CN219348554U - 一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于利用压裂开采油气资源领域，具体涉及一种压驱渗流‑渗吸流场模拟实验装置。该压驱渗流‑渗吸流场模拟实验装置包括注入系统、模型系统和测量系统，所述模型系统包括实验岩心和岩心夹持器，注入系统与所述模型系统相连以注入流体，测量系统与所述模型系统相连以测量产油水情况，所述实验岩心包括沿流体流动方向前后设置的裂缝部分、基质部分，所述裂缝部分含有用于模拟压驱裂缝的预制裂缝；所述裂缝部分的渗透率大于所述基质部分的渗透率。本实用新型以能体现压驱裂缝、非均质特点的岩心作为实验岩心，模拟压驱形成的裂缝‑基质多尺度储层特点，为后续长期注水动态特征研究、建立压力场和多尺度流场之间互动关系提供模型基础。

Description

一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置

技术领域

本实用新型属于利用压裂开采油气资源领域，具体涉及一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置。

背景技术

压驱注水技术采用高于极限压力的泵注压力注水，导致岩石应力增加，井筒周围的岩石发生微破裂。同时，注入水的大量滤失提高了孔隙压力，有利于形成微裂缝及裂缝，并开启天然裂缝，使井筒周围形成复杂裂缝网络，增大储层改造体积，较短时间内提高油藏压力、改善渗流能力，实现提高油井产能及油藏采收率的目的。

压驱技术是实现“压裂-渗滤-驱洗”相结合的压裂渗滤提高采收率的技术。其主要原理是通过压裂形成裂缝，将驱油剂经裂缝快速送至剩余油富集部位，边压裂造缝边沿程上下滤失，将驱油剂快速充填到孔隙中，减少化学剂与地层之间的接触时间和接触距离，提高驱油效率。同时，通过注入大量的驱油剂可以短时间内补充地层能量，提高和维持地层压力，延长稳产期。

压驱的高压注水过程与常规注水最显著的区别在于高流量和高流压，直接造成储层微缝开启形成强非均质性流场。裂缝的存在，提升了排油能力，宏观上提高了渗吸效率和速率对渗吸流场的调控能力。

针对压驱形成的裂缝-基质多尺度储层特点，开展长期注水动态特征研究非常有必要。但目前尚没有模型能够针对性的建立压力场和多尺度流场之间的互动关系，不能有效模拟压驱施工工艺特点，这就无法对现场压驱施工的稳定性和有效性提供理论支持。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，实现对压驱形成的裂缝储层的压力-渗流-渗吸体系的物理模拟。

为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，包括注入系统、模型系统和测量系统，所述模型系统包括实验岩心和岩心夹持器，注入系统与所述模型系统相连以注入流体，测量系统与所述模型系统相连以测量产油水情况，所述实验岩心包括沿流体流动方向前后设置的裂缝部分、基质部分，所述裂缝部分含有用于模拟压驱裂缝的预制裂缝；所述裂缝部分的渗透率大于所述基质部分的渗透率。

本实用新型的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，以能体现压驱裂缝、非均质特点的岩心作为实验岩心，模拟压驱形成的裂缝-基质多尺度储层特点，为后续长期注水动态特征研究、建立压力场和多尺度流场之间互动关系提供模型基础。

为进一步提高实验岩心制作的便捷性，优选地，所述实验岩心为裂缝岩心和基质岩心沿流体流动方向前后串联形成的串联岩心，所述裂缝岩心形成所述裂缝部分，所述基质岩心形成所述基质部分；所述裂缝岩心的材质与基质岩心相同。裂缝岩心是在基质岩心的基础上造缝形成，可通过万能压力机压出不同程度的裂缝。由于是直接对基质岩心造缝，其与压驱形成的裂缝形态具有一定的相似性，因而具有更好的模拟效果。

为进一步提高压驱施工的模拟效果，优选地，所述裂缝岩心的渗透率不大于4mD，所述基质岩心的渗透率至少为16mD。压驱施工一般应用于低渗透率储层，原始的储层(即基质)渗透率较低，通过高流量、高流速的压驱施工后能有效提供储层渗透率。

优选地，裂缝岩心和基质岩心均为圆柱形，圆柱形裂缝岩心和圆柱形基质岩心的直径相等、长度相等。采用直径、长度均一致的圆柱形岩心，岩心的制作更为简单，实验效果的稳定性更好。

为方便地实验流体的注入和监测，优选地，所述注入系统包括依次相连的水箱、注入泵和中间容器，中间容器的出液口和所述模型系统相连；所述中间容器供盛装实验用流体。

为方便不同实验流体的注入，从而更好地模拟高压注水-焖井-渗吸过程，优选地，中间容器有三个，三个所述中间容器并联后连接在注入泵的下游，三个所述中间容器供盛装不同实验用流体；注入泵与中间容器之间连接有阀门，通过阀门实现注入泵与某一中间容器的连通。例如，三个中间容器可分别盛装胜利油田现场压驱液体、模拟地层水、模拟地层油，以实现不同阶段不同流体的注入，并有助于提高注入效率。

附图说明

图1为本实用新型压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型中实验岩心(裂缝-基质串联岩心)的结构示意图；

图3为本实用新型中对照岩心(基质-基质串联岩心)的结构示意图；

图4为本实用新型中实验岩心和对照岩心的水驱采出程度对比图；

图5为本实用新型中实验岩心和对照岩心的压驱渗流-渗吸流场压力场动态规律图；

其中，1-水箱，2-注入泵，3-中间容器，4-注入口压力表，5-围压泵，6-围压压力表，7-岩心夹持器，8-出口压力表，9-实验岩心，90-裂缝岩心，91-基质岩心，10-油水分离器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型的实施过程进行详细说明。

本实施例的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，结构示意图如图1所示，包括注入系统、模型系统和测量系统。

注入系统包括水箱1、注入泵2和中间容器3，水箱1、注入泵2之间，以及注入泵2、中间容器3之间通过管路连接。中间容器3包括圆柱形筒身和上、下端盖，圆柱形筒身中盛装有实验流体，如油田现场压驱液体(一般为水+表面活性剂)、模拟地层水或模拟地层油等，实验流体在注入泵2泵注水的驱动下进入模型系统。

中间容器3的数量有三个(图1中仅示出了1个)，3个中间容器并联连接在注入泵2和模型系统之间，注入泵2通过多通阀门连接3个中间容器，可通过阀门的切换实现注入泵2与其中一个中间容器的连通，进而将该中间容器中盛装的液体注入模型系统。在其他实施情形下，可分别在注入泵2与3个中间容器的3个并联连接管路上设置单通阀门，通过控制某一单通阀门的连通及其余两个单通阀门的关闭，实现注入泵2与该中间容器的连通。

模型系统包括用于对实验岩心进行夹持的岩心夹持器7，岩心夹持器7上设置有用于对实验岩心施加围压的围压泵5和显示围压压力的围压压力表6，岩心夹持器7的注入口端连接有用于显示注入口压力的注入口压力表4，出口端连接有用于显示出口压力的出口压力表8。中间容器3和注入口压力表4之间的连接管路上设置有进口阀门，出口压力表8和油水分离器10之间的连接管路上设置有出口阀门。实验中可将注入系统、模型系统和测量系统置于恒温箱中，以保证实验温度恒定在设计温度(即地层温度)。

实验岩心9的结构示意图如图2所示，是由裂缝岩心90和基质岩心91沿流体流动方向前后串联形成的串联岩心。基质岩心的气测渗透率为4mD。裂缝岩心是对基质岩心进行造缝得到，其中含有用于模拟压驱裂缝的预制裂缝，裂缝岩心的气测渗透率为16mD。基质岩心、裂缝岩心的规格相同，长度均为50mm，直径均为25mm。

测量系统包括油水分离器10，与模型系统的出口相连，用于实现流出模型系统的液体的油水分离。

利用上述模拟实验装置的典型实验方法如下：

步骤1、预先将圆柱状的岩心洗油，烘干，测试长度、直径。

步骤2、气测岩心渗透率。气测岩心渗透率可参照SY/T 6370-1998的标准进行。可通过该步骤渗透率的测试，实现与现实过程更为接近的模拟。

步骤3、将实验岩心置于岩心夹持器中，构建完成压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，并将恒温箱的温度调至实验温度，保证系统在模拟地层温度下进行实验。

步骤4、实验岩心饱和模拟地层水后，再饱和油，老化24h，岩心夹持器增加围压至模拟原始地层压力Pw，用注入泵进行高压注水，固定注入压力，待注入口压力表数值稳定后停泵，并进行焖井2h，然后打开阀门进行实验，记录产油水情况。

步骤5、关闭出口阀门进行下一轮注水，重复步骤4中的注入部分，直至不产油。

步骤6、调整中间容器注入压驱液体，进行渗吸，通过计量管计量渗吸出的原油量。

具体地，一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验方法，利用实施例1的模拟实验装置，按以下步骤进行：

(1)预先将圆柱状的岩心洗油，烘干，测试长度50mm、直径25mm。

(2)气测岩心渗透率：基质岩心K＝4mD，裂缝岩心K＝16mD。

(3)裂缝岩心、基质岩心前后串联构建实验岩心，将实验岩心置于岩心夹持器中，构建完毕实施例1所示的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，并将恒温箱的温度调至实验温度为60℃。

(4)实验岩心饱和模拟地层水后，饱和油，老化24h，岩心夹持器增加围压至模拟原始地层压力Pw，轴压增加至形成裂缝时的压力，用注入泵进行高压注水，固定注入压力(注入口压力)，待注入口压力表数值稳定后停泵，焖井2h，然后打开进出口阀门(保持实验时的注入压力)进行实验，记录产油水情况。

(5)调整中间容器注入压驱液体，按步骤(4)注入部分(即用注入泵进行高压注水之后的部分)进行渗吸，通过计量管计量渗吸出的原油量。

(6)重复步骤(5)模拟多轮次注入，确定压驱渗流-渗吸流场压力场动态规律。

按照步骤(4)可得到如图4所示的裂缝-基质串联岩心(图4左)、基质-基质串联岩心(图4右)的水驱采出程度对比图。基质-基质串联岩心的结构示意图如图3所示，其作为对照岩心按本实施例的方法替换实验岩心后作为对照实验。其中，采出程度＝(原始饱和油量-采出油量)/原始饱和油量*100％。

图4的实验结果表明，压驱裂缝的存在能够提高水驱采收率。

按照步骤(6)可得到如图5所示的压驱渗流-渗吸流场压力场动态规律。其中，有效应力为围压减去注入压力，为压驱施工的重要施工参数之一。图5中，含裂缝的压驱储藏(裂缝-基质串联岩心)展现出应有的应力敏感性(应力敏感性更强)，与实际作业情况和压驱理论相符合。作为对比，基质-基质串联岩心不能反映渗吸效率(即渗吸采收率、采出程度)与有效应力的对应关系，这与压驱实际不符合。

在本实用新型的其他实施情形下，可参考有效应力参数的确定方式，确定注入速度、注入量、焖井时间等参数，从而为压驱工艺参数的设计提供理论依据。

Claims (6)

1.一种压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，包括注入系统、模型系统和测量系统，所述模型系统包括实验岩心和岩心夹持器，注入系统与所述模型系统相连以注入流体，测量系统与所述模型系统相连以测量产油水情况，其特征在于，所述实验岩心包括沿流体流动方向前后设置的裂缝部分、基质部分，所述裂缝部分含有用于模拟压驱裂缝的预制裂缝；所述裂缝部分的渗透率大于所述基质部分的渗透率。

2.如权利要求1所述的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，其特征在于，所述实验岩心为裂缝岩心和基质岩心沿流体流动方向前后串联形成的串联岩心，所述裂缝岩心形成所述裂缝部分，所述基质岩心形成所述基质部分；所述裂缝岩心的材质与基质岩心相同。

3.如权利要求2所述的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，其特征在于，所述裂缝岩心的渗透率不大于4mD，所述基质岩心的渗透率至少为16mD。

4.如权利要求2或3所述的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，其特征在于，裂缝岩心和基质岩心均为圆柱形，圆柱形裂缝岩心和圆柱形基质岩心的直径相等、长度相等。

5.如权利要求1所述的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，其特征在于，所述注入系统包括依次相连的水箱、注入泵和中间容器，中间容器的出液口和所述模型系统相连；所述中间容器供盛装实验用流体。

6.如权利要求5所述的压驱渗流-渗吸流场模拟实验装置，其特征在于，中间容器有三个，三个所述中间容器并联后连接在注入泵的下游，三个所述中间容器供盛装不同实验用流体；注入泵与中间容器之间连接有阀门，通过阀门实现注入泵与某一中间容器的连通。

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