一种确定非混相气驱油开采方式的实验装置的制作方法

本实用新型涉及油气开采
技术领域：
，更为具体地，涉及一种确定非混相气驱油开采方式的实验装置。
背景技术：
：倾斜油藏是油气勘探开发领域里一类特殊的储层，该类油藏与常规油藏在空间结构上具有显著差异，油藏内流体的流动规律与常规油藏也不同，针对这类油藏的开发，目前还没有一套成熟的开发方式，关于倾斜油藏的开发方式的研究大多都处于室内实验阶段或是矿场先导实验阶段。现阶段，对倾斜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。矿场先导实验开发通常都要受限于油藏地质与地面条件，实验的结果也只能适用于特定区块的油藏；而通过室内实验研究主要目的是为了明确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，进而提出适合倾斜油藏的开采方式，从而大幅提高倾斜油藏采出程度。因此，室内实验研究就显得尤为重要。目前，室内实验研究油藏开发主要采用天然岩芯，天然岩芯能准确反映出油藏储层的真实情况，但其局限在于，天然岩芯驱替尺度较小，驱替过程不可视；另一种常见的方式是采用人造圆柱形石英砂岩芯物理模型，此类模型可根据需求而设置模拟尺寸，模型的参数，研究范围更广，但该类模型与天然岩芯一样，驱替过程不可视，不能观测驱替过程的实时油水变化过程；基于不可视的缺点，研究人员开始采用玻璃刻蚀微观物理模型，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。目前的三种常规室内模拟油藏开发的方式都存在一定的缺陷。特别是针对倾斜油藏，通常都采用非混相气驱油的开采手段。这三类手段不再适用，天然岩芯和人造圆柱形石英砂岩芯物理模型都不能实现模拟倾斜油藏的目的，且油藏驱替过程不可视；玻璃刻蚀微观物理模型属于二维模型，玻璃刻蚀微观物理模型虽然实现了驱替过程的可视化，但是，采用玻璃刻蚀来模拟储层的三维孔渗结构存在的误差太大，和实际地质情况不符，也不能承受高压注气，玻璃片容易破碎。因此，急需开发一种能够准确模拟倾斜油藏，同时能够实现可视化驱替以及能够实现研究非混相气驱油方式的实验装置及实验方法。技术实现要素：本实用新型的目的在于解决现有技术中无法准确模拟倾斜油藏，同时能够实现可视化驱替以及能够实现研究非混相气驱油方式的实验装置的技术问题，提供了一种确定非混相气驱油开采方式的实验装置。本实用新型是通过下述技术方案实现：一种确定非混相气驱油开采方式的实验装置，所述实验装置包括平板玻璃模型、注入系统、测量系统和摄像设备，所述平板玻璃模型上设置有螺纹孔，所述螺纹孔用于模拟注气井和模拟采液井；所述平板玻璃模型通过轴承与支架连接；所述注入系统通过注入管线的一端与所述模拟注气井的螺纹孔连接，所述注气管线的另一端与储气罐相连，所述测量系统与所述模拟采液井的螺纹孔通过出液管线连接，摄像设备设置于所述平板玻璃模型的上方。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述注入系统包括储气罐和注入管线；所述测量系统包括出液管线，量筒和电子天平；所述摄像设备为摄像机。在本实用新型的一较佳实施方式中，还包括实验流体以及模拟实验砂砾；所述实验流体包括模拟地层水与模拟实验油，模拟实验砂砾用于模拟油藏骨架；所述模拟地层水由蒸馏水和nacl配置而成，所述模拟地层水的矿化度为2.5g/l，所述模拟地层水的粘度为1mpa·s；所述模拟实验油由普通白油和煤油配置而成，所述模拟实验油的粘度为5mpa·s；所述模拟实验砂砾的目数为80～120目。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述平板玻璃模型采用有机玻璃材料制作而成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述平板玻璃模型由两块大小为100cm×100cm的透明玻璃制成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述平板玻璃模型设计成可围绕所述轴承进行360°旋转，用于模拟不同的倾斜油藏。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述螺纹孔采用5×5等间距设置。在本实用新型的一较佳实施方式中，采用环氧树脂胶对所述平板玻璃模型进行密封。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述摄像设备用于按时间间隔拍摄非混相气驱油实验过程。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述储气罐中储存的注入气体可以是二氧化碳、氮气或者空气中的一种。本实用新型优点至少包括：①提供了一种确定非混相气驱油开采方式的室内实验方法，实现了实验过程的可视化，可用于观察气驱前缘位置的变化、气体优势渗流通道、气体渗流主方向、驱扫位置以及气体波及范围；②通过设置可旋转平板玻璃模型实现了不同油藏倾角的模拟，对于倾斜油藏注气开采方式优选提供了参考。附图说明图1是本实用新型的确定非混相气驱油开采方式的实验装置示意图；图2是本实用新型中测定渗透率实验装置示意图；图3是气驱水实验过程中对驱替前缘的观察示意图图4是气驱水实验不同地层倾角与采出程度关系图图5是气驱水实验不同注气速度与采出程度关系图图6是气驱水和气驱油两种情况下，采出程度与注入体积倍数的关系图图7是气驱水和气驱油两种情况下，采出程度与注入体积倍数的关系图其中：1-平板玻璃模型，2-注入系统，3-测量系统，4-摄像设备，5-螺纹孔，6-储气罐，7-注入管线，8-出液管线，9-量筒，10-电子天平，11-轴承，12-支架。具体实施方式下面将结合附图对本实用新型技术方案进行详尽清楚地描述。图1是本实用新型的确定非混相气驱油开采方式的实验装置示意图。实验装置包括平板玻璃模型1、注入系统2、测量系统3和摄像设备4，所述平板玻璃模型1上设置有螺纹孔5，所述螺纹孔用于模拟注气井和模拟采液井；所述平板玻璃模型1通过轴承11与支架12连接；所述注入系统通过注入管线7的一端与所述模拟注气井的螺纹孔5连接，所述注气管线7的另一端与储气罐6相连，所述测量系统3与所述模拟采液井的螺纹孔通过出液管线8连接，摄像设备4设置于所述平板玻璃模型1的上方。所述注入系统2包括储气罐6和注入管线7；所述测量系统3包括出液管线8，量筒9和电子天平10；所述摄像设备4为高清摄像机。在实际实验过程中，本实用新型的设计者按以下步骤进行实验：设计实验装置，并组装实验装置。将平板玻璃模型内填充有模拟实验砂砾，采用环氧树脂胶对平板玻璃模型1进行密封；为了使模型中的砂砾充分饱和溶液，让充填好砂砾的模型在溶液中放置一天；将注入系统的储气罐6与模拟注气井的螺纹孔5通过所述注入管线7连接；将测量系统与模拟采液井的螺纹孔5通过所述出液管线8连接；将出液管线8末端置于所述量筒9内，量筒9放置在电子天平10上；将平板玻璃模型1饱和蒸馏水并抽真空待用。平板玻璃模型被设计成可围绕轴承11进行360°旋转，此特点可用来模拟地层倾角，模型设计如图2所示。当把有机玻璃浸泡在相应流体中时，可以使内部砂砾充分饱和流体，同时可以自由选择注气井和采出井的位置，例如：顶部的螺纹孔3可以用来进行顶部注气，底部的螺纹孔23可以代表采出井。配置模拟地层水与模拟实验油，选用模拟实验砂砾。考虑到模拟实验油粘度较大，流动性差，因此实验前期选用矿化水代替原油，为了模拟地层水矿化度，在蒸馏水中加入适量nacl，配制为矿化度为2.5g/l的溶液，其粘度为1mpa·s。实验后期选用普通白油与煤油配置实验模拟油，粘度为5mpa·s。所用的注入气体可以是空气、二氧化碳、氮气中的一种。实验选用砂砾的目数为80～120目。测试模拟实验砂砾的孔隙度与模拟实验砂砾渗透率。向量筒中加入一定量的模拟实验砂砾，模拟实验砂砾的体积为v1，然后用胶头滴管向量筒中加入适量体积的水，水的体积为v2，把量筒放置一天，然后观察量筒中剩余的体积v3，减少的体积为v1+v2-v3，模拟实验砂砾的孔隙度为φ。其中：φ为孔隙度，无因次；v1为模拟实验砂砾的体积，cm3；水的体积为v2，cm3；量筒中剩余的体积v3，cm3。测量三组实验数据，最后取算数平均值。表1为孔隙度实验数据。表1模拟实验砂砾孔隙度实验数据组别123v1+v2-v3(cm3)3.34.53.8v1(cm3)121613φ0.2750.2810.292测得的模拟实验砂砾平均孔隙度为0.282。采用垂直线性稳定渗流模型测试方法，用具有压头高度h的向下渗流方式测量渗透率。测定方法如图2所示。根据测试设备修正达西公式：其中：k为液测渗透率，μm2；q为液体的流量，cm3/s；l为填充砂砾的高度，cm；a为断面面积，cm2；ρ为注入液体密度，kg/cm3；g为重力加速度，m/s2；μ为注入液体粘度，mpa·s；h为压头高度，m。实验步骤：①选择玻璃管，并用游标卡尺测量所述玻璃管的内径，用于计算断面面积；②选用合适的筛网用于封堵所述玻璃管，然后向所述玻璃管内充填一定高度的所述模拟实验砂砾；③用直尺测量填充的所述模拟实验砂砾的高度；④通过向所述玻璃管注入液体形成垂直线性稳定渗流来控制压头高度，计算所述模拟实验砂砾渗透率值，重复测量三组实验数据，最后取算数平均值作为所述模拟实验砂砾渗透率值。测量三组实验数据，最后取算数平均值。表2为所测实验数据：表2模拟实验砂砾渗透率数据组别123qcm30.200.210.20ts515150qcm3/s0.00390.00410.004kμm20.3010.3170.307测得的模拟实验砂砾平均渗透率为0.308μm2。分别进行气驱水实验和非混相气驱油实验。气驱水包括实验一、实验二和实验三，其中，实验一：油藏倾角为30°，从顶部3井对油藏进行单独注气，底部23井为采液井，采用注气速度为5.0cm3/s；实验二：油藏倾角为45°，从顶部3井对油藏进行单独注气，底部23井为采液井，采用注气速度为5.0cm3/s；实验三：油藏倾角为30°，从顶部3井对油藏进行单独注气，底部23井为采液井，采用注气速度为7.7cm3/s。实验过程中控制注入压力，时刻注意压力变化，注意避免压力过大损坏实验装置。非混相气驱油包括实验四、实验五和实验六，其中，实验四：油藏倾角为30°，从顶部3井对油藏进行单独注气，底部23井为采液井，采用注气速度为5.0cm3/s；实验五：油藏倾角为45°，从顶部3井对油藏进行单独注气，底部23井为采液井，采用注气速度为5.0cm3/s；实验六：油藏倾角为30°，从顶部3井对油藏进行单独注气，底部23井为采液井，采用注气速度为7.7cm3/s。实验过程中控制注入压力，时刻注意压力变化，注意避免压力过大损坏实验装置。三组气驱水实验数据如表3-表5所示。表3气驱水倾角30°注气速度5.0cm3/s数据表4气驱水倾角45°注气速度5.0cm3/s数据t(s)0175189122169204er(％)00.2841.1352.0432.7523.8014.482t(s)248282329365416469524er(％)5.5046.277.2067.9438.9369.92911.007t(s)5816427067748469431025er(％)12.11313.13514.21315.26216.31217.44719.035t(s)1112120513061414153216591800er(％)20.14221.30522.46823.60324.73825.92927.092t(s)1955212923232544279630913446er(％)28.1729.50430.9532.42633.84435.34836.823t(s)38744400511061627045er(％)38.32639.77341.19142.66743.83表5气驱水倾角30°注气速度7.7cm3/s数据t(s)015457097133170er(％)00.2551.3052.0142.7233.7734.709t(s)207245285327372418466er(％)5.736.7237.668.6529.70210.72311.801t(s)518574632696784856934er(％)12.59613.50414.2715.0921617.07818.27t(s)1018110812061313143015601704er(％)19.14920.11320.99321.98622.89423.80124.681t(s)1874204422502485276130903492er(％)25.58926.46827.34828.22729.10630.04330.95t(s)3978462555626745er(％)31.88732.70933.61734.582图3为气驱水实验过程中对驱替前缘的观察示意图。气体渗流主方向基本沿着注气井与采出井连线，方向指向采出井，由于填砂均匀，气驱前缘基本呈弧形推进，沿注入井到产出井位置方向推进速度较快，两侧推进速度较慢。图4给出了气驱水实验不同地层倾角与采出程度关系，模拟30°地层倾角和45°地层倾角，在高注低采、连续注气的方式下，采出程度与注入体积倍数的关系，通过对比可以看出：在注入体积倍数为94时，模拟45°地层倾角下的连续注气(高注低采)情况下的采出程度比模拟30°地层倾角下的连续注气(高注低采)情况下的采出程度高出3.8％。这主要是由于空气的密度远低于水，地层倾角越大越有利于气体在顶部聚集，水气重力分离作用明显，因而采出程度较大。本组实验表明：存在一定地层倾角的油藏对实施气驱是有利的，且地层倾角越大，越有利于气体在顶部形成气顶，驱替的效果更好。图5为气驱水实验不同注气速度与采出程度关系，模拟30°地层倾角，在注气速度分别为5.0cm3/s、7.7cm3/s的情况下，采出程度与注入体积倍数的关系，通过对比可以看出：在较高的注气速度下，前期的采收速率较高，但是最终采出程度较低，这是由于在较高注气速度下，气体较快突破，形成气窜，不利于驱油，采出程度降低。因此对于注气开发的油田，可根据油田的储层物性特点，结合经济极限产量的约束，确定合理的注气速度。三组非混相气驱油实验数据如表6-表8所示。表6气驱油倾角30°注气速度5.0cm3/s数据pv数(f)00.41.131.62.212.963.53er(％)00.190.630.891.191.631.91pv数(f)4.114.685.275.876.497.127.77er(％)2.232.542.853.133.443.774.08pv数(f)8.449.129.8110.5611.3212.1112.91er(％)4.434.775.115.455.826.136.49pv数(f)13.7614.9215.8316.7917.7918.8419.93er(％)6.847.217.778.158.528.99.31pv数(f)21.0922.2923.5724.9326.3727.9229.59er(％)9.6910.0810.4910.8711.2711.6712.04pv数(f)31.3633.2835.3737.6740.1742.9646.09er(％)12.4312.8213.2113.6114.0114.414.81pv数(f)49.6753.7958.4564.0370.9380.1291.73er(％)15.2215.6216.0316.4516.8317.2617.67表7气驱油倾角45°注气速度5.0cm3/s数据表8气驱油倾角30°注气速度7.7cm3/s数据pv数(f)0.411.131.542.182.923.494.07er(％)0.190.630.891.191.631.912.23pv数(f)4.645.245.856.517.177.868.58er(％)2.542.853.143.453.774.084.43pv数(f)9.3210.0810.9211.7912.6913.6114.62er(％)4.775.075.345.645.886.166.44pv数(f)16.117.1918.3619.5920.922.2823.76er(％)6.767.247.567.848.158.488.79pv数(f)25.326.9628.7530.6632.7334.9937.41er(％)9.19.449.7410.0710.410.6911pv数(f)40.0642.9846.249.7553.7458.2563.45er(％)11.3211.6311.9612.2812.612.9313.26pv数(f)69.4876.3684.6494.97108.81126.38er(％)13.5913.9214.2514.5614.9115.24通过实验数据和对现象的观察，气驱油前缘也以弧形推进，并且注气井和生产井之间连线方向推进较快，气体渗流主方向也基本沿着注气井与采出井连线方向，但是气驱油前缘推进速度明显比气驱水缓慢。图6给出了气驱水和气驱油两种情况下，地层倾角为30°，注气速度分别为5.0cm3/s、7.7cm3/s时，采出程度与注入体积倍数的关系。可以看到，对于气驱油来说，注气速度越大，后期采出程度较低，原因在于注气速度过大使得气驱前缘过早突破，采出程度下降；在不同注气速度下，采出程度都低于驱水效率，这是由于实验模拟油粘度大于水的粘度，渗流阻力大，同时由于实验模拟油密度小于水的密度，油气密度比比水气密度比小一些，重力分异作用的效果也相对弱一些。图7给出了气驱水和气驱油两种情况下，注气速度为5.0cm3/s，地层倾角分别为30°和45°时，采出程度与注入体积倍数的关系。可以看到，对于气驱油来说，地层倾角越大，采出程度越高，原因在于地层倾角越大则重力分异作用越明显；在不同地层倾角下，采出程度都低于驱水效率，这也是由于实验模拟油粘度大于水的粘度，渗流阻力大，同时实验模拟油密度小于水的密度，重力分异作用的效果弱导致的。由上述实验结果可知，对于倾斜油藏进行非混相气驱油时，要尽量采用缓速、温和注气的注气方式，防止由于注气速度过大使得气驱前缘过早突破，采出程度下降；选择“高部位注气，低部位采油的开发方式”，充分利用地层倾角所造成的重力分异作用来提高采出程度。在本实用新型的描述中，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实用新型所做的简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。当前第1页1 2 3