一种缝洞油藏高温高压多介质井组驱替物理模型及其应用

本发明涉及缝洞油藏实验，具体是一种缝洞油藏高温高压多介质井组驱替物理模型及其应用。

背景技术：

1、缝洞型碳酸盐岩油藏特点是其岩层由于岩溶作用导致的发育情况复杂洞穴系统和缝洞网络系统。缝洞储集体均分布于深层或超深层，裂缝和溶洞在几何尺度上差异较大，裂缝与溶洞通过不规律的连通关系形成在水平和垂直方向上强非均质性的缝网—溶洞网络。缝洞型碳酸盐岩油藏储集空间主要由裂缝、溶孔和溶洞构成，三者之间具有分布随机、几何尺度差异大等特点。缝洞油藏的储集空间中大量岩溶碎屑物质由于迂回曲折的地下河空间结构及其径流强搬运能力沉淀充填在溶洞空间，水流冲蚀和构造活动，导致溶洞多期垮塌，充填率升高，构成复杂充填组合。碳酸钙地下相对封闭的环境存在过饱和，因此充填物钙质胶结严重，孔隙度降低。未充填空间是油气挖潜的重点区域，充填介质与地下流体的相互作用是研究重点。缝洞油藏常规开采方式有注水替油、注气开发，由于油藏缝洞组合关系复杂，在生产中伴随油井见水快、水窜气窜现象严重等难以解决的问题，因此需要在更精确的室内物理模拟实验进行上述问题的解决方案。

2、物理模拟是模拟油气藏开发过程中的一种重要手段。现有的缝洞型油藏物理模型有玻璃管模型、蚀刻平板模型、浇筑不规则模型和岩心缝洞模型等，如中国专利文献cn110043253 a（申请号201910300222.8）和cn 110821459 a（申请号201911137028.9）等分别公开了用于缝洞型油藏的实验模型装置，但这些现有的装置实现可视化的方式均为利用透明材质制得的可视窗口进行观测，且可视窗口需与实验模型面积相当才能实现良好的观测效果，而为了模拟地层下的高温高压条件，这种观测方式会极大增加实验装置的制造成本；中国专利文献cn 108875148 a（申请号201810520795.7）中使用有机玻璃制备二维可视化模型，并未设置用于承压的釜体或夹持器，无法真实模拟地层条件。同时上述现有技术公开的模拟模型中，均制备的是二维模型，且材质使用有机玻璃，同样无法有效拟合油藏中孔隙条件，限制了实验结果对实际地层的指导意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种缝洞油藏高温高压多介质井组驱替物理模型及其应用，物理模型中，通过使用具有一定孔隙度的刻蚀岩样模拟缝洞油藏，并设置底水管路，对实际地层环境和中介介质的驱替效果实现了良好模拟效果。

2、为实现上述技术效果，本发明采用下述技术方案：

3、一种缝洞油藏高温高压多介质井组驱替物理模型，包括依次连通的柱塞泵、中间介质容器、阀门、岩心夹持器和采集装置，

4、所述岩心夹持器中放置有呈圆柱形的刻蚀岩样，所述刻蚀岩样由两个半圆柱型的半岩样组成，半岩样上设有刻蚀部，半岩样拼合组成刻蚀岩样时，刻蚀部和半岩样之间的缝隙共同组成模拟缝洞，模拟缝洞中填充有填充介质；刻蚀岩样根据模拟缝洞油藏岩层性质选材，半岩样上还开有注采井槽和底水管槽，所述注采井槽模拟缝洞连通，注采井槽和底水管槽内分别设有注采管线和底水管线，所述注采管线与阀门和/或采集装置连通，所述底水管线与中间介质容器连通，所述流通管侧壁下端开有侧端注采口，所述注采管线可在注采井槽内竖向移动；

5、所述底水管线上开有均匀分布的出液口；

6、所述岩心夹持器上开有与阀门连通的中间介质注入口和与采集装置连通的中间介质采出口，所述岩心夹持器上还连接有用于提供围压的围压泵，所述岩心夹持器上固定有超声探测装置。

7、本发明提供的物理模型中，根据要模拟的缝洞油藏岩层性质选择刻蚀岩样材质，确保刻蚀岩样与缝洞油藏具有相同的孔隙度以更好模拟地层中的真实情况，配合使用超声探测装置对刻蚀岩样中流体的运移分布情况，无需在岩心夹持器上设置可视窗口等透明部件，有效控制了物理模型整体的制造成本，便于实验的开展。

8、注采管线在注采井槽中的竖向移动，可引起波及范围和波及位置的变化，当注采管线向上移动时相较注采管线全部位于注采井槽中，中间介质对基质的渗透要少些，但是范围要大些，从而能够验证中间介质在缝洞油藏中的真实驱替效果，更好地为缝洞油藏实际开采作业提供参考。同时，在注采管线收缩后在注气吞吐过程中可为气相提供更多的空间，在“吐”的采出过程中可以保证更多的能量利用率。

9、岩心夹持器上设置中间介质注入口和中间介质采出口，既能实现衰竭开采，又能利用注采管线进行一注一采、多注多采实验，可进一步提高测得采收率的准确程度。

10、优选的，模拟缝洞油藏岩层性质包括体积密度、吸水率、渗透率、孔隙度和强度。

11、优选的，出液口与模拟缝洞连通，或，出液口紧贴刻蚀岩样。

12、底水管线的出液口在实际使用时根据缝洞模型参数，进一步设置出液口间距和出液口尺寸参数。具体考虑因素如下：（1）保证溶洞空间中的管线有出液口，同时保证基质中也设有出液孔增加岩心模型中流体的饱和渗透使模型更贴近实际地层情况；（2）出液孔大小尺寸根据实验压力和岩心渗透率设置，经测算模型岩心基质渗透率在10达西左右。为保证实验过程中的“注采转换”，通过注采管线进行采出时出液口尺寸也不宜过大。

13、模拟缝洞的组成中，半岩样上的刻蚀部用于模拟油藏地层中的细小缝洞，两半岩样之间的缝隙用于模拟缝洞油藏中存在的贯穿大裂缝，相较现有技术提供的片状有机玻璃材质模型，本发明提供的刻蚀岩样可以更好的从材质和缝洞形态上对地层条件进行准确模拟，进一步的，通过设置开有出液口的底水管线，相较cn108875148a提供的底水槽，本发明使用底水管线能更好地模拟具有稳流特性的地下河环境。与底水槽结构相比时，在溶洞空间内，两者能实现的饱和效果相当；但针对非溶洞空间或空间较小的部位，地层水在地层压力下长期与地下岩层接触，导致地层河道对周围部位岩层的渗透，从而使临近地层河道的岩层含水饱和度比其他区域更高，出液口能够提供较小的接触面积和较大的流体压力，使出液口周围的刻蚀岩样具有相对其他区域更高的含水饱和度，进而使本技术能够更好地模拟真实环境。

14、优选的，所述注采管线包括自上至下依次连接的注入口接头、压环、压帽和流通管；

15、进一步优选的，所述流通管由耐高温耐酸金属材料制成，如可使用304不锈钢；所述侧端注采口沿流通管周向均匀分布；所述流通管底部出口处设有竖向设置的分隔板，所述分隔板将流通管的底部出口分隔为独立的多部分。

16、本发明提供的注采管线通过各结构之间的配合，可实现注采管线的伸缩，从而调整注采管线在刻蚀岩样中的长度，在注气相吞吐实验过程中，收缩管线增加管线下部位气相空间，采出时将管线通过工具压深，进行实现注采效率的提升。同时，注采管侧壁下端设置侧端注采口，可以有效增加出液范围，提高饱和过程中液体的波及范围；通过在注采管底部出口设置分隔板，可在进行泡沫驱替实验过程中，利用分隔板的切割效果有效提升泡沫质量。

17、优选的，所述岩心夹持器上设有加热装置。通过设置加热装置，使岩心夹持器及其内部放置的刻蚀岩样处于不同温度条件下，以实现模拟过程中对储层参数的调控。

18、优选的，所述中间介质容器包括地层水容器、模拟油容器、表面活性剂容器和气体容器，进一步优选的，所述表面活性剂容器和气体容器通过三通阀连接至泡沫发生器，泡沫发生器连接至阀门；更优选的，气体容器中存放co2、n2或其他模拟所需气体。

19、本发明提供的物理模型中，不仅提供了地层水、模拟油等容器，而且还可以提供模拟泡沫驱所需的泡沫体系，配合注采管底部设置的分隔板，对缝洞油藏泡沫驱实现良好模拟。

20、优选的，刻蚀岩样的直径为100mm，高为300mm。经实践经验可知，物理模型的模拟精确度与模型中模拟缝洞的几何尺寸成正比，模拟缝洞的尺寸越大，越能更真实的模拟缝洞油藏的实际情况，而如本技术背景技术提供的现有技术中，实际使用的物理模型均为片状，尽管片状物理模型具有一定的横截面积，但其厚度最大仅为30mm（根据cn108875148a可知），而本技术提供的刻蚀岩样直径达100mm，在对油藏中缝洞进行刻蚀拟合的过程中，可以更好地模拟缝洞油藏中缝洞的立体情况，从而对实际油田作业时的注采提供有效参考。

21、优选的，两个半岩样之间的缝隙宽度范围为1mm-2mm。

22、优选的，所述超声探测装置固定在岩心夹持器上开设的超声探测孔处，所述超声探测装置包括超声发射探头和超声接收探头，所述超声探测装置还连接至外部计算机，计算机根据超声探测装置采集的超声波数据对刻蚀岩样内部流体分布进行可视化处理。

23、优选的，所述岩心夹持器外设有手摇旋转装置，所述手摇旋转装置可使岩心夹持器位于竖向状态或位于水平状态。

24、本发明还提供了上述缝洞油藏高温高压多介质井组驱替物理模型在缝洞油藏模拟实验中的应用，包括如下步骤：

25、s1.根据地层数据选择刻蚀岩样选材，并对两半岩样分别刻蚀，先将一块半岩样经干燥后放入岩心夹持器中，将注采管线和底水管线分别放入注采井槽和底水管槽，再将另一块半岩样放入岩心夹持器中，封闭岩心夹持器并施加围压，对岩心夹持器内部抽真空后自吸饱和油，使中间介质容器中的模拟油进入到刻蚀岩样内；

26、s2.使用地层水对刻蚀岩样进行饱和水，随后将模拟油沿注采管线对刻蚀岩样进行饱和油，建立原始地层压力、原始含水饱和度和原始含油饱和度；

27、s3.使用柱塞泵对中间介质容器增压，对刻蚀岩样依次进行多介质驱替，根据采集装置观测各驱替过程的生产特征曲线，使用超声探测装置计确定流体的分布情况和饱和度曲线。

28、现有的物理模型进行饱和水、饱和油的过程中，由于物理模型材质的限制，均为直接向模拟缝洞中注液进行饱和，而物理模型与其容器之间并无水或油，从而才能保证通过可视窗口有效采集流体分布情况，但本领域公知的是，真实环境下的开采油藏必然是地层与油藏交替分布的，因此现有的物理模型的饱和过程无法有效模拟真实地层环境，而本技术提供的应用中，利用刻蚀岩样和超声探测装置的配合，将岩心夹持器抽真空后使其内部自吸饱和油，再利用底水管线和注采管线进行饱和水和饱和油，有效模拟了真实地层环境，相较现有的物理模型，更好地契合开采条件，对实际开采作业提供更具参考价值的数据。

29、优选的，步骤s1中，地层数据包括模拟缝洞油藏岩层性质包括体积密度、吸水率、渗透率、孔隙度和强度以及模拟缝洞油藏的缝洞特征；刻蚀过程中，底水管槽贯穿“条状型”大型溶洞，与底水管槽贴合的裂缝为小裂缝，小型溶洞之间连接的裂缝通道宽度范围为2mm-3.5mm；根据相似性理论，等比例放缩地层如缩小至真实地层尺寸的1/500，地层中地下裂缝，断层裂缝大小宽度在1m左右，岩心模型的裂缝参数在2mm左右。但是由于油田给出地震测试资料和矿井结构资料数据上与实际地层会有偏差，加上裂缝越宽、溶洞空间越大对于实验的观测效果越好，因此实际刻蚀缝洞时在此范围上稍做偏大处理调整可获得更好地模拟效果。

30、优选的，步骤s1中，抽真空和自吸饱和油过程中，岩心夹持器位于水平状态，且通过位于刻蚀岩样相对中间位置进行抽真空操作。

31、抽真空可以抽出岩心孔隙中的空气，为岩石孔隙制造真空状态。岩心的角度不会有太大影响。优化的选择可以，岩心夹持器位于水平状态，然后封闭除中间探测点之外的所有开口，从中间探测点位置抽真空，因为岩心侧面表面有洞，缝分布，因此从此位置抽真空效果更好更快。

32、优选的，步骤s2中，地层水的流速为5ml/min。

33、优选的，步骤s3中，驱替过程中使用加热装置对温度进行调控。

34、本发明的有益效果：

35、1.本发明提供的物理模型中，根据要模拟的缝洞油藏岩层性质选择刻蚀岩样材质，确保刻蚀岩样与缝洞油藏具有相同的孔隙度以更好模拟地层中的真实情况，配合使用超声探测装置对刻蚀岩样中流体的运移分布情况，无需在岩心夹持器上设置可视窗口等透明部件，有效控制了物理模型整体的制造成本，便于实验的开展。

36、2.本发明提供的刻蚀岩样直径达100mm，在对油藏中缝洞进行刻蚀拟合的过程中，可以更好地模拟缝洞油藏中缝洞的立体情况，从而对实际油田作业时的注采提供有效参考。

37、3.本发明使用底水管线能更好地模拟具有稳流特性的地下河环境，针对非溶洞空间或空间较小的部位，地层水在地层压力下长期与地下岩层接触，导致地层河道对周围部位岩层的渗透，从而使临近地层河道的岩层含水饱和度比其他区域更高，出液口能够提供较小的接触面积和较大的流体压力，使出液口周围的刻蚀岩样具有相对其他区域更高的含水饱和度，进而使本技术能够更好地模拟真实环境。

38、4.本技术提供的应用中，利用刻蚀岩样和超声探测装置的配合，将岩心夹持器抽真空后使其内部自吸饱和油，再利用底水管线和注采管线进行饱和水和饱和油，有效模拟了真实地层环境，相较现有的物理模型，更好地契合开采条件，对实际开采作业提供更具参考价值的数据。