非均质油藏开发及调整模拟实验装置与方法与流程

1.本发明涉及油气田开发技术领域，特别是涉及到非均质油藏开发及调整模拟的一种实验装置与方法。


背景技术：

2.储层的非均质性是影响油气藏开发效果的重要因素之一。由于注入流体与地层原油的流度差异，导致注水、注气开发过程中注入流体往往优先沿渗透率优势通道流动，高渗透层过早水淹或者气窜，而低渗透层难以被有效动用，大量的剩余油难以采出。储层非均质性导致的水淹、气窜已经成为限制该类油气藏进一步提高采收率的关键。
3.此前研究人员多通过建立大尺度二维、三维物理模型来模拟非均质油藏，实验工作量大、周期长、成本高、成功率低，且无法获得实验过程中模型内部的多相流体分布。因此，有必要改进实验方法，以简便、快捷的方式完成部分大模型实验才能完成的工作，实现非均质储层注水或注气开发及调整的模拟，为实际油藏制定开发方案、预测开发效果提供可靠依据。
4.在申请号：201611141594.3的中国专利申请中，涉及到一种复杂裂缝性油藏水平井开发的物理模拟实验装置，包括模拟井筒、模拟油藏ⅰ、模拟油藏ⅱ、注入系统ⅰ和注入系统ⅱ；模拟油藏ⅰ和模拟油藏ⅱ对称设置在模拟井筒的两侧，且都包括五块具有不同裂缝参数的裂缝性岩心。本发明还涉及一种实验方法，包括以下步骤：分别在两个模拟油藏的每个岩心夹持器内放入裂缝性岩心；对裂缝性岩心进行水驱油过程，通过相应的流量计、饱和度探针和压力传感器分别实时监测裂缝性岩心出口端的导流能力、含油饱和度和压力，通过油水计量装置实时监测模拟井筒出口端的产油产水状况。该专利仅能够模拟部分平面及层间非均质性(非均质并联关系)油藏的水平井平面一维流动过程，既无法模拟储层的径向非均质性(非均质串联关系)，也无法模拟直井的近井区径向流流动过程。同时该专利所述实验方法仅能模拟储层开发前的原始含油分布，无法实现对油藏某一开发阶段的剩余油分布模拟，且无法实现开发过程中对某一特定区域的封堵调剖模拟。
5.在申请号：201410642984的中国专利申请中，涉及到一种稠油热采微观驱替实验系统，该稠油热采微观驱替实验系统包括注入系统、模型系统、输出系统和图像采集与分析系统，该注入系统具有动力源以提供驱替热流体，该模型系统接收该注入系统提供的驱体热流体，并采用惰性气体进行微观模型周围环压的施加与控制以进行热流体对稠油的驱替实验，该输出系统接收驱替实验后的输出液，并保持一定的回压，该图像采集与分析系统对微观驱替过程进行动态观察与拍摄，并进行微观渗流特征和驱替机理的研究。该专利所述的微观驱替实验研究针对油藏中的具体一点，无法模拟储层的宏观非均质性，也无法用于研究流体的宏观波及规律，且无法模拟开发中的封堵调剖措施。图像分析只能进行定性的机理研究，缺乏可靠定量计量手段。
6.为此我们发明了一种新的非均质油藏开发及调整模拟实验装置与方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种能够实现各类非均质油藏注水或注气开发及调整的模拟，并能够分析模拟开发前后的剩余油分布，为实际油藏制定开发方案、预测开发效果提供可靠依据的非均质油藏开发及调整模拟实验装置与方法。
8.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：非均质油藏开发及调整模拟实验装置，该非均质油藏开发及调整模拟实验装置包括注入系统、离散式模型系统、采出计量系统和数据采集与测试系统，该注入系统提供驱替流体；该离散式模型系统入口与该注入系统相连，出口与该采出计量系统相连，内部包括多个岩心夹持器，通过特定类型的所述多个岩心夹持器装填有不同物性的岩心或填砂模型，以进行驱替模拟实验；该采出计量系统进行采出流体的气液分离与产量计量；该数据采集与测试系统连接于离散式模型系统各连接点处，记录实验过程中模型各点的压力、饱和度、温度数据，并将数据通过电脑进行实时分析。
9.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
10.该注入系统包括高压驱替泵、高压中间容器，该高压驱替泵为驱替模拟实验提供驱替动力，与该高压中间容器相连；该高压中间容器内装有驱替流体模拟地层水及co2，与该离散式模型系统入口相连。
11.该离散式模型系统包括注入井模型、采出井模型和多个离散井间模型，该注入井模型使用径向流夹持器装填，该径向流夹持器内装填有模拟油藏注入井近井区物性的径向非均质模型,该注入井模型的出口与所述多个离散井间模型相连；所述多个离散井间模型使用管状岩心夹持器装填，该管状岩心夹持器内部装填的岩心或填砂模型物性参考研究区域注采井间的非均质储层物性，每个离散井间模型代表研究区域的一部分，所述多个离散井间模型的整体出口与该采出井模型相连；该采出井模型使用径向流夹持器装填，夹持器内装填有模拟油藏采出井近井区物性的径向非均质模型,该采出井模型的出口与该采出计量系统相连。
12.注采端相连的所述多个离散井间模型形成串联关系，该串联段入口与该注入井模型的某一采出端相连，出口与该采出井模型的某一注入端相连，该串联段组成非均质模型的一条支路，同一支路上的不同离散井间模型的物性差异模拟储层的层内非均质性，与注入井模型和采出井模型不同出口相连的不同支路互为并联关系，不同支路的物性差异模拟储层的层间非均质性。
13.该采出计量系统包括回压控制阀、气液分离器和气液计量装置，该回压控制阀与该采出井模型出口相连，控制采出井井底压力，该回压控制阀后先后连接有该气液分离器及该气液计量装置，该气液分离器将采出流体进行气液分离，该气液计量装置计量采出的气量及液量。
14.该数据采集与测试系统在在驱替模拟过程中记录模型各点的压力、饱和度、温度数据，并将数据传输至电脑进行实时分析，驱替模拟结束后可以对该离散式模型系统中的各个模型进行ct及核磁共振扫描，分析剩余油分布。
15.该数据采集与测试系统由压力传感器、电阻率传感器、温度传感器、ct扫描仪、核磁共振测试仪及该电脑组成，该压力传感器、该电阻率传感器、该温度传感器连接于该离散式模型系统各连接点处，用于记录实验过程中该离散式模型系统各点的压力、饱和度、温度数据，并将数据传输至该电脑进行实时分析，该ct扫描仪与该核磁共振测试仪为独立部件，
在驱替模拟后对该离散式模型系统中的单个模型进行剩余油分析。
16.本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：非均质油藏开发及调整模拟实验方法，该非均质油藏开发及调整模拟实验方法采用了非均质油藏开发及调整模拟实验装置，包括：步骤1，采用离散式模型系统进行非均质油藏模拟；步骤2，根据所模拟的真实储层条件，进行储层流体模拟；步骤3，进行开发及调整模拟；步骤4，进行流体饱和度分布测试。
17.本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：
18.步骤1包括：
19.sa1：将实际非均质油藏的物性分布进行简化，作为实验模型的物性分布；其中注采井间区域被离散为多个单元，即离散井间模型，每个离散井间模型的物性用其所模拟区域单元的平均物性代替；
20.sa2：将各岩心或填砂模型装填于对应的岩心夹持器中。
21.步骤2包括：
22.sb1：根据所模拟的真实储层条件，计算实验模型的初始含油饱和度分布，所述真实储层条件指真实储层的流体分布，为储层开发前的原始含油分布，或某一开发阶段的剩余油分布；
23.sb2：将注入井模型、采出井模型和各离散井间模型之间的连接断开，将各模型的注入端均与注入设备相连，采出端与气液流量计相连；
24.sb3：根据上述计算的实验模型初始含油饱和度分布，配置不同配比的地层原油或模拟油或油水混合物；分别向各个模型缓慢注入对应的复配溶液，至少饱和5pv以上以达到充分饱和；
25.sb4：饱和完毕，将各模型重新按照预定顺序连接。
26.步骤3包括：
27.sc1：将离散式模型系统按照一定顺序连接好以后，将离散式模型系统的入口与注入系统相连，注入流体为气体或液体；出口与气液流量计相连，也可根据需要在气液流量计之前连有回压控制系统以实现出口压力的控制；
28.sc2：打开注入系统，开展驱替实验，并记录实验过程中的油气水采出量及各节点的压力、电阻率、温度变化；
29.sc3：当高渗支路出现窜流后，关闭注入井模型与高渗支路相连的开关，实现对模拟油藏高渗条带封堵的模拟，继续记录实验过程中的油气水采出量及各节点的压力变化；
30.sc4：含水率到达98％，关闭注入系统，终止驱替实验。
31.步骤4包括：
32.sd1：将各个模型之间的连接断开；
33.sd2：根据驱替实验所使用流体的类型，分别对各个模型进行电阻率测试、声波测试、ct扫描或核磁共振扫描，以确定其剩余油分布，若流体中不含气相则无需使用声波测试；
34.sd3：将单个模型扫描所得数据及图像经计算机处理，并根据其所处位置进行合并，得到整个离散式模型系统驱替后的剩余油分布。
35.该非均质油藏开发及调整模拟实验方法还包括，在步骤4之后，分别对各个模型注入石油醚进行清洗，并将其从对应的岩心夹持器中取出，下次实验可重复使用。
36.本发明中的非均质油藏开发及调整模拟实验装置与方法，特别针对油气田开发领域中非均质油藏渗流和开发过程的研究；同时适用于其它与多孔介质中的多相渗流现象有关的研究领域。
37.本发明的实验装置由注入系统、离散式模型系统、采出计量系统、数据采集与测试系统组成；其中注入系统由高压驱替泵、中间容器等组成，用于提供驱替流体；离散式模型系统入口与注入系统相连，出口与采出计量系统相连，由注入井模型、采出井模型和若干个离散井间模型组成，通过特定类型的岩心夹持器装填有不同物性的岩心或填砂模型，并按一定顺序连接，连接顺序关系取决于各小层之间的相互位置关系；采出计量系统与离散式模型系统出口相连，由回压控制阀、气液分离器、气液计量装置组成，用于采出液的气液分离与产量计量；离散式模型系统与注入系统、采出计量系统相连形成完整的驱替系统；数据采集与测试系统与驱替系统各节点相连，由压力传感器、温度传感器、电阻率传感器、电脑等组成，也可包括ct扫描及核磁共振成像设备，用于实时测量实验过程中的压力、温度、饱和度分布变化。非均质油藏的模拟通过离散式模型系统来实现。流体饱和前将各模型间的连接断开，分别对各模型饱和对应的复配地层油或模拟油或油水混合物，饱和完毕后再将各模型按预定顺序连接；驱替实验中通过调整不同模型连接的开关，可以实现对不同小层的单独注入以及封堵调剖模拟；驱替模拟实验结束后，将不同模型的连接断开，分别对各个模型分别进行流体饱和度测试，获取驱替结束后的模型剩余油分布。
38.本发明可以完成非均质油藏开发及调整模拟实验，该实验实现了非均质油藏注水或注气开发及调整过程的模拟，并能够分析模拟开发前后的剩余油分布，为实际油藏制定开发方案、预测开发效果提供可靠依据。
附图说明
39.图1为本发明的非均质油藏开发及调整模拟实验装置的一具体实施例的结构图；
40.图2为本发明的非均质油藏开发及调整模拟实验装置的一具体实施例的径向非均质注入井模型的结构图；
41.图3为本发明的非均质油藏开发及调整模拟实验装置的一具体实施例的径向非均质采出井模型的结构图；
42.图4为本发明的非均质油藏开发及调整模拟实验方法的一具体实施例的流程图。
具体实施方式
43.为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
44.如图1所示，图1为本发明的非均质油藏开发及调整模拟实验装置的结构图。
45.在图1中，1为高压驱替泵，2为高压中间容器，3为注入井模型，4为离散井间模型，5为离散式模型系统的一条支路，6为采出井模型，7为开关及各类传感器，8为气液分离器，9为气体流量计，10为液体流量计。3～7组成离散式模型系统，置于恒温环境中。该示意图里注入井模型和采出井模型有四个采出端，离散式模型系统有四条支路，每条支路有四个离散井间模型。
46.图2为本发明的注入井模型的结构图。注入井模型所用夹持器为圆形板状结构，包
含一个注入端，若干个采出端，在本实施例中为四个采出端。夹持器内装填有径向非均质模型，模型物性参考目标油藏注入井近井区储层物性。在本实施例中该模型包含三个物性不同的区域，分别为高渗区，渗透率为k1；中渗区，渗透率为k2；低渗区，渗透率为k3。
47.图3为本发明的采出井模型的结构图。采出井模型所用夹持器为圆形板状结构，包含若干个注入端，在本实施例中为四个注入端，一个采出端。夹持器内装填有径向非均质模型，模型物性参考目标油藏采出井近井区储层物性。在本实施例中该模型包含三个物性不同的区域，分别为高渗区，渗透率为k1；中渗区，渗透率为k2；低渗区，渗透率为k3。
48.如图1所示，高压驱替泵1为实验提供驱替动力，与高压中间容器2相连；高压中间容器内装有驱替流体模拟地层水及co2，与注入井模型入口相连；注入井模型使用径向流夹持器装填，夹持器内装填有模拟油藏注入井近井区物性的径向非均质模型,出口与多个离散井间模型相连；多个离散井间模型使用管状岩心夹持器装填，管状岩心夹持器内部装填的岩心或填砂模型物性参考研究区域注采井间的非均质储层物性，每个离散井间模型代表研究区域的一部分。注采端相连的不同离散井间模型形成串联关系，该串联段入口与注入井模型的某一采出端相连，出口与采出井的某一注入端相连，该串联段组成非均质模型的一条支路，同一支路上的不同离散井间模型的物性差异模拟储层的层内非均质性。与注采井模型不同出口相连的不同支路互为并联关系，不同支路的物性差异模拟储层的层间非均质性。不同支路之间连接有开关及流量计。离散井间模型整体出口与采出井模型相连；采出井模型使用径向流夹持器装填，夹持器内装填有模拟油藏采出井近井区物性的径向非均质模型,出口与采出计量系统相连；采出计量系统由回压控制阀、气液分离器、气液计量装置组成，用于采出液的气液分离与产量计量，也是整个驱替装置的最后一环；数据采集与测试系统由压力传感器、温度传感器、电阻率传感器等组成，其根据需要，与驱替装置的各节点相连，用于实时记录实验过程中各节点的压力、温度及电阻率变化，并将数据传输至电脑进行数据分析。
49.图4为本发明的非均质油藏开发及调整模拟实验方法的一具体实施例的流程图。该非均质油藏开发及调整模拟实验方法包括了以下步骤：
50.(一)非均质油藏模拟
51.非均质油藏的模拟通过离散式模型系统来实现，离散式模型系统由注入井模型、采出井模型和若干个离散井间模型按照一定顺序连接组成。
52.注入井模型和采出井模型使用径向流夹持器装填。径向流夹持器内部装填的岩心或填砂模型物性参考研究区域的近井区储层物性，用于模拟近井区储层的径向非均质性。所述径向流夹持器一般为圆形板状结构，具有一个注入(采出)端和若干个采出(注入)端，注入(采出)端位于径向流夹持器圆形结构圆心处，并与注入系统相连；若干个个采出(注入)端等距分布于径向流夹持器圆形结构圆周面处，与其他离散井间模型及传感器、流量计相连，并安装有开关，可自由选择开启或关闭。
53.若干个离散井间模型分别使用管状岩心夹持器装填。管状岩心夹持器内部装填的岩心或填砂模型物性参考研究区域注采井间的非均质储层物性，每个离散井间模型代表研究区域的一部分。所述管状岩心夹持器一般为管状结构，具有一个注入端及一个采出端。某一离散井间模型的注入端可与注入井模型的一个采出端相连，也可与其他离散井间模型的采出端相连；采出端可与采出井模型的一个注入端相连，也可与其他离散井间模型的注入
端相连。注采端相连的不同离散井间模型形成串联关系，该串联段入口与注入井模型的某一采出端相连，出口与采出井的某一注入端相连，该串联段组成非均质模型的一条支路，同一支路上的不同离散井间模型的物性差异模拟储层的层内非均质性。与注采井模型不同出口相连的不同支路互为并联关系，不同支路的物性差异模拟储层的层间非均质性。不同支路之间连接有开关及流量计。
54.(二)储层流体模拟
55.现有常规驱替实验饱和流体过程中常面临着饱和时间长，难以充分饱和等难题。利用本发明设计的装置与方法进行实验，可以在较短时间内实现非均质物理模型中流体的充分饱和，并且可以根据需要模拟储层任意时刻的流体分布，包括储层原始含油分布及某一开发阶段的剩余油分布。具体实施步骤为：
56.首先根据所模拟的真实储层条件，计算实验模型的初始含油饱和度分布，所述真实储层条件特指真实储层的流体分布，既可以是储层开发前的原始含油分布，也可为某一开发阶段的剩余油分布；然后将注入井模型、采出井模型和各离散井间模型之间的连接断开，将各模型的注入端均与注入设备相连，采出端与气液流量计相连；根据上述计算的实验模型初始含油饱和度分布，配置不同配比的地层原油或模拟油或油水混合物；分别向各个模型缓慢注入对应的复配溶液，至少饱和5pv以上以达到充分饱和；饱和完毕，将各模型重新按照预定顺序连接。
57.(三)开发及调整模拟
58.将本发明所述的离散式模型系统按照一定顺序连接好以后，将离散式模型系统的入口与注入系统相连，一般为高压驱替泵或高压气瓶，注入流体可为气体或液体。出口可直接与气液流量计相连，也可根据需要在气液流量计之前连有回压控制系统以实现出口压力的控制。不同模型之间的连接均设有开关、各类传感器及流量计，其中传感器及流量计用于监测实验过程中的压力、温度、电阻率变化及流体运移方向、速度等，开关用于调整实验中流体运移方向。实验中通过调整不同模型连接的开关，可以实现对不同小层的单独注入以及封堵调剖模拟。
59.(四)流体饱和度分布测试
60.驱替模拟实验结束后，将各个模型之间的连接断开；分别对各个模型进行流体饱和度分布测试，可以采用电阻率测试、声波测试、核磁共振测试等方法，得到注入井模型、采出井模型和任意离散井间模型精确的气液饱和度分布，一般情况下ct扫描和核磁共振扫描选其一即可，若流体中不含气相则无需使用声波测试；根据不同离散井间模型所处的位置，得到整个非均质油藏物理模型的流体饱和度分布，并计算驱替介质的波及系数和驱油效率。
61.根据上述方法及步骤，就可以完成非均质油藏开发及调整模拟实验，该实验实现了非均质油藏注水或注气开发及调整过程的模拟，并能够分析模拟开发前后的剩余油分布，为实际油藏制定开发方案、预测开发效果提供可靠依据。
62.在应用本发明的一具体实施例中，具体实施步骤如下：
63.s1：将实际非均质油藏的物性分布进行简化，作为实验模型的物性分布。其中注采井间区域被离散为多个单元，即离散井间模型，每个离散井间模型的物性用其所模拟区域的平均物性代替。
64.s2：将各岩心或填砂模型装填于对应的岩心夹持器中。
65.s3：计算所模拟非均质油藏的含油饱和度分布，并将其作为实验模型的初始含油饱和度分布。
66.s4：根据s3中计算的实验模型初始含油饱和度分布，配置模拟油及不同含水饱和度下的油水混合物；分别向各个模型缓慢注入对应的复配溶液，至少饱和5pv以上以达到充分饱和。
67.s5：将注入井模型、采出井模型和各个离散井间模型按照预定顺序连接，并与注入系统、采出计量系统相连。
68.s6：开展驱替实验，并记录实验过程中的油气水采出量及各节点的压力、温度变化。
69.s7：当高渗支路出现窜流后，关闭注入井模型与高渗支路相连的开关，实现对模拟油藏高渗条带封堵的模拟，继续记录实验过程中的油气水采出量及各节点的压力变化。
70.s8：含水率到达98％，终止驱替实验，将各个模型之间的连接断开。
71.s9：分别对各个模型进行流体饱和度测分布测试，根据流体类型可选择电阻率测试、声波测试、核磁共振测试等方法。
72.s10：根据不同模型所处的位置，获得整个非均质实验模型的多相流体饱和度分布，并计算驱替介质的波及系数和驱油效率。
73.s11：分别对各个模型注入石油醚进行清洗，并将其从对应的岩心夹持器中取出，准备下次实验。
74.本发明涉及多孔介质渗流研究中的一种新型物理模拟实验装置和方法，特别针对油气田开发领域中非均质油藏渗流和开发过程的研究；同时适用于其它与多孔介质中的多相渗流现象有关的研究领域。