油气开采过程中二维可视化驱油实验装置和实验方法与流程

1.本发明涉及油气田开发技术领域，尤其涉及一种油气开采过程中二维可视化驱油实验装置和实验方法。


背景技术：

2.提高油气田采收率是油气田开采过程中的重要阶段，针对不同类型油藏，形成了如下相关技术：常规水驱、聚合物驱、热水驱、蒸汽吞吐、蒸汽驱以及高温凝胶调剖、预交联凝胶颗粒(ppg)调堵等。
3.实验室物理模拟是研究油气开发的重要手段之一，针对以上技术，目前已经发展了相关的一维岩心驱替实验装置、二维比例物理模型设备、三维相似物理模拟模型等，一维岩心驱替实验不能够反映驱替过程中油层在平面和纵向的变化，获取的数据往往很少，而三维模型操作不够简便，研究周期长。
4.中国专利申请(cn208486872u)公开了一种三维大平板填砂模型，该模型设有垂直井眼阀门组、水平井井眼阀门组，可模拟不同井型、井网的开采，并通过三维电阻成像技术获取储层流体分布状况。但该填砂模型操作复杂、实验成本高、研究周期较长且不能直观描述化学驱过程中注入化学剂的分布状态。
5.为了研究不同注入速度、不同温度以及不同压力条件下，不同流体(油、水、蒸汽、凝胶溶液、ppg溶液、n2、co2等)在不同多孔介质中的流动形态，能够直观地展现驱油过程中油层波及的变化情况以及模型内流体的分布情况，同时也可以观察流体在多孔介质中的微观形态，需要研制一种操作方便、适用性广的模拟油气开采的二维可视化驱油实验模型。


技术实现要素：

6.有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种油气开采过程中二维可视化驱油实验装置和实验方法。
7.本发明的实施例提供一种油气开采过程中二维可视化驱油实验装置，包括模型本体、夹持器、模型注入井、模型采出井以及模型水平井；
8.所述模型本体包括模型底板、模型盖板和若干玻璃微珠，所述模型盖板和所述模型底板在上下向相对设置，所述模型盖板和模型底板的材质为透明材质，所述模型底板和所述模型盖板之间粘接形成密封的容置空腔，所述容置空腔内粘接有若干玻璃微珠，所述玻璃微珠的尺寸、数量和间距依据模拟渗透率设置；
9.所述模型盖板与所述容置空腔相对的位置贯穿设有多个导流孔，所述导流孔与注液管道连通形成模型注入井和模型采出井，所述注液管道上设有阀门，所述模型盖板或所述模型底板面向所述玻璃微珠的一侧开设有水平沟槽，所述沟槽一端与所述容置空腔连通，另一端贯穿所述模型本体形成模型水平井；
10.所述夹持器用于夹持所述模型本体端部，以对所述模型盖板和所述模型底板施加相向的压力，所述夹持器与所述模型注入井和所述模型采出井相对的位置贯穿设有安装
孔。
11.进一步地，所述夹持器包括上夹板和下夹板，所述上夹板和所述下夹板一端与所述模型本体相对，另一端位于所述模型本体外侧，所述上夹板和所述下夹板位于所述模型本体外侧的一端贯穿设有螺纹孔，所述螺纹孔与螺栓配合连接，以使所述夹持器夹持所述模型本体。
12.进一步地，所述模型底板和所述模型盖板外表面均经高温涂层处理后敷设隔热层。
13.进一步地，所述夹持器和所述模型底板、模型盖板之间均设有缓冲层，所述缓冲层与所述安装孔相对的位置设有让位孔。
14.进一步地，所述缓冲层为橡胶圈。
15.进一步地，所述模型底板和所述模型盖板之间通过粘胶粘接，所述粘胶为耐高温玻璃胶。
16.进一步地，所述粘胶的厚度为4
‑
6cm。
17.进一步地，所述模型盖板的材质为石英玻璃；和/或，
18.所述模型底板的材质为石英玻璃。
19.进一步地，所述模型底板上设有若干监测点，用于与温度传感器和压力传感器连接。
20.本发明的实施例还提供一种实验方法，包括以下步骤：
21.s1根据对井网的实验要求对模型注入井、模型采出井和模型水平井进行布置，将模型底板上的监测点与温度传感器和压力传感器连接；
22.s2在模型盖板和模型底板之间粘贴若干玻璃微珠，玻璃微珠的尺寸和数量依据实验要求设置，将模型盖板和模型底板相对，在模型盖板和模型底板之间进行粘接，使玻璃微珠处于密封的容置空腔内；
23.s3利用模型夹持器将模型盖板和模型底板夹紧；
24.s4将注液管道与模型本体内的容置空腔连通后，通过阀门控制流体的进入，流体通过模型夹持器上的孔流入容置空腔内；
25.s5按照设定的实验方案开展不同的模拟实验。
26.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：可模拟不同条件下的驱油过程，通过改变模型注入井和模型采出井的位置、数量和间距，可模拟不同的井型井距。通过改变玻璃微珠的尺寸、数量和间距，可模拟不同渗透率的均质储层或非均质储层。
附图说明
27.图1是本发明提供的油气开采过程中二维可视化驱油实验装置一实施例的剖视图；
28.图2是图1中油气开采过程中二维可视化驱油实验装置的俯视图；
29.图3是实验实例中的实验流程图；
30.图4是实验实例中蒸汽驱过程图；
31.图5是实验实例中注高温凝胶以及后续蒸汽驱过程图；
32.图6是实验实例中含水率和瞬时产油量随注入体积变化曲线；
33.图7是实验实例中驱动压差随注入体积的变化曲线；
34.图8是实验实例中注蒸汽和注凝胶过程微观图片。
35.图中：模型底板1、模型盖板2、玻璃微珠3、粘胶4、上夹板5、下夹板6、螺栓7、缓冲层8、沟槽9。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
37.请参见图1和图2，本发明的实施例提供一种油气开采过程中二维可视化驱油实验装置，包括模型本体、夹持器、模型注入井、模型采出井以及模型水平井。
38.所述模型本体包括模型底板1、模型盖板2和若干玻璃微珠3，所述模型盖板2和所述模型底板1在上下向相对设置，所述模型盖板2和模型底板1的材质为透明材质，本实施例中，所述模型盖板2和模型底板1的材质为石英玻璃，具有一定硬度和强度，石英玻璃的最大承受压力大小为3mpa，最大承受温度大小为300℃。
39.所述模型底板1和所述模型盖板2之间粘接形成密封的容置空腔，本实施例中，所述模型底板1和所述模型盖板2之间通过粘胶4粘接，所述粘胶4为耐高温玻璃胶。所述粘胶4的厚度为4
‑
6cm，具体的，粘胶4的厚度为5cm，为玻璃微珠3提供容置空间，同时增强容置空腔的密封性。所述容置空腔内粘接有若干玻璃微珠3，玻璃微珠3通过耐高温的双面胶粘贴在模型底板1、模型盖板2上，所述玻璃微珠3的尺寸、数量和间距依据模拟渗透率设置。
40.所述模型盖板2与所述容置空腔相对的位置贯穿设有多个导流孔，所述导流孔与注液管道连通形成模型注入井和模型采出井，所述注液管道上设有阀门，通过改变模型注入井和模型采出井的位置、数量和间距，可模拟不同的井型井距。
41.所述模型盖板2或所述模型底板1面向所述玻璃微珠3的一侧开设有水平沟槽9，所述沟槽9一端与所述容置空腔连通，另一端贯穿所述模型本体形成模型水平井。所述模型底板1上设有若干监测点，监测点可通过转换接头互换，用于与温度传感器和压力传感器连接，保证在试验过程中对模型内的温度、压力等进行有效的监测，使系统运行参数满足实验要求。
42.所述模型底板1和所述模型盖板2外表面均经高温涂层处理后敷设隔热层，以防流体窜流，以减小内部温度场，受外部环境的传导。
43.所述夹持器用于夹持所述模型本体端部，以对所述模型盖板2和所述模型底板1施加相向的压力，所述夹持器与所述模型注入井和所述模型采出井相对的位置贯穿设有安装孔。本实施例中，安装孔内侧壁设有内螺纹，注液管道和安装孔螺纹连接。
44.具体的，所述夹持器包括上夹板5和下夹板6，所述上夹板5和所述下夹板6一端与所述模型本体相对，另一端位于所述模型本体外侧，所述上夹板5和所述下夹板6位于所述模型本体外侧的一端贯穿设有螺纹孔，所述螺纹孔与螺栓7配合连接，以使所述夹持器夹持所述模型本体。夹持器可以设有多个，分设于模型本体周围，也可以设有一个，上夹板5和下夹板6均呈环形设置，对模型本体端部均匀施力。
45.所述夹持器和所述模型底板1、模型盖板2之间均设有缓冲层8，所述缓冲层8与所述安装孔相对的位置设有让位孔，本实施例中，所述缓冲层8为橡胶圈，也可以为硅胶垫，可
增强夹持器和模型本体之间的密封性，能够起到弹性缓冲作用，防止实验过程中模型压力过高导致模型底板1和模型盖板2破裂。
46.模型夹持器与模型底板1、模型盖板2之间有良好的密封性，流体直接从注流管道通过模型夹持器上的安装孔注入容置空腔内部，避免了注流管道与模型盖板2上的导流孔直接接触，从而保证了可视模型本体的密封性。上夹板5和所述下夹板6的材质为不锈钢材质，本实施例中，为316不锈钢。
47.本发明提供的油气开采过程中二维可视化驱油实验装置，可模拟不同条件下的驱油过程，通过改变模型注入井和模型采出井的位置、数量和间距，可模拟不同的井型井距。通过改变玻璃微珠3的尺寸、数量和间距，可模拟不同渗透率的均质储层或非均质储层。结构简单，操作轻便，能够模拟不同注入速度、不同温度以及不同压力条件下，不同流体(油、水、蒸汽、凝胶溶液、ppg溶液、n2、co2等)在不同多孔介质中的流动形态。能够直观地展现驱油过程中油层波及的变化情况以及模型内流体的分布情况，也可以利用高清摄像设备观察流体在多孔介质中的微观形态，记录不同溶液注入过程中油层平面波及的变化，同时记录压力的变化以及计量实验产出液，可用于均质储层或非均质储层冷采、注水、注气、注入聚合物和表面活性剂等化学剂进行驱油模拟实验。模型的注入、采出数据和温度、压力变化数据以及实验采出液都可通过计算机的采集，并根据对应的需要进行数据处理。
48.基于上述油气开采过程中二维可视化驱油实验装置，本发明实施例还提供一种实验方法，包括以下步骤：
49.s1根据对井网的实验要求对模型注入井、模型采出井和模型水平井进行布置，将模型底板1上的监测点与温度传感器和压力传感器连接。
50.s2在模型盖板2和模型底板1之间粘贴若干玻璃微珠3，玻璃微珠3的尺寸和数量依据实验要求设置，将模型盖板2和模型底板1相对，在模型盖板2和模型底板1之间进行粘接，使玻璃微珠3处于密封的容置空腔内。
51.具体的，在模型盖板2和模型底板1上各贴有耐高温的双面胶，再在双面胶上铺上玻璃微珠3(玻璃微珠3的尺寸、数量和间距根据实验要求来决定)，最后在模型盖板2和模型底板1的四周涂上耐高温玻璃胶进行密封。
52.s3在涂上玻璃胶之后，利用模型夹持器将模型盖板2和模型底板1夹紧。具体的，将上夹板5和下夹板6放置于模型本体两侧，利用螺栓7与螺纹孔配合，以将上夹板5和下夹板6固定，夹持器和模型底板1、模型盖板2之间用缓冲层8进行隔开。
53.s4上述准备工作完成后，将已完成的实验装置放在恒温箱中静置一段时间，恒温箱的温度为30
‑
50℃，本实施例中，恒温箱的温度为40℃，让玻璃胶更好地固结，从而起到更好的密封效果。
54.s5将注液管道与模型本体内的容置空腔连通后，通过阀门控制流体的进入，流体通过模型夹持器上的孔流入容置空腔内。
55.通过模拟注入井向模型内用平流泵先后注入饱和水和饱和油，出口端分别见水和油稳定时饱和过程完成；
56.s6按照设定的实验方案开展不同的模拟实验。
57.实验实例，利用本发明的实验装置进行稠油油藏高温凝胶改善蒸汽驱开发效果实验，图3为整个可视化实验的流程图，本实验采用五点直井井网，且打孔的石英玻璃片之间
铺两层40目的石英砂，然后用耐高温高压的玻璃胶进行密封。可视模型制作完成之后测得孔隙度为0.38，渗透率为2.01μm2。
58.实验过程：(1)按照实验流程图连接好实验装置；(2)饱和水：通过isco平流泵，以0.2ml/min的流量向实验装置中泵入配置的地层水，出口端见水稳定时饱和过程完成；(3)饱和油：以0.2ml/min的流量向可视化模型中注入原油，出口端含油率达到100％且出油稳定时饱和油的过程完成；(4)蒸汽驱：利用蒸汽发生器，以0.2ml/min的流量向可视化模型中注入蒸汽，进行蒸汽驱。蒸汽温度为200℃，干度为0.8；(5)注凝胶溶液：蒸汽驱含水率达到95％时停止蒸汽驱，以0.2ml/min的流量向可视化模型中连续注入耐高温凝胶溶液；(6)后续蒸汽驱：待凝胶溶液在模型中成胶，再以0.2ml/min的流量进行蒸汽驱，当采出液含水率达到95％停止驱替。注蒸汽的过程中，井底一般有较高的温度，但是由于凝胶溶液在室温下配成，在注入凝胶溶液的过程中，井底温度一般在90℃左右，因此实验过程中将温度设置在90℃。
59.实验结果：由于油水黏度的差异，注蒸汽过程中出现了典型的黏性指进现象，产生了明显的主流通道，导致主流通道两侧滞留有大量的剩余油。注入的高温凝胶溶液首先进入高渗通道，占据大孔隙，成胶之后封堵蒸汽驱产生的主流通道。后续蒸汽驱绕过凝胶区域，使得剩余油被大量采出，后续蒸汽驱的驱动压差明显增加，采收率达到60.45％，比单纯蒸汽驱效率高出15.17％。
60.图4为实验装置中的注蒸汽的过程图，从图中可以看出，由于油水黏度间的差异以及模型内压力传播的方向，在注采井间形成了明显的主流线，出现了典型的黏性指进的现象。在突进过程中，注入蒸汽及热水不断加热蒸汽两侧的稠油区，使稠油黏度降低，流动能力增强，被后续注入蒸汽及热水携带入主流通道后采出。
61.图5为可视化模型中注入高温凝胶的过程图，注入的凝胶溶液主要进入蒸汽驱汽窜通道，且沿着阻力最小的方向推进。由于注入的凝胶溶液对模型中的剩余油也有一些驱替作用，因此对比图5(b)和图4(c)可以发现，波及范围略有变大。图5(c)是模型中凝胶溶液成胶之后后续蒸汽驱产出液含水率达到95％的形态，此时的波及效率达到70.44％。对比图5(c)和图4(c)可以发现，高温凝胶封堵后续蒸汽驱的最终波及效率明显高于纯蒸汽驱。
62.图6为实验装置中含水率、瞬时产油量随注入体积变化曲线图，从图6可以看出，在蒸汽初期瞬时产油量维持在0.2ml/min左右，注入高温凝胶溶液之后再次蒸汽驱，瞬时产油量大幅增加，在后续蒸汽驱的过程中，瞬时产油量逐渐降低。
63.图7为可视化模型中驱动压差随注入体积变化曲线，可以看出在注入高温凝胶之后进行后续蒸汽驱时，驱动压差有所增加，而后缓慢降低，最终稳定在180kpa左右，说明注入的高温凝胶，对油层起到了良好的封堵调剖作用。
64.图8为可视化模型中注蒸汽过程局部微观可视图像，通过对比可以发现，凝胶溶液成胶之后，占据了玻璃微珠3颗粒之间的孔隙，对于汽窜之后的高渗通道有良好的封堵作用，后续蒸汽驱突进方向发生转向，使剩余油被大量驱替出来。
65.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
66.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
67.以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。