CN114893172B - 一种模拟稠油热流体驱替的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟稠油热流体驱替的方法及系统，包括，建立稠油热流体驱替模型；确定目标位置温度和饱和度关系；编译图像捕捉温度控制电子元件；使用图像捕捉温控电子元件进行全过程模拟实验，实现了自动化控温。可视化驱替装置实验通过电子控制元件对实验温度进行自动调节控制，温度变化与驱替过程中饱和度变化同步，可模拟热流体驱替过程中储层温度变化特征。

Description

一种模拟稠油热流体驱替的方法及系统

技术领域

本发明涉及油气田开发实验技术的技术领域，尤其涉及一种模拟稠油热流体驱替的方法及系统。

背景技术

我国稠油主要以注蒸汽热采的方式开采稠油油藏，储层温度变化极大影响驱替效果和油藏剩余油的分布。现阶段，石油行业内主要通过数值模拟方法来模拟油藏尺度下的热流体驱替稠油过程，以及采用室内物理实验模拟微观尺度下热流体驱替稠油的过程。但目前对于稠油热流体驱替全过程的作用机理认识不清，油藏尺度下的数值模拟难以反映剩余油的微观附存状态及特征，微观尺度下物理模拟实验无法可视化整个储层热流体驱替过程温度场变化对剩余油的影响。针对这类问题，亟需建立一套连接油藏尺度下数值模拟与微观尺度下物理模拟的稠油热流体驱替全过程模拟方法及系统。

因此，发明一种模拟稠油热流体驱替全过程的方法及系统，具体将油藏尺度下数值模拟方法和结果应用到微观尺度下物理模拟实验上，通过可视化驱替设备直观获取全驱替过程流动和剩余油分布特征，解决目前物理实验无法模拟油藏尺度下稠油热驱替全过程的技术难题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有模拟稠油热流体驱替的方法及系统存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种模拟稠油热流体驱替的方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种模拟稠油热流体驱替的方法，包括，采集选取注采井组，并采集油藏数据，建立稠油热流体驱替模型；确定目标位置温度和饱和度关系；编译图像捕捉部件；使用图像捕捉部件进行全过程模拟实验。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替的方法的一种优选方案，其中：根据油藏地质及现场生产资料选取注采井组，将油藏生产中的热流体、稠油、反应后原油作为3个组分，并利用模拟软件建立热流体驱替模型。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替的方法的一种优选方案，其中：运行建立的数值模型，得出整个驱替过程中储层网格不同时间下的温度场和饱和度场数据。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替的方法的一种优选方案，其中：选取注采井平面的几何中心网格，作为观测点，以热流体驱替整个阶段的1/3～2/3时间段，作为观测窗口期，并输出观测点网格在驱替观测窗口期任意驱替时间对应的饱和度数值和温度数值。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替的方法的一种优选方案，其中：将饱和度数值作为自变量，温度数值作为因变量，通过最小二乘法拟合，确定观测窗口期观测点位置的饱和度场和温度场的关联函数。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替的方法的一种优选方案，其中：利用图像捕捉部件对摄像部件的捕捉图像进行灰度处理，并根据图像中灰度占比计算对应饱和度数值，图像捕捉部件将计算饱和度数值输入，根据饱和度场-温度场关联函数调节对应饱和度下温度。

本发明还提供如下技术方案：一种模拟稠油热流体驱替系统，包括，进入组件，包括管线、设置在管线上的ISCO泵以及设置在管线上的活塞泵；图像捕捉组件，包括设置在远离ISCO泵一端的箱体、设置在箱体上的图像捕捉部件以及设置在箱体上的摄像部件，所述摄像部件和图像捕捉部件均连接至计算机。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替系统的一种优选方案，其中：所述摄像部件包括中央处理器、与中央处理器电连接的连接线以及设置在连接线上的高频摄像系统，所述高频摄像系统上设置有信号发收模块。

作为本发明所述模拟稠油热流体驱替系统的一种优选方案，其中：所述图像捕捉部件包括设置在箱体上的图像捕捉温控电子元件以及设置在图像捕捉温控电子元件上的信号发送模块，所述管道端部设置有承接量筒，所述管道靠近承接量筒一端设置有回压阀。

本发明的有益效果：本发明能够模拟稠油热流体注采井间不同位置以及各阶段对应的热流体驱替过程，实时在线调节物理实验模拟的温度环境，可视不同温度环境下稠油流动及剩余油分布特征。本发明在现有实验装置和模拟方法上进行的创新控制元件植入，能够解决目前物理实验无法模拟油藏尺度下稠油热驱替全过程的技术难题。发明实验装置及方法的具体有益效果如下：

1、实现了自动化控温。可视化驱替装置实验通过电子控制元件对实验温度进行自动调节控制，温度变化与驱替过程中饱和度变化同步，可模拟热流体驱替过程中储层温度变化特征。

2、增加了在线显示饱和度功能。在开展热流体驱替物理模拟过程中，通过高频率摄像系统拍摄刻蚀玻璃内稠油流动图像，后台图片色度分析结果实时显示剩余油饱和度。

3、具有高效节时特征。发明实验装置及系统可一次性模拟稠油热流体驱替全过程，解决了目前采用不同温度下的多组实验描述稠油热流图驱替过程的问题，降低了实验数量，节约了测试时间，提高了工作效率，减少了实验操作流程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明模拟稠油热流体驱替的方法的稠油热流体驱替数值模拟示意图。

图2为本发明模拟稠油热流体驱替的方法所述的图像捕捉温控电子元件编程译工作流程示意图。

图3为本发明模拟稠油热流体驱替的方法所述的温度场与含油饱和度场的同步关系示意图。

图4为本发明模拟稠油热流体驱替系统所述的整体结构示意图。

图5为本发明模拟稠油热流体驱替系统所述的更换部件结构示意图。

图6为本发明模拟稠油热流体驱替系统所述的承接件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1-3，本发明公开了一种模拟稠油热流体驱替的方法，包括如下步骤：首先建立稠油热流体驱替模型。

根据油藏地质及现场生产资料选取注采井组，将油藏生产中的热流体、稠油、反应后原油作为3个组分，利用商业油藏模拟软件CMG，并中STARS热采组分模拟器，建立能够描述油藏尺度下稠油油藏一注一采直井的热流体驱替的数值模型。

然后确定目标位置温度和饱和度关系。

(1)运行建立的数值模型，模拟油藏尺度下稠油油藏热流体驱替全过程。得到整个驱替过程中储层网格不同时间下的温度场和饱和度场数据。

(2)选取目标位置：选取注采井平面的几何中心网格，作为观测点，以热流体驱替整个阶段的1/3～2/3时间段，作为观测窗口期。

(3)获取温度场、饱和度场：输出观测点网格在驱替观测窗口期任意驱替时间对应的饱和度数值和温度数值。

(4)确定关联函数：将饱和度数值作为自变量，温度数值作为因变量，通过最小二乘法拟合，确定观测窗口期观测点位置的饱和度场和温度场的关联函数。

再次编译图像捕捉温度控制电子元件。

图像捕捉温度控制电子元件直接对拍摄装置的捕捉图像进行灰度处理根据图像中灰度占比计算对应饱和度数值。其次，图像捕捉温度控制电子元件将计算饱和度数值输入，根据饱和度场-温度场关联函数调节对应饱和度下温度。将此工作流程编译制作图像捕捉温控电子控制元件。

最后使用图像捕捉组件200开展全过程模拟实验。

将电子元件一端通过计算机连接驱替实验拍摄设备，一端连接实验温度箱，开展稠油热流体全过程驱替模拟实验。实验驱替过程中，图像捕捉组件200将根据驱替过程中的饱和度情况自动调节温度，完成驱替物理模拟实验全过程的温度调节。

本发明能够模拟稠油热流体注采井间不同位置以及各阶段对应的热流体驱替过程，实时在线调节物理实验模拟的温度环境，可视不同温度环境下稠油流动及剩余油分布特征。本发明在现有实验装置和模拟方法上进行的创新控制元件植入，能够解决目前物理实验无法模拟油藏尺度下稠油热驱替全过程的技术难题。发明实验装置及方法的具体有益效果如下：

1、实现了自动化控温。可视化驱替装置实验通过电子控制元件对实验温度进行自动调节控制，温度变化与驱替过程中饱和度变化同步，可模拟热流体驱替过程中储层温度变化特征。

2、增加了在线显示饱和度功能。在开展热流体驱替物理模拟过程中，通过高频率摄像系统拍摄刻蚀玻璃内稠油流动图像，后台图片色度分析结果实时显示剩余油饱和度。

3、具有高效节时特征。发明实验装置及系统可一次性模拟稠油热流体驱替全过程，解决了目前采用不同温度下的多组实验描述稠油热流图驱替过程的问题，降低了实验数量，节约了测试时间，提高了工作效率，减少了实验操作流程。

实施例2

参照图4，该实施例不同于第一个实施例的是：本实施例公开了一种模拟稠油热流体驱替系统，包括进入组件100，在本实施例中，进入组件100包括管线101，管线101用于运输液体，在管线101上还设置有ISCO泵102以及设置在管线101上的活塞泵103。

进一步的，本发明包括图像捕捉组件200，在本实施例中，图像捕捉组件200包括设置在远离ISCO泵102一端的箱体201、设置在箱体201上的图像捕捉部件202以及设置在箱体201上的摄像部件203，摄像部件203和图像捕捉部件202均连接至计算机，进而操作者可以通过计算机进行数据的获取和对摄像部件203和图像捕捉部件202的控制。

在本实施例中，摄像部件203包括中央处理器203a、与中央处理器203a电连接的连接线以及设置在连接线上的高频摄像系统203b，高频摄像系统203b上设置有信号发收模块，图像捕捉部件202包括设置在箱体201上的图像捕捉温控电子元件202a以及设置在图像捕捉温控电子元件202a上的信号发送模块，管线101端部设置有承接量筒204，管线101靠近承接量筒204一端设置有回压阀205。

具体的操作步骤：建立稠油热流体驱替数值模拟模型：

将热流体、稠油、反应后原油作为3个组分，采用CMG中STARS热采组份模拟器，基于油藏实际地质、生产制度特征以及实际生产状况，建立模拟目标储层稠油热流体驱替的三维3组分数值模型A1：网格数量30*20*10，网格尺寸为15m*12.5m*0.6m，其中热流体从注入井A2注入，热流体驱替的原油从生产井A3采出，注入井A2井射孔位置为6，10，1：6，10，8；生产井A3射孔位置为23，10，1：23，10，8。

然后确定目标位置温度和饱和度关系101。

关系101确立的条件为：①观测阶段：驱替中期(驱替阶段的1/3～2/3)；②观测点：取直井平面的几何中点位置。

首先，运行建立的数值模型，模拟油藏尺度下稠油油藏热流体驱替全过程。得到整个驱替过程中储层网格不同时间下的温度场和饱和度场数据。

其次，获取温度场、饱和度场：输出观测点网格在驱替观测窗口期任意驱替时间t对应的饱和度数值S和温度数值T。

最后，确定关联函数：将饱和度数值S作为自变量，温度数值T作为因变量，通过最小二乘法拟合，进而确定目标位置下温度场T与含油饱和度场S的同步关系，并得出如下公式：T＝F(S)：T＝7.0997S^-3.063。

再次，编译图像捕捉温度控制电子元件。

高频率摄像系统拍摄刻蚀玻璃图像，后台计算机通过图片色度分析瞬时含油饱和度数值St，图像捕捉温控电子元件202a通过计算机获得瞬时饱和度数值St，在确定温度-饱和度同步关系101指导下，通过温度控制器调节驱替实验温度。具体控制流程为：首先，假设初始温度T0、初始饱和度S0、误差精度e。其次，获得瞬时饱和度St后，计算瞬时饱和度St与初始饱和度S0相减是否小于误差精度，若小于则输出St，反之则令初始饱和度S0＝St，拍摄下一时刻图像并获取下一个瞬时饱和度St。接着，通过温度-饱和度关联系数Tt＝F(St)计算出温度Tt，并输出调控温度Tt。最后，由温度控制器将温度调节至Tt。

使用图像捕捉温控电子元件202a开展全过程模拟实验。

使用油田真实稠油油样，由ISCO泵102注入，经过管线101，打开阀门，使油样进入活塞泵103，将油样均匀地推进高温驱替实验装置，压力表用以监测管道压力。油样采用微观刻蚀玻璃模型模拟储层多孔介质，高精度、高频率图像采集系统用来捕捉驱替过程，图片传输至计算机分析饱和度值，再由计算机输出饱和度值，通过图像捕捉温控电子元件202a调节高温可视化装置的变温箱体201，用来模拟不同储层温度。在经过上述的实验装置后，打开阀门，经过用于控制排出量的回压阀205，最终流入量筒中。待驱替完成，结束实验，通过计算机储存驱替过程的拍摄视频和记录数据分析整个驱替过程。

实施例3

参照图4-6，该实施例不同于以上实施例的是：在箱体201上设置有用于更换玻璃刻蚀模型的更换部件300，在本实施例中，更换部件300包括滑移连接在箱体201上的底座301，同时在底座301上方设置有下压件，下压件主要用于将玻璃刻蚀片压到箱体201上。

进一步的，下压件包括设置在箱体201上的支架302，在支架302上滑移连接有压块303，压块303沿竖直方向滑移，并且在压块303的下端设置有压板304，压块303的滑移使得压板304向下压到底座301位置，在压块303后端设置有电控气缸305。

作为优选的，在底座301上设置有压块303组件，在本实施例中，压块303组件包括转动连接在压块303下端的第一连杆401、与第一连杆401铰接的第二连杆402以及与第二连杆402相连的辅助辊403，在辅助辊403远离第二连杆402一端设置有第三连杆404，在第三连杆404端部铰接有第四连杆405，第四连杆405另一端与底座301铰接，且第二连杆402朝向下方向，第三连杆404朝向上方向，进而压块303的下压操作可以在第一连杆401、第二连杆402和第三连杆404的作用下实现辅助辊403的斜向下移动。

进一步的，在辅助辊403上设置有承接件500，在本实施例中，承接件500包括与辅助辊403相连的耳板501，在耳板501的侧壁上开设有长条槽503，长条槽503沿着水平方向开设，在第一连杆401和第四连杆405中段连接有转动杆，转动杆与长条槽503配合连接，进而第一连杆401的摆动可以带动第四连杆405的摆动，实现共同的驱动。

进一步的，在耳板501上开设有若干圆槽502，在圆槽502内放置有玻璃刻蚀片，同时在压块303端部设置有真空吸附口，真空吸附口后端连接抽真空管，后端设置有抽风机，用于抽真空，当耳板501移动到压板304下端时，抽风机由操作者进行控制，进行抽真空操作，此时玻璃刻蚀片吸附到压板304上，然后耳板501移开，压板304下移，此时关闭抽风机，玻璃刻蚀片下落到箱体201上。

其余结构与实施例2相同。

操作过程：在安装玻璃刻蚀片时，先驱动底座301靠近箱体201上端，此时先驱动压板304上移，利用抽真空管吸附玻璃刻蚀片，而后下移压板304，压板304此时通过第一连杆401、第二连杆402、第三连杆404和第四连杆405的带动，将耳板501移开，移开的同时压板304也下压到位，此时停止抽真空，实现玻璃刻蚀片的安装。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种模拟稠油热流体驱替的方法，其特征在于：

采用模拟稠油热流体驱替系统进行，所述模拟稠油热流体驱替系统包括，进入组件（100），包括管线（101）、设置在管线（101）上的ISCO泵（102）以及设置在管线（101）上的活塞泵（103）；

图像捕捉组件（200），包括设置在远离ISCO泵（102）一端的箱体（201）、设置在箱体（201）上的图像捕捉部件（202）以及设置在箱体（201）上的摄像部件（203），所述摄像部件（203）和图像捕捉部件（202）均连接至计算机，所述摄像部件（203）包括中央处理器（203a）、与中央处理器（203a）电连接的连接线以及设置在连接线上的高频摄像系统（203b），所述高频摄像系统（203b）上设置有信号发收模块，所述图像捕捉部件（202）包括设置在箱体（201）上的图像捕捉温控电子元件（202a）以及设置在图像捕捉温控电子元件（202a）上的信号发送模块，所述管线（101）端部设置有承接量筒（204），所述管线（101）靠近承接量筒（204）一端设置有回压阀（205）；

所述模拟稠油热流体驱替的方法包括采集选取注采井组，并采集油藏数据，建立稠油热流体驱替模型；

确定目标位置温度和饱和度关系；

编译图像捕捉部件（202）；

使用图像捕捉部件（202）进行全过程模拟实验；

选取注采井平面的几何中心网格，作为观测点，以热流体驱替整个阶段的1/3~2/3时间段，作为观测窗口期，并输出观测点网格在驱替观测窗口期任意驱替时间对应的饱和度数值和温度数值，将饱和度数值作为自变量，温度数值作为因变量，通过最小二乘法拟合，确定观测窗口期观测点位置的饱和度场和温度场的关联函数；

利用图像捕捉部件（202）对摄像部件（203）的捕捉图像进行灰度处理，并根据图像中灰度占比计算对应饱和度数值，图像捕捉部件（202）将计算饱和度数值输入，根据饱和度场-温度场关联函数调节对应饱和度下温度。

2.如权利要求1所述的模拟稠油热流体驱替的方法，其特征在于：根据油藏地质及现场生产资料选取注采井组，将油藏生产中的热流体、稠油、反应后原油作为3个组分，并利用模拟软件建立热流体驱替模型。

3.如权利要求1所述的模拟稠油热流体驱替的方法，其特征在于：运行建立的数值模型，得出整个驱替过程中储层网格不同时间下的温度场和饱和度场数据。