一种直井多层油藏流动模拟实验装置及方法与流程

本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种直井多层油藏流动模拟实验装置及方法。

背景技术：

随着我国陆上石油工业勘探开发的不断深入，新增储量中致密薄砂泥互层占比逐年增加。该类油藏砂、泥层交互发育，层多、薄，储层孔隙度、渗透率等物性差异大，开发难度大。为了实现薄互层油藏的有效开发通常采取水驱措施，但经过长期注水开发，油藏层内、层间矛盾更加突出，注入水沿高渗带或大孔道突进，水驱波及不到的区域剩余油大量富集，无效水循环严重，影响油田正常开发。为了提高该类油藏开发效果，亟需揭示非均质多层油藏流体流动规律，为解决储层层内、层间矛盾，制定合理的生产措施提供理论依据。

实验模拟是研究油藏流体流动规律的主要手段。目前，按照岩心类型可划分为：天然岩心（api岩心、全直径岩心）、人造岩心（规格尺寸可定制）、填砂模型及平板模型等驱替实验。对于强非均质性油藏平面和纵向流体流动驱替实验可借助以上不同岩心的并联、串联等实现，但不能进行高温高压下平面非均质和不同注采井网的驱替实验研究。发明专利“非均质多层岩心夹持器”、“一种纵向和平面非均质平板模型水驱油效率实验方法”、“用于ct扫描的非均质多层岩心夹持器”等提供了非均质多层油藏模拟装置和方法，但所述岩心均为多层平板，不能体现真实油藏的储层的高低起伏变化，同时，井筒模拟装置、层间窜流监测、剩余油分布监岩心裂缝制作、围压加载装置等部分未做明确说明。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种直井多层油藏流动模拟实验装置，揭示非均质多层油藏流体流动规律，为解决储层层内、层间矛盾，制定合理的生产措施提供理论依据。

本发明的另一个目的在于提供一种直井多层油藏流动模拟实验方法，提高非均质多层油藏开发效果。

本发明提供的技术方案如下：

一种直井多层油藏流动模拟实验装置，包括通过管线依次连通的注入泵、中间容器、岩心夹持器和采出流体计量系统，所述岩心夹持器连接有围压加载系统和电位监测系统，所述岩心夹持器外设有恒温箱。

所述岩心夹持器为立方体，所述岩心夹持器包括模拟注入井筒、胶套、围压加载空腔和模拟采出井筒，所述胶套用于包裹模拟岩心，所述围压加载空腔设于胶套外，所述岩心夹持器的每个侧面由多个围压加载空腔由内向外叠制而成，每个围压加载空腔分别与围压加载系统相连；

所述模拟注入井筒和模拟采出井筒沿立方体的对角线竖直设置且均与模拟岩心相通，所述模拟注入井筒和模拟采出井筒均包括模拟井筒内层和模拟井筒外层，所述模拟井筒内层设于模拟井筒外层内且两者可周向相对运动，所述模拟井筒内层和模拟井筒外层上均设有多个炮眼，所述模拟井筒内层的不同相位上设有不同数量的炮眼。

所述电位监测系统包括依次电连接的测量电极、传输电缆、a/d转换板和计算机，所述测量电极为多个，等距离分布在模拟岩心的各层。

所述围压加载系统包括围压泵和控制柜，所述控制柜与围压泵电连接，所述采出流体计量系统的出口处设有回压泵。

一种直井多层油藏流动模拟实验方法，使用直井多层油藏流动模拟实验装置，包括以下步骤：

步骤1）制作模拟岩心；

步骤2）将模拟岩心装入岩心夹持器中，用胶套包裹；

步骤3）打开围压加载系统中的围压泵，给模拟岩心加围压至实验设定压力并保持恒定；

步骤4)将模拟岩心抽真空注入饱和地层水；

步骤5）开启恒温箱将岩心夹持器加热至实验设定温度并保持恒定；

步骤6）开启注入泵加驱替压力，将中间容器中的模拟地层油注入岩心夹持器中，使油以恒定速度，驱替纵向非均质模拟岩心中的水，用采出流体计量系统分别计量每一层驱替出的水量和油量，当某一层建立好设定的束缚水饱和度时关闭该层，直至所有层都建立好束缚水饱和度时油驱水实验结束；

步骤7）根据实验设计的注入速度调节恒压、恒速注入泵的速度；

步骤8）通过注入泵加驱替压力，将中间容器中的模拟地层水，以实验设定的速度恒速注入岩心夹持器中进行水驱油实验，然后根据实验设计的一系列注入孔隙体积倍数值，用采出流体计量系统分别计量每一孔隙体积倍数下模拟岩心每一层的累计驱替出油量和水量，并用压力计量装置记录进口压力、压力计量装置记录出口压力，当某一层的含水率达到100％时关闭该层，直至所有层的含水率都达到100％时实验结束；

步骤9）所有层的驱替出油量的均匀程度高所对应的注入孔隙体积，即为该模拟岩心对应的非均质多层油层施工时的注入孔隙体积。

所述模拟岩心通过天然岩心或人造岩心制作，所述模拟岩心制作时首先根据实际油藏储层展布、高低起伏情况制作模型底座，之后根据储层纵向层数，逐层加工，模拟岩心的底层与模型底座契合。

使用人造岩心制作模拟岩心的过程如下：根据实际储层物性使用环氧树脂和不同粒径石英砂混合制造，混合完成后置于模型底座，加压成型，逐层加工；

在环氧树脂和不同粒径石英砂混合后尚未胶结前，将电位监测系统10的测量电极和传输电缆埋置在各层内，同时在各层中设置裂缝，而且各层分别加入不同的镧系元素示踪剂。

使用天然岩心制作模拟岩心的过程如下：对天然岩心进行切割、打磨，使岩心与模型底座契合，根据储层纵向层数，逐层加工岩心。

水驱油实验过程中，通过电位监测系统得到各个位置电阻率，分析各层剩余油分布情况，同时通过层间电极数据，模拟得到层间窜流情况。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种实验装置与方法可真实模拟非均质多层油藏流动规律，操作安全、简单、自动化程度及结果可信度高。揭示非均质多层油藏流体流动规律，为解决储层层内、层间矛盾，制定合理的生产措施提供理论依据，提高该类油藏开发效果。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实验装置的一种实施结构示意图；

图2是模拟岩心的结构示意图；

图3是岩心夹持器的结构示意图。

图中：1、模拟岩心；2、模拟井筒外层；3、模拟井筒内层；4、胶套；5、围压加载空腔；6、注入泵；7、中间容器；8、围压加载系统；9、岩心夹持器；10、电位监测系统；11、恒温箱；12、采出流体计量系统；13、模拟注入井筒；14、模拟采出井筒。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种直井多层油藏流动模拟实验装置，包括通过管线依次连通的注入泵6、中间容器7、岩心夹持器9和采出流体计量系统12，所述岩心夹持器9连接有围压加载系统8和电位监测系统10，所述岩心夹持器9外设有恒温箱11。

如图1所示，注入泵6提供驱替动力，中间容器7预置工作液，工作液通过管线进入模拟岩心1，围压加载系统8将围压加载到模拟岩心1，电位监测系统10用于驱替过程中各位置电阻率测量，从而分析含油饱和度，恒温箱11用于模拟地层温度，采出流体计量系统12，用于计量分层采出量。

该实验装置用于石油行业压裂井室内高温高压纵向非均质多层储层水驱油流动模拟规律实验研究，可真实模拟非均质多层油藏流动规律，操作安全、简单、自动化程度及结果可信度高。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种直井多层油藏流动模拟实验装置，所述岩心夹持器9为立方体，所述岩心夹持器9包括模拟注入井筒13、胶套4、围压加载空腔5和模拟采出井筒14，所述胶套4用于包裹模拟岩心1，所述围压加载空腔5设于胶套4外，所述岩心夹持器9的每个侧面由多个围压加载空腔5由内向外叠制而成，每个围压加载空腔5分别与围压加载系统8相连；

所述模拟注入井筒13和模拟采出井筒14沿立方体的对角线竖直设置且均与模拟岩心1相通，所述模拟注入井筒13和模拟采出井筒14均包括模拟井筒内层3和模拟井筒外层2，所述模拟井筒内层3设于模拟井筒外层2内且两者可周向相对运动，所述模拟井筒内层3和模拟井筒外层2上均设有多个炮眼，所述模拟井筒内层3的不同相位上设有不同数量的炮眼。如图3所示。

立方体岩心夹持器9各个端面为由内向外设置的多层围压加载空腔5叠制而成，各个围压加载空腔5分别与围压泵相连，需要加载环压时，围压泵向各个围压加载空腔5注入流体，各层形成合力通过胶套4施加在模拟岩心1上；该方法比使用常规加载机加载，具有载荷均匀、占地小、易操作等优势。

注水模拟井筒由模拟井筒内层3和模拟井筒外层2两层井筒组成，两层之间可形成密封，模拟井筒内层3不同相位设置不同模拟炮眼，且可转动，从而通过转动内层井筒可以设置与储层各层相连的炮眼数量，模拟不同打开程度的水驱情况。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种直井多层油藏流动模拟实验装置，所述电位监测系统10包括依次电连接的测量电极、传输电缆、a/d转换板和计算机，所述测量电极为多个，等距离分布在模拟岩心1的各层。

测量电极是由直径1mm的两根铜漆包线组成，测量电极是在压制模拟岩心1前，插入到模拟岩心1中，平面上等距离分布；测量电极布好以后，将测量电极与传输电缆（扁电缆）焊接，并与a/d转换板和计算机相连；各储层电极布置完成，待模拟岩心1尚未胶结时，将测量电极、传输电缆埋置在模拟岩心1内。

所述围压加载系统8包括围压泵和控制柜，所述控制柜与围压泵电连接，所述采出流体计量系统12的出口处设有回压泵。当出口压力大于回压泵的设定压力时，采出液排出。采出流体计量系统12为现有技术，这里就不做详细的描述。

实施例4：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种直井多层油藏流动模拟实验方法，使用直井多层油藏流动模拟实验装置，包括以下步骤：

步骤1）制作模拟岩心1；

步骤2）将模拟岩心1装入岩心夹持器9中，用胶套4包裹；

步骤3）打开围压加载系统8中的围压泵，给模拟岩心1加围压至实验设定压力并保持恒定；

步骤4)将模拟岩心1抽真空注入饱和地层水；

步骤5）开启恒温箱11将岩心夹持器9加热至实验设定温度并保持恒定；

步骤6）开启注入泵6加驱替压力，将中间容器7中的模拟地层油注入岩心夹持器9中，使油以恒定速度，驱替纵向非均质模拟岩心1中的水，用采出流体计量系统12分别计量每一层驱替出的水量和油量，当某一层建立好设定的束缚水饱和度时关闭该层，直至所有层都建立好束缚水饱和度时油驱水实验结束；

步骤7）根据实验设计的注入速度调节恒压、恒速注入泵6的速度；

步骤8）通过注入泵6加驱替压力，将中间容器7中的模拟地层水，以实验设定的速度恒速注入岩心夹持器9中进行水驱油实验，然后根据实验设计的一系列注入孔隙体积倍数值，用采出流体计量系统12分别计量每一孔隙体积倍数下模拟岩心1每一层的累计驱替出油量和水量，并用压力计量装置记录进口压力、压力计量装置记录出口压力，当某一层的含水率达到100％时关闭该层，直至所有层的含水率都达到100％时实验结束；

步骤9）所有层的驱替出油量的均匀程度高所对应的注入孔隙体积，即为该模拟岩心对应的非均质多层油层施工时的注入孔隙体积。

对于非均质多层油藏，通过本实施例的实验方法，在实验过程中采用各储层产出液的均匀程度评价不同工艺及工艺参数，从而对现场采油提供理论指导。

实施例5：

在实施例4的基础上，本实施例提供了一种直井多层油藏流动模拟实验方法，所述模拟岩心1通过天然岩心或人造岩心制作，所述模拟岩心1制作时首先根据实际油藏储层展布、高低起伏情况制作模型底座，之后根据储层纵向层数，逐层加工，模拟岩心1的底层与模型底座契合。模拟岩心1如图2所示。

使用人造岩心制作模拟岩心1的过程如下：根据实际储层物性使用环氧树脂和不同粒径石英砂混合制造，混合完成后置于模型底座，加压成型，逐层加工；

在环氧树脂和不同粒径石英砂混合后尚未胶结前，将电位监测系统10的测量电极和传输电缆埋置在各层内，同时在各层中设置裂缝，而且各层分别加入不同的镧系元素示踪剂。

示踪剂在水驱过程中逐渐溶解在水中，通过在出口端收集、检测各镧系元素含量，可得各层产液情况，便于揭示油水流动规律。根据纵向各层实际压裂情况，可在各储层制作过程中设置裂缝，将水溶性高分子材料（聚乳酸）制成裂缝条带状嵌入尚未胶结的层状人造岩心中，水驱过程中温度升高后水溶性材料溶解形成裂缝，可真实模拟非均质多层压裂井情况。

使用天然岩心制作模拟岩心1的过程如下：对天然岩心进行切割、打磨，使岩心与模型底座契合，根据储层纵向层数，逐层加工岩心，层间可根据需要使用可渗透或不可渗透材料粘合。当需要模拟层间窜流情况时，则使用可渗透材料。

水驱油实验过程中，通过电位监测系统10得到各个位置电阻率，分析各层剩余油分布情况，同时通过层间电极数据，模拟得到层间窜流情况。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明；并不构成对本发明的保护范围的限制；凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段；这里不一一叙述。