一种模拟CO2气驱油藏的电学层析成像实验装置及方法和应用

一种模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置及方法和应用
技术领域
1.本发明属于油气田开发实验技术领域，具体涉及一种模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置及方法和应用。


背景技术：

2.co2驱替作为一种提高采收率的三次采油技术，以其适用范围大、驱油效率高、成本较低等优势，已经受到全世界的广泛重视。通过将co2注入枯竭或开采到后期的油气田可以补充储层能量，把残留的油气推出，达到提高采收率的目的，这一工艺被称为co2气驱。在高压条件下，co2在原油中的溶解度随着压力的增加而增加，将使原油体积膨胀、粘度降低、易于流动，从而推动油气向生产井的方向流动，其中大部分的co2溶解于未能被开采的原油中或贮存于地层孔隙中，只有少量的co2随原油、水和天然气从生产井排出，这部分co2还可以通过分离和压缩由注气井循环注入储油层。对于co2气驱提高采收率的增产措施，及时掌握其驱替效果和增产效果等动态变化特征是十分必要的，是后续调整和优化注气驱替方案的重要依据。但目前对于co2驱替油藏的动态监测主要是利用生产井的产量、压力数据，或者采用井下测试工具的方法了解co2驱替效果。这种矿场动态监测方法不能够很好的了解储层内部以及生产过程的气驱驱替前缘以及驱替剩余油的分布特征。
3.电学层析成像技术包含电容层析成像(ect)技术、电阻层析成像(ert) 技术和电磁层析成像(emt)技术，针对介质的某一电特性参数(如电导率或相对介电常数)，采用特殊设计的敏感阵列电极获取被测介质的相关参数信息，并以图像的形式在计算机上显示场域内介质的分布情况。测量介质往往同时具有介电特性和导电特性，如石油工业中的油气水多相流，一般在含气率较大时采用 ect技术，而在水含率较大时采用ert技术。合理采用ect-ert双模态技术和信息融合技术对于拓宽油藏实验模拟电学层析成像技术的测量具有重要意义。
4.目前，用ect-ert双模态技术主要在室内监测管道多相流方面应用广泛，对于实际大尺度矿场的应用不多。在水驱油藏已经开展了比较有效的井地ert 成像实验测试，对于气驱油藏方面至今未见有相关ert、ect成像监测技术的报到。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置及方法和应用，可模拟co2气驱油藏生产过程，并可在线实时监测油藏气驱动态变化特征。解决了目前单一模态ert成像技术仅在水驱油藏矿场应用的问题，扩展了电学层析成像在油藏矿场的应用领域。使用本发明设计的实验装置，能够实现实时监测co2气驱油藏驱替前缘动态，了解储层剩余油分布变化特征，现实改善co2气驱油藏的注气方式、优化注气方案。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置，包括箱体、顶盖、井筒和传感器，
所述箱体的顶部设有顶盖，所述顶盖上平均分布有5个井筒，所述箱体的侧壁上平行均匀设置两圈传感器；所述井筒沿顶盖表面竖向延伸至箱体内部直至箱体的底部，所述井筒的顶端设有井口装置、井口压力表和流量控制阀，所述井筒的侧壁上设有两层井身割缝，所述两层井身割缝的位置分别与所述两圈传感器相平行；所述传感器的底片紧贴于所述箱体的内侧壁，所述底片上设有螺杆，所述螺杆穿过箱体的内侧壁延伸至外侧壁，并通过螺帽和垫片固定于所述箱体的外侧壁上；所述两圈传感器中，位于上层的一圈传感器为ert传感器，位于下层的一圈传感器为ect传感器，两圈传感器分别连接到ert、ect成像仪器上。
8.优选地，所述两层井身割缝中，每一层的井身割缝的数量为6条，均匀分布在所述井筒一周。
9.优选地，所述井筒的流量控制阀连接至外界气源，其中连接co2气源的井筒作为注气井，其他井筒作为生产井。
10.基于上述的模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置的模拟实验方法，包括以下步骤：
11.步骤1)制备模拟油气储层：确定模拟储层的类型，箱体采用层层铺砂饱和原油的方法，先铺填一定厚度石英砂，然后饱和原油，循环重复；对于隔层/非渗透层或者割缝封堵层，可通过铺填黏土层实现；对于层间、平面非均质性，可通过铺填粒径不同的石英砂实现；最终箱体铺满并饱和原油后封顶盖，通过井筒的井口装置密封箱体；
12.步骤2)连接ert-ect监测成像装置及驱替装置：箱体外侧壁上层一圈传感器作为ert传感器，下层一圈传感器作为ect传感器，分别连接到ert、ect 成像仪器上；顶盖上的井筒通过流量控制阀连接到外界气源压力系统，其中连接 co2气源的井筒作为注气井，其他井筒作为生产井，采用预选的注采方案进行分配；最后，在驱替开始前，启动ert、ect成像仪器将此时成像作为参考；
13.步骤3)模拟co2驱替生产过程：打开注气井的流量控制阀使得注入co2气体通过井身割缝进入储层，保持一段时间后关闭流量控制阀；焖井一段时间至注气井的井口压力表不再变化后，打开其他生产井的流量控制阀，记录生产井的产油量和井口压力变化；整个驱替期间的储层内部co2气驱前缘动态以及剩余油分布动态变化全被记录在ert和ect成像数据内；记录的成像数据以及井口压力、流量数据，可用于分析储层气驱动态与井口动态响应之间的关系。
14.优选地，步骤1)所述层层铺砂饱和原油的方法具体为：首先在箱体底部铺一层石英粗砂，然后缓慢向箱体注入原油，当原油稍微没过石英粗砂为止；接着，为了模拟储层的非均质性，可以铺一层石英细砂，同样缓慢注入原油使其充分饱和；其次，为了模拟隔层、非渗透层以及井身割缝的封堵层，可以使用黏土代替石英砂铺填；最后，继续铺填石英粗/细砂、饱和原油至箱体被填充满。
15.优选地，步骤2)所述预选的注采方案包括一注四采的中心注入方案、两注三采的加强注入方案、三注两采的线性注入方案、四注一采的边井注入方案。
16.优选地，所述步骤3)中，可以通过多次开井/关井，或者持续注气操作完成生产模拟的过程。
17.上述的模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置或者上述的模拟实验方法在复杂油气藏生产开发模拟中的应用。
18.上述的模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置或者上述的模拟实验方法在合采储层的生产开发模拟中的应用。
19.上述的模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置或者上述的模拟实验方法在产液剖面动态监测中的应用。
20.本发明的有益效果如下：
21.本发明的实验装置功能全面、使用率高、独立性强、开放扩展性好，系统方法操作简单、成本低、移植性强。具体体现在：
22.(1)摒弃“单模态电学层析成像技术同时识别油、气、水”的传统思路，强化“ert有效监测油-水流体、ect有效监测气-液流体”的优势，本发明使用的双模态传感器矩阵能够同时有效监测油、气、水等多相流体，可有效降低流体识别的多解性，提高监测的准确性。
23.(2)一方面，采用层层铺砂饱和的方法模拟油气储层，适用油气藏类型十分广泛，油藏工程师可以根据目标储层特征自行设计铺填方案，极大的增加了工程师的自主能动性和创造性。另一方面，避免了使用复杂的真实储层岩样，避免了现场地层岩石曲取芯的操作，极大降低了实验成本。
24.(3)实验装置可单独模拟不同流体类型、不同温度/压力系统驱替油气藏生产过程，同时可以实时监测驱替油气藏的产液剖面动态变化、驱替前缘变化、剩余油分布特征变化。实验装置独立性强，实验目的丰富，使用率高。
25.(4)实验装置除了独立模拟驱替生产、监测生产动态、在线可视化剩余油分布的基础功能以外，还可以与其他同类装置外接实现更为复杂的储层驱替模拟实验。实验装置功能强大，开放扩展性好。
附图说明
26.图1为模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置的立体图；
27.图2为模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置的剖视图；
28.图3为模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置的俯视图；
29.图4为实施例1中预选的填充方案的主视图；
30.图5为实施例1中预选的填充方案的俯视图；
31.图1-5中：1、箱体；2、顶盖；3、井筒；3-1、井口装置；3-2、井口压力表； 3-3、流量控制阀；3-4、井身割缝；4、传感器；4-1、底片；4-2、螺杆；4-3、螺帽；4-4、垫片；4-a、ert传感器；4-b、ect传感器；5、石英粗砂；6、石英细砂；7、黏土。
32.图6为实施例1中预选的注采方案；
33.图6中：a为一注四采的中心注入方案，b为两注三采的加强注入方案，c 为三注两采的线性注入方案，d为四注一采的边井注入方案；
34.图7为实施例2中采油井的生产动态；
35.图8为实施例2中传感器ert(a)、ect(b)的成像结果。
具体实施方式
36.为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图与具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施
例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域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，都应当属于本发明保护的范围。
37.实施例1
38.一种模拟co2气驱油藏的电学层析成像实验装置，如图1所示，包括箱体1、顶盖2、井筒3和传感器4，所述箱体1的顶部设有顶盖2，所述顶盖2上平均分布有5个井筒3，所述箱体1的侧壁上平行均匀设置两圈传感器4。
39.如图2、图3所示，所述井筒3沿顶盖2表面竖向延伸至箱体1内部直至箱体1的底部，所述井筒3的顶端设有井口装置3-1、井口压力表3-2和流量控制阀3-3，所述井筒3的侧壁上设有两层井身割缝3-4，所述两层井身割缝3-4的位置分别与所述两圈传感器4相平行(即井身割缝3-4的高度位置是与传感器4一个平面的)；所述传感器4的底片4-1紧贴于所述箱体1的内侧壁，所述底片4-1 上设有螺杆4-2，所述螺杆4-2穿过箱体1的内侧壁延伸至外侧壁，并通过螺帽 4-3和垫片4-4固定于所述箱体1的外侧壁上；所述两圈传感器4中，位于上层的一圈传感器4为ert传感器4-a，位于下层的一圈传感器4为ect传感器4-b，两圈传感器4分别连接到ert、ect成像仪器上。
40.如图3所示，每一层的井身割缝3-4的数量为6条，均匀分布在井筒3一周，其长度和宽度没有具体要求，只是为了让流体能通过井筒3流入储层的各个方向。
41.在本实施例中，5个井筒3如图3、图5所示，采用四角及中心点的分布方式，其流量控制阀3-3连接至外界气源，其中连接co2气源的井筒3作为注气井，其他井筒3作为生产井。
42.基于上述装置的模拟实验方法，具体步骤如下：
43.1、制备模拟油气储层
44.(1)检查ert、ect传感器的垫片4-4是否贴合箱体1，确保传感器的螺杆4-2、垫片4-4、螺帽4-3之间密封性良好，以及井口装置3-1能够与井筒3密封牢固顶盖2和箱体1。
45.(2)打开顶盖2，向箱体1腔室内层层铺填石英砂和黏土来模拟预设计的储层，饱和原油来模拟储层中流体。本实施例预选的填充方案具体如图4、图5 所示：首先铺一层石英粗砂5，然后缓慢向箱体注入原油，当原油稍微没过石英粗砂5为止，使其充满饱和原油。接着，为了模拟储层的非均质性，可以在充满饱和原油的石英粗砂5的上面铺一层石英细砂6，同样缓慢注入原油使其充分饱和(这样做的目的是为了防止一种情况：储层存在平面连续隔层时，先层层铺砂满壁厚后整体注入原油，此时隔层以下的铺砂无法饱和原油)。其次，为了模拟隔层、非渗透层以及井身割缝3-4的封堵层，可以使用黏土7代替石英砂铺填。最后，继续铺填石英砂(粗/细砂没有具体要求，根据具体储层情况灵活使用，原则上是：粗砂模拟渗透性较好的储层，细砂模拟渗透性较差的储层)、饱和原油至箱体1腔体被填充满。
46.(3)盖上顶盖2，通过井筒3的井口装置3-1固定密封箱体1。
47.2、连接ert-ect监测成像装置及驱替装置
48.(1)装置顶盖2上有井口装置3-1，通过井筒3的流量控制阀3-3连接到外界co2气源将其作为注气井，其他井作为生产井。采用预选的注采方案进行分配，其中预选的注采方案如图6所示，包括一注四采的中心注入方案(图6a)、两注三采的加强注入方案(图6b)、三注两采的线性注入方案(图6c)、四注一采的边井注入方案(图6d)。
49.(2)位于箱体1外侧壁上层一圈的传感器4作为ert传感器4-a，下层一圈的传感器4作为ect传感器4-b，将ert、ect传感器通过电缆线连接到ert、 ect成像仪装置。
50.(3)在驱替开始前，启动ert、ect成像仪器，将此时成像作为参考。
51.3、模拟co2驱替生产过程
52.(1)打开井口流量控制阀3-3，使得co2气源通过井筒3的井身割缝3-4 进入储层，保持一段时间注气后关闭流量控制阀3-3。
53.(2)焖井一段时间至注气井的井口压力表3-2不再变化后，打开其他生产井的流量控制阀3-3，记录生产井的产油量(通过流量控制阀3-3自带的流量计) 和井口压力表3-2压力变化。
54.(3)可以通过多次开井/关井，或者持续注气等操作完成生产模拟的过程。
55.从生产开始至模拟结束，整个驱替期间的储层内部co2气驱前缘推进动态以及剩余油分布动态变化全被记录在ert和ect成像数据内。记录的成像数据以及井口压力、流量数据，可用于分析储层气驱动态与井口动态响应之间的关系。
56.实施例2
57.采用实施例1所述的装置及方法进行模拟，具体如下：
58.在室温条件(25℃，0.1mpa)下，箱体填充统一规格的石英砂(80目)，气测渗透率为0.5μm2。原油室温密度为0.85g/cm3，原油粘度为6mpa
·
s。饱和原油后，采用图6a所示的一注四采的中心注入方案，向中心井筒注co2气体，其注入co2速率为10ml/min，注入压力为0.5mpa。
59.周边4个井筒采油，其井口压力和产油量如图7所示，由图7可知，经过注入气体后储层压力略高于注入压力，开井后早期(0～40min)的井口压力迅速下降，后续(40～250min)出现一个较稳定的阶段表明稳定的驱替过程已经建立；井口产量早期(0～40min)具有一定的增产趋势，但中后期(40～250min)具有连续下降的趋势，在后期稳定驱替阶段(120～250min)，井口产量呈现线性递减趋势。
60.其驱替过程中成像如图8所示，图8a为上层传感器ert成像结果，图8b 为下层传感器ect成像结果，数值表示导电率，由图8可知，上层、下层的中心井位置储层的导电率明显大于周围区域，表明中心井注气后储层的原油被驱替到边缘位置；另一方面，上层比下层驱替范围略大。
61.本实施例证明通过本发明的装置及方法可以模拟复杂储层co2气驱油藏的驱替过程，通过ert和ect在线可视化动态变化特征。
62.本发明涉及一种ert-ect双模态实时在线监测co2气驱油藏驱替动态监测、剩余油分布特征的实验装置和方法系统。与现存co2驱替填砂管实验装置相比，本发明尤其在大尺寸复杂油藏生产开发模拟实验、生产动态监测方法、剩余油分布特征可视化方面具有独特优势。
63.其中，复杂油气藏生产开发模拟主要包括：
①
沉积砂岩油气藏气驱/水驱开发生产；
②
缝洞型碳酸盐岩油气藏注水/注气开发生产；
③
稠油/油砂的泡沫驱替、化学驱、水驱、气驱、吞吐等开发生产。
64.其中，生产动态监测方法包括合采储层的生产开发模拟，主要是指：
①
开井定压/定产生产；
②
关井测试；
③
多产层干扰测试；
④
多产层生产调剖测试。
65.其中，产液剖面动态监测主要是指：
①
产液剖面的确定；
②
产气剖面的确定；
③
主力产层的识别；
④
主力产层反时机的确定。
66.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。