一种模拟矿场分质分注的实验方法

摘要

本发明涉及一种模拟矿场分质分注的实验方法，该方法包括(1)制备具有多层岩心渗透层结构的裸露岩心模型；(2)岩心夹持器的组装；(3)分质分注系统的安装；(4)定向裂缝长度数据模板测试实验；(5)驱替实验。该方法能实现在实验过程中对岩心模型进行定向压裂，压裂时可以控制压裂程度，压裂方向，提高室内实验模拟矿场试验的精确性，使实验更具指导意义。

权利要求

1.一种模拟矿场分质分注的实验方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)制备具有多层岩心渗透层结构的裸露岩心模型；

(2)岩心夹持器的组装；

将制作的裸露岩心模型放入耐压密封胶套中，将耐压密封胶套镶嵌在圆筒中，耐压密封胶套两端用密封压环固定；两个可调节堵头分别从耐压密封胶套的两端插入，形成注入端可调节堵头和采出端可调节堵头；堵头调节器圆环端插入可调节堵头与耐压密封胶套间的空隙，并与可调节堵头的卡扣相抵，堵头调节器扣栓端与圆筒连接，保证可调节堵头与裸露岩心模型相抵；将若干个岩心压裂器旋入注入端可调节堵头通道内；

(3)分质分注系统的安装

将岩心夹持器放置于恒温箱内部；平流泵、活塞容器、压力表和注入端阀门通过驱替管线依次连接形成多条注入通路与多个岩心压裂器调节杆端连接；岩心压裂器内部设有驱替液通道，其与注入通路连通；采出控制阀门和量筒依次连接形成多条采出通路通过驱替管线与采出端可调节堵头通道连接；

(4)定向裂缝长度数据模板测试试验

调整岩心压裂器在注入端可调节堵头通道中的旋入深度，测量压裂头压入不同渗透层岩心时压裂器旋入深度与产生压裂裂缝长度关系，建立数据模板；

(5)驱替试验

调整岩心压裂器压裂头的倾斜角度，将上述岩心压裂器旋入注入端可调节堵头通道，根据步骤(4)的数据模板确定旋入深度；对分质分注系统中装有的裸露岩心模型进行前期水驱、压裂后化学剂驱替、后期水驱；测量各岩心渗透层的采收率。

2.如权利要求1所述的模拟矿场分质分注实验方法，其特征在于，所述步骤(1)中裸露岩心模型采用多层非均质裸露岩心模型，注采方式为多注多采，裸露岩心模型两端的注采口位于每一层的中心点处。

3.如权利要求2所述的模拟矿场分质分注实验方法，其特征在于，每一层的注采口均设有带圆形小通道的电木板，电木板在岩心表面固定。

4.如权利要求2或3所述的模拟矿场分质分注实验方法，其特征在于，所述步骤(1)中裸露岩心模型采用三层非均质裸露岩心模型，注采方式为三注三采。

5.如权利要求1所述的模拟矿场分质分注实验方法，所述步骤(5)中的岩心压裂器压裂头的倾角范围在0～40°之间。

说明书

一种模拟矿场分质分注的实验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及油气田开发领域中模拟矿场试验方法，尤其是涉及到一种模拟矿场试验分质分注的实验方法。

背景技术

[0002] 分质分注技术是在多层非均质油藏开发过程中针对储层的非均质性针对性的单层注入匹配的化学剂，通过精细化分层系，针对不同储层筛选化学剂，进行分层分质注入分质分注技术已经在实际矿场试验中得到实践并中取得了较好的效果，试验证明分层分质注入技术能够减少对储层的伤害的同时更有效的挖掘化学剂的潜力，驱油效果明显好于笼统注入。鉴于化学剂的分子回旋半径远远大于普通清水或污水，储层渗透率下降情况在所难免，实际储层在开发过程中常常伴有压裂措施，以提高非均质储层的波及体积，从而提高采收率。且矿场往往在分层注入过程中对中、低渗层实施定向压裂等措施，压裂措施与分层注入是连续进行的。

[0003] 针对层内非均质储层分质分注技术的实验模拟目前尚处于起步阶段，存在以下缺陷：

[0004] (1)目前多采用的分层浇铸岩心进行模拟，鉴于浇铸岩心的承压能力有限，一般不会超过几兆帕，而实际储层的压力在十几兆帕甚至几十兆帕，仅仅通过相似准则的相似比例解决不了模拟的代表性问题。

[0005] (2)目前已有的室内模拟实验还不能实现在实验过程中的定向压裂，从而无法保证实验方案的连续性，如现有技术CN103556993A“低渗透油田平面五点法井网二氧化碳驱仿真实验模拟方法”公布的模拟实验中，首先需要对待测岩心进行化学剂驱替实验，终止实验将岩心取出，压裂后，再对压裂岩心进行化学剂驱替实验，以考虑压裂对岩心采收率的影响，这种模拟矿场试验的方法，不能保证岩心压裂前后实验条件的一致性，对整体实验产生误差，不能真实反映矿场试验，无法为现场实践给予提供指导与帮助。

[0006] (3)另外，由于室内岩心尺寸小，受到目前实验手段与实验设备的限制，室内实验解决不了在室内小尺寸岩心上实现岩心定向压裂的问题，限制了开展分层分质分注技术的实验研究。

发明内容

[0007] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种模拟矿场分质分注的实验方法。采用该实验方法，能够在室内驱替实验中实现对层内非均质条件下岩心模型的分层分质注采，能够在注化学剂的过程中实现岩心的定向压裂，通过控制压裂程度，压裂角度，模拟实际开采情况下对各渗透层的有效控制，包括分层注入量的计量、分层压力监测、分层采出液的收集与计量、任意渗透层的打开、关闭或者改变注入参数。

[0008] 本发明采用的技术方案如下：

[0009] 一种模拟矿场分质分注的实验方法，其步骤如下：

[0010] (1)制备具有多层岩心渗透结构的裸露岩心模型；

[0011] (2)岩心夹持器的组装；

[0012] 将制作的裸露岩心模型放入耐压密封胶套中，将耐压密封胶套镶嵌在圆 筒中，耐压密封胶套两端用密封压环固定；两个可调节堵头分别从耐压密封胶套的两端插入，形成注入端可调节堵头和采出端可调节堵头；堵头调节器圆环端插入可调节堵头与耐压密封胶套间的空隙，并与可调节堵头的卡扣相抵，堵头调节器扣栓端与圆筒连接，保证可调节堵头与裸露岩心模型相抵；将若干个岩心压裂器旋入注入端可调节堵头通道内；

[0013] (3)分质分注系统的安装

[0014] 将岩心夹持器放置于恒温箱内部；平流泵、活塞容器、压力表和注入端阀门通过驱替管线依次连接形成多条注入通路与多个岩心压裂器调节杆端连接；岩心破裂器内部设有驱替液通道，其与注入通路连通；采出控制阀门和量筒依次连接形成多条采出通路通过驱替管线与采出端可调节堵头通道连接；

[0015] (4)定向裂缝长度数据模板测试实验

[0016] 调整岩心压裂器在注入端可调节堵头通道中的旋入深度，测量不同岩心渗透层，旋入深度与压裂裂缝长度关系，建立数据模板；

[0017] (5)驱替实验

[0018] 调整岩心压裂器压裂头的倾斜角度，将上述岩心压裂器旋入注入端可调节堵头通道，使其压裂头与岩心表面接触，根据步骤(4)的数据模板确定旋入深度；对分质分注系统中装有的裸露岩心模型进行前期水驱、压裂后化学剂驱替、后期水驱；测量压裂对各岩心渗透层采收率的影响。

[0019] 更进一步地，所述步骤(1)中裸露岩心模型采用三层非均质裸露岩心模型，注采方式为三注三采，裸露岩心模型两端的注采口位于每一层的中心点处。

[0020] 更进一步地，每一层的注采口均设有带圆形小通道的电木板，电木板通 过密封胶在岩心表面固定。

[0021] 更进一步地，所述步骤(5)中的岩心压裂头的倾角范围在0～40°之间。

[0022] 本发明的有益效果：

[0023] (1)解决了室内实验的分注分采并且可实现分层压裂后继续开采的实验方法问题，实现了驱替过程中的定向压裂，对矿场试验的分质分注、现场实施措施调整进行了有效模拟，解决了室内实验与矿场试验有效连接的问题。

[0024] (2)采用本方法不仅可以了解分质分注整体开采情况，还可以了解到各个渗透层的开采状况，实现各层系的分层精细开发，满足模拟矿场实验的全面性，为矿场试验提供有力的理论指导。

[0025] (3)本方法能够实现裂纹长度、压裂方向的有效控制，进而，实现对各渗透层的有效调控与监测，特别是对低渗透层的开采措施调节具有很好的效果，能够给出准确驱油效果评价，有利于日后室内实验中对分层系分质注采的研究，能够为矿场中的精细分层开采在室内模拟实验中提供技术支持。

附图说明

[0026] 图1分层分注系统示意图；

[0027] 图2a岩心模型示意图；

[0028] 图2b电木板示意图；

[0029] 图3三种不同渗透率岩心的旋入深度与裂缝长度的关系曲线；

[0030] 图4岩心模型I的综合含水率、采收率与注入PV数的关系图；

[0031] 图5岩心模型I各驱阶段各层分流率与注入PV数的关系图；

[0032] 图6岩心模型II的综合含水率、采收率与注入PV数的关系图；

[0033] 图7岩心模型II各阶段各层分流率与注入PV数的关系图；

[0034] 图中：1、高渗层注入平流泵 2、中渗层注入平流泵 3、低渗层注入平流泵4、高渗层注入活塞容器 5、中渗层注入活塞容器 6、低渗层注入活塞容器 7、高渗层注入压力表 8、中渗层注入压力表 9、低渗层注入压力表 10、高渗层注入阀门 11、中渗层注入阀门 12、低渗层注入阀门 13、特制岩心夹持装置 14、裸露岩心模型 15、高渗层采出阀门 16、中渗层采出阀门17、低渗层采出阀门 18、高渗层采出液量筒 19、中渗层采出液量筒 20、低渗层采出液量筒 21、恒温箱 22、电木板内壁，直径14mm 23、电木板外壁，直径17mm具体实施方式

[0035] 本实施例所用的岩心是以大庆油田某采油厂某区块二三类储层为参考，该区块非均质性较严重，储层渗透率分别为50/150/250md。其采用笼统注入造成驱替动用状况很不均衡，储层整体动用程度过低，采收率达不到预期效果。根据该储层出现的问题，利用本发明提供的实验方法，步骤如下：

[0036] 1、岩心模型的制作

[0037] 制作两块相同尺寸和相同非均质性的裸露岩心模型I和II，用于实验对比。裸露岩心模型选取尺寸为宽60mm×厚100mm×长400mm，渗透率分别为50/150/250md的三层非均质岩心模型。经过砂岩筛选、分层压制、烘干等岩心制作手段初步制作出裸露岩心模型，注采方式为三注三采，岩心两端的注采口位于每一层的中心点处，并且每一层的注采处均设有带圆形小通道电木板，通道的直径为14mm，电木板的直径为17mm。电木板通过密封胶在岩心表面固定。岩心模型示意图和电木板示意图如图2a和2b所示。

[0038] 2、岩心夹持装置的组装

[0039] 将用于固定岩心的耐压密封胶套镶嵌在不锈钢圆筒中使得密封胶套两头的密封压头正好扣在不锈钢圆筒两端，不锈钢圆筒的两端用密封压环拧紧，通过压实密封胶套两端的密封压头将耐压密封胶套固定在不锈钢圆筒中，使 耐压密封胶套与不锈钢圆筒之间形成密封环形空间。

[0040] 将制作的岩心模型放入耐压密封胶套后将两个可调解堵头分别从密封胶套的两端插入，形成注入端可调节堵头和采出端可调节堵头；注入端可调节端头内部设有多条贯通的通道，用于安装岩心压裂器；注入端可调节堵头通道外侧设置多条相互平行的标尺，用来标定岩心压裂器的旋入程度；采出端可调节端头内部设有多条贯通的通道，用于与采出通路连接。可调节堵头上、下端各设有卡扣；堵头调节器包括圆环端和扣栓端；圆环端插入可调节堵头与耐压密封胶套间的间隙，并与可调节堵头的卡扣相抵；堵头调节器扣栓端与不锈钢圆筒螺纹连接，可根据不同岩心的长度，调节堵头调节器扣栓端旋入不锈钢圆筒的程度，以通过堵头调节器圆环端与可调节堵头卡扣的相互作用，推动可调节堵头在耐压胶套内移动，以保证可调节堵头与裸露岩心模型相抵。

[0041] 岩心压裂器包括调节杆和压裂部两部分。调节杆为直径阶梯变化的“T”字型柱状部件，其前段为直径17mm、长度为45mm的带有外螺纹的圆柱形不锈钢管柱，这一区域的直径与可调节堵头的通道的直径保持一致，使得岩心压裂器旋入可调节堵头通道后可以实现密封；后段为直径是10mm、长度为175mm的不锈钢圆柱，其后端有螺纹接口用于与分质分注系统的注入通路连接。调节杆内设有“L”形的驱替液通道，“L”型驱替通道的总长度为145mm。压裂部有头部和连接杆部，连接杆部带有外螺纹用于与调节杆相连；压裂部头部可以根据室内实验的不同要求更换不同尺寸和不同压裂方向的压裂头。本实验中的岩心压裂头的倾角范围在0～40°之间，在这个范围内可实现岩心的定向压裂，不同的压裂头产生的压裂效果不同。

[0042] 不锈钢圆筒设有外接压力口，其与一控制阀门连接，用于控制不锈钢圆通内的环压。经过上述组装后，形成岩心夹持装置主体，最后将岩心夹持装置主体安装到底座上，以完成岩心夹持装置的组装。

[0043] 3、分质分注系统的安装

[0044] 分注分采系统包括恒温箱、高渗层注入平流泵、中渗层注入平流泵、低渗层注入平流泵、高渗层注入活塞容器、中渗层注入活塞容器、低渗层注入活塞容器、高渗层注入压力表、中渗层注入压力表、低渗层注入压力表、高渗层注入阀门、中渗层注入阀门、低渗层注入阀门、特制岩心夹持装置、裸露岩心模型、高渗层采出阀门、中渗层采出阀门、低渗层采出阀门、高渗层采出液量筒、中渗层采出液量筒、低渗层采出液量筒、驱替管线，其结构示意图如图1所示。将上述高渗层、中渗层、低渗层活塞容器、压力表、注入阀门、内装有岩心模型的能实现压裂措施的特制岩心夹持器、高渗层、中渗层、低渗层采出端阀门、量筒和驱替管线放置于恒温箱内部，并且用驱替管线将各实验仪器连接到一起。首先将各活塞容器内部驱替液提供运移的动力的平流泵的出口端通过驱替管线连接到所对应的高、中、低渗透层活塞容器底部的入口端，再由所对应的高、中、低渗透层活塞容器顶部的出口端通过驱替管线连接到对应的装有压力表六通的入口端，然后通过驱替管线分别将各个六通的出口端与其压力表所对应的高、中、低渗透层注入控制阀门的入口端相连，最后通过驱替管线将注入控制阀门与对应的特制岩心夹持器的三个岩心压裂器的螺纹连接口相连，使得整个实验的注入系统连接完毕。整个实验的采出系统通过采出端可调节堵头通道的螺纹接口分别与所对应高、中、低渗透层采出控制阀门的入口端通过驱替管线连接，最后通过驱替管线将高、中、低渗透层采出控制阀门与所对应的渗透层量筒连接使得采出液能 得到计量，整个实验的采出系统安装完毕，即整个实验流程装置安装完毕。

[0045] 4、定向裂缝长度数据模板测试试验

[0046] 将渗透率分别为50md、150md、250md的裸露岩心制作成裸露岩心模型，放置步骤(2)中已组装好的岩心夹持器中，岩心压裂器更换不同的压裂头，通过压裂头机械压裂岩心表面，进行不同压裂程度(即旋入深度)与压裂裂缝长度关系的测试实验，得到旋入深度与裂缝长度的关系图如3所示，实验中岩心压裂头的旋入深度在0-12mm之间，同样的压裂程度下，高渗透层的压裂裂纹长度最长，低渗层的压裂裂纹长度最短。通过上述实验，可以得到压裂程度(即旋入深度)与压裂裂缝长度对应数值关系，从而获得定向裂缝长度数据模板，为接下来的驱替实验压裂程度的控制提供实验依据。该数据模板如表1所示。

[0047] 表1 定向裂缝长度数据模板(单位：mm)

[0048]

[0049] 5、驱替实验

[0050] 实验条件：选用原油粘度为9.8mPa·s，地层水矿化度为6778mg/L，注入速度0.3ml/min，聚合物皆为大庆炼化公司生产普通聚丙烯酰胺干粉，A分子量聚合物注入浓度为650mg/L，B分子量聚合物注入浓度为500mg/L，C分子量聚合物注入浓度为400mg/L。

[0051] 实验方案如下表：

[0052] 表2 岩心模型I实验方案

[0053]

[0054] 表3 岩心模型II实验方案

[0055]

[0056] 实验过程：

[0057] 在室内实验开始之前，首先，根据实验方案要求，安装岩心压裂器所需不同倾角的压裂头，将岩心压裂器旋入岩心夹持器注入端可调节堵头通道中；其次，对装有岩心模型的岩心夹持器进行抽空、饱和水、饱和油处理；再次，进行室内实验的前期水驱，采用笼统注入方式，在整体含水率达到90％时，停止前期水驱。再次，三种倾斜角度的岩心压裂器对岩心模型进行机械压裂且低、中、高渗层的压裂程度相同，待压裂结束后再进行分层分注聚合物，其注入量均为0.3PV，最后进行后期水驱直至含水率达到98％，并且记录整个实验的数据。

[0058] 实验部分数据及图表如下：

[0059] 表4 实施例驱替实验采收率数据表

[0060]

[0061] 通过表4中的数据可以说明：在相同条件下，经压裂处理的岩心模型II的采收率高于未经压裂处理岩心模型II的采收率，岩心模型II波及面积更大，波及效果更好。由此可见，采取压裂措施能够提高岩心的采收率，这与矿场试验的结果相一致。说明本实验方法能够准确的模拟矿场试验岩心压裂开采情况。

[0062] 图4为岩心模型I的综合含水率、采收率与注入PV数的关系图；图5为岩心模型I各驱阶段各层分流率与注入PV数的关系图；

[0063] 通过图4可以得出：在未压裂实验方案中，水驱阶段的含水率达到90％时，水驱在驱替岩心中剩余油的过程中已经起不到很大的作用；聚合物驱替时，在综合采收率稳步上升的基础上，其综合含水率开始呈现快速下降趋势，随着岩心中剩余油的逐步减少，在聚驱后期含水率开始上升。整个聚驱阶段含水率曲线呈“V”字型，并且出现一个含水率最低点。通过图5可以看出，由于低渗透层的孔喉直径较小，在聚驱开始初期聚合物优先进入高渗层，随着聚合物的注入量增大，高渗层的渗流阻力增加，导致注入压力升高，当注入压力达到低渗层启动压力时，低渗层开始吸液，低渗层分流率开始上升。

[0064] 图6为岩心模型II的综合含水率、采收率与注入PV数的关系图；图7岩心模型II各阶段各层分流率与注入PV数的关系图。通过图6、图7可以得 出：

[0065] 在压裂实验方案中水驱阶段在综合含水率达到90％后开始进行压裂聚驱，通过对比图6和图4可以看出，两个实验方案聚驱阶段含水率的曲线趋势有着很明显的区别，在注入相同量聚合物的基础上，压裂实验方案聚驱的低含水期更加长，压裂实验方案聚驱阶段综合含水率曲线呈现“U”型。同样可以看出压裂实验方案中聚驱阶段采收率的提高幅度明显高于未压裂实验方案的聚驱阶段。通过对比图7和图5可以看出，虽然高、中渗透层的并没有非常明显的变化，但是低渗透层分流率明显升高，而且升高幅度很大，这说明通过压裂降低了低渗层的启动压力，使得聚合物更加容易注入低渗透层，使得低渗透层的动用程度增加，从而增加了聚合物驱的波及面积提高的波及效率，使得达到提高最终采收率的效果。

[0066] 通过上述实验结果可以得出，本发明实验方法的测试结果与矿场试验的结果相一致，说明本实验方法能够在室内实验分层注采的过程中实现压裂开采，能够准确的模仿矿场的压裂开采情况。并且，该试验方法能够有效实现各层系的分层精细开发，并能够实现对各渗透层的有效调控与监测，特别是对低渗透层的开采措施调节具有很好的效果，能够给出准确驱油效果评价，有利于日后室内实验中对分层系分质注采的研究，能够为矿场中的精细分层开采在室内模拟实验中提供技术支持。

[0067] 显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明专利公开的内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且根据附图描述了实施例，但本发明专利不限制由附图示例和在实施例中的描述，实施例中的描述作为实施本发明专利的教导的特定例子，是目前认为的最佳模式。本发明专利的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。