CN117905454A - 一种改变回压值建立初始含油饱和度的指示图版的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改变回压值建立初始含油饱和度的指示图版的方法，通过指示图版确定回压值来确定填砂管中参与流动渗流通道的数量，达到建立特定渗透率下的初始含油饱和度的目的。本发明方法操作简单，可重复性强，模拟速度快且实验成本相对较低。本方法最大优势就是通过设置回压来控制参与流动的渗流通道数量，以精确地建立不同渗透率填砂管的指定初始含油饱和度，从而实现模拟地层储层的真实含油饱和度情况。相对于其他常规方法，可以大大缩短实验周期，提高实验的可重复性和可控性。
Description
技术领域
本发明属于石油开发领域技术领域，具体涉及到一种改变回压值建立初始含油饱和度的指示图版的方法。
背景技术
石油资源的勘探和开发是全球能源领域的重要课题之一。在石油资源的评估和开发工作中，了解油藏的孔隙度、渗透率和含油饱和度等基础物性参数对于预测储量、制定开发方案和评估油藏的产能具有重要意义。在石油提采提高采收率领域的研究中，为模拟油藏储层物性，实验室通常需要利用一维填砂管构建目标油藏的孔隙度、渗透率、初始含油饱和度，再对其进行各驱替实验，研究各种驱替方法对不同油藏的驱油机理。传统的填砂管实验方法往往需要耗费大量的时间和资源来模拟目标油藏的孔隙度、渗透率以及建立相应的初始含油饱和度，且成功率较低，难以准确控制实验条件以得到目标参数。因此需要开发一种操作简便、成本低廉且成功率高的实验方法在填砂管中建立特定渗透率下的初始含油饱和度。
回压调节阀是用来在流体流动出口端压力调节的装置。回压调节阀有两个内腔，这两个内腔是由一个活塞隔开，活塞由一根针状物连在较低的内腔一边。较高的内腔受到顶部气体的压力而较低的内腔受系统压力。回压调节阀起到一个比较装置的作用。当顶部的压力大于系统压力，针状物封堵以维持这个压力。相反的当系统压力高于顶部压力时，针状物打开，超额部分的流体流出。当连续流动时这两个过程不断的循环，以维持系统压力和顶部设定的定值保持平衡。故在填砂管实验建立初始含油饱和度时通过设置固定的回压，可以有效地使更多的水相被动用，进一步控制油相参与流动的渗流通道数量。
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。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种改变回压值建立初始含油饱和度的指示图版的方法，其特征在于：包括，
制备填砂管模型；
设计基础方案库；
确定基础方案库下对应需要设置的回压值；
确定回压值的指示图版。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述制备填砂管模型，其中，填砂管模型包括一维填砂管模型、ISCO柱塞泵、手摇泵、压力表、活塞容器、回压阀、连接管线、三通阀和数据采集系统。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述一维填砂管模型，需进行填制、抽真空操作。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述填制、抽真空为筛选粒径大小合适的石英砂分段装入填砂管中，并对每一段进行压实操作，后利用气泵检测防漏性能，填砂完毕对其抽真空。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述设计基础方案库，其中，基础方案库包括以填砂管渗透率为第一变量、以初始含油饱和度为第二变量设计方案组，每个方案组对应需要设置的回压值。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述确定回压值的指示图版，其中，指示图版为建立基础方案库对应需要设置的回压值的三维空间数据集，再将Z轴数据做XY平面等高线投影，即得到回压值的指示图版。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述三维空间数据集以第一自变量做X轴，第二自变量做Y轴，因变量做Z轴；
其中，第一自变量为填砂管渗透率，第二自变量为初始含油饱和度，因变量为回压值。
作为本发明所述方法的一种优选方案，其中：所述填砂管渗透率在100～4000mD，初始含油饱和度在40％～80％。
本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种建立不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版。
作为本发明所述指示图版的一种优选方案，其中：所述指示图版可应用于精确建立不同渗透率填砂管的指定初始含油饱和度、优化油藏开发方案、研究油藏水驱油机理、评估油藏堵塞风险。
本发明有益效果：
(1)本发明提供了一种确定不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版的方法，指示图版确认后，只需要通过对模拟储层岩石渗透率的填砂管进行设置相对应的回压值，通过改变回压即可对填砂管建立目标初始含油饱和度。
(2)本发明方法操作简单，可重复性强，模拟速度快且实验成本相对较低。本方法最大优势就是通过设置回压来控制参与流动的渗流通道数量，以精确地建立不同渗透率填砂管的指定初始含油饱和度，从而实现模拟地层储层的真实含油饱和度情况。相对于其他常规方法，可以大大缩短实验周期，提高实验的可重复性和可控性。
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为本发明实施例中填砂管模型的制备示意图。
图2为本发明实施例中一维填砂管装置图。
图3为本发明实施例中回压阀示意图。
图4为本发明实施例中回压-渗透率-含油饱和度三维图。
图5为本发明确定不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版。
图6为本发明建立不同渗透率填砂管含油饱和度的方法流程图。
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，下面结合说明书实施例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。
本发明实施例中用到的填砂管模型的制备示意图如图1所示，实验装置包括：一维填砂管模型、ISCO柱塞泵、手摇泵、压力表、活塞容器、回压阀、连接管线、三通阀和数据采集系统；一维填砂管模型左右两端各有一个压力表，其中一个压力表通过三通阀与回压阀相连，另一个压力表通过三通阀与装有模拟地层水的活塞容器、装有原油的活塞容器相连；装有原油的活塞容器、装有模拟地层水的活塞容器与ISCO活塞泵通过三通阀相连；数据采集系统分别接在一维填砂管模型左右两端的压力表上。
其中，一维填砂管装置图如图2所示，长60cm，直径2.5cm，由管身和两个管头组成(如图2a)，通过螺纹连接(如图2b)；管头内部设有防砂网和防高温高压的密封圈(如图2c)，管头外部为空心螺栓(如图2d)。可通过管线将填砂管与外部设备连接，也可以实心螺丝将其密封。
饱和水时操作：打开装有模拟地层水的活塞容器对应的三通阀两端阀门，关闭装有原油的活塞容器对应的三通阀两端阀门，用柱塞泵以2mL/min的流速将模拟地层水注入填砂管中，待填砂管另一端有水稳定流出，记录注入端和出口端的压力数据，并关闭柱塞泵以及填砂管两端阀门停止注入。
饱和油时操作：打开装有原油的活塞容器对应的三通阀两端阀门，关闭装有模拟地层水的活塞容器对应的三通阀两端阀门，用柱塞泵以5mL/min的流速将原油注入填砂管，用原油驱替填砂管中的水，直至稳定排出油为止；停止注入操作，关闭三通阀及填砂管两端阀门。记录排出油水体积，待油水分离后，读出水的体积Vw即饱和进填砂管原油的体积。初始含油饱和度为饱和原油的体积与填砂管体积之比。
回压值的调节：如图3所示，(a)为回压阀示意图，(b)为回压阀连接示意图。在①处连接一个三通阀，三通阀另外两端一端连接压力表，一端连接手摇泵，连接好后开始调试，旋转手摇泵，压力表压力上升，待升至所需压力值时，停止旋转手摇泵，关闭三通阀，此时完成给定压力值的设置。使用时，将填砂管出口端与②处连接，当②处液体的压力大于设置的固定压力值时，流体将经由管③流出。
实施例1
本实施例提供了一种确定不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版的方法。
(1)制备填砂管模型
为模拟油藏储层物性，利用一维填砂管构建目标油藏的孔隙度、渗透率、初始含油饱和度，再对其进行各驱替实验，研究各种驱替方法对不同油藏的驱油机理。填砂管模型的制备示意图如图1所示，实验装置包括：一维填砂管模型、ISCO柱塞泵、手摇泵、压力表、活塞容器、回压阀、连接管线、三通阀和数据采集系统。
一维填砂管模型长60cm，直径2.5cm，最大工作压力16MPa，最高工作温度为400℃；ISCO柱塞泵的最大输出压力66MPa，最大输出流量60mL·min-1，精度0.001mL·min-1；活塞容器的耐压范围0～50MPa，最大耐温200℃；回压阀的开启误差<0.05MPa。
三通阀1将ISCO柱塞泵、装有原油的活塞容器、装有模拟地层水的活塞容器连接；三通阀2将装有原油的活塞容器、装有模拟地层水的活塞容器和填砂管入口端连接，通过调节ISCO柱塞泵的流量和压力将活塞容器中的液体注入填砂管中。饱和水时，打开装有模拟地层水的活塞容器对应的三通阀两端阀门，关闭装有原油的活塞容器对应的三通阀两端阀门，将模拟地层水注入填砂管中；建立初始含油饱和度时反之。
压力表1,2分别连接于填砂管的入口端和出口端，并与数据采集系统连接以采集压差数据。出口端连接回压阀和试管记录排除液体体积。
(2)设计基础数据库及确定相对应回压值
在一定条件下，岩石的孔隙度越大，其渗透率一般会越大。这是因为当岩石的孔隙度增大时，岩石中的孔隙空间增多，流体在岩石中的渗流通道也变得更多，岩石中流体通过孔隙的能力也就越大。在理想实验条件下，渗透率越大，即介质中孔隙的连通性越好，流体流动的通道更多，意味着所建立的含油饱和度越高。对于同一渗透率，设置回压值取决于需建立初始含油饱和度的大小。
选取渗透率分别为100mD、250mD、500mD、1000mD、1500mD、2000mD、2500mD、3000mD、4000mD(误差小于25.000mD)，初始含油饱和度分别为40％、50％、60％、70％、80％(误差小于1.00％)，筛选粒径大小合适的石英砂分段装入填砂管中，并对每一段进行压实操作，后利用气泵检测防漏性能，填砂完毕对其抽真空，进行一维填砂管模型的制备实验。
具体为先称取填砂管的干重G1，并对其进行饱和水操作，待系统稳定后，称取填砂管湿重G2，根据公式得出孔隙度/>
式中：Vp为孔隙体积，即所饱和的模拟地层水的质量除以模拟地层水的密度，密度用高精度天平和容器由称量法测得；V0＝πr2d为填砂管体积，r为半径1.25cm，d为填砂管长60cm。
根据单位时间流量、截面积、压差等各实验参数和达西公式计算渗透率：
将回压阀安装在饱和油的注入系统内，通过调节回压阀的压力来控制油相参与流动的渗流通道数量；用柱塞泵以固定的流速将原油注入填砂管，直至稳定排出油为止，停止注入操作，记录排出油水体积，待油水分离后，读出水的体积VW，根据公式计算初始含油饱和度(Soi)；
式中：Q为单位时间内流体通过岩石的流量，单位为cm3/s；A为液体通过岩石的截面积，单位为cm2；μ为液体的粘度，单位为mPa·s；L为液体流过岩石介质的长度，单位为cm，Δp为液体通过岩石前后的压差，单位为MPa。
通过实验结果得到45组不同渗透率填砂管模型分别对应的不同初始含油饱和度的回压数据(误差小于0.025MPa)，实验结果如表1所示。
表1填砂管制备实验结果
使用origin对以上数据进行拟合处理，可以得到较为完备且连续的表示三者关系的三维图，如图4所示，x、y、z轴分别表示填砂管的渗透率/mD、初始含油饱和度/％和对应的设置回压值/MPa，参照此图可以得到填砂管渗透率(区间为100～4000mD)需建立的含油饱和度(区间为40％～80％)所设置回压的参考值。
(3)确定不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版
使用origin将图4三维图Z轴数据做XY平面等高线投影，即得图5不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版，图中等高线数值为回压值，根据制备的填砂管需要的渗透率和初始含油饱和度，可以得到对应设置的回压值。
实施例2
为研究驱油剂+降黏剂化学复合驱对高渗稠油油藏的开发效果，现需制备渗透率为3000mD，初始含油饱和度为60％的填砂管模拟测试实验，对填砂管进行填砂、抽真空、饱和水等操作。具体步骤如下：
(1)填制填砂管、抽真空：根据所需渗透率大小筛选合适粒径的矿物(石英砂、方解石、斜长石、黏土等)，本次实验筛选60～80目石英砂，将筛选好的石英砂装入填砂管，每填入一部分进行压实操作，确保每处砂粒均匀。填完砂后在填砂管两端分别接入阀门，利用气泵对填砂管进行加压操作，测试其防漏性能。随后将填砂管抽真空4h左右。
(2)孔隙度、渗透率计算：抽完真空，用电子称称取填砂管的干重G1＝6546.5g，称重结束后，保持两端阀门为关闭状态，两端接入压力表，并打开填砂管底端阀门连接恒流柱塞泵进行饱和水操作(利用模拟地层水)，注入速度为2mL/min，待填砂管另一端有水稳定流出，记录注入端和出口端的压力数据，并关闭柱塞泵以及两端阀门停止注入，静置10min待系统稳定后，称取填砂管湿重G2＝6671.7g，此时可计算出填砂管的孔隙体积：根据公式孔隙体积孔隙度/>其中V0＝294.52cm3为填砂管总体积，由此算得孔隙度/>并依据达西公式计算渗透率：/>式中：Q为单位时间内流体通过岩石的流量，单位为cm3/s；A为液体通过岩石的截面积4.91cm2；μ为液体的粘度，单位为mPa·s；L为液体流过岩石介质的长度60cm，Δp为液体通过岩石前后的压差，单位为MPa。由此求得渗透率K＝2988.649mD，符合误差范围内的预设渗透率。
(3)设置回压：将回压阀安装在饱和油的注入系统中，通过设置回压来控制油相参与流动的渗流通道数量。根据步骤2算得的渗透率和所需的含油饱和度参考图5、图6数据进行精确的压力调整，查表得设置回压为2.94MPa。
(4)建立初始含油饱和度：打开填砂管底端注入口连接油罐，用柱塞泵以5mL/min的流速将原油注入填砂管，用原油驱替填砂管中的水，直至稳定排出油为止；停止注入操作，关闭两端阀门。记录排出油水体积，排出水的体积即饱和进填砂管油的体积。待油水分离后，读出水的体积Vw＝76.20cm3，根据公式算得初始含油饱和度符合误差范围内的预设初始含油饱和度，说明本发明方法具有可行性和可靠性。至此完成填砂管模拟实验的初始含油饱和度建立。
本实施例建立不同渗透率填砂管含油饱和度的方法流程图参见图6。
本发明发现利用回压阀的特性，在同水平渗透率条件下，当设置的回压越大(孔隙压力越大)时，参与流动的渗流通道数量越多，油驱水建立初始饱和度过程中可以建立更高的初始含油饱和度。反之，当设置的回压越小，参与流动的渗流通道数量就越少，无法建立较高的初始含油饱和度。因此，通过设置回压来控制参与流动的渗流通道数量，可以实现对填砂管的初始含油饱和度的精确控制。
本发明设计的为建立填砂管测试实验装置初始含油饱和度一种新方法，只需要通过对模拟储层岩石渗透率的填砂管进行设置相对应的回压值，通过改变回压即可对填砂管建立目标初始含油饱和度。本发明方法操作简单，可重复性强，模拟速度快且实验成本相对较低。本方法最大优势就是通过设置回压来控制参与流动的渗流通道数量，以精确地建立不同渗透率填砂管的指定初始含油饱和度，从而实现模拟地层储层的真实含油饱和度情况。相对于其他常规方法，可以大大缩短实验周期，提高实验的可重复性和可控性。
本发明方法在填砂管模拟驱油实验和石油勘探以及油藏开发领域中都有一定的应用价值，可以精确的建立初始含油饱和度，优化油藏开发方案，研究油藏驱油机理和评估油藏堵塞风险。这些效果为改善油藏开发效率提供一定的理论依据。
通过设置回压来控制参与流动的渗流通道数量，可以精确地建立不同渗透率填砂管的指定初始含油饱和度，这有利于模拟真实油藏情况并深入研究各种驱替方法对不同油藏的驱油机理；使用建立不同渗透率填砂管的含油饱和度方法可以评估不同渗透率条件下的油藏开发效果，通过观察不同渗透率条件下的含油饱和度变化，可以更好地了解油藏中油与水的分布情况，为优化油藏的开发方案提供有效的参考。
此外，在填砂管模拟驱油实验中，通过本方法设置不同渗透率条件下的不同含油饱和度，可以研究不同储层条件的油藏驱油机理。通过在不同渗透率条件下进行实验，可以模拟不同的地质条件，观察饱和油的流动规律，研究不同渗透率对于驱油效果的影响。这对于优化驱油技术及提高油藏采收率具有一定参考意义。
填砂管模拟驱油实验还可以用于评估油藏中的阻塞风险。在实验中，可以在不同渗透率及含油饱和度的油藏条件下引入不同的沉积物或化学物质模拟油藏中可能存在的堵塞物质，观察它们对于不同渗透率条件下的含油饱和度的影响。这有利于明确泥砂运移过程中的堵塞机制，帮助预测和评估油藏的堵塞风险。
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范围当中。
Claims (10)
1.一种改变回压值建立初始含油饱和度的指示图版的方法，其特征在于：包括，
制备填砂管模型；
设计基础方案库；
确定基础方案库下对应需要设置的回压值；
确定回压值的指示图版。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述制备填砂管模型，其中，填砂管模型包括一维填砂管模型、ISCO柱塞泵、手摇泵、压力表、活塞容器、回压阀、连接管线、三通阀和数据采集系统。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述一维填砂管模型，需进行填制、抽真空操作。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述填制、抽真空为筛选粒径大小合适的石英砂分段装入填砂管中，并对每一段进行压实操作，后利用气泵检测防漏性能，填砂完毕对其抽真空。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述设计基础方案库，其中，基础方案库包括以填砂管渗透率为第一变量、以初始含油饱和度为第二变量设计方案组，每个方案组对应需要设置的回压值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述确定回压值的指示图版，其中，指示图版为建立基础方案库对应需要设置的回压值的三维空间数据集，再将Z轴数据做XY平面等高线投影，即得到回压值的指示图版。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述三维空间数据集以第一自变量做X轴，第二自变量做Y轴，因变量做Z轴；
其中，第一自变量为填砂管渗透率，第二自变量为初始含油饱和度，因变量为回压值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述填砂管渗透率在100～4000mD，初始含油饱和度在40％～80％。
9.如权利要求1～8任一所述的方法建立的不同初始含油饱和度对应的回压值的指示图版。
10.如权利要求9所述的指示图版，其特征在于：所述指示图版可应用于精确建立不同渗透率填砂管的指定初始含油饱和度、优化油藏开发方案、研究油藏水驱油机理、评估油藏堵塞风险。
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