，包括原料供给机构、缝洞模型、监测机构和控制器；使用时打开原料供给机构的开关，通过控制器调整注入压力及流量，完成饱和水过程，关闭水罐开关，然后打开油罐开关，通过控制器调整注入压力及流量，记录缝洞模型入口端处的压力、注入流量以及出口端压力、出液量的变化以及高精度量筒累计的流量，直至缝洞模型不再有水流出，结束实验，整理实验记录的数据，完成实验，本发明结构设计简单、合理，通过原料供给机构、缝洞模型、监测机构和控制器能适时、直观且准确监测物理模型中流量及压力变化，可对组合模型进行驱替实验，用于研究缝洞型油藏流体流动一般规律。

Description

一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统及其方法

技术领域

本发明属于缝洞型油藏开发技术领域，具体涉及一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统及其方法。

背景技术

碳酸盐岩缝洞型油藏是我国油气勘探开发领域中的重要板块，该类储层的储渗空间主要由缝洞组成，基质不具备储渗能力，缝和洞在基质内无规则分布。缝洞本身的多尺度性和极强的非均质性，导致该类储层的各向异性、离散性的特点突出，储集层内油水分布复杂,流体在缝洞中的流动具有特殊的流动规律，使得这类油气藏的开发存在诸多的困难。

物理模拟实验是研究流体流动规律的最直观的方法，也是认识油藏开发过程的重要途径。目前对于缝洞型储层的物理模拟，国内诸多学者进行过多种尝试，但由于缝洞型油藏中缝洞分布具有离散性，现有的室内实验模拟的代表性不足。现有的物理模拟实验的缺点有：

1、缺少系统的实验观测设备，无法实时监测和记录实验过程中流速、压力等参数的变化；

2、关于缝洞型油藏驱替所用的实验装置一般结构较为复杂，模型重复利用率不高；

3、物理模型中缝洞结构种类单一，组合方式较少，无法模拟出多种地质条件组合而成的真实地层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统，包括原料供给机构、缝洞模型、监测机构和控制器；

所述原料供给机构由油罐和水罐组成，且其分别通过平流泵以及管路和缝洞模型连通；

所述缝洞模型包括由四个单元模型组成的单元模型组合和固定支架，所述单元模型组合固定在固定支架上；

所述监测机构由四个压力传感器与四个光电摄像机组成，每个所述压力传感器通过管线连接每个单元模型的出口端，每个光电摄像机固定在单元模型上方处，用于实时监控流体在单元模型中的流动，并与控制器之间信号连接；

所述控制器具体为计算机，所述压力传感器和光电摄像机分别与计算机之间信号连接。

进一步的，所述缝洞模型还连通有油水分离机构，所述油水分离机构由四个油水分离器组成，每个所述油水分离器分别与单元模型的出口端相连通。

进一步的，所述油水分离机构还连接有计量机构，所述计量机构由八个高精度量筒和八个电子天平组成，每个所述高精度量筒分别连接在油水分离器的出油端与排水端，每个高精度量筒分别放置在放置在电子天平，所述电子天平也与控制器之间信号连接。

一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统的实验方法，包括以下步骤：

S1、先对原料供给机构中的水罐进行染色，采用亚甲基蓝，然后将四个单元模型入口端相对，固定在固定支架中，并将单元模型的入口端处的钢钉通过四通连接，形成统一的入口端，再将原料供给机构、缝洞模型、监测机构与控制器分别连接；

S2、打开原料供给机构连接的平流泵阀口及水罐开关，通过控制器的计算机调整注入压力及流量，完成饱和水过程，关闭水罐开关；

S3然后打开油罐开关，通过控制器的计算机调整注入压力及流量，记录注油过程中缝洞模型入口端处的压力、注入流量以及缝洞模型出口端压力、出液量的变化以及高精度量筒累计的流量，并利用光电摄像机录制缝洞模型驱替过程视频，直至缝洞模型不再有水流出，结束实验；

S4、关闭平流泵阀口及水罐开关和油罐开关，整理实验记录的数据，完成实验。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明结构设计简单、合理，通过原料供给机构、缝洞模型、监测机构和控制器能适时、直观且准确监测物理模型中流量及压力变化，可对组合模型进行驱替实验，用于研究缝洞型油藏流体流动一般规律。

附图说明

图1是本发明原理示意图。

附图标记说明：

1-油罐；2-水罐；3-缝洞模型；4-油水分离器；5-高精度量筒；6-平流泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统，包括原料供给机构、缝洞模型3、监测机构和控制器；

所述原料供给机构由油罐1和水罐2组成，且其分别通过平流泵6以及管路和缝洞模型3连通；

所述缝洞模型3包括由四个单元模型组成的单元模型组合和固定支架，所述单元模型组合固定在固定支架上；

所述固定支架为钢制支架，用于容纳四个单元模型，保证四个单元模型有统一的注入端，固定支架固定于水平调节轴上，下连接支架底座，可通过水平调节轴控制支架框架与水平面的夹角。

单元模型与固定支架之间还设置有铝制垫片，铝制垫片为八块铝制矩形垫片，是单元模型与固定支架之间缓冲压力装置，避免单元模型受力变形，并通过固定螺丝固定，起到固定模型的作用。

水平调节轴可调整支架框架与水平面的夹角，确保组合模型在实验过程中保持水平，也可通过调节水平角度来研究地层倾角对缝洞体系中流体流动规律的影响。

单元模型具体由两块有机玻璃粘合形成，所述单元模型内侧设置有裂缝和溶洞结构，裂缝和溶洞结构是在每块有机玻璃内侧通过铣车加工而成。

在单元模型的两个对角分别设置有一个入口端和一个出口端，所述入口端和出口端均切角，且在入口端和出口端端口处分别安有钢钉，便于组合单元模型模型的连接，确保无压力、流体漏失。

所述单元模型包括单缝模型、单缝-单洞串联模型、单缝-双洞串联模型及单缝-单洞并联模型；

所述单缝模型中入口端与出口端之间仅靠裂缝连接，所述单缝模型中裂缝缝宽为1mm或2mm，即单缝模型共有2种，内部裂缝缝宽为1mm和内部裂缝缝宽为2mm。

所述单缝-单洞串联模型中，入口端与出口端之间靠裂缝和溶洞连接，且裂缝切过溶洞，裂缝和溶洞为串联关系，其中裂缝缝宽为1mm或2mm，溶洞洞径为1cm或者2cm。

所述单缝-双洞串联模型中，入口端与出口端之间靠裂缝和溶洞连接，且设置有一条裂缝和两个溶洞，裂缝和溶洞为串联关系，具体的裂缝缝宽为1mm或2mm，两个溶洞洞径分别为1cm或者2cm，。

所述单缝-单洞并联模型中，入口端与出口端之间靠裂缝和溶洞连接，且设置有两条裂缝和两个溶洞，单个裂缝和单个溶洞为串联关系，两个裂缝并联，其中两条裂缝缝宽分别为1mm或2mm，两个溶洞洞径分别为1cm或者2cm。

所述缝洞模型3还连通有油水分离机构，所述油水分离机构由四个油水分离器4组成，每个所述油水分离器4分别与单元模型的出口端相连通。

所述油水分离机构还连接有计量机构，所述计量机构由八个高精度量筒5和八个电子天平组成，每个所述高精度量筒5分别连接在油水分离器4的出油端与排水端，每个高精度量筒5分别放置在放置在电子天平，所述电子天平也与控制器之间信号连接。

S1、先对原料供给机构中的水罐2进行染色，采用亚甲基蓝，然后将四个单元模型入口端相对，固定在固定支架中，并将单元模型的入口端处的钢钉通过四通连接，形成统一的入口端，再将原料供给机构、缝洞模型3、监测机构与控制器分别连接；

S2、打开原料供给机构连接的平流泵6阀口及水罐2开关，通过控制器的计算机调整注入压力及流量，完成饱和水过程，关闭水罐2开关；

S3然后打开油罐1开关，通过控制器的计算机调整注入压力及流量，记录注油过程中缝洞模型3入口端处的压力、注入流量以及缝洞模型3出口端压力、出液量的变化以及高精度量筒5累计的流量，并利用光电摄像机录制缝洞模型3驱替过程视频，直至缝洞模型3不再有水流出，结束实验；

S4、关闭平流泵6阀口及水罐2开关和油罐1开关，整理实验记录的数据，完成实验。

具体使用过程中，本实施例中的实验系统可实现单向流流动实验及两相流驱替模拟实验，可应用于缝洞型油藏流体流动规律研究及水驱后剩余油分布规律研究，具体的如下：

一、缝洞型油藏流体流动规律研究(单相流流动实验)：

选取自来水作为模拟地层水进行单向流模拟实验，为更好的观察流体在模型中的流动状态，采用亚甲基蓝对水进行染色。

对单元模型组合方式进行优选，优选的基本原则是根据单元模型实验结果，分析相同/不同缝宽或者是相同/不同洞直径大小对流体流动规律的影响，进而优选出不同的单元模型组合方式，优选出300种组合模型。

实验的自变量有注入压力、注入速度两个，其取值范围是根据实际油藏地质特征进行选取。设置注水速度有0.1mL/min、0.2mL/min、0.3mL/min、0.4mL/min四个梯度，分别命名为A1、A2、A3、A4。选取注入压力0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa作为参数取值，分别命名为B1、B2、B3、B4。

根据实验的自变量参数取值，每种组合模型进行如上所示的16组实验，共进行4800次，将对实验结果进行横向与纵向上的对比，分别探究各因素对流体流动规律的影响，分析各因素影响下流体流态的变化。在此分析的基础上对流体流动规律进行总结。

一、缝洞型油藏剩余油分布规律研究(两相流驱替实验)：

选取纯煤油作为模拟原油，自来水作为模拟地层水。为更好地呈现可视化缝洞模型中的水驱油过程，实验以苏丹Ⅲ和蓝墨水对模拟原油与地层水进行区分、示踪。

通过单元模型的多种组合来实现地层复杂网络格架的构建，在缝洞模型3装，以四个单元模型为一组进行组装。依据不同单元模型的缝洞特征，优选出108种不同的单元模型组合方式，高度还原了实际油藏中缝洞组合方式，实现了地层复杂网络格架的构建。

实验的自变量有模型放置角度、内部充满度、注入速度三个，其取值范围是根据实际油藏地质特征及注水开发参数进行选取。模型放置角度主要研究重力作用对剩余油分布的影响，根据油实际藏地质特征，共设置水平放置、15°放置、30°放置、45°放置、60°放置五个梯度，分别命名为A1、A2、A3、A4、A5。

模型内部充满度主要对应油藏原始含油饱和度对剩余油分布状态的影响，碳酸盐岩缝洞型油藏初始含水饱和度约为25％～30％，一般不超过50％，故选取原油充满度50％、70％、100％作为参数取值，分别命名为B1、B2、B3，其中100％的充满度用于研究缝洞型油藏水驱后剩余油分布机理。通过对缝洞型油藏注水开发效果的调研，注水速度极大影响着水驱后剩余油赋存量，故设置0.1mL/min、0.2mL/min、0.3mL/min、0.4mL/min四个梯度，分别命名为C1、C2、C3、C4。

根据实验的自变量参数取值，采用正交实验法设计本次实验，每种组合模型进行如上所示的28组正交实验，共进行3024次，将剩余油赋存量与赋存状态作为实验结果，用正交实验分析法处理。对实验结果进行横向与纵向上的对比，分别探究各因素对剩余油赋存量与赋存状态的影响，分析各因素影响下剩余油分布状态的变化，在此分析的基础上对水驱后剩余油微观分布规律进行总结，完成具体实验过程。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统的实验方法，其特征在于：所述的实验系统包括原料供给机构、缝洞模型、监测机构和控制器；

所述控制器具体为计算机，所述压力传感器和光电摄像机分别与计算机之间信号连接；

所述的实验方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统的实验方法，其特征在于，所述缝洞模型还连通有油水分离机构，所述油水分离机构由四个油水分离器组成，每个所述油水分离器分别与单元模型的出口端相连通。

3.根据权利要求2所述的一种离散性缝洞网络储层驱替模拟实验系统的实验方法，其特征在于，所述油水分离机构还连接有计量机构，所述计量机构由八个高精度量筒和八个电子天平组成，每个所述高精度量筒分别连接在油水分离器的出油端与排水端，每个高精度量筒分别放置在放置在电子天平，所述电子天平也与控制器之间信号连接。