一种全接触边底水油藏开发模拟系统及方法与流程

本发明属于石油天然气勘探开发技术领域，尤其涉及一种全接触边底水油藏开发模拟系统及方法。

背景技术：

目前，最接近的现有技术：现有的边底水模拟技术中，将油藏模拟的含油层和含水层通过整体隔离和多点注水的方式模拟水体作用，在开采过程中，底水锥进的过程是通过水体边缘多点向含油层侵入的过程进行模拟，真实性不够。

随着油田的日益开采，目前我国大部分油田已进入中高含水期，在这些高含水油田中，边底水油藏所占数目巨大，储量丰富。边底水油藏厚度大水体大，天然能量充足，开发中面临的最突出问题就是如何防止和抑制边底水锥进。

国内外油田实践经验表明：边底水油藏开发的关键技术是抑制水锥或控制低水锥进，最大程度上延长油井无水采油期和控制边底水均匀驱替，已达到提高边底水油藏开发效果的目的。在开采边底水油藏时，有时发现油井长时间开采而不见出水，通过dupuit公式也不能加以解释；对这类油井的取芯资料、录井资料、测井资料以及油藏的纵横剖面进行仔细研究后发现：边底水油藏油井能长期生产而不见水的真正原因，是油藏内部纵向上存在性质不同、延伸范围不等的隔夹层，这类隔夹层有效延缓了边底水锥进的速度，增加了油井的采油量。

在实验室中对于边底水油藏的开发模拟实验，基本上均是采用高压容器内置隔板模拟地层环境，然后从不同的射孔方式、生产压差的控制、隔夹层的发育及其位置等各方面入手研究边底水油藏的开采。但是，目前此类模型现有的模型往往是一个直接模型，内部进行填砂和布置隔板滤芯，并且外部没有模拟岩石上覆压力的高压舱系统，尤其是隔板不是单向渗透的材质，在建立边底水初始模型时只能通过压差和流量等来控制边界而不串流，这样很难实现全接触的油水界面，尺寸较小、隔板效果差、井网布置单一、压力温度较低等等由于直接模型通过锻造釜体直接承受压力，此类模型压力一般都不超过10mpa，并且模型尺度小，没有高压仓作为外部压力约束和平衡，温度压力指标不会超过模型的极限压力，由于温压条件限制，造成边底水油藏模拟相似性差，数据结果不理想，对于现场的指导意义有限。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前油藏开发模拟模型尺寸较小、隔板效果差、井网布置单一、压力温度较低，造成边底水油藏模拟相似性差，数据结果不理想，对于现场的指导意义有限。

解决上述技术问题的难度：

解决现有边底水模拟中全接触功能不能实现的难点，主要是需要一种能够实现半渗透的金属材料，单向能渗透原油，不能渗透水，而反向可以实现油水通过的材料，通过将模型内的压力增加的饱和油的压力下，原油注入到半透膜边界时，即刻停止渗透，但模拟开采时，反向可以实现地层水入侵的过程。

解决上述技术问题的意义：

通过全接触边底水的模型，可以真实的全方位的模拟地下油水的分布情况，更真实的模拟在开采油气过程中，底水或者边水全面接触式的入侵并且实现相关突进的过程，相对传统的多点模拟更加真实反映地下的油气运移情况，为现场开采提供实验室尺度的数据依据。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种全接触边底水油藏开发模拟系统及方法。

本发明是这样实现的，一种全接触边底水油藏开发模拟系统，所述全接触边底水油藏开发模拟系统设置有：

高温高压仓釜体；

高温高压仓釜体内部水平安装物理本体模型滑动导轨，内置物理本体模型水平安装于物理本体模型滑动导轨上，内置物理本体模型与高温高压仓釜盖通过物理本体模型拉杆连接；

高温高压仓模型支架和高温高压仓釜盖通过物理本体模型拉杆连接，通过高强度螺栓连接锁紧，内置物理本体模型通过自重在内置物理本体模型下端的滑动导轨上实现滑动运动，滑动导轨通过高强度螺栓固定在高温高压仓模型支架上，通过外部液压作为动力，为内置物理本体模型及滑动导轨提供向外和向内移动的动力，物理本体模型滑动导轨通过外部液压的作用，运动到高温高压仓釜体后，高温高压仓卡箍进行卡箍合拢，实现锁紧。

进一步，所述内置物理本体模型包括：本体模型上盖、本体模型釜体、本体模型下盖、金属泡沫挡板、油水半渗透膜、边底水水体注入口、高温石墨基密封垫片；

内置物理本体模型中填入实验所需油砂并压实、布置温度压力测点、布置井网、布置隔板，然后推入至高温高压仓体。

进一步，高温高压仓釜体内腔尺寸为两种规格，内置物理本体模型内腔尺寸为500*500*1000mm、500*500*3000mm两种规格。

进一步，所述全接触边底水油藏开发模拟系统密封采用耐高压、高温的金属或石墨基垫片密封。

进一步，高温高压仓釜体、内置物理本体模型内壁表面均涂抹有耐高压、高温涂层。

进一步，内置物理本体模型内腔设计有内置隔板，上下两层金属泡沫挡板、中间一层油水半渗透膜；金属泡沫挡板为金属镍粉末烧结而成，油水半渗透膜采用高分子材料。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述全接触边底水油藏开发模拟系统的全接触边底水油藏开发模拟方法，所述全接触边底水油藏开发模拟方法包括：高温高压仓釜体内部水平安装物理本体模型滑动导轨，内置物理本体模型水平安装于物理本体模型滑动导轨上，内置物理本体模型与高温高压仓釜盖通过物理本体模型拉杆连接；当内置物理本体模型填砂、测点布置完成后，推动高温高压仓釜盖从而带动内置物理本体模型通过物理本体模型滑动导轨进入高温高压仓釜体，然后闭合高温高压仓卡箍，调整高温高压仓模型支架到实验所需角度，整体装配、安装完成。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述全接触边底水油藏开发模拟系统的油田开采模拟平台。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

现有的边底水模拟技术中，将油藏模拟的含油层和含水层通过整体隔离和多点注水的方式模拟水体作用，在开采过程中，底水锥进的过程是通过水体边缘多点向含油层侵入的过程进行模拟，真实性不够，本发明提出一种在含油和水体之间构架一层半透膜及骨架，当水体向油藏侵入时，实现全方位全接触式模拟，在建立油藏模型式，也是通过半透膜实现油水的全接触，开采过程中，也突破了传统的多点侵入，而实现油水全接触界面的侵入。

本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统及方法，无论是从大小、使用性能、井管布置方式、隔板布置方式等各方面，相比于现有此类模型都得到了极大的提升，更加真实的还原了地层环境，丰富了边底水油藏开发方案，拓展了边底水消锥的相关工作。

本发明在模型的尺寸规模、耐高温高压性能、井管布置方式以及隔板布置方式上有很大改进。模型的规格尺寸大，更加真实的模拟地层环境：本发明提供的内置物理本体模型有两种规格，最大可达到500mm*500mm*3000mm，这种规格尺寸的模型是已有市场和实验室中最大尺寸。如此之大的模型，可更加真实的模拟地层环境，高相似性的还原地层，为边底水油藏开发和边底水消锥研究提供更加准确的实验数据。模型的最高使用温度、压力高，可达425℃、35mpa：本发明提供的内置物理本体模型采用耐高压、耐高温材质设计加工而成，内腔涂抹耐高温涂层，耐高温、耐高压的金属或石墨基垫片密封，有效保证了模型的使用性能。使用温度、压力的极大提高，拓展了边底水油藏开发和边底水消锥的实验方案，丰富了相关实验类型。模型的测点及井管布置孔位多，布置更加灵活多变：本发明提供的内置物理本体模型设计有上百个布置孔位，且孔位采用同种规格尺寸，极大提升了测点和井管布置的灵活性；可按照不同的实验方案进行不同的井管、井网、测点布置(五点、七点、九点及不规则井网布置，垂直、水平及倾斜井管布置)，丰富了边底水油藏开发和边底水消锥实验方案，采集到更多的实验数据，极大提升了实验的准确性。模型的内置隔板布置多样化，可进行多种隔板抑制边底水锥进实验：本发明提供的内置物理本体模型内置隔板，可按照既定的实验方案布置在模型中任何位置，隔板大小和性质可按照实验方案灵活设计。这种设计方式可按照隔板的性质、隔板在油层中的相对位置、隔板的大小厚度、隔板的渗透性及延伸位置各方面入手，深入研究隔板对于边底水消锥的作用，为边底水油藏开发模拟提供更多方向和方案，提供更多的实验数据，指导现场。

本发明是大尺寸、高温高压、井网布置灵活、隔板效果优良的边底水油藏开发模拟模型，能很大程度上解决上述问题，通过在油藏区域和水体区域之间布置隔离材料，通过金属半透膜材质，直接实现了边底水和油藏模型的全接触边界，解决了常规模拟只能实现多点接触而非全接触的问题，模拟效果更加真实，得到较为理想的实验数据，使其研究结果更加接近真实情况，提高相关实验对现场的指导意义。

附图说明

图1是本发明实施例提供的全接触边底水油藏开发模拟系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的内置物理本体模型结构示意图；

图3是本发明实施例提供的模型测点、井管布置孔位示意图；

图4是本发明实施例提供的内置隔板位置示意图；

图中，1、高温高压仓釜体；2、内置物理本体模型；3、物理本体模型拉杆；4、物理本体模型滑动导轨；5、高温高压仓釜盖；6、高温高压仓卡箍；7、高温高压仓模型支架；8、高温高压仓液压支架；9、本体模型上盖；10、本体模型釜体；11、本体模型下盖；12、金属泡沫挡板；13、油水半渗透膜；14、边底水水体注入口；15、高温石墨基密封垫片。

图5是本发明实施例提供的隔板结构图。

图6是本发明实施例提供的渗油实验装置图。

图7是本发明实施例提供的渗油渗水实验图。

图8是本发明实施例提供的渗油实验体积-时间折线图。

图9是本发明实施例提供的渗油渗水实验体积-时间折线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为解决背景技术中提到的问题，提供了一种大尺寸、高温高压、井网布置灵活、隔板效果优良的全接触边底水油藏开发模拟系统及方法，可有效模拟地下边底水油藏的开采，为实验室提供理想的实验数据。本发明用于石油天然气勘探开发领域，用于研究边底水在油气开采过程中侵入对石油采收率的影响，通过边底水物理模拟可以真实的反应实际中边底水对现场开采的影响。本发明提供一种全接触式边底水模拟，解决了常规边底水只能局部点位模拟的不足，更加真实地反映了地下油气开采过程中油水的相互运移情况。

如图1所示，本发明实施例提供的全接触边底水油藏开发模拟系统包括：、内置物理本体模型2、物理本体模型拉杆3、物理本体模型高温高压仓釜体1、滑动导轨4、高温高压仓釜盖5、高温高压仓卡箍6、高温高压仓模型支架7、高温高压仓液压支架8。

高温高压仓模型支架7和高温高压仓釜盖5通过物理本体模型拉杆3连接，通过高强度螺栓连接锁紧，内置物理本体模型2通过自重在内置物理本体模型2下端的滑动导轨4上实现滑动运动，滑动导轨4通过高强度螺栓固定在高温高压仓模型支架7上，通过外部液压作为动力，为内置物理本体模型2及滑动导轨4提供向外和向内移动的动力，物理本体模型滑动导轨4通过外部液压的作用，运动到高温高压仓釜体1后，高温高压仓卡箍6进行卡箍合拢，实现锁紧。

高温高压仓釜体1内部水平安装物理本体模型滑动导轨4，内置物理本体模型2水平安装于物理本体模型滑动导轨4上，内置物理本体模型2与高温高压仓釜盖5通过物理本体模型拉杆3连接；当内置物理本体模型2填砂、测点布置完成后，推动高温高压仓釜盖5带动内置物理本体模型2通过物理本体模型滑动导轨4进入高温高压仓釜体1，然后闭合高温高压仓卡箍6，调整高温高压仓模型支架7到实验所需角度，整体装配、安装完成。

进一步，所述内置物理本体模型2为该全接触边底水油藏开发模拟系统及方法的核心部件，用于地层环境的模拟、测定布置、井网布置以及隔板模拟等。除内置物理本体模型2外，高温高压仓体1、物理本体模型拉杆3、物理本体模型滑动导轨4、高温高压仓釜盖5、高温高压仓卡箍6、高温高压仓模型支架7、高温高压仓液压支架8均为本模型提供高温高压地层条件或内置物理本体模型的安装。

如图2所示，本发明实施例提供的内置物理本体模型2包括：本体模型上盖9、本体模型釜体10、本体模型下盖11、金属泡沫挡板12、油水半渗透膜13、边底水水体注入口14、高温石墨基密封垫片15。

实验时，在所述内置物理本体模型2中填入实验所需油砂并压实、布置温度压力测点、布置井网、布置隔板，然后推入至高温高压仓体1，整体升温升压至实验所需温度压力；待温度压力稳定之后，便可按照实验方案进行相关边底水油藏开发模拟实验。

进一步，在实验时最高使用温度达到425℃，最高使用压力达到35mpa。

进一步，所述全接触边底水油藏开发模拟系统及方法的高温高压仓釜体1内腔尺寸为两种规格，内置物理本体模型2内腔尺寸为500*500*1000mm、500*500*3000mm两种规格。

进一步，所述全接触边底水油藏开发模拟系统及方法密封均采用耐高压、高温的金属或石墨基垫片密封。

进一步，高温高压仓釜体1、内置物理本体模型2、高温高压仓釜盖5等组件从选材、设计、制造加工上严格按照国标执行；高温高压仓釜体1、内置物理本体模型2内壁表面均涂抹有耐高压、高温涂层。

进一步，内置物理本体模型2内腔设计有内置隔板，上下两层金属泡沫挡板12、中间一层油水半渗透膜13；金属泡沫挡板12为金属镍粉末烧结而成，油水半渗透膜13采用高分子材料，内置隔板可根据实验方案的需求，改变其在模型中的位置大小、厚薄；油水半渗透膜13可替换为其他渗透膜。

本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统高温高压仓釜体1内腔尺寸为两种规格，内置物理本体模型2内腔尺寸为500*500*1000mm、500*500*3000mm两种规格。通过市场调研发现，该规格尺寸的边底水油藏开发模拟模型几乎没有，并且已有的边底水油藏开发模拟模型尺寸远小于这个规格尺寸；因此，本发明的这种规格尺寸高温高压仓釜体1、内置物理本体模型2在尺度上属于大尺寸模型，较之前模型有很大的提升。模型的尺寸越大，模拟的地层环境越接近真实情况，可相对布置更多的测点，采集和提供更多的实验数据，提高实验的准确性。

本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统在实验时最高使用温度达到425℃，最高使用压力达到35mpa，远超现有市场和实验室中类似功能的开发模拟模型，提升了此类开发模拟模型的使用极限(最高使用压力、温度大大提升，能满足更多实验需求；可模拟更深地层下的边底水油藏；可模拟高温条件下的油藏开发方案，如多元热流体开采、注热开采等开发方案；拓展了此类模型的相关开发功能，丰富了边底水油藏模拟开发方案，可深入的研究高温、高压条件下各种开发方案对于边底水油藏开发过程中边底水锥进的抑制，提供更多的实验数据)。

本发明提供的高温高压仓釜体1、内置物理本体模型2、高温高压仓釜盖5等组件均是从选材、设计、制造加工上严格按照国标执行，整体满足最高使用压力、温度。高温高压仓釜体1、内置物理本体模型2内壁表面均涂抹有耐高压、高温涂层，进一步保证了本套模型的耐压、耐温性能。本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统及方法密封均采用耐高压、高温的金属或石墨基垫片密封，保证了密封的有效性。

本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统，如图3所示，在内置物理本体模型上盖9、内置物理本体模型下盖11、内置物理本体模型釜体10上设计很多的测点、井管布置孔，大大提升了此类模型的测点和井管布置数量。这种设计方式使得井管布置更加灵活、多变，在上下盖及釜体上可按照实验方案进行五点、七点、九点以及不规则井网布置，可按照实验方案进行垂直井管、水平井管、斜井管等井管布置；丰富了井管、井网的布置方式，可进行更多的开发方案模拟，可更加深入的研究关于油井、注水井等控制边底水锥进的方法，如注水、泡沫和空气控制边底水锥进、化学堵水控制边底水锥进、水平井控制边底水锥进、双管和多管同采控制边底水锥进、井下油水分离控制边底水锥进等方案。而且本方案设计有很多的测点布置孔位，所有孔位尺寸规格相同，可灵活、多变布置测点，准确采集相关实验数据，为实验提供更多、更准确的实验数据，大大提升了开发模拟实验的相似性。

本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统，在内置物理本体模型2内腔设计有内置隔板，上下两层金属泡沫挡板12、中间一层油水半渗透膜13；金属泡沫挡板12为金属镍粉末烧结而成，具有优良的耐高温、耐急热急冷、耐腐蚀性能，具有各种规格的孔隙度、孔径和过滤精度；油水半渗透膜13采用高分子材料，可具有亲油、亲水性能。这种内置隔板可根据实验方案的需求，改变其在模型中的位置(水平，如图4所示；倾斜，如图2所示)、大小、厚薄，更加真实的模拟真实地层条件下的隔板发育及位置(隔夹层在地层中位置、大小、厚度)，为边底水油藏开发模拟实验提供更多的选择；并且这种设计方式可更换油水半渗透膜13，采用其他渗透膜，可研究不同性质的渗透膜对于边底水锥进的抑制。本方案中提到的这种隔板设计方式，可从隔板的性质(天然与人工隔板)、隔板在油层中的相对位置(油层上、中、下部)、隔板的大小厚度(隔板的有效半径)、隔板的渗透性和延伸距离(亲油、亲水性)等各方面入手，深入研究隔板对于边底水油藏的边底水消锥作用，丰富边底水油藏开发方案，为实验提供更多的实验数据，为现场提供更有意义的指导建议。

综上所述，本发明提供的全接触边底水油藏开发模拟系统无论是从大小、最高使用温度、最高使用压力、测点及井管布置以及隔板模拟等方面，相比市场、实验室已有的此类模型都得到了极大提升，更加真实的模拟了地层环境，为边底水油藏开发、边底水锥进研究提供了更多方案，丰富了相关实验数据，为实验提供了更多的实验数据。

现有的边底水模拟技术中，将油藏模拟的含油层和含水层通过整体隔离和多点注水的方式模拟水体作用，在开采过程中，底水锥进的过程是通过水体边缘多点向含油层侵入的过程进行模拟，真实性不够，本发明提出一种在含油和水体之间构架一层半透膜及骨架，当水体向油藏侵入时，实现全方位全接触式模拟，在建立油藏模型式，也是通过半透膜实现油水的全接触，开采过程中，也突破了传统的多点侵入，而实现油水全接触界面的侵入。综上所述，装置能否达到预期效果的核心在于本发明提及的内置隔板，即半透膜及骨架的实际效果能否满足实验需要，即隔板单侧能渗透原油，不能渗透水，反向可以实现油水渗透，以下通过实验证明材料的适用性。

如图5隔板结构所述。图6渗油实验装置所示。图7渗油渗水实验所示。

如图5-图7，在反应室内设置渗透隔板，隔板将反应室分割为两部分，在隔板左侧装填体积比为1：1的油水混合物，反应室的右侧为计量端，实验开始后利用增压泵向油水混合室增压，促使混合物通过隔板向右端渗透，在计量室内装备油水分离器和油样流量计及水样流量计，通过记录油水体积来反应隔板的渗透作用。增压泵持续增压直到流量计读数在30min内保持不变，试验结束，最后记录并绘制计量室内的油、水体积变化图来分析隔板的渗透作用。

图8渗油实验体积-时间折线图所示。图9渗油渗水实验体积-时间折线图所示。从折线图9上可以看出，在100l的油水混合物中，50l为水，50l为油，当油水混合物从隔板的渗油不渗水端渗透时，右侧的计量室数据显示只能检测到油的体积，说明水无法渗透。当油水混合物从隔板的渗油渗水端渗透时，右侧的计量室数据显示既能检测到油也能检测到水的渗透，且油和水的体积比始终在1：1左右，右侧说明隔板能够实现优秀的半透膜渗透作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。