，能为室内底水油藏弹性水压驱动过程中水体 能量物理模拟的实现提供计算方法。
[0196] 图8为本发明实施例LD5-2N区块底水油藏三维模型尺寸示意图。在本实施例中， 依据《气瓶水压试验方法（GB/T 9251-2011)》测定地层水在原始地层压力（即模拟地层压 力P)下的压缩系数为4. 5 X 10 4MPa \已知LD5-2N区块的水体倍数为50,原始地层压力为 lOMPa。根据底水油藏三维物理模拟设计，该物理模型的横截面为正方形，边长为41cm，内部 深度为30cm，油层厚度为16cm，模型本体底水层厚度为10cm，模型孔隙度为0. 35,可以得到 实际操作的水体倍数为〇. 625,模型本体中饱和原油体积为9. 41 X 10 3m3,如图8所示。以 该三维物理模型为基础，开展高压条件下的蒸汽吞吐三维物理模拟试验，其中蒸汽温度为 350°C，油藏初始温度为50°C，50°C下原油粘度为50678mPa · s，原始油藏压力为IOMPa ;油 层中部深度处距离模型内腔壁面2cm处各布置一口水平井，用于模拟蒸汽吞吐。
[0197] 在满足外部水体体积和气体体积之和等于已有的容器总尺寸条件下，依据式（27) 计算外部水体体积Vw2和外部气体体积Vg，即求取以下方程组（29)的解。
[0198]
(29)
[0199] 选取不同的容器总容积Const，经计算获得不同的外部水体体积和外部气体体积， 目前常用的中间容器体积有1L、2L和5L，从而可以设计相应的实施方案，外部水体体积和 外部气体体积计算结果见表1。
[0200] 表1外部水体体积和外部气体体积计算结果
[0201]
[0202] 由表1所示计算结果可知，若水体中间容器62和气体中间容器63的总容积过小， 即使整个上述两个中间容器在模拟地层压力P下充满压缩性气体，也无法真实的模拟底水 的水体能量，因此保证中间容器总容积足够大是成功实现底水油藏水体能量三维物理模拟 的前提，同时随着中间容器总容积Const值的增加，所需外部水体体积较大幅度增加，但所 需外部气体的体积基本不变，外部气体体积对中间容器总尺寸的增加不敏感，因此室内底 水油藏水体能量物理模拟主要靠注入气体弹性能量来实现。在底水油藏三维物理模拟过程 中，为防止气体进入模型本体，保证外部水体提供足够的水侵量，同时根据实验室器材状况 采用方案3,即水体中间容器62选用规格为2L的容器，气体中间容器63也选用规格为2L 的容器，LD5-2N区块底水油藏水体能量三维物理模拟参数选择方案3的设计参数见表2。
[0203] 表2 LD5-2N区块底水油藏水体能量三维物理模拟参数
[0204]
[0205] 利用该三维物理模拟模型进行了 3个轮次的蒸汽吞吐开发，每个轮次两口水平井 同时注汽同时生产。其中，第1轮次注汽150mL，焖井2min，生产时控制井底流压为9. OMPa 生产至不产油为止；第2轮次注汽165mL，焖井2min，生产时控制井底流压为8. 5MPa生产至 不产油为止；第3轮次注汽180mL，焖井2min，生产时控制井底流压为8. OMPa生产至不产油 为止。图9展示了在该试验过程中物理模拟实测压力与数值模拟计算压力随时间变化的曲 线。由图9可知，数值模拟计算的压力与物理模拟实测压力的变化趋势完全一致，最大误差 仅为〇. 09%。
[0206] 本发明采用水体倍数体现水体能量大小，利用压缩性强的气体来代替水体能量， 考虑弹性底水驱动过程中底水的弹性膨胀、原油的弹性膨胀、油藏的弹性膨胀，以及室内物 理模拟过程中气体的弹性膨胀，依据物质平衡方法和气体状态方程，推导了底水油藏任意 水体能量三维物理模拟实现中的气体用量公式，可以用于指导室内科研人员进行底水油藏 任意水体能量三维物理模拟的实现。
[0207] 本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例 的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员， 依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内 容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种底水油藏水体能量三维物理模拟装置，其特征在于，所述底水油藏水体能量三 维物理模拟装置包括：模型本体、水体中间容器、气体中间容器、驱替栗、高压气瓶、第一六 通阀及第二六通阀；其中， 所述驱替栗、高压气瓶、水体中间容器的顶端、气体中间容器的顶端和底端分别与所述 第一六通阀的其中一个阀门连接；所述水体中间容器的底端通过所述第二六通阀连接至所 述模型本体的底部； 所述驱替栗用于将外部水体通过所述第一六通阀栗入所述水体中间容器，或者栗入所 述水体中间容器及气体中间容器； 所述高压气瓶用于将外部气体通过所述第一六通阀注入所述气体中间容器，或者注入 所述气体中间容器及水体中间容器；所述模型本体，用于容置底水油层，以模拟底水油藏。2. 根据权利要求1所述的底水油藏水体能量三维物理模拟装置，其特征在于，所述水 体中间容器与所述气体中间容器的总容积等于所述外部水体的体积与所述外部气体的体 积之和。3. 根据权利要求1所述的底水油藏水体能量三维物理模拟装置，其特征在于，所述底 水油藏水体能量三维物理模拟装置还包括：压力表，连接至所述第一六通阀的阀门。4. 根据权利要求1所述的底水油藏水体能量三维物理模拟装置，其特征在于，所述水 体中间容器为无活塞容器。5. 根据权利要求1所述的底水油藏水体能量三维物理模拟装置，其特征在于，所述气 体中间容器为无活塞容器。6. 根据权利要求1-5任一项所述的底水油藏水体能量三维物理模拟装置，其特征在 于，所述外部气体为氮气。7. -种应用权利要求1所述的底水油藏水体能量三维物理模拟装置进行底水油藏 水体能量三维物理模拟的方法，其特征在于，所述底水油藏水体能量三维物理模拟方法包 括： 根据气瓶水压试验方法，测定所述外部水体在模拟地层压力P下的压缩系数Cw; 计算所述底水油藏的水体倍数η ; 根据底水油藏三维物理模拟的预设试验条件，确定所述模型本体所需的模拟原油体积 V。以及预设水体倍数η。； 根据所述模拟地层压力Ρ、压缩系数Cw、水体倍数η、模拟原油体积Vci及预设水体倍数 η。，计算外部气体的体积Vg与所述模拟原油体积V。的比值：在所述水体中间容器与所述气体中间容器的总容积等于所述外部水体的体积与所述 外部气体的体积之和的条件下，计算所述外部气体的体积Vg&所述外部水体的体积V w2，并 确定组成所述底水油藏水体能量三维物理模拟装置的所述水体中间容器及气体中间容器 各自的容量； 采用先栗入所述外部水体，后注入所述外部气体的顺序，将所述外部水体及外部气体 注入所述水体中间容器及所述气体中间容器，直至所述第一六通阀中的压力值达到所述模 拟地层压力P，开始驱替试验，进行底水油藏水体能量三维物理模拟。8. 根据权利要求7所述的底水油藏水体能量三维物理模拟方法，其特征在于，采用先 栗入所述外部水体，后注入所述外部气体的顺序，将所述外部水体及外部气体注入所述水 体中间容器及所述气体中间容器，包括： 当所述水体中间容器的体积大于所述外部水体的体积时，先将所述外部水体栗入所述 水体中间容器中，再向所述水体中间容器中注入所述外部气体，直至所述第一六通阀中的 压力值达到所述模拟地层压力P ;然后向所述气体中间容器中注入所述外部气体，直至所 述第一六通阀中的压力值再次达到所述模拟地层压力P。9. 根据权利要求7所述的底水油藏水体能量三维物理模拟方法，其特征在于，采用先 栗入所述外部水体，后注入所述外部气体的顺序，将所述外部水体及外部气体注入所述水 体中间容器及所述气体中间容器，包括： 当所述水体中间容器的体积等于所述外部水体的体积时，先将所述外部水体栗入所述 水体中间容器中，然后将所述外部气体注入所述气体中间容器中。10. 根据权利要求7所述的底水油藏水体能量三维物理模拟方法，其特征在于，采用先 栗入所述外部水体，后注入所述外部气体的顺序，将所述外部水体及外部气体注入所述水 体中间容器及所述气体中间容器，包括： 当所述水体中间容器的体积小于所述外部水体的体积时，先向所述水体中间容器中栗 入所述外部水体；再向所述气体中间容器中注入剩余的所述外部水体，然后向所述气体中 间容器中注入所述外部气体，直至所述第一六通阀中的压力值再次达到所述模拟地层压力 p〇11. 根据权利要求7所述的底水油藏水体能量三维物理模拟方法，其特征在于，计算所 述底水油藏的水体倍数n，包括： 根据容积法、或者物质平衡法、或者非稳态水侵法、或者数值模拟法，确定所述底水油 藏的水体倍数η。12. 根据权利要求7所述的底水油藏水体能量三维物理模拟方法，其特征在于，根据所 述模拟地层压力Ρ、压缩系数Cw、水体倍数η、模拟原油体积Vci及预设水体倍数η。，计算外部 气体的体积Vg与所述模拟原油体积V ^的比值，包括： 仅采用模型本体底部水体进行三维物理模拟时，依据弹性水压驱动理论计算第一弹性 产液量Vu:采用外部水体及外部气体进行三维物理模拟时，根据孔隙体积缩小量、原油体积膨胀 量、模型本体底水层体积膨胀量、外部水体体积膨胀量与外部气体体积膨胀量计算第二弹 性产液量\2:采用相同的弹性产液量模拟水体能量的方式，计算外部气体的体积\与所述模拟原油 体积V。的比值：其中，Vci为模拟原油的体积，m3; Δρ为地层压力降，MPa ;Cf为岩石的压缩系数，MPa S Φ为天然水域的有效孔隙度，小数；C。为油的压缩系数，MPa ^Cw为水的压缩系数，MPa Scg为气体的压缩系数，MPa、
【专利摘要】本发明提供了一种底水油藏水体能量三维物理模拟装置及方法，该底水油藏水体能量三维物理模拟装置包括模型本体、水体中间容器、气体中间容器、驱替泵、高压气瓶、第一六通阀及第二六通阀；驱替泵、高压气瓶、水体中间容器的顶端、气体中间容器的顶端和底端分别与第一六通阀的其中一个阀门连接；水体中间容器的底端通过第二六通阀连接至模型本体的底部；驱替泵用于将外部水体通过第一六通阀泵入水体中间容器；高压气瓶用于将外部气体通过第一六通阀注入气体中间容器；模型本体，用于容置底水油层，以模拟底水油藏。本发明大大减小了三维物理模拟设备的体积，并且所用设备简单、易于操作，使底水油藏水体能量的三维物理模拟可在室内实现。
【IPC分类】E21B49/00
【公开号】CN105156102
【申请号】CN201510628714
【发明人】庞占喜, 吴亚龙, 刘慧卿, 田杰, 张兆祥
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月28日