用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统的制作方法

本发明涉及复杂探区石油和天然气勘探石油实验技术领域，尤其涉及一种用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统。

背景技术：

中国石化西北油田分公司塔河油田三叠系砂岩油藏为块状底水油藏，底水油藏产量占全区产量比例大。随着进入油田开发中后期底水锥进明显，含水上升快，油田稳产的难度大，因此需要通过建立强底水非均质物理模型模拟水锥进，准确地把握底水油藏底水的水锥形态，并开展泡沫驱油室内模拟评价，为底水油藏的开发提供实验技术支持。

经查询目前国内各油田实验室还没有一套很好满足塔河油田强底水非均质物理模拟及泡沫驱替评价的系统和方法。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统。

根据本发明内容，提供了一种用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统，包括：

非均质物理模拟装置，其用于隔夹层和不同储层韵律段的模拟和水锥形态的获取；以及

泡沫驱替评价装置，其与非均质物理模拟装置相连，用于对泡沫驱替前后进行可视观察以及进行泡沫取样、完成泡沫驱油堵水实验以及油气的水分离计量。

根据本发明提供的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统，其包括非均质物理模拟装置，其用于隔夹层和不同储层韵律段的模拟和水锥形态的获取；以及泡沫驱替评价装置，其与非均质物理模拟装置相连，用于对泡沫驱替前后进行可视观察以及进行泡沫取样、完成泡沫驱油堵水实验以及油气的水分离计量。基于本发明的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统，可以进行非均质储层、不同强度底水驱油和泡沫驱油模拟，可以进行恒速恒压模式模拟油藏底水，通过泡沫驱替评价装置对模拟情况进行评价和反馈，指导油藏开发，为油藏开发提供良好的实验支撑。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统的模型图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟装置的示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟装置获取的水锥形态成像图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的强底水模拟模块的示意图；

图6(a)-(e)示出了根据本发明的一个实施例的不同组合方式的夹层韵律段；

图7(a)-(f)示出了根据本发明的一个实施例的采用不同夹层避水高度时的无水采油期以及采收率；

图8(a)-(e)示出了根据本发明的一个实施例的不同方式的夹层遮挡对水锥的抑制效果及采收率的影响；

图9(a)-(h)示出了根据本发明的一个实施例的不同采液速度对含水率的影响；

图10示出了根据本发明的一个实施例的不同驱替倍数下渗透率的变化；

图11(a)-(d)分别示出了根据本发明的一个实施例的s9x-a101、s9x-a111、s9x-a345以及s9x-a280驱替前后孔隙度分量图；以及

图12(a)示出了根据本发明的一个实施例的三维平板模型复合调驱效果，图12(b)示出了根据本发明的一个实施例的可视化模型复合调驱效果。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，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能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统的模型图。模型外形尺寸(不包括注入系统和强底水模拟模块)为1500mm*1000mm*45mm，内部有效尺寸为1200mm*800mm*200mm，材质主要为316l不锈钢，承压10mpa。模型依据几何相似(几何尺寸、隔夹层物性、储层物性)、动力相似(压力、水体强度)和运动(开发方式、流体粘度比)相似准则设计，使其最大程度接近油藏特征。

图2示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统的示意图。如图2所示，本发明的实施例提供的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统，包括：非均质物理模拟装置3，其用于隔夹层和不同储层韵律段的模拟和水锥形态的获取；以及泡沫驱替评价装置(1和2共同组成泡沫驱替评价装置)，其与非均质物理模拟装置相连，用于对泡沫驱替前后进行可视观察以及进行泡沫取样、完成泡沫驱油堵水实验以及油气的水分离计量。

根据本发明的一个实施例提供的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统中的非均质物理模拟装置主要包括非均质填砂模块和水锥形态监测成像模块两个核心模块。非均质填砂模块用于隔夹层的模拟和储层储油部分不同韵律段的模拟。优选地，隔夹层为薄层遮挡部分隔夹层，选取塑性物质模拟隔夹层，同时塑性物质需满足渗透性低、韧性好、厚度小耐酸、耐地层原油和耐盐水等特征；选用不同目数石英砂配合适当比例蒙脱石和高岭石模拟不同渗透率级差储层(其黏土比例低于全岩分析黏土比例)。水锥形态监测成像模块用于通过饱和度探头开展油水分布成像，获取水锥形态特征，优选地，饱和度探头为5cm*5cm间距的饱和度探头。

图3示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟装置的示意图，如3所示，本发明的实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟装置包括不同渗透率非均质储层3-1、3-2、3-3、3-4，水平井4-1、4-2以及用于模拟夹层对水平井半遮挡和全遮挡的隔夹层5-1、5-2，其中水平井位于非均质储层中，隔夹层位于不同渗透率的非均质储层之间。图4示出了根据本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟装置获取的水锥形态成像图。

进一步地，根据本发明的一个实施例的非均质物理模拟装置还包括强底水模拟模块，强底水模拟模块包括低压强底水单元和高压强底水单元，其中，低压强底水单元是指利用驱替流体静压模拟，通过调整驱替液液面高度调整压强小于或等于0.2mpa的低底水压强的单元，高压强底水模拟单元是指通过大排量恒压泵模拟压强大于0.2mpa的高压强底水的单元。

一般情况下地下含油储层中的流体主要为原油和一定量的不可流动的水，现有技术中一般采用驱替方法进行油水模拟充注。具体实验方法为填砂→抽空饱和→饱和地层水→油驱水→底水驱油。但此方法很难获得均一的油水分布，因此其模拟的饱和油水的油藏模型与实际相差较大，且试验周期长。通过总结发明人发现，可以预先将一定油水比例流体直接和地层砂混合，这样可以大大减少试验周期，且其模拟的饱和油水的油藏模型含水分布均匀。

图5示出了根据本发明的一个实施例的强底水模拟模块的示意图，1和2组合为高压底水模拟单元，其中1为高压驱替泵，2为可自动回填中间容器组；3为静压低压底水模拟单元；4为非均质储层；5为隔夹层；6为水平井。

再回到图2，根据本发明的一个实施例的泡沫驱替评价装置包括泡沫发生和评价模块2-1、油气水自动分离计量模块以及模型驱替介质1-1、1-2和1-3，其中，泡沫发生和评价模块2-1与非均质物理模拟装置3相连，油气水自动分离计量模块与非均质物理模拟装置3相连。

泡沫发生和评价模块包括泡沫发生器、泡沫可视观察窗以及回压控制器。其中，泡沫发生器用于控制气、液两相以不同比例分别从不同的入口进入泡沫发生器，并利用气液切向形成的旋流形成混合旋流，在叶轮高速切割下，产生均匀稳定的泡沫流体；泡沫可视观察窗与所述泡沫发生器连接，用于观察泡沫的质量情况；以及回压控制器与所述泡沫发生器连接，用于控制泡沫驱替评价装置内的压力。

其中，回压控制器采用气体加压、圆弧面封闭、活塞式推动和平衡缓冲式设计；且回压控制器采用不锈钢和耐高温材料制成，并将压强控制精度保持在0.2mpa,承压不低于75mpa；泡沫可视观察窗玻璃采用人造蓝宝石制成，承载压力为70mpa，满足气体流量5000ml/min。

油气自动分离计量模块包括气液分离器、油水分离器、截面传感器、气体流量控制器、流量计、计量泵、掺液泵、恒温箱、电子电路、控制硬件以及搭载有计算机软件的计算机。

进一步地，本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统还包括智能控制装置，智能控制装置通过计算机自动采集气源端压力传感器的压力值，控制设定注入气体流量，采集流量计的瞬时流量和累积流量值并显示所述系统的工作流程。仪器工作流程显示在界面上，可实现人机对话，操作人员设定好参数后，就可以无人值守，计算机可以自动采集记录所有压力、流量，孔隙度、渗透率等参数，以便用户灵活使用。

根据本发明的实施例提供的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统，可以完成水驱、气驱、泡沫驱、聚合驱等驱油评价实验研究工作。泡沫及聚合物驱油评价方面，能利用发泡体系进行发泡，对泡沫进行驱替前后可视观察以及进行泡沫取样工作，泡沫驱油堵水实验以及油气水分离计量工作，智能控制装置可完成相关数据的时时采集和流程控制；气体驱油评价方面，可以对n2、co2等气体进行增压工作，系统可自动控制设定驱替气注入流量，进行驱油评价实验以及油气水分离计量工作，智能控制系装置可完成相关数据的时时采集和流程控制；非均质物理模拟装置可以模拟非均质、大底水油藏驱油评价实验，为油田开发提供良好实验的支撑。

为了更进一步说明本发明的实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统的结构及功能，下面结合具体示例对本发明的一个实施例的用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统做进一步的详细描述。

1、开展了夹层(隔夹层)对底水油藏油水运移规律实验模拟

开展多组不同的水平段-夹层对应关系实验评价。通过开展单一夹层和叠置夹层、半遮挡和全遮挡、夹层纵向位置、底水能量强度等模拟实验，测试大型物理模拟水驱油渗流特征，及沿驱替方向上模型中饱和度的分布；分析夹层对油水流动特征的影响。

夹层韵律段组合方式设计为4组，如图6(a)-(e)所示的方案1-5：

方案一：上部夹层半遮挡，即夹层位于一二韵律段之间半遮挡水平段；

方案二：上部夹层全遮挡，即夹层位于一二韵律段之间全遮挡水平段；

方案三：中部夹层半遮挡，即夹层位于二三韵律段之间半遮挡水平段；

方案四：组合夹层错位半遮挡，即夹层分别位于一二、三四韵律段错位半遮挡水平段；

方案五：变采液速度生产，即在第一组实验的基础上，改变采液速度开展水驱油实验。

通过设计的不同夹层韵律段组合方式进行模拟实验，获取了以下认识：

1)从表1可以看出，与半遮挡相比，全遮挡夹层无水采油期长、采收率高。

表1

2)夹层避水高度大，无水采油期长、采收率高，如图7(a)-(f)所示，其中图7(a)-(c)为上部夹层半遮挡的情形，图7(d)-(f)为中部夹层半遮挡的情形。

3)错层遮挡的夹层对水锥的抑制效果最好，采收率高，如图8(a)-(e)所示，其中图8(a)-(c)为组合夹层错位半遮挡的情形，图8(d)为不同夹层遮挡情形下的采收率以及图8(e)为不同夹层展布含水率变化对比曲线。

相同采液速度下，与单一夹层开采相比，夹层交错高低展布无水采油期长，最终采收率达到57.52％。高低交错能叠加夹层对底水锥进的延缓作用，有效扩大底水波及范围，提高采收率。

4)采液速度波动对含水率影响较明显，如图9(a)-(h)所示，其中，图9(a)采液速度和含水率随时间的变化曲线，图9(b)tk935井开采曲线，图9(c)为高速采油的含水情况，图9(d)-(e)为低速采油的含水情况，图9(f)-(g)模拟关井前后的采油的含水情况，图9(h)为最终采油的含水情况。

早期采用大液量生产，油井快速见水。降低工作制度后含水率上升幅度有所减缓，后期继续调小工作制度，含水率上升速度进一步降低，在低液量稳定生产阶段，含水率平缓略有下降。短时间关井再开井，含水率迅速上升并回落。控液开采时含水率小幅上升后缓慢下降。长时间关井再开井，含水率大幅降低。

2、开展河道砂油藏co2-储层配伍性实验评价

针对三叠系底水油藏，在co2与流体作用研究基础上，开展了co2-储层配伍性实验评价。发明人在没有成熟方法的条件下，完成实验方案的编制、高压实验流程的组建以及开展配伍性实验评价。yt2-mg1和yt2-mg2两组实验表明，100pv驱替倍数下平均伤害率81％。

3、开展三叠系底水/河道砂油藏高倍水驱储层孔渗特征变化研究

针对河道砂油藏和底水油藏长期开发后油井出现产液能力降低情况，发明人开展了高倍水驱储层孔渗特征变化研究。通过核磁、电镜、驱替实验等实验评价表明：①高倍水驱后，储层渗透率平均下降51.1％，如图10所示；②高倍水驱后，储层样品的孔径分布范围有所增大，孔径＜0.1μm的孔隙在减少，孔径＞1μm的孔隙在增多，储层微观非均质性有所增强，如图11所示。实验初步表明三叠系底水/河道砂油藏长期开发总体上会出现储层渗透率降低。

4、复合调驱提高采收率实验

物理模拟实验表明复合调驱可以明显降低高渗条带的水窜，改善开发效果。针对注水水窜导致的井间剩余油，通过复合调驱方式可实现井间剩余油的有效动用，室内实验提高采收率程度分别达到了25％和39.5％，如图12所示。

综上所述，根据本发明用于强底水油藏的非均质物理模拟及泡沫驱替评价系统，可以完成水驱、气驱、泡沫驱、聚合驱等驱油评价实验研究工作。泡沫及聚合物驱油评价方面，能利用发泡体系进行发泡，对泡沫进行驱替前后可视观察以及进行泡沫取样工作，泡沫驱油堵水实验以及油气水分离计量工作，智能控制装置可完成相关数据的时时采集和流程控制；气体驱油评价方面，可以对n2、co2等气体进行增压工作，系统可自动控制设定驱替气注入流量，进行驱油评价实验以及油气水分离计量工作，智能控制系装置可完成相关数据的时时采集和流程控制；非均质物理模拟装置可以模拟非均质、大底水油藏驱油评价实验，为油田开发提供良好实验的支撑。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实施操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，或者将一个步骤分成多个步骤执行。

以上对本发明的方法和具体实施方法进行了详细的介绍，并给出了相应的实施例。当然，除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要保护的范围之内。