一种模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法与流程

本发明涉及油田开发技术领域，具体涉及一种模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法。

背景技术：

塔里木盆地是我国重要的油气盆地，其中缝洞型油藏储量丰富。缝洞型碳酸盐岩油藏储层非均质性极强，塔河油田利用注水采油技术，注入盐水使缝洞体下部原油液面抬升，达到增油的目的。当注水井失效后，可注入氮气，驱替缝洞体上部的“阁楼油”，从而解决了油藏“初产高、衰竭快”的难题。在单井注气的基础上，利用单元注气，获取缝洞体间的剩余油，实现井组规模增油。塔河油田，从2012年进行注气先导试验开始，累计注气9.4亿方，增油264万吨。

物理模拟是通过实验室物理实验模拟真实物理过程的方法。对于缝洞型油藏开发，可以采用物理模拟方法模拟复杂地层条件下的缝洞型油藏注水、注气开发过程,对于制定科学的符合油田实际的开发技术政策,达到经济、合理、高效的开发油田的目的具有重要的意义。

目前，对缝洞型油藏注水开发过程进行物理模拟方法，一般包括两种。一种为常温常压下，通过物理模拟装置进行物理模拟，物理模拟装置可采用基于地震资料刻画的类似模型(郑小敏、孙雷、王雷等人提出的“缝洞型油藏大尺度可视化水驱油物理模拟实验及机理[j],地质科技情报，2010,29(2)：77-80”等)，也可以采用规则模型(吕爱民、李刚柱、谢昊君等人提出的“缝洞单元水驱油注采机理实验研究[j],科学技术与工程，2015,15(18)：50-54”等)；另一种为高温高压下，通过物理模拟装置进行物理模拟，同样的，物理模拟装置可采用基于地震资料刻画的类似模型(侯吉瑞、李海波、姜瑜等人提出的“多井缝洞单元水驱见水模式宏观三维物理模拟[j],石油勘探与开发，2014,41(6)：717-722”等)，也可以采用规则模型(王殿生提出的“缝洞型介质流动机理实验与数值模拟研究,2009年，博士论文”等)。

上述两种物理模拟方法可以用来模拟注水开发规律，能够比较好的指导现场实践与油田开发。但是，当采用同样的方法模拟注气开发时，存在以下技术问题：

一、在常温常压下通过物理模拟装置进行注气模拟时，不能较好地模拟气体的密度，因为实际采油过程中，注入油藏中的氮气密度大致为0.35g/cm³，而常温常压下氮气的密度大致为0.00125g/cm³，如果不经特殊处理，气体密度差距太大，如此会导致模拟中置换速度和运移规律与在地层中实际情况具有较大差异。

二、如果要较好的模拟气体密度，则需在大致60mpa和120°的高温高压条件下进行模拟，该高温高压下的物理装置尽管能够模拟地层条件注气开发规律，但是造价昂贵(一般每套价格达到50万元-150万元)，且可视范围较小(30mpa高压下视窗大小不大于25cm2)，且设备比较笨重；同时，高温高压的模拟环境存在对实验人员的潜在危险。

因此，如何提供一种能够于常温常压下进行成本低、可视化范围大且能较准确模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法便成为了本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种能够于常温常压下进行成本低、可视化范围大且能较准确模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法。

本发明提供一种模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法，包括如下步骤：

步骤一：常温常压下制备均呈液态的第一物质和第二物质，所述第一物质与所述第二物质的密度差和原油与气体的密度差相同，所述原油的密度为缝洞型油藏环境下的原油密度，所述气体的密度为缝洞型油藏环境下的注入的气体密度；

步骤二：常温常压下制备模拟模型，所述模拟模型为裂缝模型或者裂缝-溶洞模型；

步骤三：常温常压下，用所述第一物质模拟原油，用所述第二物质模拟气体，先将所述第一物质填充于所述模拟模型中，再将所述第二物质注入所述模拟模型中，通过第二物质的运移规律来模拟缝洞型油藏注气气体的运移规律。

作为优选，步骤一和步骤二的顺序可以互换。

作为优选，所述第一物质为盐水，所述第二物质为染色的呈现与所述盐水不同颜色的油。

作为优选，所述气体为氮气。

作为优选，所述模拟模型为裂缝-溶洞模型，所述裂缝-溶洞模型包括四个溶洞，四个所述溶洞形状相同且均为球体，四个所述溶洞分布排列于一个矩形的四个顶点处，两个所述溶洞位于较高的同一水平面上，另两个所述溶洞位于较低的同一水平面上，所述矩形的四个边为四个所述裂缝，每个所述裂缝与其两端的两个所述溶洞分别连通，每个所述溶洞还分别与另外的一个所述裂缝连通，所述裂缝的裂缝宽度不小于0.1mm。

作为优选，所述溶洞的直径为10mm。

作为优选，所述模拟模型为裂缝模型，所述裂缝模型包括上下平行设置的两个裂缝，两个所述水平裂缝之间分别通过两个平行设置的竖直裂缝连通，所述两个水平裂缝和所述两个竖直裂缝的裂缝宽度不小于0.1mm。

作为优选，所述两个水平裂缝和所述两个竖直裂缝的裂缝宽度的范围为0.5-3mm。

作为优选，所述两个水平裂缝和所述两个竖直裂缝的裂缝宽度为0.5mm或者1mm或者2mm或者3mm。

作为优选，所述第二物质为染色的油，采用所述裂缝-溶洞模型进行模拟，所述裂缝-溶洞模型的裂缝宽度为1mm、溶洞直径为10mm，配置密度为1200kg/m³的盐水为所述第一物质以模拟所述原油，配置密度为800kg/m³的油为所述第二物质以模拟所述氮气，先将所述盐水注入所述裂缝-溶洞模型，再将所述油以0.6m/s的速度注入所述模拟模型。

作为优选，所述第二物质为染色的油，采用所述裂缝-溶洞模型进行模拟，所述裂缝-溶洞模型的裂缝宽度为1mm、溶洞直径为10mm，配置密度为1220kg/m³的盐水为所述第一物质以模拟所述原油，配置密度为820kg/m³的油为所述第二物质以模拟所述氮气，先将所述盐水注入所述裂缝-溶洞模型，再将所述油以0.4m/s的速度注入所述模拟模型。

作为优选，所述第二物质为染色的油，采用所述裂缝-溶洞模型进行模拟，所述裂缝-溶洞模型的裂缝宽度为1mm、溶洞直径为10mm，配置密度为1200kg/m³的盐水为所述第一物质以模拟所述原油，配置密度为800kg/m³的油为所述第二物质以模拟所述氮气，先将所述盐水注入所述裂缝-溶洞模型，再将所述油以0.8m/s的速度注入所述模拟模型。

作为优选，还包括步骤四：采用vof数值模拟方法验证采用所述模拟模型所模拟的运移规律的可靠性。

作为优选，步骤一中，向所述第一物质中或者所述第二物质中添加带有颜色的染料，

或者，向所述第一物质添加第一种染料，向所述第二物质中添加第二种染料，所述第一种染料和所述第二种染料为不同颜色的两种染料。

本发明所述提供的模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法，具有如下技术效果：

依据缝洞型油藏注气气体的运移形式为重力分异以及与缝洞结构相关的洞顶漂移，本方法在常温常压环境下采用第一物质模拟原油，采用第二物质模拟气体，并通过模拟油藏条件下气体与原油的密度差，来实现达到观察缝洞型油藏条件下注入气体的运移规律，进一步以高效指导实际中的缝洞型油藏注气开发；所提供的方法和方法中所用的模拟模型均是在常温常压的环境下进行操作，成本低廉且操作过程安全，同时整套设备可全域可视，远大于高温高压的可视范围，能够更加清楚地观察缝洞型油藏中气体流动规律。

作为优选，第一物质为盐水，第二物质为染色的呈现与所述盐水不同颜色的油，该物质易获取，可进一步降低该方法的成本，同时便于将第一物质与第二物质区分开来，易于观察第二物质的运移规律。

作为优选，气体为氮气，其容易获取且成本较低。

作为优选，模拟模型为规则的裂缝-溶洞模型或者裂缝模型，模拟模型易制作。

作为优选，模拟模型中的裂缝宽度不小于0.1mm，以保证模拟气体的油能顺利通过裂缝。

作为优选，将该模拟方法中用到的物质的特性，比如密度、黏度等，输入vof模型中，在vof模型中通过数值计算并转化成特定的模拟气体运移规律的画面，再将本方法中实际观察到的气体的运移规律与上述数值模拟画面进行对比验证，可进一步确定该方法模拟的可靠性，进而为实际油田开发提供更可靠的依据。

作为优选，步骤一中，向第一物质中或者所述第二物质中添加带有颜色的染料，或者，向第一物质添加第一种染料，向第二物质中添加第二种染料，第一种染料和第二种染料为不同颜色的两种染料，易于将两者区分开来。

附图说明

图1为本发明所提供的裂缝-溶洞模型的结构示意图；

图2为本发明所提供的裂缝模型的结构示意图；

图3为本发明中第一实施例中模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的示意图；

图4为本发明中第二实施例中模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的示意图；

图5为本发明中第三实施例中模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的示意图。

图1-5中的附图标记如下：

1溶洞，2裂缝，3盐水，4油。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图1-5所示，图1为本发明所提供的裂缝-溶洞模型的结构示意图；图2为本发明所提供的裂缝模型的结构示意图；图3为本发明中第一实施例中模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的示意图；图4为本发明中第二实施例中模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的示意图；图5为本发明中第三实施例中模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的示意图。

本发明提供一种模拟缝洞型油藏注气气体运移规律的方法，包括如下步骤：

步骤一：常温常压下制备均呈液态的第一物质和第二物质，第一物质与第二物质的密度差和原油与气体的密度差相同，原油的密度为缝洞型油藏环境下的原油密度，气体的密度为缝洞型油藏环境下的注入的气体密度；

步骤二：常温常压下制备模拟模型，模拟模型为相连通的裂缝模型或者相连通的裂缝-溶洞模型；

步骤三：常温常压下，用第一物质模拟原油，用第二物质模拟气体，先将第一物质填充于模拟模型中，再将第二物质注入模拟模型中，通过第二物质的运移规律来模拟缝洞型油藏注气气体的运移规律。

依据缝洞型油藏注气气体的运移形式为重力分异以及与缝洞结构相关的洞顶漂移，本方法在常温常压下采用第一物质模拟原油，采用第二物质模拟气体，并通过模拟油藏条件下气体与原油的密度差，来实现达到观察缝洞型油藏条件下注入气体的运移规律，进一步以高效指导实际中的缝洞型油藏注气开发；所提供的方法和方法中所用的模拟模型均是在常温常压的环境下进行操作，成本低廉且操作过程安全，同时整套设备可全域可视，远大于高温高压的可视范围，能够更加清楚地观察缝洞型油藏中气体流动规律。

上述提到的步骤一和步骤二的顺序不受限制，两者可以互换。

该方法中，在具体实施时，第一物质为常见的盐水3，即由氯化钠配置而成，实施时配置的为高密度盐水，第二物质为染色的为呈现与所述盐水不同颜色的油4，该油可以为实际从地下采出的原油。

第一物质为盐水3，第二物质为油4，两种物质均易获取，可进一步降低该方法的成本。

在实际注气采油过程中，往往注入易获取的氮气，所以该方法中，优选的气体也是氮气。

进一步的，如图1所述，模拟模型可为裂缝-溶洞模型，其包括四个溶洞1，四个溶洞1形状相同且均为球体，四个溶洞1分布排列于一个矩形的四个顶点处，两个溶洞1位于较高的同一水平面上，另两个溶洞1位于较低的同一水平面上，矩形的四个边为四个裂缝2，每个裂缝2与其两端的两个溶洞1分别连通，每个溶洞1还分别与另外的一个裂缝2连通，其中，裂缝的裂缝宽度不小于0.1mm。

该裂缝-溶洞模型为规则的模型，易制作。当然，也可以制造不规则的模拟模型，比如包括的若干溶洞的直径各不相同，包括的若干裂缝的宽度也各不相同。要求裂缝宽度不小于0.1mm，以保证模拟气体的油能顺利通过裂缝。

实际模拟过程中，将模拟气体的油4通过裂缝2注入，油4沿裂缝2进入溶洞，该过程被全程观察，通过观察油4的运动过程，可知实际采油过程中注入地下的氮气的运移规律。可以分多次模拟，每次模拟中，注入油4的速度可以不同，进而通过观察相对应的运移规律，可模拟出大概的以同样的速度将气体注入地下油藏后，该气体的运移规律，比如，注入油4的速度如果较小的话，其可能就不能顺利的通过模拟模型，为此，在实际采油过程中，应当以大于该速度的数值速度向油藏注入氮气。可见，通过该模拟，可指导实际中的缝洞型油藏注气开发，进而可提高采油效率和提升采油量。

其中，溶洞1的直径可以为10mm。

由于实际的地下缝洞型油藏的结构及其复杂，所以模拟模型不限于上述，比如也可采用如图2所示的裂缝模型，其包括上下平行设置的两个裂缝2，两个所述水平裂缝2之间分别通过两个平行设置的竖直裂缝2连通，所述两个水平裂缝2和所述两个竖直裂缝2的裂缝宽度不小于0.1mm。

进一步的，裂缝宽度的范围为0.5-3mm。

进一步，裂缝宽度为0.5mm或者1mm或者2mm或者3mm。

本发明中，见图3-5，分别为该方法的三个实施例，其模拟的缝洞型油藏注气气体相应运移规律的显示。

这三个实施例所采用的模拟模型均为裂缝-溶洞模型，裂缝-溶洞模型的裂缝宽度为1mm、溶洞直径为10mm。

第一实施例中，配置密度为1220kg/m³的盐水3为第一物质以模拟所述原油，配置密度为820kg/m³的油4为第二物质以模拟氮气，先将所述盐水注入所述裂缝-溶洞模型，再将油4以0.6m/s的速度注入模拟模型，其运移规律如图3所示，油4，即模拟的“气体”进入溶洞后，沿着射流的方向打在溶洞的壁面上，形成旋流，并发生破碎，一部分沿着沟通裂缝进入下个溶洞，其他的一部分在溶洞顶部聚集。通过该实施例的运移规律的显示，可知当氮气以0.6m/s的速度注入实际缝洞型油藏后，该氮气的运移规律。

第二实施例中，配置密度为1220kg/m³的盐水3为第一物质以模拟原油，配置密度为820kg/m³的油4为第二物质以模拟氮气，先将所述盐水注入所述裂缝-溶洞模型，再将油4以0.4m/s的速度注入模拟模型，其运移规律如图4所示，油4，即模拟的“气体”进入溶洞后，油段进入溶洞后，逐渐呈现圆球形，在液体的射流作用下，油滴被分为上、下两部分，上部油滴在溶洞顶部聚集，下部油滴窜至下一溶洞。通过该实施例的运移规律的显示，可知当氮气以0.4m/s的速度注入实际缝洞型油藏后，该氮气的运移规律。

第三实施例中，配置密度为1200kg/m³的盐水3为第一物质以模拟原油，配置密度为800kg/m³的油4为第二物质以模拟氮气，先将所述盐水注入所述裂缝-溶洞模型，再将油4以0.8m/s的速度注入模拟模型，其运移规律如图5所示，油4，即模拟的“气体”进入溶洞后，在裂缝中发生破碎，进入溶洞后，沿着射流的方向打在溶洞的壁面上，形成旋流，并发生破碎，部分沿着沟通裂缝进入下个溶洞，部分在溶洞顶部聚集。通过该实施例的运移规律的显示，可知当氮气以0.8m/s的速度注入实际缝洞型油藏后，该氮气的运移规律。

上述三个实施例中油4的运移规律，可通过图3-5示出，可指导实际采油过程中，当以相同速度注入氮气时，该氮气在缝洞型油藏中的运移规律。

进一步的，还包括步骤四：采用vof数值模拟方法验证采用所述模拟模型所模拟的运移规律的可靠性。

将该模拟方法中用到的物质的特性，比如密度、黏度等，输入vof模型中，在vof模型中通过数值计算并转化成特定的模拟气体运移规律的画面，再将本方法中实际观察到的气体的运移规律与上述数值模拟画面进行对比验证，可进一步确定该方法模拟的可靠性，进而为实际油田开发提供更可靠的依据。

进一步的，步骤一中，向第一物质中或者第二物质中添加带有颜色的染料，

或者，向第一物质添加第一种染料，向第二物质中添加第二种染料，第一种染料和第二种染料为不同颜色的两种染料。

该操作易于将第一物质与第二物质区分开来。

以上实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。