CN117782943B - 乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法 - Google Patents

乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法 Download PDF

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本发明涉及一种乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,属于油气田开发技术领域,包括(1)搭建乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验装置;(2)开展乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验并采集数据;(3)建立注入速率和驱替压力的非线性拟合模型;(4)求解乳状液非线性渗流的启动压力梯度值。本发明能够更真实地反映乳状液在多孔介质中渗流时液滴贾敏效应产生启动压力梯度导致的非线性渗流特征,并对启动压力梯度进行准确测量,为稠油油藏乳化降粘开采等技术措施的实施提供理论指导。

Description

乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法
技术领域
本发明涉及一种乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,属于油气田开发技术领域。
背景技术
在油气田开发技术领域,有效开采油气资源的关键步骤之一是理解和控制油气藏中流体的流动。其中,乳状液的渗流特性尤为重要,因为它关系到油水混合物在储层中的流动性。乳状液是由至少两种不相溶液体(通常是油和水)构成的混合物,具有独特的流变学性质,这使得其在多孔介质中的流动行为显著不同于单一组分流体。在传统的渗流研究中,往往将流体视为线性或简单的非线性流体,忽视了乳状液的复杂性。然而,乳状液在储层岩石孔隙中流动时,其启动压力梯度,即开始流动前需克服的压力梯度,是评估其渗流特征的一个关键参数。传统测量方法未能充分考虑乳状液流动的非线性特征,这可能导致对储层渗流能力的评估不准确,从而影响油田的开发效率和经济效益。随着油田开发进入稠油、高含水等复杂阶段,阐明乳状液非线性渗流启动压力梯度变得尤为迫切。
基于以上分析,传统的测量乳状液流动特性的方法过于简单,忽视了乳状液的复杂性及其启动压力的影响,因此,亟需开发一种新的测试方法,能够更真实地反映乳状液在多孔介质中的非线性渗流特征,并对启动压力梯度进行准确测量。
发明内容
针对传统的测量乳状液流动特性的方法过于简单,忽视了乳状液的复杂性及其启动压力梯度的影响等问题,本发明提出了乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,其思路是将配置好的乳状液置于测试装置的腔体内,逐渐增加乳状液的注入速率,通过计算机采集压力数据;采用幂函数模型非线性拟合不同条件下的注入速率和压力数据,以最小化模型预测值与实际观测值之间的差异;在拟合好的幂函数模型中,当速度为0时求得的压力梯度值即为乳状液非线性渗流启动压力梯度值。
本发明采用以下技术方案:
一种乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,包括步骤如下:
(1)搭建乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验装置
实验装置包括用于容纳乳状液和地层水的腔体、用于驱替的填砂管模型、用于采集数据的压力传感器和用于数据处理的计算机;
(2)开展乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验并采集数据
将配置好的乳状液置于容纳乳状液的腔体内,逐渐增加乳状液的注入速率,通过计算机采集乳状液的注入速率,通过压力传感器获取不同注入速率下乳状液渗流稳定的驱替压力;
(3)建立注入速率和驱替压力的非线性拟合模型
将步骤(2)采集到的注入速率和驱替压力数据采用非线性模型进行拟合,以最小化模型预测值与实际观测值之间的差异;
(4)求解乳状液非线性渗流的启动压力梯度值
基于步骤(3)建立的非线性拟合模型,推导建立驱替压力与注入速率的关系模型,当注入速率为0时,求解得到乳状液非线性渗流的启动压力值,结合填砂管长度计算得到启动压力梯度值。
优选的,步骤(1)中,实验装置还包括流量泵和量筒,腔体包括用于容纳乳状液的腔体A和用于容纳地层水的腔体B,流量泵通过管线分别与腔体A和腔体B的一端连接,腔体A和腔体B的另一端均通过管线连接填砂管模型和压力传感器,压力传感器与计算机连接,填砂管模型与量筒连接;所述腔体A和腔体B的进口、腔体A和腔体B的出口以及填砂管模型的出口均设置有阀门。
优选的,步骤(1)中,所述填砂管模型的直径为6 cm,长度为10 cm,采用目数为70-110的石英砂分段压实填制,具体是指在同一填砂管内分多次填充石英砂,每次填充后都进行一次压实,直至充满填砂管。
优选的,步骤(2)中,将配置好的地层水和乳状液分别置于测试装置的腔体A、腔体B内,首先向填砂管模型中注入并饱和地层水,然后分别将液滴浓度为0.3、0.4、0.5的乳状液以1、2、4、6、8 ml/min的注入速率注入填砂管模型中,在不同的乳状液注入速率下用量筒收集填砂管末端的流出物;通过压力传感器获取不同注入速率下乳状液渗流的驱替压力;
注入速率的单位为ml/min,注入压力的单位为kPa,基于采集到的注入速率和驱替压力数据绘制散点图,其中横坐标为驱替压力,单位为kPa,纵坐标为注入速度,单位为ml/min。
优选的,步骤(3)中,采用的非线性模型是幂函数模型,计算公式如式(Ⅰ)所示,模型预测值与实际观测值之间的差异可以通过平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差和决定系数中的一种或多种来评价:
(Ⅰ)
式(Ⅰ)中,v为注入速率,为驱替压力,abc为拟合常数。
优选的,步骤(4)中,基于步骤(3)建立的非线性拟合模型,推导出的驱替压力与注入速率的关系模型如式(Ⅱ)所示:
(Ⅱ)。
优选的,步骤(4)中,当注入速率为0时,根据式(Ⅱ)求解得到乳状液非线性渗流的启动压力值,计算公式如式(Ⅲ)所示:
(Ⅲ)
式(Ⅲ)中,为实验用填砂管长度对应的启动压力值;
根据填砂管长度计算得到启动压力梯度值,计算公式如式(Ⅳ)所示:
(Ⅳ)
式(Ⅳ)中,为启动压力梯度,L为填砂管长度。
本发明未详尽之处,均可参见现有技术。
本发明的有益效果为:
1、本发明通过填砂管模型中乳状液的非线性渗流实验,确定不同注入速率下稳定的驱替压力,进而拟合求解得到乳状液非线性渗流的启动压力梯度,反映了多孔介质中乳状液液滴贾敏效应产生启动压力的微观作用机理,避免了现有乳状液渗流启动压力梯度产生机理认识不明确的难题。
2、本发明建立的非线性渗流启动压力梯度测试方法,能够用于不同浓度、不同粒径、不同速度、不同粘度等乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试,易于推广,为进一步建立启动压力梯度与各影响因素之间的相关关系提供了可行的测试技术及方法。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的乳状液非线性渗流启动压力梯度测试方法的流程图;
图2为本发明的乳状液非线性渗流启动压力梯度测试的实验装置示意图;
图3为绘制的注入速率和驱替压力散点图及非线性拟合结果图;
图中,1-流量泵,2-阀门C,3-腔体B,4-阀门A,5-腔体A,6-阀门B,7-阀门D,8-填砂管模型,9-阀门E,10-压力传感器,11-计算机,12-量筒。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本说明书中的技术方案,下面结合本说明书实施中的附图,对本发明书实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,但不仅限于此,本发明未详尽说明的,均按本领域常规技术。
一种乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,如图1所示,包括步骤如下:
(1)搭建乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验装置
如图2所示,实验装置包括用于容纳乳状液和地层水的腔体、用于驱替的填砂管模型8、用于采集数据的压力传感器10和用于数据处理的计算机11;
实验装置还包括流量泵1和量筒12,流量泵1用于驱替流体注入,量筒12用于测量产出液体积,腔体包括用于容纳乳状液的腔体A 5和用于容纳地层水的腔体B 3,流量泵1通过管线分别与腔体A 5和腔体B 3的一端连接,腔体A 5和腔体B 3的另一端均通过管线连接填砂管模型8和压力传感器10,压力传感器10与计算机11连接,填砂管模型8与量筒12连接;腔体A 5的进口连接阀门A 4,出口连接阀门B 6,腔体B 3的进口连接阀门C 2,出口连接阀门D 7,填砂管模型8的出口均设置有阀门E 9。
本实施例中填砂管模型8的直径为6 cm,长度L为10 cm,采用目数为70-110的石英砂分段压实填制,具体是指在同一填砂管内分多次填充石英砂,每次填充后都进行一次压实,直至充满填砂管。依次重复充砂-振荡-压实操作,通过控制石英砂质量、目数和压实压力,制备出相同渗透率和孔隙率的填砂管模型,填砂管模型填制完成后仅能开展一次实验,不可重复使用,每一次驱替实验开始前均需要重新更换新的填砂管模型。在实验装置搭建完成后仔细检查管线的气密性。
(2)开展乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验并采集数据
将配置好的地层水和乳状液分别置于测试装置的腔体A、腔体B内,在制作好填砂管模型后,注入乳状液前,首先需要向填砂管模型中注入并饱和地层水,其中填砂管模型注入和采出的地层水体积差即为填砂管模型的孔隙体积;图2中腔体B 3用来储存待注入填砂管模型的地层水,阀门C 2、阀门D 7控制地层水注入管路的开闭,即阀门C 2、阀门D 7打开,且阀门A 4、阀门B 6关闭时,即向填砂管模型中注入地层水。
然后分别将液滴浓度为0.3、0.4、0.5的乳状液以1、2、4、6、8 ml/min的注入速率注入填砂管模型中,在不同的乳状液注入速率下用量筒收集填砂管末端的流出物;通过压力传感器获取不同注入速率下乳状液渗流的驱替压力;
乳状液是由至少两种不相溶液体(通常是油和水)构成的混合物,水包油乳状液是指油相作为分散相,以液滴形式悬浮分散在连续分布的水相中,液滴浓度是指分散的液滴体积占乳状液总体积的比例,单位为百分数或小数;
注入速率的单位为ml/min,注入压力的单位为kPa,基于采集到的注入速率和驱替压力数据绘制散点图,其中横坐标为驱替压力,单位为kPa,纵坐标为注入速度,单位为ml/min,不同液滴浓度条件下的注入速度和驱替压力如表1所示:
表1:不同液滴浓度条件下的注入速度和驱替压力表
(3)建立注入速率和驱替压力的非线性拟合模型
将步骤(2)采集到的注入速率和驱替压力数据采用非线性模型进行拟合,以最小化模型预测值与实际观测值之间的差异;本实施例中,采用的非线性模型是幂函数模型,计算公式如式(Ⅰ)所示,模型预测值与实际观测值之间的差异通过决定系数来评价:
(Ⅰ)
式(Ⅰ)中,v为注入速率,为驱替压力,abc为拟合常数。
基于表1中的注入速率和驱替压力数据,拟合得到的幂函数模型如图3所示。
(4)求解乳状液非线性渗流的启动压力梯度值
基于步骤(3)建立的非线性拟合模型,推导出的驱替压力与注入速率的关系模型如式(Ⅱ)所示:
(Ⅱ)。
式(Ⅱ)中,v为注入速率,为驱替压力,abc为拟合常数。
当注入速率为0时,根据式(Ⅱ)求解得到乳状液非线性渗流的启动压力值,计算公式如式(Ⅲ)所示:
(Ⅲ)
式(Ⅲ)中,为实验用填砂管长度对应的启动压力值;
根据填砂管长度计算得到启动压力梯度值,计算公式如式(Ⅳ)所示:
(Ⅳ)
式(Ⅳ)中,为启动压力梯度,单位为:kPa/m;L为填砂管长度,本实施例中L为10cm。
本实施例中,拟合常数abc及启动压力梯度的计算结果如表2所示:
表2:拟合常数abc及启动压力梯度的计算结果表
不同液滴浓度的乳状液启动压力梯度不同,每一种液滴浓度对应一个启动压力梯度。
本发明能够更真实地反映乳状液在多孔介质中渗流时液滴贾敏效应产生启动压力梯度导致的非线性渗流特征,并对启动压力梯度进行准确测量,为稠油油藏乳化降粘开采等技术措施的实施提供理论指导。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,其特征在于,包括步骤如下:
(1)搭建乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验装置
实验装置包括用于容纳乳状液和地层水的腔体、用于驱替的填砂管模型、用于采集数据的压力传感器和用于数据处理的计算机;
(2)开展乳状液非线性渗流启动压力梯度测试实验并采集数据
将配置好的乳状液置于容纳乳状液的腔体内,逐渐增加乳状液的注入速率,通过计算机采集乳状液的注入速率,通过压力传感器获取不同注入速率下乳状液渗流的驱替压力;
(3)建立注入速率和驱替压力的非线性拟合模型
将步骤(2)采集到的注入速率和驱替压力数据采用非线性模型进行拟合;
(4)求解乳状液非线性渗流的启动压力梯度值
基于步骤(3)建立的非线性拟合模型,推导建立驱替压力与注入速率的关系模型,当注入速率为0时,求解得到乳状液非线性渗流的启动压力值,结合填砂管长度计算得到启动压力梯度值;
步骤(1)中,实验装置还包括流量泵和量筒,腔体包括用于容纳乳状液的腔体A和用于容纳地层水的腔体B,流量泵通过管线分别与腔体A和腔体B的一端连接,腔体A和腔体B的另一端均通过管线连接填砂管模型和压力传感器,压力传感器与计算机连接,填砂管模型与量筒连接;所述腔体A和腔体B的进口、腔体A和腔体B的出口以及填砂管模型的出口均设置有阀门;
步骤(2)中,将配置好的地层水和乳状液分别置于测试装置的腔体A、腔体B内,首先向填砂管模型中注入并饱和地层水,然后分别将液滴浓度为0.3、0.4、0.5的乳状液以1、2、4、6、8ml/min的注入速率注入填砂管模型中,在不同的乳状液注入速率下用量筒收集填砂管末端的流出物;通过压力传感器获取不同注入速率下乳状液渗流的驱替压力;
基于采集到的注入速率和驱替压力数据绘制散点图,其中横坐标为驱替压力,单位为kPa,纵坐标为注入速度,单位为ml/min;
步骤(3)中,采用的非线性模型是幂函数模型,计算公式如式(Ⅰ)所示:
v=a×(ΔP)b+c(Ⅰ)
式(Ⅰ)中,v为注入速率,ΔP为驱替压力,a、b、c为拟合常数;
幂函数模型通过平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差和决定系数中的一种或多种来评价;
步骤(4)中,基于步骤(3)建立的非线性拟合模型,推导出的驱替压力与注入速率的关系模型如式(Ⅱ)所示:
步骤(4)中,当注入速率为0时,根据式(Ⅱ)求解得到乳状液非线性渗流的启动压力值,计算公式如式(Ⅲ)所示:
式(Ⅲ)中,ΔPc为实验用填砂管长度对应的启动压力值;
根据填砂管长度计算得到启动压力梯度值,计算公式如式(Ⅳ)所示:
式(Ⅳ)中,为启动压力梯度,L为填砂管长度。
2.根据权利要求1所述的乳状液非线性渗流启动压力梯度的测试方法,其特征在于,步骤(1)中,所述填砂管模型的直径为6cm,长度为10cm,采用目数为70-110的石英砂分段压实填制。
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