阅读说明：本技术 一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置及方法 (Visual water displacement experimental device and method for heterogeneous sandstone reservoir ) 是由 鞠斌山 刘楠 田亚鹏 董银涛 马帅 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种模拟非均质砂岩油藏水驱油可视化实验装置及方法。其用于非均质砂岩油藏水驱油物理过程模拟、直接观察水驱前缘驱替位置、注水波及面积及剩余油分布状态。模拟非均质砂岩油藏水驱油可视化实验装置包括：模拟系统、注入系统和监测系统。模拟系统用于模拟砂岩油藏非均质性、不同井网等因素对砂岩油藏的开发效果的影响；注入系统用于控制注入速度、注入量；监测系统用于观察模型系统井口位置处的压力、检测产油速度及产水速度、计算模拟油藏含水率及采收率。模拟实验用油与模拟实验用水通过染色剂染色后感光性增强,在平行光源的照射下,能够更清晰的观察非均质砂岩油藏水驱油藏中油水分界线,水驱油前缘变化,剩余油分布规律。(The invention provides a visual experimental device and a visual experimental method for simulating oil-water displacement of an inhomogeneous sandstone reservoir. The method is used for simulating the water flooding physical process of the heterogeneous sandstone reservoir and directly observing the displacement position of the water flooding front edge, the water flooding swept area and the distribution state of the residual oil. The visual experimental apparatus of simulation heterogeneous sandstone oil reservoir water displacement of reservoir oil includes: simulation system, injection system and monitoring system. The simulation system is used for simulating the influence of factors such as heterogeneity of the sandstone oil reservoir and different well patterns on the development effect of the sandstone oil reservoir; the injection system is used for controlling the injection speed and the injection quantity; the monitoring system is used for observing the pressure at the position of a wellhead of the model system, detecting the oil production speed and the water production speed, and calculating the water content and the recovery ratio of the simulated oil reservoir. After the oil for the simulation experiment and the water for the simulation experiment are dyed by the dyeing agent, the photosensitivity is enhanced, and under the irradiation of a parallel light source, the oil-water boundary line, the water displacement front edge change and the residual oil distribution rule in the water-drive reservoir of the heterogeneous sandstone reservoir can be observed more clearly.)

一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置及方法

技术领域

本发明涉及油气藏开发技术领域，更为具体地，涉及一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置及方法。

背景技术

非均质砂岩油藏是我国油气勘探开发里程上一类重要的储层，该类储层油藏空间尺度大小不一，几何形态千差万别，极强的非均质性和复杂的油水关系使其孔隙中的流体具有特殊的流动规律。现阶段，对非均质砂岩油藏的认识更局限于一定假设条件下的油藏流体渗流的理论研究，缺乏室内实验对油藏整体开发制度的评价认识。目前，关于油藏开发的室内实验主要为流动性实验，微观方法只能够静态观测驱替前或驱替后某一时刻的静态油水分布情况。流动性实验和微观方法并不能观测驱替过程中油水两相运移及分布的动态变化规律。如果能够掌握驱替过程中的油水运移规律，明确其运移通道和油水分布情况，将有利于提出针对性的油藏开采方案，从而大幅提高油藏采收率。

当前，研究油气田开发过程中的驱替效果及渗流特征所采用的物理模型主要有：①圆柱形天然岩芯与人造圆柱形石英砂岩芯物理模型，此模型优点为：模型驱替性能良好，岩芯情况贴近实际油藏情况，可在高温高压下工作，模型制作成本低，运行设备投资较少，是目前物理模拟驱替实验普遍采用的一种研究手段；缺点是：驱替过程不可视，不能进行数据采集、图像分析及处理，不能快速直观地对实验过程及实验数据中出现的问题进行准确的判断和处理，使用寿命为一次性。②平板砂岩物理模型，是由天然岩石粉末或石英砂掺入无机或有机胶合剂压铸而成，此模型优点是：模型是立体的，且尺寸较大，便于操作；缺点是：驱替过程不可视，不能进行数据采集、图像分析及处理，且工作温度压力不可太高。③微观物理模型，该模型优点是：模型驱替过程是可视的，能进行数据采集、图像分析及处理，可反复多次使用；缺点是：由于该物理模型采用光刻技术制作，其几何尺寸较小，是平面二维形态，也无法模拟油藏的真实孔渗结构，实验结果精确度偏低，且其制作成本及难度和对制作设备的要求均较高。因此，急需开发一种能精确模拟油藏孔渗结构的动态可视化装置,用于研究非均质油藏油水渗流规律，剩余油分布规律，水驱油前缘界面推进情况，从而确定合理井网部署，为开发非均质砂岩油藏提供理论和实验依据。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术无法解决的精确模拟油藏孔渗结构的动态可视化的技术问题，提供了一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置及方法。

本发明是通过下述技术方案实现：一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置，包括模拟系统、注入系统和监测系统；所述模拟系统包括支撑架和填砂装置，所述支撑架包括车轮、下支撑座、两个三角支撑架、两根支撑柱；所述车轮设置在所述下支撑座底部，所述两根支撑柱设置在所述下支撑座的上端两侧，分别紧贴所述三角支撑架，所述三角支撑架与所述支撑柱紧密相连，并一起固定在所述下支撑座上；

所述填砂装置的底层为凹槽型透视板，所述凹槽型透视板的凹槽内充填岩芯层填料，玻璃透视平板设置在所述凹槽型填砂透视板上，注液口或出液口按照一定井网间距的要求设置在所述玻璃透视平板上，用以代表不同井口位置，所述注液口或出液口用三孔阀门控制；平行光源设置在所述凹槽型透视板的正下方；所述填砂装置设置在所述支撑柱上，

所述注入系统包括流量控制阀、注水缸和多根引流管，所述注水缸通过所述流量控制阀与所述引流管相连接；

所述监测系统包括油水流量计和压力敏感计，所述监测系统安装在所述玻璃透视平板上的所述注液口或出液口处设置的所述三孔阀门上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述岩芯层填料由实验砂与实验泥按一定比例配置而成，将所述岩芯层填料均匀散布在涂有环氧树脂胶的所述凹槽型透视板上，并根据不同填砂方式设置不同渗透率区域的非均质砂岩油藏，用于模拟不同渗透性的油藏；采用所述环氧树脂胶粘结所述岩芯层填料的四周进行密封，并用密封夹加固密封；所述凹槽型透视板与所述玻璃透视平板用螺钉固定。

在本发明的一较佳实施方式中，所述充填岩芯层填料由模拟实验用油饱和，所述注水缸中装有模拟实验用水，所述模拟实验用油由煤油和石蜡按20:1的比例配置而成，配置粘度为23.9mPa·s，所述模拟实验用油中加入适量苏丹III染色剂染色，增强所述模拟实验用油的感光性，便于观察水驱油实验过程；所述模拟实验用水由溶液浓度为21000mg/L的NaCl和5000mg/L的CaCl₂配置而成，所述模拟实验用水矿化度为220000mg/L，密度为1.032g/cm3，所述模拟实验用水中加入适量亚甲基蓝染色剂染色，增强所述模拟实验用水的感光性，便于观察水驱油实验过程。

在本发明的一较佳实施方式中，所述凹槽型透视板与所述玻璃透视平板由透明玻璃或有机玻璃制作而成，其材质为亚克力玻璃。

在本发明的一较佳实施方式中，所述环氧树脂胶由环氧树脂、乙二胺、无水乙醇、邻苯二甲酸二丁酯按10:1:1:0.6的比例充分混合配置而成。

在本发明的一较佳实施方式中，所述平行光源为所述模拟系统提供光源，经染色剂染色后的所述模拟实验用油与所述模拟实验用水感光性增强，在所述平行光源的照射下，通过所述模拟系统可直接观察到模型中水驱油的油水分界线，水驱油前缘变化，剩余油分布规律。

在本发明的一较佳实施方式中，所述注水缸上多个出口连接有多个所述引流管，注入速度由连接所述注水缸和所述引流管的所述流量控制阀控制，且所述引流管另一端与注液口的所述三孔阀门相连。

在本发明的一较佳实施方式中，所述注液口或出液口处的所述三孔阀门，其中一个孔用于连接所述注入系统的所述引流管，另一个孔用于所述连接监测系统所用的所述油水流量计，第三个孔用于连接所述监测系统所用的所述压力敏感计。

在本发明的一较佳实施方式中，所述油水流量计用于监测所述注液口或出液口产油速度和产水速度，所述敏感压力计用于监测所述注液口或出液口位置点处的压力，采用录像设备记录玻璃透视平板所呈现的不同时刻的油水分界线，水驱油前缘变化，剩余油分布规律。

一种采用所述的非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置的实验方法包括以下步骤：

步骤S1：组装非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置；

步骤S2：配置实验模拟油与实验模拟水；

步骤S3：饱和实验模拟油并用真空泵对填砂装置抽真空；

步骤S4：按照确定的规则部署井网，将饱和有实验油的模拟系统与注入系统和监测系统相连接；

步骤S5：打开流量控制阀，注入系统按一定注入速度向模拟系统进行注水驱油实验操作；

步骤S6：监测模拟注入井点处的流速及压力，监测模拟生产井点处的流速及压力，记录；玻璃透视平板所呈现的不同时刻的油水分界线，水驱油前缘变化，剩余油分布规律；

步骤S7：直至模拟系统几乎不再有油产出，结束实验，关闭流量控制阀，计算模拟非均质砂岩油藏的采收率、含水率等参数。

本发明物理模型的优点包括：可用于实现实际非均质砂岩油藏室内物理模型仿真，模拟不同渗透性储层的驱替特征，评价采出程度及影响油水两相渗流规律的因素；经染色剂染色后的所述模拟实验用油与所述模拟实验用水在所述平行光源的照射下，油水分界线更加清晰，能更准确的判断油水分界线、水驱前缘变化、以及剩余油分布情况；可以模拟不同韵律储层条件、不同开发井网的开发效果。

该模型可视化程度高，盖板与填砂之间密封性好，可用来模拟实际油藏非均质性地层条件下，井网部署差异的情况、地层非均质条件不同的情况下的模拟实验油和水产出情况，用以估算油藏采收率、含水率等，进而评估油藏合理井网部署，同时可以实时观察整个注采过程中的油水分布变化情况。

附图说明

下面结合附图对本发明所述的非均质油藏可视化水驱油模拟实验装置做进一步的详细描述。

图1是本发明的整体外型结构示意图；

图2是本发明中模拟系统的俯视结构示意图；

图3是本发明中模拟系统的左视结构示意图；

其中：1-车轮，2-下支撑座，3-三角支撑架，4-支撑柱，5-凹槽型透视板，6-玻璃透视平板，7-密封夹，8-平行光源，9-三孔阀门，10-螺钉，11-注水缸，12-流量控制阀，13-引流管，14-油水流量计，15-压力计。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的物理模型的结构特点和技术方案进行详尽清楚地描述。在实际设计和制作的过程中，本发明的设计者按以下步骤制作物理模型并进行实验：

如图1-3所示，一种非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置，包括模拟系统、注入系统和监测系统；所述模拟系统包括支撑架和填砂装置，所述支撑架包括车轮1、下支撑座2、两个三角支撑架3、两根支撑柱4；所述车轮1设置在所述下支撑座2底部，所述两根支撑柱4设置在所述下支撑座2的上端两侧，分别紧贴所述三角支撑架3，所述三角支撑架3与所述支撑柱4紧密相连，并一起固定在所述下支撑座2上；

所述填砂装置的底层为凹槽型透视板5，所述凹槽型透视板5的凹槽内充填岩芯层填料，玻璃透视平板6设置在所述凹槽型填砂透视板5上，注液口或出液口按照一定井网间距的要求设置在所述玻璃透视平板6上，用以代表不同井口位置，所述注液口或出液口用三孔阀门9控制；平行光源8设置在所述凹槽型透视板5的正下方；所述填砂装置设置在所述支撑柱4上，

所述注入系统包括流量控制阀12、注水缸11和多根引流管13，所述注水缸11通过所述流量控制阀12与所述引流管13相连接；

所述监测系统包括油水流量计14和压力敏感计15，所述监测系统安装在所述玻璃透视平板6上的所述注液口或出液口处设置的所述三孔阀门9上。

采用非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置的实验方法包括以下步骤：

(1)组装非均质砂岩油藏可视化水驱油实验装置；

按设计要求取一个凹槽型透视板5，和一个与凹槽型透视板尺寸相同的，可覆盖，且能密封于凹槽型透视板之上的玻璃透视平板6，凹槽型透视板5与玻璃透视平板6均为玻璃板，其材质为亚克力玻璃。在玻璃透视平板6上设置井口位置，井口数为5行5列共25口，且井间距离相同，均匀遍布在玻璃透视平板6上，可用于模拟不同类型的井网，例如，正方形井网和面积井网。设定的井口位置处钻开与三孔阀门直径尺寸相同的孔眼，三孔阀门9直径长约4mm，便于连接三孔阀门9，凹槽型透视板5和玻璃透视平板6洗净晾干待用。

准备一定目数的实验砂和实验泥，实验砂可采用石英砂或天然岩芯粉末，按设定渗透率计算出合适砂泥配比，根据比例配置出渗透率不同的“砂岩”，按技术要求目数筛好待用。

环氧树脂胶由环氧树脂、乙二胺、无水乙醇、邻苯二甲酸二丁酯按10:1:1:0.6的比例充分混合配置而成，待气泡消失后，将环氧树脂胶均匀涂在两块玻璃的内表面，再按预先设定的模拟油藏高低渗透划分区域将配置好的不同渗透率实验用砂均匀撒在胶面上，并用压滚压实，确保均匀平整。

静置一段时间，约1-2小时后，用刀片清除玻璃边缘5-8mm处和井口开槽处的砂和胶，然后倒净玻璃表面的浮砂。再过2-4小时候待胶干透，待气泡消失后充将环氧树脂胶填上玻璃边缘5-8mm处的空白，使胶面厚度略高于砂面，有利于两块玻璃紧密贴合，同时将两块玻璃的边缘位置用密封夹进行二次密封。将此物理模型置于平面上，并将其压实，注意保证此填砂装置密封性良好，两玻璃贴合处无大气泡及漏气现象。

(2)配置实验模拟油与实验模拟水；

配置模拟实验用油用于饱和充填岩芯层填料，将煤油和石蜡按20:1的比例，配置粘度为23.9mPa·s的模拟油，并在其中加入适量苏丹III染色剂染色，为了更好地观察模拟油在模型中的运移情况。

配置模拟实验用水用于注入驱替，配置溶液浓度为21000mg/L的NaCl和5000mg/L的CaCl₂，矿化度为220000mg/L，密度为1.032g/cm³的模拟水，并在其中加入适量亚甲基蓝染色剂染色，为了更好地观察模拟水在模型中的运移情况。

(3)饱和实验模拟油并用真空泵对填砂装置抽真空；

将制作完成的填砂装置在注液口处设置三孔阀门9，并将三孔阀门9连接上引流管13，沿导管注入配置好的实验模拟油，使此非均质砂岩油藏物理模型充分饱和实验模拟油，并用真空泵对模拟系统抽真空，而后静置待用。

(4)按照确定的规则部署井网，将饱和有实验油的模拟系统与注入系统和监测系统相连接；

检查注水缸11上的流量控制阀12处于关闭状态，按合理井网部署模式，将引流管13与注入口阀门相连接，将注水缸11中充填适量配置好的实验模拟水待用。根据实际实验需求，可以部署不同的井网，例如，正方形井网和面积井网，将饱和有实验油的模拟系统与注入系统和监测系统相连接。

(5)打开流量控制阀12，注入系统按一定注入速度向模拟系统进行注水驱油实验操作；

按设定的井网部署模式，调节所设定的注入井和采出井位置处的三孔阀门9，所设定的注入井口处的三孔阀门9连接引流管13，所设定的采出井口处的三孔阀门9连接油水流量计14和压力敏感计15，所用三孔阀门9作为流动通道的控制开关，非注入井和采出井的位置处阀门关闭，做关井状态，按设定好的注入速度，打开注入井与采出井位置处的流量控制阀12即可开始水驱油实验。开始驱替实验之前开启平行光源8，平行光源8为模拟系统提供光源，经染色剂染色后的模拟实验用油与模拟实验用水感光性更强，在平行光源8的照射下，油水分界线更加清晰，水驱前缘更加明显，更利于观察剩余油分布规律。

(6)监测模拟注入井点处的流速及压力，监测模拟生产井点处的流速及压力，记录；玻璃透视平板6所呈现的不同时刻的油水分界线，水驱油前缘变化，剩余油分布规律；

油水流量计14用于监测所述注液口或出液口产油速度和产水速度，敏感压力计15用于监测注液口或出液口位置点处的压力；可采用录像设备记录玻璃透视平板6所呈现的不同时刻的油水分界线，水驱油前缘变化，剩余油分布规律。

(7)直至模拟系统几乎不再有油产出，结束实验，关闭流量控制阀，计算模拟非均质砂岩油藏的采收率、含水率等参数。

随时监测记录水驱前缘移动情况，油水分布情况，测量产油、产水速度，及井口处的压力变化，并计算采收率、含水率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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所做的简化描述，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。