模拟底水油藏的微观物理模型、实验装置及方法与流程

1.本发明属于石油开发实验技术领域，更具体地，涉及一种模拟底水油藏的微观物理模型、实验装置及方法。


背景技术：

2.底水砂岩油藏具有天然能量充足、水体大的特点，且产量比例较大。油田以天然能量开发为主，进入中后期底水锥进明显，含水上升快，油井普遍高含水，采出程度较低，开发潜力大。准确描述底水驱后微观剩余油动态分布规律、赋存状态以及水锥形成过程，对于底水油藏的开发至关重要。因此，十分有必要开展油藏条件下微观驱油实验，为底水油藏提高采收率提供重要理论支撑。
3.研究微观剩余油的方法包括岩心分析技术和微观仿真技术。岩心分析技术通过对岩心含油薄片进行分析以确定油层孔隙中剩余油的分布形态，油水分布状况等。该方法为研究剩余油的形成与分布提供了两点依据：一是能够对取心井所在区域进行水淹程度和剩余油饱和度评价，二是可以为间接预测微观剩余油饱和度提供必要的参数。微观仿真技术包括岩心仿真模型驱替实验和理想仿真模型驱替实验，岩心仿真模型驱替实验是应用真实地层岩心为实验研究对象，建立水驱油物理模型，进行驱替实验，应用薄片技术分析驱替岩心，直接描述剩余油的形成与分布，该方法是目前研究剩余油最方便最直观的方法，其优点是采用实际岩心作为水驱油物理模型，能够准确的模拟储层的孔隙特征，缺点是不能实时的观察水驱油动态进程，而只能观察结果；理想仿真模型驱替实验方是在对储层岩石微观孔隙特征充分认识的基础上，通过建立理想的储层仿真模型进行剩余油驱替机理和影响因素研究，模拟储层岩石的微观孔隙结构和润湿性变化，研究各种条件下水驱油过程中驱油效率的影响因素。虽然仿真模型不能完全模拟岩心的所有特征，模拟的多孔介质与实际岩心还有一定差距，但仿真玻璃模型仍具有两方面的优点：一方面是利用它的透光性，可以通过成像的方法清楚地观察驱油过程过程中地层流体之间的动态微观作用过程，克服了岩心实验中不能进行动态过程观察的缺点；另一方面是模型能够重复利用，可利用同一块模型开展不同实验方案进行驱油效果的对比，从而消除模型的因素对平行实验的影响。
4.cn 203515528 u和cn 203499659 u分别公开了一种用于驱替实验的微观玻璃模型，模型采用光刻蚀玻璃而成，模型包括底板和面板，在面板上开有注液口，在底板上有被氢氟酸腐蚀出来的凹槽，其中后者在前者的基础上在凹槽中充填有天然岩心粉末或石英砂，两种模型制作简单，成本低，但二者均未能考虑强底水的特点，只能通过水驱实现底水油藏天然能量驱的模拟，不能体现强底水的油藏条件。
5.因此期待研发一种模拟底水油藏的微观物理模型、实验装置及方法，能够在高温高压条件下模拟强底水油藏的开发过程，明确底水油藏气驱、化学驱等提高采收率机理。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种模拟底水油藏的微观物理模型、实验装置及方法，以实
现在高温高压条件下模拟强底水油藏的开发过程，明确底水油藏气驱、化学驱等提高采收率机理。
7.为了实现上述目的，本发明提供一种模拟底水油藏的微观物理模型，所述微观物理模型为透明材质；
8.所述微观物理模型内部包括含油特征区和底水特征区，所述含油特征区和所述底水特征区位于同一平面且相邻设置，并相互连通；
9.所述底水特征区的远离所述含油特征区的一端设有第一注入通道，所述含油特征区的远离所述底水特征区的一端设有产出通道，所述含油特征区的两侧分别设有第二注入通道和第三注入通道。
10.可选地，所述微观物理模型包括底板和顶板；
11.所述含油特征区和所述底水特征区设置所述底板的顶面上，并通过多个微孔相互连通；
12.所述第一注入通道由所述底水特征区延伸至所述底板的顶面边缘；
13.所述产出通道、所述第二注入通道和所述第三注入通道分别由所述含油特征区延伸至所述底板的顶面边缘；
14.所述顶板覆盖于所述底板的顶面上。
15.可选地，所述底板为毛玻璃，所述顶板为平板玻璃。
16.可选地，所述含油特征区中包括多个孔隙，所述底水特征区为空腔。
17.可选地，所述含油特征区中的孔隙为正韵律排布或反韵律排布或均质排布。
18.可选地，所述含油特征区中设有隔板。
19.本发明还提供一种模拟底水油藏的微观实验装置，包括：
20.反应釜，所述反应釜的顶部设有视窗；
21.上述的模拟底水油藏的微观物理模型，所述微观物理模型设置于所述反应釜中；
22.抽真空系统，所述抽真空系统连接于所述反应釜和所述微观物理模型，用于将所述反应釜和所述微观物理模型内部抽真空；
23.第一注入系统，所述第一注入系统分别连接于所述第一注入通道及所述反应釜，能够分别向所述底水特征区和所述反应釜中注入水；
24.第二注入系统，所述第二注入系统分别连接于所述第二注入通道和所述第三注入通道，用于向所述含油特征区注入驱替介质；
25.产出控制系统，所述产出控制系统连接于所述微观物理模型产出通道，用于模拟生产井的流量和压力；
26.图像采集系统，所述图像采集系统通过所述视窗采集所述微观物理模型的图像。
27.可选地，所述第一注入系统包括第一注入泵、第一中间容器，所述第一注入泵连接于所述第一中间容器，所述第一中间容器分别连接于所述反应釜和所述第一注入通道，所述第一中间容器与所述反应釜之间、所述第一中间容器与所述第一注入通道之间分别设有阀门；
28.所述第二注入系统包括第二中间容器、第三中间容器和第二注入泵，所述第二中间容器连接于所述第二注入通道，所述第三中间容器连接于所述第三注入通道，所述第二中间容器、所述第三中间容器均连接于所述第二注入泵；
29.所述第二中间容器与所述第二注入通道之间、所述第三中间容器与所述第三注入通道之间分别设有阀门。
30.可选地，所述产出控制系统包括回压阀和第三注入泵，所述产出通道通过所述回压阀连接于所述第三注入泵。
31.本发明还提供一种模拟底水油藏的微观驱替实验方法，利用上述的模拟底水油藏的微观实验装置，所述方法包括如下步骤：
32.1)利用抽真空系统将反应釜和微观物理模型内部抽真空；
33.2)利用第一注入系统向所述微观物理模型和所述反应釜腔体内注满水；
34.3)对所述反应釜进行加温加压，直至所述微观物理模型和所述反应釜内部的温度和压力达到目标油藏储层的温度和压力；
35.4)利用第二注入系统向所述含油特征区注入地层原油，驱替出含油特征区的水，直至含油特征区中的地层原油分布不再变化；
36.5)利用第一注入系统向所述底水特征区中注入水，模拟强底水衰竭开采过程，同时利用产出控制系统模拟实际油井的开采模式，直至模型中原油的分布不再发生变化，并利用图像采集系统持续捕捉微观屋里模型中原油分布和赋存状态变化，获得衰竭开采的驱油效率；
37.6)利用第二注入系统向含油特征区注入驱替介质，模拟强底水衰竭开采后，采用驱替介质提高采收率的方案，并利用图像采集系统持续捕捉微观屋里模型中原油分布和赋存状态变化，获得不同躯体介质的驱油效率。
38.本发明的有益效果在于：
39.1、本发明的模拟底水油藏的微观物理模型能够模拟高温高压条件下强底水油藏的开发过程，明确底水油藏气驱、化学驱等提高采收率机理；可以通过成像的方法清楚地观察驱油过程中地层流体之间的动态微观作用过程；能够重复利用，可利用同一块模型开展不同驱替介质的实验方案，以进行驱油效果的对比，从而消除模型的因素对平行实验的影响。
40.2、利用本发明的实验装置能够在高温高压条件下，能够通过改变不同通道的注采关系，对微观物理模型饱和地层原油或底水；通过控制第一注入系统的注入压力，模拟不同强度的底水能量；通过产出控制系统控制产出端的压力或流量，能够模拟生产井的工作制度；通过调节第二注入系统的注入压力或流量，能够模拟注水、注气、注化学剂等开发方案及措施；利用图像采集系统能够观察微观物理模型中流体(油为棕色、水为蓝色、气体为无色)的分布规律和赋存状态，确定不同条件下底水油藏微观剩余油分布规律，明确底水油藏气驱、化学驱等提高采收率机理，本装置能够高度模拟油藏储层的温度、压力、地质、油藏及底水环境，使实验结果更接近真实情况。
41.3、通过本发明的方法进行底水油藏微观驱替实验，能够获得衰竭开采的驱油效率，并获得不同驱替介质的驱油效率，以进行横向对比，以获得提高采收率的优选方案。
42.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
43.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其
它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
44.图1示出了根据本发明的一个实施例的模拟底水油藏的微观实验装置的示意图。
45.图2示出了根据本发明的一个实施例的反应釜中微观物理模型的示意图。
46.图3示出了根据本发明的一个实施例的带隔板的均质微观物理模型的示意图。
47.图4示出了根据本发明的一个实施例的不带隔板的均质微观物理模型的示意图。
48.图5示出了根据本发明的一个实施例的反韵律微观物理模型的示意图。
49.图6示出了根据本发明的一个实施例的正韵律微观物理模型的示意图。
50.附图标记说明
51.1、微观物理模型；2、反应釜；3、视窗；4、第一注入泵；5、第一中间容器；6、第二中间容器；7、第三中间容器；8、第二注入泵；9、阀门；10、回压阀；11、第三注入泵；12、抽真空系统；13、高速摄像机；14、图像采集系统；15、底灯；16、收集装置；17、计量装置；18、含油特征区；19、底水特征区；20、第一注入通道；21、第二注入通道；22、第三注入通道；23、产出通道；24、隔板。
具体实施方式
52.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
53.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位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和简化描述，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。
54.本发明公开了一种模拟底水油藏的微观物理模型，微观物理模型为透明材质；
55.微观物理模型内部包括含油特征区和底水特征区，含油特征区和底水特征区位于同一平面且相邻设置，并相互连通；
56.底水特征区的远离含油特征区的一端设有第一注入通道，含油特征区的远离底水特征区的一端设有产出通道，含油特征区的两侧分别设有第二注入通道和第三注入通道。
57.具体地，本发明的模拟底水油藏的微观物理模型能够模拟高温高压条件下强底水油藏的开发过程，明确底水油藏气驱、化学驱等提高采收率机理；可以通过成像的方法清楚地观察驱油过程中地层流体之间的动态微观作用过程；能够重复利用，可利用同一块模型开展不同驱替介质的实验方案，以进行驱油效果的对比，从而消除模型的因素对平行实验的影响。
58.作为可选方案，微观物理模型包括底板和顶板；
59.含油特征区和底水特征区设置底板的顶面上，并通过多个微孔相互连通；
60.第一注入通道由底水特征区延伸至底板的顶面边缘；
61.产出通道、第二注入通道和第三注入通道分别由含油特征区延伸至底板的顶面边
缘；
62.顶板覆盖于底板的顶面上。
63.具体地，第一注入通道用于注入底水或为模拟强底水衰竭开采过程提供动力；产出通道用于排放地层原油或被驱替介质；第二注入通道和第三注入通道用于注入驱替介质。
64.作为可选方案，底板为毛玻璃，顶板为平板玻璃。
65.具体地，玻璃的耐热性能及强度均能满足实验需求且取材方便、成本低，同时具有良好的透光性。但顶板和底板也可以选用其他的透明材料，不限于玻璃。
66.作为可选方案，含油特征区中包括多个孔隙，底水特征区为空腔。
67.具体地，孔隙的分布规律及尺寸根据目标油藏储层孔喉分布及尺寸设定。
68.作为可选方案，含油特征区中的孔隙为正韵律排布或反韵律排布或均质排布。
69.作为可选方案，含油特征区中设有隔板。
70.具体地，有些储层会发育不同规模的隔夹层，因此设置隔板能够模拟含有隔夹层的强底水油藏，隔板的位置和长度根据目标油藏储层的隔夹层的展布规律设置。
71.本发明还公开一种模拟底水油藏的微观实验装置，包括：
72.反应釜，反应釜的顶部设有视窗；
73.上述的模拟底水油藏的微观物理模型，微观物理模型设置于反应釜中；
74.抽真空系统，抽真空系统连接于反应釜和微观物理模型，用于将反应釜和微观物理模型内部抽真空；
75.第一注入系统，第一注入系统分别连接于第一注入通道及反应釜，能够分别向底水特征区和反应釜中注入水；
76.第二注入系统，第二注入系统分别连接于第二注入通道和第三注入通道，用于向含油特征区注入驱替介质；
77.产出控制系统，产出控制系统连接于微观物理模型产出通道，用于模拟生产井的流量和压力；
78.图像采集系统，图像采集系统通过视窗采集微观物理模型的图像。
79.具体地，利用本发明的实验装置能够在高温高压条件下，能够通过改变不同通道的注采关系，对微观物理模型饱和地层原油或底水；通过控制第一注入系统的注入压力，模拟不同强度的底水能量；通过产出控制系统控制产出端的压力或流量，能够模拟生产井的工作制度；通过调节第二注入系统的注入压力或流量，能够模拟注水、注气、注化学剂等开发方案及措施；利用图像采集系统能够观察微观物理模型中流体(油为棕色、水为蓝色、气体为无色)的分布规律和赋存状态，确定不同条件下底水油藏微观剩余油分布规律，明确底水油藏气驱、化学驱等提高采收率机理，本装置能够高度模拟油藏储层的温度、压力、地质、油藏及底水环境，使实验结果更接近真实情况。
80.作为可选方案，第一注入系统包括第一注入泵、第一中间容器，第一注入泵连接于第一中间容器，第一中间容器分别连接于反应釜和第一注入通道，第一中间容器与反应釜之间、第一中间容器与第一注入通道之间分别设有阀门；
81.第二注入系统包括第二中间容器、第三中间容器和第二注入泵，第二中间容器连接于第二注入通道，第三中间容器连接于第三注入通道，第二中间容器、第三中间容器均连
接于第二注入泵；
82.第二中间容器与第二注入通道之间、第三中间容器与第三注入通道之间分别设有阀门。
83.作为可选方案，产出控制系统包括回压阀和第三注入泵，产出通道通过回压阀连接于第三注入泵。
84.具体地，产出控制系统还包括压力测量装置，利用第三注入泵控制产出端回压阀的压力或流量，能够模拟生产井的工作制度，通过压力测量装置能够直观的获得实时压力变化。
85.本发明还公开一种模拟底水油藏的微观驱替实验方法，利用上述的模拟底水油藏的微观实验装置，方法包括如下步骤：
86.1)利用抽真空系统将反应釜和微观物理模型内部抽真空；
87.2)利用第一注入系统向微观物理模型和反应釜腔体内注满水；
88.3)对反应釜进行加温加压，直至微观物理模型和反应釜内部的温度和压力达到目标油藏储层的温度和压力；
89.4)利用第二注入系统向含油特征区注入地层原油，驱替出含油特征区的水，直至含油特征区中的地层原油分布不再变化；
90.5)利用第一注入系统向底水特征区中注入水，模拟强底水衰竭开采过程，同时利用产出控制系统模拟实际油井的开采模式，直至模型中原油的分布不再发生变化，并利用图像采集系统持续捕捉微观屋里模型中原油分布和赋存状态变化，获得衰竭开采的驱油效率；
91.6)利用第二注入系统向含油特征区注入驱替介质，模拟强底水衰竭开采后，采用驱替介质提高采收率的方案，并利用图像采集系统持续捕捉微观屋里模型中原油分布和赋存状态变化，获得不同躯体介质的驱油效率。
92.具体地，通过本发明的方法进行底水油藏微观驱替实验，能够获得衰竭开采的驱油效率，并获得不同驱替介质的驱油效率，以进行横向对比，以获得提高采收率的优选方案。
93.实施例1
94.图1示出了本实施例的模拟底水油藏的微观实验装置的示意图；图2示出了本实施例的反应釜中微观物理模型的示意图。
95.如图1所示，模拟底水油藏的微观实验装置，包括反应釜2，反应釜2的顶部设有蓝宝石的视窗3；
96.微观物理模型1设置于反应釜2中，如图2所示，微观物理模型1包括底板和顶板，底板为毛玻璃，顶板为平板玻璃，含油特征区18和底水特征区19相邻设置于底板的顶面上且通过微孔相互连通，形成矩形特征区域，且底水特征区19占据矩形的区域的一角；底水特征区19的直角端连接第一注入通道20；含油特征区18的与底水特征区19相对的直角端连接产出通道23，其余的两个直角端分别连接第二注入通道21和第三注入通道22；含油特征区18中包括多个孔隙且均质排布；底水特征区19为空腔，含油特征区18中设有隔板24；顶板覆盖于底板的顶面上。
97.抽真空系统12连接于反应釜2和微观物理模型1，用于将反应釜2和微观物理模型1
内部抽真空；
98.第一注入泵4连接于第一中间容器5，第一中间容器5分别连接于反应釜2和第一注入通道20，第一中间容器5与反应釜2之间、第一中间容器5与第一注入通道20之间分别设有阀门9，能够分别向底水特征区19和反应釜2中注入水；
99.第二中间容器6连接于第二注入通道21，第三中间容器7连接于第三注入通道22，第二中间容器6、第三中间容器7均连接于第二注入泵8，且第二中间容器6与第二注入通道21之间、第三中间容器7与第三注入通道22之间分别设有阀门，用于向含油特征区18注入驱替介质；
100.产出通道23通过回压阀10连接于第三注入泵11，用于模拟生产井的流量和压力，产出通道23向外依次连接于收集装置16及计量装置17；
101.高速摄像机13对准反应釜2的视窗3，其连接于图像采集系统14，以持续捕捉微观物理模型1中原油分布和赋存状态变化，并配合图像处理软件(包括图像录制软件以及像素识别分析软件)获得衰竭开采或不同提高采收率方案的驱油效率，为了便于图像采集，还在反应釜2底部设置底灯15。
102.利用本实验装置，在高温高压条件下，通过改变不同注入通道的注采关系，向微观物理模型饱和地层原油和底水；控制与底水特征区连接的注入泵压力，模拟不同强度的底水能量；控制产出端回压阀的压力或流量，模拟生产井的工作制度；控制连接另外两个连接口中任意一个连接口的注入泵压力或流量，模拟注水、注气等开发方案及措施等；利用高速摄像及图像捕捉系统观察多孔介质中流体(油为棕色、水为蓝色、气体为无色)的分布规律和赋存状态，确定不同条件下底水油藏微观剩余油分布规律，明确底水油藏水驱、气驱、化学驱等提高采收率机理。
103.实施例2
104.图3示出了本实施例的带隔板的均质微观物理模型的示意图；图4示出了本实施例的不带隔板的均质微观物理模型的示意图；图5示出了本实施例的反韵律微观物理模型的示意图；图6示出了本实施例的正韵律微观物理模型的示意图。
105.本实施例公开一种模拟底水油藏的微观驱替实验方法，包括如下步骤：
106.步骤一、基于实际油藏物性、油层和水层厚度比例、底水强度、隔夹层避水高度等油藏主要参数，制作底水油藏微观物理模型。
107.针对实际地质特征，可设计包括带隔板的均质微观物理模型(图3)、不带隔板的均质微观物理模型(图4)、反韵律微观物理模型(图5)、正韵律微观物理模型(图6)，以满足实验研究需要。根据油藏隔夹层分布特征，设计并制作带隔板和不带隔板的均质微观物理模型能够用于研究隔夹层对底水油藏微观剩余油分布的影响规律，如图3和图4；底水特征区顶部位置距离底水特征区连接的第一注入通道口6mm，隔板位于底水区顶部4mm，含油区平均渗透率760md；根据油藏储层非均质性特征，设计并制作正韵律和反韵律微观物理模型能够用于研究不同韵律储层底水油藏微观剩余油分布规律，如图5和图6；底水特征区顶部位置距离底水特征区连接的第一注入通道口6mm，正韵律高渗层位于底水特征区顶部4mm，平均渗透率为1000md，其余区域为低渗区域，平均渗透率为300md；
108.步骤二：将微观物理模型置于反应釜中，将4个功能连通口分别用密封圈和螺栓压紧密封连接于注入及产出的管路，再用带有蓝宝石视窗的密封盖将反应釜密封。
109.步骤三：利用抽真空系统同时对反应釜和模型进行抽真空，直到压力达到-0.1mpa。
110.步骤四：向微观物理模型和反应釜腔体内注入水，待模型和反应釜充满水后，加温加压，直至达到油藏温度和压力。
111.步骤五：向微观物理模型内注入地层原油，利用回压阀和第三注入泵控制产出压力，排出模型中被原油驱替出的水，直至模型中原油分布不再变化。
112.步骤六：向微观物理模型中注入水，模拟强底水衰竭开采过程，利用回压阀和第三注入泵以恒压或恒流的模式，模拟实际油井的工作制度，直至模型中原油的分布不再发生变化为止；并采用高速摄像机和图像采集系统持续捕捉模型中原油分布和赋存状态变化，利用图像处理软件，获得衰竭开采的驱油效率。
113.步骤七、以恒压或恒速的模式向微观物理模型中注入水或气体(co2、天然气或氮气)或化学剂溶液，模拟强底水衰竭开采后，水驱、气驱、化学驱等提高采收率方案，采用高速摄像机和图像采集系统持续捕捉模型中原油分布和赋存状态变化，利用图像处理软件，获得不同提高采收率方案的驱油效率。
114.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。