底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置及模拟方法

1.本发明涉及底水砂岩油藏物理模拟实验领域，具体涉及一种底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置及模拟方法。


背景技术：

2.砂岩油藏的分布比较广泛，砂岩油藏也是我国陆相沉积盆地油藏主要的类型，约占我国油藏的50％，具有比较好的开发前景。砂岩油藏具有含油层系多、储层非均质强的特点，导致注水开发时油藏存在动用程度低、注水井吸水能力低、注水受效不均、见效差、水驱效果不理想等问题。
3.现有的大底水砂岩油藏开发物理模型，主要存在以下问题：大多数模型并未考虑油水层的情况，多以完全饱和油为主，难以形成较好的油水层；而且多以胶结砂的数值包覆模型，重复利用次数有限，材料浪费。如cn202363006u公开了一种底水低渗透油藏开发的实验物理模型，采用低渗透胶结模型为主体，底水与蓄液槽相连，蓄液槽与注入系统相连，并配有采出系统及电极监测系统。但是采用的为胶结固定模型，且仅能模拟底水驱动，水平井或直井的开发情况，没有考虑到模型地质参数变化及存在注水井的情况。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的问题提供一种更符合实际的油藏条件，实现无限大地层稳定供压和底水整体抬升的底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置及模拟方法。
5.本发明采用的技术方案是：底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置，包括模型本体，模型本体密闭设置；还包括用于对设置在其内部的岩板加热，加围压的夹持器；岩板连接有均为竖直设置的注水或气井模拟装置和生产直井模拟装置的一端，水平设置的生产水平井模拟装置的一端；注水或气井模拟装置的另一端连接驱替流体注入装置；生产直井模拟装置和生产水平井模拟装置的另一端均连接到流体收集装置；还包括均通过多个接口连接到岩板的地层原油供给装置和底水供给装置；还包括数据收集处理装置，数据收集处理装置连接流体收集装置和连接到岩板表面用于测量岩板温度、压力和电阻率的探针。
6.进一步的，所述岩板连接到地层原油供给装置和底水供给装置的侧面设置有泡沫钢，泡沫钢侧面设置有死堵。
7.进一步的，所述岩板内中部设置有隔夹层装置；隔夹层装置至少为一个，且为半遮挡。
8.进一步的，所述探针设置有多个，在岩板表面阵列式排布；探针的正极设置在岩板的表面，负极设置在岩板相对侧表面对应位置。
9.进一步的，所述地层原油供给装置包括依次连接的油瓶、地层原油加压器和连接到岩板的地层原油加热器；驱替流体注入装置包括依次连接的第一水箱、驱替流体注入加压器和连接到岩板的驱替流体注入加热器；驱替流体注入加热器还连接有气瓶；底水供给装置包括依次连接的第二水箱、底水加压器和连接到岩板的底水加热器。
10.进一步的，所述流体收集装置包括依次连接的储流罐、油气水分离器、油气水收集器和称重仪；称重仪连接数据收集处理装置；生产直径模拟装置和生产水平井模拟装置的另一端连接储流罐。
11.进一步的，所述生产直井模拟装置和生产水平井模拟装置的出口端均设置有回压阀；地层原油供给装置、驱替流体注入装置和底水供给装置内各装置之间通过管道连接，并且各装置之间均设置有开关；开关和回压阀均连接到控制装置。
12.底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：
13.步骤1：制备岩板，根据需要模拟的油藏条件配制地层原油和地层水，测定地层水电阻率r
w
；
14.步骤2：岩电标定：利用步骤一中制备岩板剩余的岩样或者与其同源的岩样进行岩电标定；
15.步骤3：采用驱替流体注入装置和底水供给装置注入地层水；流体收集装置测量产水量稳定，并且数据收集处理装置采集到的温度、压力和电阻率数据稳定时，停止注水；
16.步骤4：采用地层原油供给装置注入地层原油对岩板进行饱和地层原油至建立束缚水饱和度；流体收集装置测量不再产水，产油量稳定，并且数据收集处理装置采集到的温度、压力和电阻率数据稳定时，停止注油；
17.步骤5：采用夹持器设置岩板模拟温度和压力条件，数据收集处理装置采集到的温度、压力达到模拟条件时开始实验；
18.步骤6：打开地层原油供给装置和底水供给装置，根据模拟要求打开驱替流体注入装置；数据收集处理装置收集测量数据，并分析。
19.进一步的，所述步骤2中的岩电标定过程如下：
20.对已经饱和地层水的岩心进行原油驱水，直到出口端出现原油时开始读取探针测得的电阻率读数，收集出口端的流体；
21.采用试管分别收集出口端每10秒的流体流量，并在10秒末读取电阻率读数；
22.读取每根收集到的流体体积，对每根试管进行油水分离，读取每根试管的地层水体积；
23.每根试管中地层水的体积与试管中流体总体积的比值即为此刻岩心的含水饱和度，此刻读取的电阻率即为该岩心此刻饱和度对应的电阻率值，根据下述公式得到计算和n的值：
[0024][0025]
其中，a、b、m、n均为常数，r
o
、r
t
分别为地层100％含水电阻率和地层电阻率，为孔隙度。
[0026]
进一步的，所述步骤6中分析过程如下：
[0027]
s11：计算地层含水饱和度s
w
：
[0028]
[0029]
将和n的值带入上式中，即可得到地层含水饱和度与地层电阻率的关系；
[0030]
s12：根据步骤s11得到的地层含水饱和度和地层含水电阻率的关系，数据收集处理装置(5)测量得到的温度和压力数据，得到温度、压力、含水饱和度和含油饱和度的剖面分布数据；采用插值法得到等值线图，即为温度、压力、含水饱和度和含油饱和度的剖面图；
[0031]
s13：根据产水量和产油量得到生产直井模拟装置(13)的产油、产水曲线，及累计产油量、累计产水量和含水率曲线；
[0032]
s14：根据步骤s13得到的曲线和s12得到的剖面图即可得到所需油藏类型、地层条件和不同井型布置对生产的影响。
[0033]
本发明的有益效果是：
[0034]
(1)本发明能够提供高温高压条件更符合实际的油藏条件，地层原油供给装置、底水供给装置和泡沫钢能够实现无限大地层的稳定供压和底水整体抬升的模拟；
[0035]
(2)本发明通过注水或气井和生产直井、生产水平井的不同布置，实现多种井型、多种井网和多种开发方式的模拟；
[0036]
(3)本发明可通过探针实现对岩板温度、压力和电阻率的实时动态监测；
[0037]
(4)本发明可以获取不同井型、井网、开发方式和生产措施对储层内部流体流动和饱和度变化的影响。
附图说明
[0038]
图1为本发明装置整体结构示意图。
[0039]
图2为本发明装置三维结构示意图。
[0040]
图3为本发明装置本体结构示意图。
[0041]
图4为本发明实施例中饱和度剖面图。
[0042]
图5为本发明实施例中饱和度剖面图。
[0043]
图中：1
‑
地层原油供给装置，101
‑
油瓶，102
‑
地层原油加压器，103
‑
地层原油加热器，2
‑
驱替流体注入装置，201
‑
第一水箱，202
‑
驱替流体注入加压器，203
‑
驱替流体注入加热器，204
‑
气瓶，3
‑
底水供给装置，301
‑
第二水箱，302
‑
底水加压器，303
‑
底水加热器，4
‑
流体收集装置，401
‑
储流罐，402
‑
油气水分离器，403
‑
油气水收集器，404
‑
称重仪，5
‑
数据收集处理装置，6
‑
负极，7
‑
正极，8
‑
泡沫钢，9
‑
死堵，10
‑
隔夹层装置，11
‑
岩板，12
‑
注水或气井模拟装置，13
‑
生产直井模拟装置，14
‑
生产水平井模拟装置，15
‑
胶套，16
‑
模型本体。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0045]
如图1～3所示，底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置，包括模型本体16，模型本体16密闭设置；还包括用于对设置在其内部的岩板11加热，加围压的夹持器；岩板11连接有均为竖直设置的注水或气井模拟装置12和生产直井模拟装置13的一端，水平设置的生产水平井模拟装置14的一端；注水或气井模拟装置12的另一端连接驱替流体注入装置2；生产直井模拟装置13和生产水平井模拟装置14的另一端均连接到流体收集装置4；还包括均通过多个接口连接到岩板11的地层原油供给装置1和底水供给装置3；还包括数据收集处理
装置5，数据收集处理装置5连接流体收集装置4和连接到岩板11表面的用于测量岩板11温度、压力和电阻率的探针。探针为温度、压力和电阻率三合一探针；每组探针的两个电极分别设置在岩板11相对侧的对应位置；探针设置有多组，本发明中探针为阵列式排布，每排6个探针，设置有8排共计48个探针。每个探针控制平面100mm
×
100mm的面积。通过夹持器对整个实验岩板11进行密封、加热和加围压。岩板11根据实验要求采集岩样，其他模拟装置根据实验井网和开发方式的模拟要求设置。注水或气井模拟装置12对应岩板11上设置的模拟井井口通过胶套15密封；生产直井模拟装置13和生产水平井模拟装置14对应岩板11上设置的模拟井井口通过胶套15密封。
[0046]
岩板11可以设置为长方体结构，岩板11连接到地层原油供给装置1和底水供给装置3的侧面设置有泡沫钢8，泡沫钢8侧面设置有死堵9。泡沫钢选择可渗透泡沫钢，并且连接处通过接口连接；底水和地层原油通过渗透的方式进入岩板11，可以实现无限大地层的稳定供压和底水整体抬升的模拟。死堵9可以防止泡沫钢8两端的流体沿边界窜进。
[0047]
岩板11内中部设置有隔夹层装置10；隔夹层装置10至少为一个，且为半遮挡。可以模拟隔夹层地层条件。
[0048]
地层原油供给装置1包括依次连接的油瓶101、地层原油加压器102和连接到注水或气井模拟装置12的地层原油加热器103；驱替流体注入装置2包括依次连接的第一水箱201、驱替流体注入加压器202和连接到岩板11的驱替流体注入加热器203；驱替流体注入加热器203还连接有气瓶204；底水供给装置3包括依次连接的第二水箱301、底水加压器302和连接到岩板11的底水加热器303。流体收集装置4包括依次连接的储流罐401、油气水分离器402、油气水收集器403和称重仪404；称重仪404连接数据收集处理装置5；生产直径模拟装置13和生产水平井模拟装置14的另一端连接储流罐401。生产直井模拟装置13和生产水平井模拟装置14的出口端均设置有回压阀；地层原油供给装置1、驱替流体注入装置2和底水供给装置3内各装置之间通过管道连接，并且各装置之间均设置有开关；开关和回压阀均连接到控制装置。具体模拟实验时根据开发方式的设计，选择驱替流体注入装置注入流体的类型(注入液体或者气体)。根据模拟地层的条件，设置流体加压器和流体加热器的压力和温度。驱替流体注入加热器203、地层原油加热器103、底水加热器303的型号为knchex
‑
w，o
‑
10kw；夹持器中设置的岩板加热器的型号为gyxy1(gyj1)
‑
380/2。各开关的设置可以控制流体的供给量和注入量，保证实验过程的顺利和安全。回压阀可以控制生产井的产量，模拟实际油田的生产措施及其对油藏油水分布的影响。
[0049]
一种底水砂岩油藏开发大尺度高温高压模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：
[0050]
步骤1：制备岩板11，根据需要模拟的油藏条件配制地层原油和地层水，测定地层水电阻率r
w
；
[0051]
步骤2：利用制备岩板11剩余的岩样或者与其同源的岩样进行岩电标定。岩电标定过程可以采用现有的驱替装置进行，其所用的岩心为现有的尺寸的岩心即可。
[0052]
岩电标定过程如下：
[0053]
对已经饱和地层水的岩心进行原油驱水，直到出口端出现原油时开始读取探针测得的电阻率读数，收集出口端的流体；
[0054]
采用试管分别收集出口端每10秒的流体流量，并在10秒末读取电阻率读数；
[0055]
读取每根收集到的流体体积，对每根试管进行油水分离，读取每根试管的地层水
体积；
[0056]
每根试管中地层水的体积与试管中流体总体积的比值即为此刻岩心的含水饱和度，此刻读取的电阻率即为该岩心此刻饱和度对应的电阻率值，将数据导入电脑进行拟合，根据下述公式(阿尔奇公式)得到计算和n的值：
[0057][0058]
其中，a、b、m、n均为常数，r
o
、r
t
分别为地层100％含水电阻率和地层电阻率，为孔隙度。
[0059]
步骤3：将装置连接好，将制备好的岩板11放入模拟装置中的泡沫钢框架装置(为了更适合安装可以提前将泡沫钢制备为框架装置)。将模拟需要的注水或气井模拟装置12、生产直井模拟装置13和生产水平井模拟装置14插入岩板11预留钻孔中。注水或气井模拟装置12、生产直井模拟装置13和生产水平井模拟装置14与岩板11表面连接处设置有接口，并且接口通过胶套15密封。
[0060]
连接好地层原油供给装置1、驱替流体注入装置2、底水供给装置3，流体收集装置4，数据收集处理装置5内部组件和流体管道、开关、阀门和数据管线。将连接好的装置检查气密性和探针的准确性。
[0061]
采用驱替流体注入装置2和底水供给装置3注入地层水；流体收集装置4测量产水量稳定，并且数据收集处理装置5采集到的温度、压力和电阻率数据稳定时，停止注水。本实施例中设置驱替压力为50mpa，注水结束后关闭阀门并清洗驱替流体注入装置2、底水供给装置3，流体收集装置4三个装置。
[0062]
步骤4：采用地层原油供给装置1注入地层原油饱和地层原油至建立束缚水饱和度；流体收集装置4测量不再产水，产油量稳定，并且数据收集处理装置5采集到的温度、压力和电阻率数据稳定时，停止注油。停止注油后，关闭阀门，对地层原油供给装置1流体收集装置4两个装置进行清洗。
[0063]
步骤5：根据油藏实验模拟要求选择注入流体类型和注入流体温度和压力，检查装置气密性和探针准确性；本实施例中设置地层流体加压器102，底水加压器302的压力为50mpa；设置地层流体加热器103，驱替流体注入加热器203和底水加热器303的温度为160℃。采用夹持器设置岩板(11)模拟温度和压力条件(50mpa，160℃)，数据收集处理装置(5)采集到的温度、压力达到模拟条件时开始实验。
[0064]
步骤6：打开地层原油供给装置1和底水供给装置3，根据模拟要求打开驱替流体注入装置2；数据收集处理装置5收集测量数据，并分析。
[0065]
实验过程中凡是涉及拆解装置，后都需要检查装置气密性和探针准确性，时刻关注模拟装置的状态并记录数据，实验完成后需清理实验装置。
[0066]
可以根据模拟实验的需要选取岩样。本实施例中选取岩样纵向韵律差异和非均质性均较大。隔夹层装置10分布于岩板11中部，隔夹层装置10个数应较少并且为半遮挡。岩样应结构完整、受地表风化剥蚀程度低。岩样尺寸为800mm
×
600mm
×
50mm，制作岩样时应保证岩样各端面平整，不应有缺角等结构缺陷。根据实验的要求和目的，选择模拟布井的数量及
位置并钻孔。模拟装置包含5个直井模拟接口和7个水平井模拟接口。直井模拟接口位于岩板11上端，水平井模拟接口位于岩板右侧。在对岩板11钻孔时，钻孔位置应与接口相对应。模拟布井时，井位尽量选择远离岩板11边界位置，井位间距尽量大，钻孔时保证对岩样的最小伤害。
[0067]
在进行两相流动条件评价实验时，若已知油藏润湿性为亲水时，用酒精—苯清洗。若已知油藏润湿性为亲油时，用高标号溶剂汽油清洗。不知道油藏润湿性时，需先用油藏原油恢复其润湿性。
[0068]
实验完成后，关闭地层原油加压器102、躯体流体注入加压器202和底水加压器302，关闭出口端阀门，打开地层原油加压器102、躯体流体注入加压器202和底水加压器302泄压阀卸压。当驱替压力降至大气压后关闭围压泵，打开阀门，用废液瓶接住从阀门流出的水，当不再有水流出时关闭。
[0069]
将地层原油供给装置、驱替流体注入装置、底水供给装置和探针卸下，此时会有流体从装置接口流出，用废液瓶接住，若为纯水或含少量油则正常，若含大量油则胶套可能破坏了。用扳手将模型本体16两侧盖子取下，取出岩板11，测重，测量下游死体积。
[0070]
打开下游端阀门(下游端为流体收集装置4端)，收集流出的水，确保下游管线中流体全部排出，必要时可用气体驱，但必须保证上游管线中液体已排尽，记录流出水体积，即为下游管线死体积。然后清洁仪器，将纸巾缠绕在玻璃棒上伸入地层原油加压器102、躯体流体注入加压器202和底水加压器302，将地层原油加压器102、躯体流体注入加压器202和底水加压器302内污渍擦干净。将仪器和工具清理干净并归位，保持台面整洁干燥。仪器检查、断电，检查各容器和管线内是否憋压，如有憋压则开启相应的放空阀卸压，切断各设备电源和总电源。对岩板11进行清洗和烘干。
[0071]
分析过程包括以下步骤：
[0072]
s11：计算地层含水饱和度s
w
：
[0073]
通过阿尔奇公式建立地层电阻率rt与地层含水饱和度sw和含油饱和度so的关系：
[0074][0075][0076]
其中，a、b、m、n均为常数，f为地层系数，i为电阻增大系数，r
o
、r
t
分别为地层100％含水电阻率和地层电阻率；为孔隙度；根据实验数据用岩电标定可求得和n的值。
[0077]
由上式得到：
[0078][0079]
s12：根据步骤s11得到的地层含水饱和度和地层含水电阻率的关系，数据收集处理装置5测量得到的温度和压力数据，得到温度、压力、含水饱和度和含油饱和度的剖面分布数据；采用插值法得到等值线图，即为温度、压力、含水饱和度和含油饱和度的剖面图；
[0080]
s13：根据产水量和产油量得到生产直井模拟装置13的产油、产水曲线，及累计产
油量、累计产水量和含水率曲线；
[0081]
s14：根据步骤s13得到的曲线和s12得到的剖面图即可得到所需油藏类型、地层条件和不同井型布置对生产的影响。
[0082]
本发明提供的模拟装置和模拟方法，能够实现岩板大尺度，能够比填砂箱更接近实际地层孔渗条件，能够实现储层韵律、隔夹层等多种地层条件模拟。夹持器提供的高温高压条件更符合实际的油藏条件，地层原油供给装置、底水供给装置和泡沫钢构成的框架装置能够实现无限大地层的稳定供压和底水整体抬升的模拟。通过注水或气井模拟装置12、生产直井模拟装置13和生产水平井模拟装置14的不同布置，实现多种井型、多种井网和多种开发方式的模拟。温度、压力和电阻率三合一探针能够实现对岩板11实时的动态监测。通过模拟我们可以获取不同井型、井网、开发方式和生产措施对储层内部流体流动和饱和度变化的影响。