一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型及填装方法与流程

本发明涉及一种应用于油气田开发物理模拟实验技术领域中的室内驱替实验研究装置及方法。

背景技术：

目前，我国一些注水开发油田已进入高含水开发阶段，但原油采收率仍然较低。究其原因，是在油田注水开发过程中，油藏平面和纵向的非均质性、油水粘度的差异以及注采井网的注采关系不平衡等因素致使驱替流体以指进或舌进的方式沿高渗层突进，而油藏低渗层未被波及，大量原油仍然滞留在地层中。因此，采用调驱技术改善油藏波及效率是提高原油采收率的重要手段。调驱技术研发、调驱剂性能评价等通常都需要开展室内物理模拟实验。

开展室内物理模拟实验，构建适当的岩心模型是基础。油气田开发过程中开展室内物理模拟实验所用的岩心模型主要有取自地层的天然圆柱形岩心、微观玻璃蚀刻模型、人造的柱状或平板岩心以及填砂管模型等。其中天然岩心获取困难，成本高；微观玻璃蚀刻模型尺寸小、成本高、不能耐温和耐压；人造的柱状或平板岩心耐温和耐压性能一般。填砂管模型，采用不同粒径的石英砂和不同的压实程度模拟地层，多表现为一维填砂管，其特点是可重复填装、造价低，可耐高温高压，在很多室内驱替实验中得到应用。

对于需要模拟非均质地层的情况，目前多采用非均质平行双管或三管填砂模型。虽然平行管模型在评价凝胶、泡沫等调驱剂的封堵、分流特性方面发挥了非常重要的作用。但由于平行管之间彼此隔绝，注入流体流过平行管时，高低渗透管中的流体之间无法沿程流通传递，仅在模型入口处发生分流，不能真实模拟实际非均质油藏层间流体的窜流绕流特征。另外，常规填砂模型结构及流程较复杂，为模拟油藏温度需置于恒温烘箱中，使用不甚方便。对此，研究人员对填砂模型进行了有益的改进尝试。实用新型专利（授权公告号：CN204314270U）公开了一种单管隔板非均质模型，采用隔板将岩心管内部隔成不同隔间并放置不同渗透率岩心的方式来模拟油藏非均质性。该模型结构简单、使实验流程简化，但流体不能通过隔板在不同渗透率岩心之间流动。发明专利申请（申请公布号：CN105201470A）通过圆柱形铜网分隔高低渗透区域，从而克服了非均质平行双管模型以及单管隔板非均质模型不能体现真实非均质油藏的层间绕流特征的缺陷。但该填砂管采用将砂粒沉没于去离子水中并轻轻敲打有机玻璃管的方式使石英砂充填密实均匀，在压实砂层实现低渗透率方面可能会存在一些问题。另外，该填砂模型不具有自恒温功能，在模拟油藏温度方面的操作应该与传统填砂模型置于恒温烘箱中的复杂程度类似。实用新型专利（授权公告号：CN 205154120U）提出了一种带有自热功能的填砂模型管，解决了现有填砂模型管存在的升温慢、高温操作复杂的问题，但该填砂模型不能采用单管实现地层非均性的模拟。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型及填装方法，利用此方案可真实模拟实际非均质油藏层间流体的窜流、扰流现象。

本发明的技术方案是：该种驱替实验用非均质自恒温填砂模型，包括模型主体、端盖、过滤网、密封垫、连接螺栓、加热控温套、用于方便模型的填装和模拟地层倾角的转动轴及支架、测温孔、测压孔以及注采接口，其独特之处在于：

所述模型还具有刚性多孔隔板，所述刚性多孔隔板可以分隔将其两侧的填砂层，但不阻碍模拟实验流体通过其孔眼流通；所述模型主体和端盖均为不锈钢材质；

所述模型主体内部为长方体，其内壁上加工有导向固定槽，可插入刚性多孔隔板将主体内部空间划分为多层隔间，每个隔间根据地层渗透率大小和韵律的具体要求填装相应目数组合的石英砂，模拟地层的非均质性；所述模型主体外部设置加热控温套，实现填砂模型自恒温；

测温孔、测压孔设置在所述模型的顶面和底面，以便实验过程中监测模型内部温压场的变化。

一种制造前述驱替实验用非均质自恒温填砂模型的填装方法，该方法包括以下步骤：

1）根据具体实验对模型非均质性的要求，确定各填砂层的渗透率和孔隙度，并根据经验选择石英砂的目数及比例，用分样筛制备相应粒径的石英砂；

2）在模型主体的一端装上滤网、密封垫并用连接螺栓与端盖连接组装，然后通过旋转轴将模型竖直放置，组装好的一端朝下；

3）沿主体内壁上的导向固定槽插入刚性多孔隔板，将模型主体的内部空间按实验要求层数分隔成相应的隔间；

4）将选定好的不同石英砂组合等体积少量加入相应的隔间，并用相应的特制压实块进行压实，直到将隔间填满。在填砂过程中，将相应高度位置的温度探头和压力探头通过测温测压孔插入填砂模型并连接好；

5）在模型主体的上端装上滤网、密封垫并用连接螺栓与端盖连接组装，然后将注采接口连接到端盖上后进行压力测试。

本发明具有如下有益效果：本发明的目的是解决采用传统非均质平行双管或三管填砂模型开展驱替实验时，注入流体在平行管中流动的过程中高低渗透管间流体无法沿程传递与交换，仅能在模型入口处发生分流，不能真实模拟实际非均质油藏层间流体的窜流或绕流的问题，同时解决传统填砂管不具备自恒温功能且流程比较复杂而使用不便等问题，为凝胶、泡沫调驱以及注化学剂、注蒸汽等提高原油采收率机理及效果评价的室内驱替实验研究提供一种重复使用、操作方便、功能较强的可作为独立单元的非均质填砂模型及填装方法。具体实施时，本发明采用刚性多孔隔板实现不同渗透率砂层单管填装，不同砂层中的流体可通过隔板孔眼沿程流通，从而真实模拟实际非均质油藏层间流体的窜流扰流现象；另外，该模型辅以自恒温功能，使填砂模型脱离恒温箱以独立的非均质岩心模型单元呈现，可用于凝胶、泡沫调驱以及注化学剂、蒸汽等提高原油采收率机理及效果评价等室内驱替实验研究。

附图说明：

图1为本发明的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型的剖面示意图。

图2为本发明的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型的方形端面示意图。

图3为本发明的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型的圆形端面示意图。

图4为本发明的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型所用特制压实块示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1所示，该下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细阐述，以使本发明公开的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型及填装方法的特征和使用方法更加明确。

本发明所述的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型，如图1、图2、图3所示。该模型由端盖3、密封垫4、圆形不锈钢滤网、模型主体5、刚性多孔隔板10、填砂层7、连接螺栓1、加热控温套6、旋转轴及支架8、测温孔9、测压孔11以及注采接口2等部分组成，其中模型主体和端盖等均采用不锈钢材质进行加工。各部分的组装方式为：注采接口2+ 端盖3+ 密封垫4+ 模型主体5+ 密封垫4+ 端盖3+ 注采接口2；模型主体5的两端加不锈钢滤网；模型主体5的内部安装刚性多孔隔板10并在隔间填入相应目数组合的砂层7；模型主体5的顶面和底面开设测温孔9和测压孔11并安装相应测温测压接头；模型主体5的外部安装加热控温套6；模型主体通过旋转轴8安装在支架上。

模型主体5的内部为长方体，其内壁上加工有导向固定槽，可插入刚性多孔隔板10将主体内部空间划分为多层隔间，每个隔间根据地层渗透率大小和韵律的具体要求填装相应目数组合的石英砂层（或其它材质填充层）7，模拟地层的非均质性。模型主体5的外部为长方体，如图2，为增大其承压能力可加工成圆柱体，如图3。所述模型主体5的内壁进行粗糙化处理，避免驱替过程中实验流体沿壁面窜流。

所述填砂模型的尺寸及隔板数量可根据具体实验要求在加工时进行调整。所述刚性多孔隔板10可将其两侧的填砂层进行分隔，但不阻碍模拟实验流体通过其孔眼流通。石英砂层7的目数组合根据具体实验进行设计。石英砂层7采用特制的压实块，如图4所示进行压实。

所述模型顶面和底面设置的测温、测压孔数量根据具体实验要求在模型加工时进行调整，以满足实验过程中监测模型内部温压场变化的要求。所述填砂模型通过旋转轴及支架进行角度调节，方便模型的填装和模拟地层倾角的设置。

本发明所述的一种驱替实验用非均质自恒温填砂模型的填装方法包括以下步骤：

1）根据具体实验对模型非均质性的要求，确定各填砂层7的渗透率和孔隙度，并根据经验选择石英砂的目数及比例，用分样筛制备相应粒径的石英砂；

2）在模型主体5的一端装上滤网、密封垫4并用连接螺栓1与端盖3连接组装，然后通过旋转轴8将模型竖直放置，组装好的一端朝下；

3）沿主体5内壁上的导向固定槽插入刚性多孔隔板10，将模型主体5的内部空间按实验要求层数分隔成相应的隔间；

4）将选定好的不同石英砂组合等体积少量加入相应的隔间，并用相应的特制压实块进行压实，直到将隔间填满。在填砂过程中，将相应高度位置的温度探头和压力探头通过测温测压孔插入填砂模型并连接好；

5）在模型主体5的上端装上滤网、密封垫4并用连接螺栓1与端盖3连接组装，然后将注采接口2连接到端盖上后进行压力测试。

至此，填装好的非均质自恒温填砂模型可以以脱离恒温箱的独立非均质岩心模型单元用于凝胶、泡沫调驱以及注化学剂、蒸汽等提高原油采收率机理及效果评价等室内驱替实验研究。