一种模拟周期注水的室内实验装置和实验模拟方法与流程

1.本发明涉及一种用于模拟周期注水开发规律的实验装置及方法，属于石油天然气开采领域。


背景技术：

2.我国相当比例的中高渗油藏已经进入了“双高”阶段，即油田含水已超过90％，可采储量采出程度已超过80％，这部分油田的原油产量占我国原油总产量的50％以上，剩余地质储量超过80亿吨，其高效开发对我国原油持续2亿吨稳产至关重要。以井网、井距、井型和注采关系调整为主的二次开发模式以及以化学驱、气驱等提高采收率技术为主的三次采油技术均可以进一步提高储层动用程度，但在低油价下，如何不增加成本投入亦能有效提高高含水油藏的产油量成为了众多油田攻关的主要方向。
3.通过调节注水井和采油井生产制度形成的周期注水、脉冲注水等改善水驱方式可在储层内部产生局部流动压力扰动，起到动态调整渗流场的作用，并在矿场应用中取得了一定成效。然而这些改善水驱方式的作用机理仍不清楚，适宜高含水油藏进一步扩大水驱波及体积的注水方式还不明确。王健等人于2011年发表的文章“轮南油田周期注水物理模拟实验研究”，根据轮南油田地质特点，设计了全尺寸非均质岩心物理模型，进行了周期注水的室内高压物理模拟实验，对周期注水开发效果及其变化规律进行分析评价。结果表明，周期注水采收率提高幅度为0.88％～1.02％，且注水效果随着周期数的增加而变差。赵军等人于2019年发表文章“高含水期非均质油藏周期注水室内实验研究”，根据渗透率极差相似原则，结合非均质油藏特点，设计出模型并进行实验研究。实验结果表明，2组周期注水方案的驱油效率在水驱基础上分别提高3.67％和2.94％。
4.然而这些方面均存在以下问题：普通一维岩心的孔隙体积较小，无法模拟井组间的开采规律，即使使用文献中报道大尺寸三维物理模型开展实验，但由于模型固有的刚性特征限制了其对复杂油藏情况的模拟，尤其是在周期注水过程中存在注水井不注水而生产井单独采油的过程，真实油藏具有弹性能量加之抽油机的抽吸作用，使之能够正常生产，但在室内实验受限于模型特征和实验方法，难以对此过程进行模拟。文献中报道关于周期注水的实验模拟是通过改变注入速度而不改变采出井的生产制度进行，这显然不能真实反映出矿场的真实状态，目前现有周期注水开发规律研究的室内实验装置及方法存在以下问题：
5.(1)均是使用一维岩心或者纵向非均质岩心，岩心尺度过小，只能当作储层中的一个质点，无法模拟注采单元内的注采特征；
6.(2)均是通过调整注入参数(流速和停注时间)来实现周期注水，并没有改变生产井的工作制度。
7.因此亟需一种新装置及方法可同时模拟注入井和生产井生产制度调节，来模拟周期注水过程。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是，针对周期注水室内实验物理模型和实验模拟方法上的不足及缺陷，提供了一种使用大尺寸模型结合高压仓和采出端负压抽空的实验方法来模拟周期注水生产制度，利用此模型及实验方法可以评价各参数调整对周期注水开发效果的影响。
9.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种模拟周期注水的室内实验装置，包括注入泵、装油活塞容器、装水活塞容器、六通阀、压力监测系统、设置注入井和采出井的人造岩心模型，人造岩心模型的长度和宽度不小于300mm，人造岩心模型放置在高压仓中，采出井上连接有负压泵。
10.上述模拟周期注水的室内实验装置的实验模拟方法，包括以下步骤：
11.步骤一，按照储层的几何相似关系制作人造岩心模型，并用环氧树脂包裹，岩心的长度和宽度不小于300mm，其渗透率与真实储层相似，在人造岩心模型上的任意位置设置注入井与采出井，注入井和采出井的设置方法根据实际储层的井位而定，同时在人造岩心模型平面均匀布置饱和度监测点与压力监测点；
12.步骤二，把人造岩心模型抽真空饱和水，再用油驱水，制造原始含油度不小于60％；
13.步骤三，把人造岩心模型连入模拟周期注水的室内实验装置中并放置在高压仓，用此模型模拟进行周期注水三种方式：
14.(1)采出井打开，调整注水井的注水速度，收集采出井的采液量和采油量；
15.(2)注入井注水，采出井关闭，模拟储层增压过程，增加至设定压力后，再打开采出井，收集采出井的采液量和采油量；
16.(3)注入井关闭或者用低速度注水，采出井使用负压泵进行抽汲，收集采出井的采液量和采油量；
17.步骤四，根据收集采出井的采液量和采油量，计算不同时刻的采出程度曲线，同时利用模型平面上布置压力监测点与饱和度监测点获取压力变化与饱和度场的变化，绘制不同方案下模型中的饱和度场分布图。
18.所述步骤一中，渗透率在10md-10000md间调整。
19.所述步骤二中，油驱水采用从注入井开始注入油，对角线的采出井见油后，采出井不换，注入井顺时针换到另外一侧注入井，依次直至模型中的原始含油度不小于60％。
20.所述步骤三的(3)中负压泵进行抽汲的流速设置0.1～1ml/min。
21.所述步骤三的(1)中调整注水井的注水速度通过变速度注入或者注一段时间停一段时间进行。
22.本发明的有益效果是：本发明可以充分模拟周期注水的各个工作制度，为油藏周期注水方案设计提供了实验手段。
附图说明
23.图1是本发明的模拟周期注水的室内实验装置的连接结构示意图。
24.图2是本发明的三种增加注入速度时机对应的注入压力曲线。
25.图3是本发明的三种增加注入速度时机对应的采出程度曲线。
26.图4是本发明的三种增加注入速度时机对应各层的饱和度场分布。
27.图5是本发明的周期注入与连续水驱的采出程度差异。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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发明中的具体含义。
31.如图1所示，本发明的模拟周期注水的室内实验装置，包括注入泵1、装油活塞容器2、装水活塞容器3、六通阀4、压力监测系统5、设置注入井6和采出井7的人造岩心模型8，人造岩心模型8的长度和宽度不小于300mm，人造岩心模型8放置在高压仓10中，采出井7上连接有负压泵9。
32.上述模拟周期注水的室内实验装置的实验模拟方法，包括以下步骤：
33.步骤一：按照储层的几何相似关系制作人造岩心模型，并用环氧树脂包裹，岩心的长度和宽度不小于300mm，其渗透率与真实储层相似，在人造岩心模型上的任意位置设置注入井与采出井，注入井和采出井的设置方法根据实际储层的井位而定，同时在人造岩心模型平面均匀布置饱和度监测点与压力监测点；
34.步骤二：把人造岩心模型抽真空饱和水，再用油驱水，制造原始含油度不小于60％；
35.步骤三：把人造岩心模型连入模拟周期注水的室内实验装置中并放置在高压仓，用此模型模拟进行周期注水三种方式：
36.(1)采出井打开，调整注水井的注水速度，收集采出井的采液量和采油量；
37.(2)注入井注水，采出井关闭，模拟储层增压过程，增加至设定压力后，再打开采出井，收集采出井的采液量和采油量；
38.(3)注入井关闭或者用低速度注水，采出井使用负压泵进行抽汲，收集采出井的采液量和采油量；
39.步骤四：根据收集采出井的采液量和采油量，计算不同时刻的采出程度曲线，同时利用模型平面上布置压力监测点与饱和度监测点获取压力变化与饱和度场的变化，绘制不同方案下模型中的饱和度场分布图。
40.所述步骤一中，渗透率在10md-10000md间调整。
41.所述步骤二中，油驱水采用从注入井开始注入油，对角线的采出井见油后，采出井不换，注入井顺时针换到另外一侧注入井，依次直至模型中的原始含油度不小于60％。
42.所述步骤三的(3)中负压泵进行抽汲的流速设置0.1～1ml/min。
43.所述步骤三的(1)中调整注水井的注水速度通过变速度注入或者注一段时间停一段时间进行。
44.本发明与常规岩心驱替实验不同，人造岩心模型8放置高压仓中10,并在采出井7连接负压泵9，可以起到抽汲作用，即在注水井不注水的情况下可以使用负压泵设定恒压或恒流模式在采出井进行抽汲生产。
45.设计了出口端带有负压泵抽汲的高压三维平板岩心实验模型，并提出了三种周期注水方法：
46.(1)设计的平面大模型采出井连接负压泵，采出井可设置恒压或恒速模型，在注入井不注液的情况下进行抽汲生产，使得采出井局部呈现出瞬时负压。
47.(2)建立了三种周期注水的室内模拟方式，方式
①
：只改变注水井工作制度(注入端)，即调整注入井的流速，可以通过变速度注入或者注一段时间停一段时间进行。方式
②
：注入端注水，采出端关闭，模拟储层增压过程，增加至一定程度后，再打开采出端生产。方式
③
：注入端不注水或者用低速度注水，采出端使用负压泵进行抽汲生产。
48.v＝q/aφ
49.其中：v—流速,m/d；q—泵的流量,ml/min；a—岩心横截面积,cm2；φ—岩心孔隙度,小数
50.本发明解决周期注水开发规律的室内实验模拟问题，提供了一种用于模拟周期注水开发规律的实验装置及方法，该装置及方法可以模拟三种周期注水生产制度。
51.实施例1
52.利用本发明的方法模拟了大港油田唐家河区块的周期注水过程与注水效果。使用三个平板岩心并联，每一个平板岩心的长宽高为300mm
×
300mm
×
50mm，岩心的渗透率为150md，350md和900md，饱和目标区块的原油，为80℃下黏度12mpa.s，先以1m/d的速度进行水驱至不同含水率(30％、80％和90％)，调整注入井注入速度至2m/d，水驱至含水98％停止，研究水驱注水井注入速度调整的最佳时机，每板岩心上均设计压力监测和饱和度监测点。
53.刚开始以1m/d的速度驱替，水驱开始阶段，未见水，压力持续上升，随着驱替的进行，岩心含油饱和度下降，水突破以后，压力下降更明显。调整压力系统为2m/d后压力先升高，随着驱替的进行压力逐渐下降，压力曲线如图2所示。含水30％时进行压力系统调整的最终采收率为36.58％，采收率可提高21.54％；含水80％时进行压力系统调整的最终采收率为37.78％，采收率可提高9.76％；含水90％时进行压力系统调整的最终采收率为34.24％，采收率可提高2.83％；含水80％时进行压力系统调整效果最佳，比含水90％调整和含水30％调整分别多1个和3个百分点，采出程度曲线如图3所示。
54.通过图4的饱和度场分布图也可知，在含水30％调整压力系统时，高渗层含油饱和度降低7％，中渗层含油饱和度降低6.1％；低渗层含油饱和度降低6.9％；含水80％调整压力系统时，高渗层含油饱和度降低5.5％，中渗层含油饱和度降低3.5％；低渗层含油饱和度
降低5.6％；含水90％调整压力系统时，高渗层含油饱和度降低3.6％，中渗层含油饱和度降低1％；低渗层含油饱和度降低3％，在含水80％时增加注入速度的效果最好。
55.实施例2
56.仍然用实施例1中的模型模拟研究周期注水调整效果，方案一用0.5ml/min的速度，水驱至综合含水98％停止，方案二中0.5ml/min水驱至综合含水90％后，关闭出口憋压至0.2mpa，打开出口以0.1ml/min的速度抽汲生产，三个轮次，至综合含水98％停止。两种方案下的采出程度曲线如图5所示，表明周期注水能够扩大波及，在相同注水量下可比连续水驱多提高采收率3个百分点。
57.本发明中的物理模型可根据相似准则使用长、宽、高600mm
×
600mm
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50mm的人造岩心，其具体尺寸可按照井组实际情况等比例改变，把模型放置高压仓中可耐压20mpa，并在模型尾部增加负压泵，根据采出井的工作参数设置负压或者抽吸速度，实现注入井和采出井工作制度的双向调节。本方法可在模型上任意设置注入井和采出井，克服了常规关于周期注水研究中一注一采模型的弊端，同时模型放置高压仓里并且采出端连接负压泵可对采出井进行工作制度调节，与周期注水的实际过程更加相似。
58.综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。