带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法与流程

本公开涉及非常规致密油气田开发实验领域，特别涉及带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法。

背景技术：

致密油是一种非常规石油资源，具有基质致密、低渗透的特点，勘探难度大。一般来说，致密油藏储层渗透率的上限为1×10^-3μm²或3×10^-3μm²，最大不超过5×10^-3μm²。美国、俄罗斯、加拿大等国家均已成功开发致密油，例如美国页岩气的快速发展，带动了致密油的开发。由于致密油资源潜力超出预期(估算资源量388.23亿吨)，开采技术取得突破，美国成为致密油开发最多的国家。目前，美国致密油的开发主要集中在巴肯(bakken)、鹰滩(eagleford)和巴内特(barnett)页岩区带内，年产油量约为3600万吨。其中，威利斯顿盆地bakken组是致密油开发的典型代表。

我国致密油藏开发尚处于起步阶段，对于致密油藏开发过程的认识尚存在不清楚之处。由于渗透率低、基质致密，致密油藏一般无自然产能，需要进行压裂改造才具备经济开采价值。然而，由于人工压裂裂缝的裂缝规模和泄油面积具有局限性，导致压裂后初期产能高，后期产量递减快，油田生产稳产困难。

致密油藏开发效果的好坏，很大程度上取决于基质中微裂缝的发育程度。目前在致密油藏开发物理模拟过程中，微裂缝往往被忽略，这会使得模拟效果不能真实反映致密油藏开发过程，导致了致密油藏开发效果被过低估计。实际上，微裂缝的存在使得致密油藏本身的渗流能力大大提升，而且微裂缝空间成为沟通基质与人工裂缝的有效桥梁，使得致密油藏开发成为可能。这就需要在 进行物理模拟过程中，形成一种微裂缝的制作方法，充分考虑微裂缝的发育程度，为致密油藏开发物理模拟提供手段。

目前物理模拟过程对微裂缝的考虑主要是将柱状岩心从中间压开成半截面的半圆岩心柱，然后对截面进行除尘、刻蚀处理后，在截面处垫上条状的惰性材料，来模拟不同裂缝宽度。最后，将两块半圆柱岩心贴合压实(专利cn201510004960.x)。这种方法的局限性在于不能模拟微裂缝的密度、方位等，微裂缝具有随机性。另外，还有一种常规裂缝的模拟方法是在钢板对应的位置涂上石蜡，然后在高温下将石蜡融化来模拟裂缝(专利cn201110187196.6)。这种方法的局限性在于不能模拟油藏岩石性质，与油藏条件差异较大。此外，这种方法也难以模拟微裂缝。

技术实现要素：

本公开提出一种致密油藏开发物理模拟实验中使用的带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法，通过该方法制作的带有微裂缝的致密油藏平板模型，可以模拟微裂缝对于渗透率的影响，为致密油藏开发过程的有效模拟提供参考依据。

本公开采用以下解决方案：

一种带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法，包括以下步骤：

步骤1：在目标油藏的露头砂岩上进行方块切割，获得平板露头砂岩模型；

步骤2：在所述平板露头砂岩模型上钻孔，在孔内设置测压取样点；

步骤3：按照目标油藏的微裂缝分布方向，在所述平板露头砂岩模型上切割沟槽；

步骤4：选取玻璃微珠，将所述玻璃微珠充填与压实在所述沟槽内；

步骤5：在所述测压取样点上设置测压取样口，然后密封所述平板露头砂岩模型。

优选地，在所述步骤1之前执行以下步骤：

在所述目标油藏的露头砂岩上钻取至少两块小样，分别测量每块小样的渗透率和孔隙度。

优选地，所述步骤2还包括打磨所述平板露头砂岩模型的表面。

优选地，所述沟槽为长方形。

优选地，所述步骤3还包括烘干所述平板露头砂岩模型。

优选地，所述步骤4还包括首先选取质量m1的玻璃微珠，在充填所述沟槽之后，记录剩余的玻璃微珠质量m2。

优选地，用环氧树脂、邻苯二甲酸和丁二酸的混合物浇注所述平板露头砂岩模型，以便进行密封。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

通过所述测压取样口测量所述带有微裂缝的致密油藏平板模型的渗透率；

测量所述目标油藏的露头砂岩的渗透率，以及

比较所述带有微裂缝的致密油藏平板模型的渗透率与所述目标油藏的露头砂岩的渗透率。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

选取与所述步骤4中的玻璃微珠粒径不同的玻璃微珠，充填与压实在所述沟槽内。

优选地，通过以下公式确定所述玻璃微珠的半径：

其中，

v1＝a×b×c

v＝v1-v2

v2＝m/ρ

其中，r1为所述玻璃微珠的半径，k为预估的目标油藏露头砂岩的渗透率，所述沟槽为长方形，v为充填玻璃微珠后的所述沟槽的孔隙体积，v1为所述沟 槽的体积，a为所述沟槽的长度，b为所述沟槽的宽度，c为所述沟槽的深度，v2为充填入所述沟槽的玻璃微珠的体积，m为充填入所述沟槽的玻璃微珠的质量，ρ为玻璃微珠的密度。

本公开的有益效果在于在能够制作带有微裂缝的致密油藏平板模型，通过该模型，可以综合模拟微裂缝的方向、密度和渗透率对致密砂岩模型渗透率的影响，为致密油藏微裂缝模拟提供技术手段。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据示例性实施例的带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法的流程图；

图2示出了根据示例性实施例的设置有测压取样点的平板露头砂岩模型示意图；

图3示出了根据示例性实施例的切割微裂缝后的平板露头砂岩模型示意图；

图4示出了根据示例性实施例的t型压实工具示意图；以及

图5示出了根据示例性实施例的玻璃微珠粒间孔隙关系示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

如图1所示，根据示例性实施例的带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法包括以下步骤：

步骤1：制作平板露头砂岩模型。在目标油藏的露头砂岩上进行方块切割，获得平板露头砂岩模型。

作为优选方案，在制作平板露头砂岩模型之前，事先在目标油藏的露头砂岩上钻取至少两块小样，分别测量每块小样的渗透率和孔隙度。当各个小样之间的渗透率和孔隙度的相对偏差较小时，说明所选择的露头砂岩的渗透率和孔隙度较为均匀，适合制作平板露头砂岩模型。一般情况下，可钻取三块小样进行测量。渗透率和孔隙度的相对偏差以小于或等于5％为佳。

作为优选方案，可以对平板露头砂岩模型的表面进行打磨，以平整表面。优选地，可以用砂轮、砂纸等定向打磨表面。

步骤2：设置测压取样点。在平板露头砂岩模型上钻孔，在孔内设置测压取样点。

步骤3：切割微裂缝。按照目标油藏的微裂缝分布方向，在平板露头砂岩模型上切割沟槽，用于模拟微裂缝。

目前多选用小型轨道切割机来切割沟槽。由于切割机的切割刀片限制，一般切割长方形沟槽。优选地，在切割结束后烘干所述平板露头砂岩模型，以便尽快执行下一步骤。

步骤4：充填与压实微裂缝。选取玻璃微珠，将玻璃微珠充填与压实在沟槽内。

优选地，为了使玻璃微珠完全充满沟槽，可以在充填过程中不断压实玻璃微珠。为了方便确定充填在沟槽内的玻璃微珠的质量，可以首先选取质量m1的玻璃微珠，在充填沟槽之后，记录剩余的玻璃微珠质量m2，则充填在沟槽内的玻璃微珠的质量m等于m1-m2。

步骤5：设置测压取样口，密封平板露头砂岩模型。在测压取样点上设置测压取样口，然后密封平板露头砂岩模型，获得带有微裂缝的致密油藏平板模型。密封模型的作用是保护模型表面，防止磨损或损坏。

作为优选方案，用环氧树脂、邻苯二甲酸和丁二酸的混合物浇注平板露头 砂岩模型，以便进行密封。可以在模具中浇注模型，以使得环氧树脂均匀包裹模型。

作为优选方案，为了实现模型微裂缝的有效模拟，所述方法还包括以下步骤：

通过测压取样口测量带有微裂缝的致密油藏平板模型的渗透率；

测量目标油藏的露头砂岩的渗透率，以及

比较带有微裂缝的致密油藏平板模型的渗透率与目标油藏的露头砂岩的渗透率。

首先，可以在密封好的带有微裂缝的平板露头砂岩模型中选取两个测压取样口，其中一个测压取样口作为注入取样口，另一个测压取样口作为采出取样口，测量模型渗透率。然后测量目标油藏的露头砂岩的渗透率，一般情况下，可以选择露头砂岩小样进行测量。最后，比较两种情况下测量的渗透率：如果二者比较接近，说明模型较好地模拟了实际砂岩的微裂缝情况；如果二者偏差较大，说明微裂缝的模拟效果不佳，可改变玻璃微珠的粒径，重新充填沟槽，直到带有微裂缝的致密油藏平板模型的渗透率与目标油藏露头砂岩的渗透率接近。

作为优选方案，可以通过以下公式(1-1)确定所使用的玻璃微珠的半径：

其中，

v1＝a×b×c

v＝v1-v2

v2＝m/ρ

其中，r1为玻璃微珠的半径，k为预估的目标油藏露头砂岩的渗透率，微裂缝为长方形沟槽，v为充填玻璃微珠后的微裂缝的孔隙体积，v1为沟槽的体积，a为沟槽的长度，b为沟槽的宽度，c为沟槽的深度，v2为充填入沟槽的玻璃微 珠的体积，m为充填入沟槽的玻璃微珠的质量，ρ为玻璃微珠的密度。

以下详细解释上述公式的推导过程：

(1)微裂缝的表观孔隙度的计算过程如下：

沟槽体积v1可表述为：

v1＝a×b×c①

其中，沟槽为长方形，a为沟槽长度；b为沟槽宽度，c为沟槽深度。

充填玻璃微珠的质量m为：

m＝m1-m2②

其中，m1为选取玻璃微珠的总质量，m2为剩余玻璃微珠的质量。

根据玻璃微珠的密度，计算充填入沟槽的玻璃微珠体积v2：

v2＝m/ρ③

其中，ρ为玻璃微珠的密度。

通过公式①和③可以计算得到充填玻璃微珠后的微裂缝的孔隙体积v：

v＝v1-v2④

通过公式①和④可以计算得到微裂缝的表观孔隙度φ：

φ＝v/v1×100％⑤

(2)微裂缝的孔隙半径的计算过程如下：

假设沟槽中玻璃微珠是均匀堆积而成的，则粒间孔隙关系如图5所示。依照图5的示意图，可以计算得到粒间孔隙半径r：

⑥

其中，r1为玻璃微珠的半径。

(3)微裂缝渗透率的计算过程如下：

微裂缝填充玻璃微珠后的渗透率k’为：

⑦

其中，τ为迂曲度，φ为微裂缝的表观孔隙度，r为孔隙半径。

在不考虑孔隙连通迂曲度的情况下(即τ＝1)，结合公式⑤和⑦可以得到微裂缝渗透率k’：

⑧

由公式⑧可知，如果预估目标油藏露头砂岩的渗透率为k，那么当按照以上公式(1-1)选择玻璃微珠的半径r1时，模拟的微裂缝的渗透率将与目标油藏的露头砂岩最为接近。在实际操作中，本领域技术人员可以基于已有经验或者其他相关资料预估目标油藏露头砂岩的渗透率为k。

应用示例

根据示例性实施例的带有微裂缝的致密油藏平板模型制作方法包括以下步骤：

(1)制作平板露头砂岩模型，设置测压取样点

在示例性实施例中，致密油藏平板露头砂岩模型取自于与目标油藏性质接近的露头砂岩。在选定露头砂岩后，钻取露头砂岩不同部位，获得3块小样。对3块小样进行端面切割后，将其在100℃恒温箱内干燥24小时以上以备用。干燥之后，测定3块小样的岩心渗透率和孔隙度，当3块小样的岩心渗透率和孔隙度相对偏差小于5％时，表明露头砂岩满足制作模型的条件。

在合格的露头砂岩上进行方块切割，获得尺寸为40cm×40cm×2.7cm的平板露头砂岩模型。然后，对模型表面进行定向砂纸打磨，平整模型表面。接下来，在模型上钻孔，布置测压取样点。测压取样点可根据物理模拟需要选定，在示例性实施例中，在模型上分布36个测压取样点，用于监测模型中的压力分布或取样。图2显示了根据示例性实施例的设置有测压取样点的平板露头砂岩模型，其中的黑点代表测压取样点。

(2)切割微裂缝

首先，按照目标油藏微裂缝分布方向，在露头砂岩模型上用记号笔勾画微裂 缝的位置和方向。在示例性实施例中，以局部微裂缝发育、45°方向为例。然后，将模型固定在小型轨道切割机下方，按照微裂缝的角度调整切割机位置，均匀向下推进切割刀片，形成6cm×0.5cm×1.0cm的长方形沟槽。在切割过程中，可以随时用0.1mpa氮气将沟槽内岩屑吹净。最后，将模型放置在100℃恒温箱中烘干，24小时后，取出待用。切割微裂缝后的平板露头砂岩模型示意图如图3所示。

(3)充填与压实微裂缝

首先，选取100目的玻璃微珠备用，称量玻璃微珠质量m1。然后，将玻璃微珠缓慢倒入平板露头砂岩模型的沟槽中，直至填充沟槽四分之一体积；接着，运用自制t型压实工具(如图4所示)，将沟槽内的玻璃微珠向下压实，在这一过程中，继续倒入玻璃微珠并继续压实，直至沟槽内完全充满压实的玻璃微珠为止，记录剩余的玻璃微珠质量m2。

图4显示自制t型压实工具示意图，其包括压杆1-1、支架1-2、弹簧1-3和压条1-4。其中，压条1-4用于压实沟槽内的玻璃微珠，可根据切割沟槽的尺寸更换。

(4)设置测压取样口，密封平板露头砂岩模型

在带有微裂缝的平板露头砂岩模型的测压取样点1-16上安装测压取样口，如测量接头，然后将带有微裂缝的平板露头砂岩模型放置在模具中，向模具中浇注高温环氧树脂、邻苯二甲酸和丁二酸的混合物，对模型进行密封。待混合物冷却后，将模型从模具中取出，模型表面被密封。

在根据以上步骤制作带有微裂缝的平板露头砂岩模型之后，可以通过测压取样口测量带有微裂缝的平板露头砂岩模型的渗透率。在示例性实施例中，在浇注密封好的带有微裂缝的平板露头砂岩模型中(如图3所示)，选取两个测压取样口，其中一个测压取样口连接至氮气瓶，作为注入取样口，另一个测压取样口连接至气量计，作为采出取样口，测量模型渗透率。

将测得的渗透率与在上述步骤(1)中测得的小样岩心渗透率比较，可以确 定微裂缝对于模型渗透率的影响。另外，可以选择不同的测压取样口作为注入取样口和采出取样口，确定微裂缝方位和密度对模型渗透率的影响。例如，在注入取样口不变的情况下，分别选择测压取样点3、4、5、6、7、8、9、10、11、12作为采出取样口，可以模拟微裂缝方位对模型渗透率的影响。在注入取样口不变的情况下，分别选择测压取样点13、14、15、16作为采出取样口，可以模拟微裂缝密度对模型渗透率的影响。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。