一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法与流程

本发明涉及断块油藏开发技术领域，具体地说是一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法。

背景技术：

胜利油田复杂断块油藏具有面积、储量规模小、非均质强的特点，多采用低注高采的不规则井网注水开发。受控于断层遮挡、非均质性及注采不均匀等影响，在注水开发过程中经注入水突进、含水快速上升，控水效果差等问题突出，导致层间、平面动用不均衡，剩余油分布差异大。长期注水开发，目前已整体进入特高含水阶段，一般历经多轮次的层系井网调整，特别是低油价下，缺乏进一步层系细分、井网加密调整的物质基础和经济可行性，因此，提出了注采优化调控技术方向，通过成分利用老井，纵向细分注水优化，平面差异化注采调控，通过注采结构的优化调配，实现复杂断块均衡开发，进一步提高采收率。同时有必要开展室内物理模拟研究分析并揭示断块油藏调控注采，如油水井联动注采水量液量调配，周期交替耦合注采等油水运动规律及提高采收率机制机理。

目前，模拟断块油藏的一些实验装置概括起来有三种，一种是平面模型，另一种是圆筒形填砂模型，还有一种是三维长方体模型，结合取样孔取样或ct，红外线等成像系统以及开可视窗的方法，分析样品组成判断驱替过程中流体流动情况，虽然可以直观的观察流体运移情况，大多数仪器也可以承受高温高压，模拟地层倾角，但所有仪器均属于定容体，所容纳的流体的量是定值，且注入流体后很快运移到边界处，压力迅速升高；而实际油藏边界条件复杂，有封闭条件，也有低部位与边底水连通的半封闭条件，注水或气后，注入井周围的流体会在注入流体的推动下向外运移，实际油藏中注入井和采出井也不会在油藏边界处，所以流体向外运移还有很远的一段距离，实验并不满足实际油藏条件，所以现有实验仪器模拟的结果与实际油藏中流体运移特征并不符合。

因此本发明中根据实际油藏注水井控制单元面积，设计了一个外接的专用活塞式容器，为流体向外运移提供了空间，并且当压力降低后流向外部的油气水又可以同时回流到模型补充能量，更好的模拟了实际油藏中注采调控过程中流体运移、压力变化特征，模型还能承受高温高压，模拟实际油藏的高温高压条件，还能模拟不同的地层倾角，有效的解决了目前断块油藏注采调控规律研究中实验仪器及方法方面存在的缺陷。

申请号：201520795934.9涉及一种平面可视化实验装置，特别涉及一种用于模拟断块油藏驱油效果的平面可视化实验装置。包括由有机玻璃构成的上、下面板，装置四周用密封条进行密封，并用螺栓连接固定，装置的上面板按照实际情况设有进液孔和出液孔分别模拟注入井和生产井，装置内部填充一定目数的石英砂，并按照地层断层情况布置断层模拟装置。本实用新型充分考虑了断块油藏的特点，在传统的平面可视化实验装置的基础上增加断层模拟装置，可以更加准确的模拟断块油藏储层特征；通过改变断层模拟装置的位置、形状以及开启封闭性可以模拟断层特征，对断块油藏的开发具有指导意义。

申请号：201820601312.1涉及一种模拟不同条件断层的高温高压可视化驱替实验装置，主要由填砂模型釜体，模型端盖，观察窗，井网管线孔，阀门，割缝管线，三通阀，填砂孔，螺栓，管线，活塞式容器组成。所述割缝管线布置在填砂模型侧面的内壁上，外部与阀门相连，阀门通过三通阀和管线与活塞式容器相连，实验时通过控制阀门的开闭从而控制断层的开放性，可以模拟不同的断层分布模式，模拟不同的井网和边底水能量，具有可视化效果，而且能满足高温高压的地层条件。为断块油藏不同条件断层模式下的渗流规律的研究提供了有利条件。

申请号：201810261226.5设计一种断块油藏注气运移动态监测实验装置，包括恒速恒压驱替泵1，活塞式容器2，阀门3，压力传感器4，注入管线5，填砂断块模型6，围压筒7，围压泵8，围压表9，加温板10，x射线信号发射器11，轨道系统12，x射线信号接收器13，x射线信号处理系统14，采出管15，回压阀16，计量装置17，回压泵18，底座19，计量装置包括气液分离器，气量计，气色谱分析仪，油色谱分析仪，电子天平。所述扫描系统通过轨道系统安装在围压筒上，扫描系统可以通过轨道来回游走，填砂断块模型置于围压筒内部，注入管线和采出管线分别旋入注入孔和采出孔，管线另一端穿出围压筒分别与注入系统和回压器相连，围压筒一端可打开，便于填砂模型的取放，回压阀与气液分离器相连，气液分离器再连接气量计，多个采出孔和注入孔可以模拟不同的注采井网。

以上公开技术的技术方案以及所要解决的技术问题和产生的有益效果均与本发明不相同，本发明更多的技术特征和所要解决的技术问题以及有益效果，以上公开技术文件均不存在技术启示。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法，利用装置能在试验中更好的反映实际油藏特征，克服现有仪器恒定容积的缺陷，并能模拟不同的边界及油藏条件，并且能承受高温高压，满足地层高温高压条件。

为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种模拟断块油藏调控注采实验装置，包括填砂模型、注入系统、回压系统，所述注入系统连接填砂模型开设的注入井孔，所述回压系统连接填砂模型的采出井孔，还包括加压系统，所述加压系统包括专用活塞式容器、边界压力泵，所述专用活塞式容器包括活塞筒、活塞、始端盖、末端盖，所述活塞安装在活塞筒内，所述始端盖封盖在活塞筒始端口，末端盖封盖在末端口，所述始端盖中心开设贯通的始端主流道，始端主流道连接边界压力泵，所述末端盖中心开设贯通的末端主流道，所述末端主流道连接填砂模型的割缝管线孔，所述末端盖轴向内端面开设至少三个流体出入孔，末端盖内部还开设有斜向的流体通道，流体通道的数量与流体出入孔的数量相同并相互一一匹配对应，流体通道使流体出入孔与末端主流道相连通。

所述专用活塞式容器所设置的数量与填砂模型侧立面开设的割缝管线孔的数量相一致，专用活塞式容器始端和末端所连接的管线上均安装有阀门。

所述边界压力泵和专用活塞式容器之间还连接有边界加压活塞式容器，边界压力泵与边界加压活塞式容器之间连接的管线上还安装压力表，边界加压活塞式容器始端和末端所连接的管线上均安装有阀门。

所述回压系统包括回压阀、气液分离器、气量计、回压泵，所述回压阀为三通阀，分别连接采出井孔、回压泵、气液分离器，气液分离器的出气端再连接气量计，回压泵与回压阀相连接的管线上安装有压力表。

所述注入系统包括相并联的注油活塞式容器、注水活塞式容器、注气活塞式容器，所述注油活塞式容器的末端、注水活塞式容器的末端、注气活塞式容器的末端均连接填砂模型的注入井孔，所述注油活塞式容器的始端、注水活塞式容器的始端、注气活塞式容器的始端均连接注入泵，注入泵末端所连接的管线上安装压力表，所述注油活塞式容器的始端和末端所连接的管线上、注水活塞式容器的始端和末端所连接的管线上、注气活塞式容器的始端和末端所连接的管线上均安装阀门。

所述填砂模型包括填砂釜体、模型端盖，所述模型端盖通过螺栓与填砂釜体固定并用密封条密封，所述填砂釜体其中一侧面边角处开有注入井孔，与注入井孔相对角位置处开有采出井孔，填砂釜体内壁上布有割缝管线，填砂釜体侧面还开有与四条割缝管线对应连通的割缝管线孔。

所述注入井孔、采出井孔均安装有用以固定连接管线的压帽和压箍，所述割缝管线孔也安装有用以固定连接管线的压帽和压箍。

为了达成上述另一目的，本发明采用了如下技术方案，一种模拟断块油藏调控注采实验方法，包括以下步骤：

步骤一：实验前根据实际油藏注水井控制面积和压力，计算实验时专用活塞式容器所需的体积变化量；

步骤二：用真空泵抽真空，然后用边界压力泵将边界加压活塞式容器活塞推至实验所需的体积，然后向边界加压活塞式容器中注入气体使压力升高至实验所需的压力，此时专用活塞式容器的活塞均处于末端；

步骤三：接下来用泵驱替注油活塞式容器、注水活塞式容器向填砂模型中饱和水和油，同时用回压泵提回压，模拟油气成藏过程，饱和至指定压力或体积后，降回压做衰竭开采；

步骤四：开采至目前地层压力或某一指定压力后，调整或关闭采油井液量，打开填砂模型中的注水井，使注水井与注入井孔连通，通过注入泵和注水活塞式容器开始注水，填砂模型内压力升高，压力高于容器中压力时，流体会通过割缝管线流向外界其他容器，然后调整或关闭注水井；

步骤五：能够多周期调整配产配注，当填砂模型中的压力降低后，如果油气水在容器中会分层，专用活塞式容器中的油气水也会沿不同的通道进入管线一起回流向填砂模型补充能量；采出油气水通过气液分离器分离并计量，通过实验数据分析研究注采流动规律。

控制割缝管线所对应的阀门的开关，模拟控制断层的开闭条件，如果是开放性断层，则打开阀门，如果是封闭断层，则关闭阀门。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

注入泵与盛油气水的活塞式容器相连，活塞式容器通过管线与填砂模型的注入井相连，采出井连接回压阀，回压阀连接回压泵，回压阀出口连接气液分离器，最后与气量计相连；填砂模型腔体内壁上布有割缝管线，四条割缝管线对应有四个孔，分别通过管线连接四个专用活塞式容器，专用活塞式容器右端并联后与一个边界加压活塞式容器相连，最终连接一个边界压力泵提供压力。如此构成了一个完整的注采调控驱替系统，便于研究断块油藏复杂边界条件下的注采量的调配、交替耦合注采等注水驱替规律。

专用活塞式容器包括活塞筒，末端盖，始端盖，活塞筒的两端有内螺纹，左、始端盖上有与之对应的外螺纹，端盖通过螺纹旋入活塞筒，通过密封圈密封，末端盖上有多个流体出入孔，容器中的油气水会分层，当容器中的压力高于模型中压力时，容器中的油气水可以通过不同的末端盖内端面出入孔进入流体通道，并汇聚在主流道，经过容器的主流道流到填砂模型中，当模型中的压力高于容器中的压力时，流体可以从模型中流动到容器中，始端盖上有中间介质的通道，活塞置于活塞筒内可以在压力差的作用下自由移动，左始端盖上有阀门，便于控制流体的进出。专用活塞式容器的特殊性在于末端盖上开有多个流体进出孔，油气水会从不同的末端盖内端面出入孔中进入流体通道，最后在主流道中混合，所有流体进出孔均不在同一水平线上，在竖直方向上不同的高度处都有流体的出入孔，即使油气水分界面不同，油气水也都能进入不同的孔道并汇聚于主流道，最后沿管线同时进入填砂模型中，保证了油气水重新流向填砂模型时的同步性。

总结来说：(1)该装置能模拟实际断块油藏条件，克服了现有实验仪器有限容积的缺陷；(2)该装置能模拟不同边界条件；(3)该装置能承受高温高压，满足油藏高温高压条件。

附图说明

图1是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置的流程示意图；

图2是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置的断块填砂模型结构示意图；

图3是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置的专用活塞式容器结构示意图；

图4是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置的末端盖内部结构示意图。

图中标记：注入泵1、压力表2、阀门3、注油活塞式容器4、注水活塞式容器5、注气活塞式容器15、管线6、填砂模型7、专用活塞式容器8、边界加压活塞式容器9、边界压力泵10、回压阀11、气液分离器12、气量计13、回压泵14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4所示，其中，图1是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法的流程示意图；图2是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法的断块填砂模型结构示意图；图3是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法的专用活塞式容器结构示意图；图4是本发明一种模拟断块油藏调控注采实验装置及方法的末端盖结构示意图。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：

一种模拟断块油藏调控注采实验装置，包括填砂模型7、注入系统、回压系统，所述注入系统连接填砂模型开设的注入井孔2-4，所述回压系统连接填砂模型的采出井孔2-5，还包括加压系统，所述加压系统包括专用活塞式容器8、边界压力泵10，所述专用活塞式容器8包括活塞筒3-1、活塞3-7、始端盖3-8、末端盖3-2，所述活塞3-7安装在活塞筒3-1内，所述始端盖3-8封盖在活塞筒始端口，末端盖3-2封盖在末端口，所述始端盖中心开设贯通的始端主流道3-9，始端主流道连接边界压力泵10，所述末端盖中心开设贯通的末端主流道3-5，所述末端主流道连接填砂模型的割缝管线孔2-7，所述末端盖轴向内端面开设至少三个流体出入孔3-3，本实施例图纸中为均匀布设，比如可以设置3-50个孔等，根据实际需要而定，末端盖3-2内部还开设有斜向的流体通道3-4，流体通道的数量与流体出入孔的数量相同并相互一一匹配对应，流体通道3-4使流体出入孔与末端主流道相连通。

所述专用活塞式容器所设置的数量与填砂模型侧立面开设的割缝管线孔的数量相一致，专用活塞式容器始端和末端所连接的管线上均安装有阀门。

所述边界压力泵10和专用活塞式容器8之间还连接有边界加压活塞式容器9，边界压力泵与边界加压活塞式容器之间连接的管线上还安装压力表，边界加压活塞式容器始端和末端所连接的管线上均安装有阀门。

所述回压系统包括回压阀11、气液分离器12、气量计13、回压泵14，所述回压阀为三通阀，分别连接采出井孔、回压泵、气液分离器，气液分离器的出气端再连接气量计，回压泵与回压阀相连接的管线上安装有压力表。

所述注入系统包括相并联的注油活塞式容器4、注水活塞式容器5、注气活塞式容器15，所述注油活塞式容器的末端、注水活塞式容器的末端、注气活塞式容器的末端均连接填砂模型的注入井孔2-4，所述注油活塞式容器的始端、注水活塞式容器的始端、注气活塞式容器的始端均连接注入泵1，注入泵末端所连接的管线上安装压力表2，所述注油活塞式容器的始端和末端所连接的管线上、注水活塞式容器的始端和末端所连接的管线上、注气活塞式容器的始端和末端所连接的管线上均安装阀门3。

图1和图2均为俯视状态下的图纸，所述填砂模型包括填砂釜体2-1、模型端盖2-3，所述模型端盖通过螺栓2-2与填砂釜体固定并用密封条密封，所述填砂釜体其中一侧面边角处开有注入井孔2-4，与注入井孔相对角位置处开有采出井孔2-5，填砂釜体内壁上布有割缝管线2-6，填砂釜体侧面还开有与四条割缝管线对应连通的割缝管线孔2-7。

所述注入井孔、采出井孔均安装有用以固定连接管线的压帽和压箍，所述割缝管线孔也安装有用以固定连接管线的压帽和压箍。在孔中装压帽和压箍来固定或者连接管线属于本领域常规技术，直接应用即可。

所述断块填砂模型7包括由高强度钢材制成的填砂模型釜体2-1，釜体中填满砂，模型端盖2-3通过螺栓2-2与填砂釜体固定并用密封条密封，填砂釜体侧面边角处开有注入井孔2-4，对角位置处开有采出井孔2-5，模拟注采井的管线通过压箍与压帽固定并密封，釜体内壁上布有割缝管线2-6，便于注水后模型内流体向外扩散运移，侧面还开有与四条割缝管线对应的割缝管线孔2-7，割缝管线与釜体通过压箍与压帽固定并密封。

所述专用活塞式容器包括活塞筒3-1，末端盖3-2，始端盖3-8，活塞筒的两端有内螺纹，左、始端盖上有与之对应的外螺纹，端盖通过螺纹旋入活塞筒，通过密封圈密封，末端盖上有多个流体出入孔3-3，容器中的油气水会分层，当容器中的压力高于模型中压力时，容器中的油气水可以通过不同的末端盖内端面出入孔3-3进入流体通道3-4，并汇聚在主流道，经过容器的主流道3-5流到填砂模型中，当模型中的压力高于容器中的压力时，流体可以从模型中流动到容器中，始端盖上有中间介质的通道3-9，活塞3-7置于活塞筒内可以在压力差的作用下自由移动，左始端盖上有阀门3-6，便于控制流体的进出。

所述专用活塞式容器的特殊性在于末端盖上开有多个流体进出孔，油气水会从不同的末端盖内端面出入孔3-3中进入流体通道3-4，最后在主流道3-5中混合，所有流体进出孔均不在同一水平线上，在竖直方向上不同的高度处都有流体的出入孔，即使油气水分界面不同，油气水也都能进入不同的孔道并汇聚于主流道，最后沿管线同时进入填砂模型中，保证了油气水重新流向填砂模型时的同步性。

所述注入泵1接有压力表2，活塞式容器上下两端有阀门3，注油活塞式容器4，注水活塞式容器5和注气活塞式容器16并联，中间介质端与注入泵1连接，样品端通过管线6与填砂模型7的注入井连接，采出井连接回压阀11，回压阀连接回压泵14，回压阀出口连接气液分离器12，最后与气量计13相连；填砂模型腔体内壁上布有割缝管线，四条割缝管线对应有四个孔，分别通过管线连接四个专用活塞式容器8，专用活塞式容器右端并联后与一个边界加压活塞式容器9相连，最终连接一个边界压力泵10提供压力，整个流程构成一个完整的驱替模型。

注油活塞式容器4，注水活塞式容器5、注气活塞式容器16、边界加压活塞式容器9均为相同结构，属于本领域内的常规活塞式容器，直接连接应用即可。而专用活塞式容器只是对其末端的端盖做了改进，均布开设了流体出入孔，还开设了斜向的流体通道，其他结构都与常规的活塞式容器相同。

一种模拟断块油藏调控注采实验方法，包括以下步骤：

步骤一：实验前根据实际油藏注水井控制面积和压力，计算实验时专用活塞式容器所需的体积变化量，具体计算方法为根据实际油藏的体积，通过波义尔定律，p1v1＝p2v2等比例缩放至实验模型，计算出体积v2即活塞式容器所需的体积变化量；

步骤二：向模型中填砂，拆除2-2所示的所有螺帽，打开模型7的上端盖2-3，向模型中填砂，填砂时向砂体中拌入定量的地层水，底层水的量通过束缚水饱和度乘以孔隙度计算得出，填满砂体并压实后，组装好上端盖2-3，此时模型填砂完成。

步骤三：用真空泵抽真空，打开容器8左端阀门并将真空泵连接于此阀门上，关闭模型7上其它所有与外界联通的阀门，开启真空泵抽真空24h以上，关闭容器8左端阀门，抽空结束，模型7中的腔体内处于真空状态。再次将容器8左端阀门与容器8连接，然后用边界压力泵将边界加压活塞式容器活塞推至实验所需的体积，此体积由步骤一计算得出。然后将边界活塞式容器9上端阀门与高压气源相连，打开容器9上端阀门向边界加压活塞式容器中注入气体使压力升高至实验所需的压力，此时专用活塞式容器的活塞均处于末端；

步骤四：接下来打开注油活塞式容器4两端阀门，用驱替泵向活塞式容器4中驱替中间介质推动活塞向模型中饱和原油，同时用回压泵提回压，至模型中压力升高至实验压力压力，此时模型中全饱和了油，模拟油气成藏过程，饱和至指定压力或体积后，降回压做衰竭开采；

步骤五：开采至目前地层压力或某一指定压力后，调整或关闭采油井液量，打开填砂模型中的注水井，使注水井与注入井孔连通，通过注入泵和注水活塞式容器开始注水，填砂模型内压力升高，压力高于容器中压力时，流体会通过割缝管线流向外界其他容器，然后调整或关闭注水井；

步骤六：能够多周期调整配产配注，当填砂模型中的压力降低后，如果油气水在容器中会分层，专用活塞式容器中的油气水也会沿不同的通道进入管线一起回流向填砂模型补充能量；采出油气水通过气液分离器分离并计量，通过实验数据分析研究注采流动规律。

控制割缝管线所对应的阀门的开关，模拟控制断层的开闭条件，如果是开放性断层，则打开阀门，如果是封闭断层，则关闭阀门。

同时可以控制割缝管线所对应的阀门的开关，模拟控制断层的开闭条件，如果是开放性断层，则打开阀门，如果是封闭断层，则关闭阀门。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明思路清楚、技术可行，为实现特高含水期复杂断块剩余油有效挖潜及均衡驱替开发提供了切实可行室内实验研究方法。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。