CN114758571A - 一种基于3d打印技术的油藏物理实验模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法属于石油地质室内实验材料加工领域，更具体地，一种利用3D打印技术构建实验用压裂物理模型、油藏地质物理模型、油田开发物理模型的一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，包括以下步骤：模型设计；物性参数设计；材料设计；逐层打印；预应力固化；孔渗物性测试；按模型设计及实验要求，在模型上相应位置进行钻孔布置传感器接头；模型封装；本发明基础是3D打印技术和基于岩石力学的材料预应力处理方法，3D打印技术可以实现构建非均质性物理模型，通过预应力处理，提高不同孔渗块体间胶结强度，模拟真实地层非均质块体间的接触特征，提高该物理模型实验的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于石油地质室内实验材料加工领域，更具体地，一种利用3D打印技术构建实验用压裂物理模型、油藏地质物理模型、油田开发物理模型的一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法。
背景技术
室内物模实验在石油领域应用广泛，可用于研究压裂技术、油气田井网设计、油气井井型结构及生产制度开发方式、地质结构和储层流体动用关系和影响等问题。目前室内实验物理模型主要通过岩样露头，人工岩样等通过割缝、打孔等方式实现设计的裂缝、井网等结构。
常规方法存在明显问题如下：一、模型均质性问题，物模材料均质性强，不符合实际油田现状，尤其是不能模拟油藏纵向上储层间差异，已经水平方向上由于地层褶皱等造成的岩性差异；二、模型精度问题，常规物模通过割缝、打孔等方式实现对裂缝、井筒等的复现，而通过在岩样上割缝、打孔，精度难以保证，取决于线切割、钻孔等技术的精度，同时会由于岩样和加工过程的操作问题，使模型设计精度难以实现；三、模型尺度和形状问题，目前室内物理模型主要为圆柱体、长方体、圆柱体主要在部分压裂、驱替模型中使用，且尺度较小，而模拟油藏开发方式、地质结构等物理模型以长方体为主，而真实油藏中显然不具备规则的几何形状，这就容易导致在实验过程中，模型边界与实际不符。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，该方法通过对物理模型的几何特征设计、模型物性参数设计出发，首先进行复合模型物性参数的材料设计，通过调整水泥、硅灰等配比实现固化后的物理模型具有设计的孔渗条件，打印过程中，通过多喷嘴配合，不同材料同时构建的方式，实现物理模型的非均质性，模型打印完毕至完全固结前，进行预应力处理，固结完毕后进行孔渗物性测试、裂缝、节理、层面识别等工作，并通过声波处理使模型符合要求，最后连接预设管线接头和传感器，进行模型封装处理。
本发明一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，包括以下步骤：
步骤一，模型设计；按照要求设计物理模型几何形状、裂缝形状和分布、纵向层理结构、以及模型内随机分布的独立的且渗透率和孔隙度不同于模型的其他多孔介质块体；
步骤二，物性参数设计；依据孔隙度和渗透率的不同，将具备相同或相对误差小于5%的孔隙度的多孔介质作为同一部分，相同部分用同一工程文件指导打印喷嘴工作；
步骤三，材料设计；根据不同块体孔隙度和渗透率参数要求，选择水泥、硅灰及添加剂，设计水泥、硅灰、添加剂、水的配比，进行材料物性测定实验，实验获取材料固化时间，并获得材料的固化时间-温度关系，固化各阶段强度，固化后材料物性，并指导原材料选择和配比调整，使不同材料固化时间差小于2小时；
步骤四，逐层打印；不同块体通过不同打印喷嘴完成，通过工程文件控制，打印时，按多喷嘴配合，不同材料同时构建的方式实现空间上的连续和衔接，按照打印层数，协调不同喷嘴打印进度，实现不同水平方向上非均质性设计；
步骤五，预应力固化；模型打印完毕后，周围施加预应力，按步骤三测得的固化时间-温度关系，升温固化；
步骤六，孔渗物性测试；模型初步成形后，密封围压内测试模型孔隙度渗透率，并结合声波探测工具，检测不同块体界面胶结程度和预置裂缝是否实现，若符合要求则进行下一步，对于裂缝被打印支撑材料填充而造成渗透率降低，裂缝失效而不符合要求的，采取超声波处理，将模型至于超声波水域中，28kHz处理15-30min，超声波功率100-500W，处理后再次声波探测内部结构是否符合要求，符合要求后进行下一步；
步骤七，按模型设计及实验要求，在模型上相应位置进行钻孔布置传感器接头，并固定传感器及连接管线接头；
步骤八，模型封装；用环氧树脂将模型封装。
优选地，第五步中在模型周围施加预应力，具体为：模型X方向，Y方向，Z方向，分别施加20-25kN的压力，各方向上压力差不大于5%。
优选地，第七步中传感器钻孔最大直径不超5mm，深度不超过模型厚度的2/3。
优选地，第八步中，模型尺寸小于35*35cm时，环氧树脂厚度不小于3cm，模型尺寸大于35*35cm时，厚度应不小于4cm。
本发明的基础是3D打印技术和基于岩石力学的材料预应力处理方法，3D打印技术可以实现构建非均质性物理模型，通过预应力处理，提高不同孔渗块体间胶结强度，模拟真实地层非均质块体间的接触特征，提高该物理模型实验的可靠性。
本发明制作过程可实现流程化、工业化，提高物理模型制作良品率。该制作方法，可以对物理模型的孔隙度、渗透率进行设计，并在模型内部，通过打印的方式加入裂缝，可以弥补现有物理模型物性均匀，人工割缝需要贯穿模型顶部和底部的缺点。预应力处理可以事模型内部形成预设应力场，实现对模拟地层的高度仿真，提高实验对现实的指导作用。另外，模型制作过程可控，同一批次模型间差异小，可以用于对照实验，和同行间进行平行实验，实现对实验结果的验证。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
本发明一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，包括以下步骤：
步骤一，模型设计；按照要求设计物理模型几何形状、裂缝形状和分布、纵向层理结构、以及模型内随机分布的独立的且渗透率和孔隙度不同于模型的其他多孔介质块体；
步骤二，物性参数设计；依据孔隙度和渗透率的不同，将具备相同或相对误差小于5%的孔隙度的多孔介质作为同一部分，相同部分用同一工程文件指导打印喷嘴工作；
步骤三，材料设计；根据不同块体孔隙度和渗透率参数要求，选择水泥、硅灰及添加剂，设计水泥、硅灰、添加剂、水的配比，进行材料物性测定实验，实验获取材料固化时间，并获得材料的固化时间-温度关系，固化各阶段强度，固化后材料物性，并指导原材料选择和配比调整，使不同材料固化时间差小于2小时；
步骤四，逐层打印；不同块体通过不同打印喷嘴完成，通过工程文件控制，打印时，按多喷嘴配合，不同材料同时构建的方式实现空间上的连续和衔接，按照打印层数，协调不同喷嘴打印进度，实现不同水平方向上非均质性设计；
步骤五，预应力固化；模型打印完毕后，周围施加预应力，按步骤三测得的固化时间-温度关系，升温固化；
步骤六，孔渗物性测试；模型初步成形后，密封围压内测试模型孔隙度渗透率，并结合声波探测工具，检测不同块体界面胶结程度和预置裂缝是否实现，若符合要求则进行下一步，对于裂缝被打印支撑材料填充而造成渗透率降低，裂缝失效而不符合要求的，采取超声波处理，将模型至于超声波水域中，28kHz处理15-30min，超声波功率100-500W，处理后再次声波探测内部结构是否符合要求，符合要求后进行下一步；
步骤七，按模型设计及实验要求，在模型上相应位置进行钻孔布置传感器接头，并固定传感器及连接管线接头；
步骤八，模型封装；用环氧树脂将模型封装。
第五步中在模型周围施加预应力，具体为：模型X方向，Y方向，Z方向，分别施加20-25kN的压力，各方向上压力差不大于5%。
第七步中传感器钻孔最大直径不超5mm，深度不超过模型厚度的2/3。
第八步中，模型尺寸小于35*35cm时，环氧树脂厚度不小于3cm，模型尺寸大于35*35cm时，厚度应不小于4cm。
实施例1
本实施例提供了一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，包括如下步骤：
步骤一，模型设计，该模型几何尺寸为长40cm宽40cm高8cm，模型分为三部分，第一部分为区域A，孔隙度25%，渗透率350mD，在模型最左侧，宽10cm，第二部分为区域B，位于模型中央，宽10cm，孔隙度20%，渗透率250mD，第三部分为区域C，位于模型最右侧，宽20cm，孔隙度25%，渗透率350mD，其中区域A、B界面处有一道宽0.1mm，长15cm，高3cm裂缝，将区域A、C作为同一整个，保存在工程文件1中，区域B参数保存在工程文件2中。
步骤二，根据区域A、C的孔隙度和渗透率，调整水泥、硅灰、添加剂、水等配比，作为原料1，用于工程文件1的打印材料，按照区域B的孔隙度和渗透率，调整水泥、硅灰、添加剂、水等配比，作为原料2，用于工程文件2的打印材料。
步骤三，逐层打印，打印文件切片精度小于0.05mm，材料1、2同时打印。
步骤四，预应力固化，模型打印完毕后，周围施加预应力，沿界面方向施加22kN的压力，垂直界面方向施加20kN的压力，顶底面方向施加25kN的压力，加压处理过程应在恒温箱中进行，恒温箱内温度为75℃，该过程持续18h。
步骤五，固化后的模型在室温中自然冷却，冷却结束后模型至于超声波水浴中，28kHz，150W，处理10min，处理后在恒温箱中45℃烘干。
步骤六，声波探测内部裂缝是闭合及宽度。
步骤七，按模型设计及实验要求，在模型上位置进行钻孔布置传感器接头，传感器钻孔最大直径不超5mm，深度不超过模型厚度的2/3，固定传感器，管线接头连接。
步骤八，模型封装，用环氧树脂将这个模型封装，厚度为6cm。
本发明制作过程可实现流程化、工业化，提高物理模型制作良品率。该制作方法，可以对物理模型的孔隙度、渗透率进行设计，并在模型内部，通过打印的方式加入裂缝，可以弥补现有物理模型物性均匀，人工割缝需要贯穿模型顶部和底部的缺点。预应力处理可以事模型内部形成预设应力场，实现对模拟地层的高度仿真，提高实验对现实的指导作用。另外，模型制作过程可控，同一批次模型间差异小，可以用于对照实验，和同行间进行平行实验，实现对实验结果的验证。
Claims (4)
1.一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，模型设计；按照要求设计物理模型几何形状、裂缝形状和分布、纵向层理结构、以及模型内随机分布的独立的且渗透率和孔隙度不同于模型的其他多孔介质块体；
步骤二，物性参数设计；依据孔隙度和渗透率的不同，将具备相同或相对误差小于5%的孔隙度的多孔介质作为同一部分，相同部分用同一工程文件指导打印喷嘴工作；
步骤三，材料设计；根据不同块体孔隙度和渗透率参数要求，选择水泥、硅灰及添加剂，设计水泥、硅灰、添加剂、水的配比，进行材料物性测定实验，实验获取材料固化时间，并获得材料的固化时间-温度关系，固化各阶段强度，固化后材料物性，并指导原材料选择和配比调整，使不同材料固化时间差小于2小时；
步骤四，逐层打印；不同块体通过不同打印喷嘴完成，通过工程文件控制，打印时，按多喷嘴配合，不同材料同时构建的方式实现空间上的连续和衔接，按照打印层数，协调不同喷嘴打印进度，实现不同水平方向上非均质性设计；
步骤五，预应力固化；模型打印完毕后，周围施加预应力，按步骤三测得的固化时间-温度关系，升温固化；
步骤六，孔渗物性测试；模型初步成形后，密封围压内测试模型孔隙度和渗透率，并结合声波探测工具，检测不同块体界面胶结程度和预置裂缝是否实现，若符合要求则进行下一步，对于裂缝被打印支撑材料填充而造成渗透率降低，裂缝失效而不符合要求的，采取超声波处理，将模型至于超声波水域中，28kHz处理15-30min，超声波功率00-500W，处理后再次声波探测内部结构是否符合要求，符合要求后进行下一步；
步骤七，按模型设计及实验要求，在模型上相应位置进行钻孔布置传感器接头，并固定传感器及连接管线接头；
步骤八，模型封装；用环氧树脂将模型封装。
2.如权利要求1所述一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，其特征在于，第五步中在模型周围施加预应力，具体为：模型X方向，Y方向，Z方向，分别施加20-25kN的压力，各方向上压力差不大于5%。
3.如权利要求2所述一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，其特征在于，第七步中传感器钻孔最大直径不超5mm，深度不超过模型厚度的2/3。
4.如权利要求3所述一种基于3D打印技术的油藏物理实验模型构建方法，其特征在于，第八步中，模型尺寸小于35*35cm时，环氧树脂厚度不小于3cm，模型尺寸大于35*35cm时，厚度应不小于4cm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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