一种高温高压条件下不同气水分布模式实验方法

技术领域

本发明涉及用于油气田开发工程的实验方法技术领域，尤其涉及一种高温高压条件下不同气水分布模式实验方法。

背景技术

随着油气田勘探开发技术的发展，在中浅层油气资源深化开发的同时，不断向勘探开发程度较低的深层延伸。碳酸盐岩气藏在四川盆地天然气储量中具有重要地位，其产量可达四川盆地常规天然气总产量的一半以上。据统计，四川盆地已开发的碳酸盐岩气藏中95%以上都存在边、底水，在成藏及开发过程中气水两相流动普遍存在。深层碳酸盐岩气井在生产开发过程中普遍遭受水侵影响，严重影响气藏采收率。因此，刻画碳酸盐岩气藏储层内气水分布特征，揭示气水两相流动机理，对气井科学管理、生产动态预测等具有重要的现实意义。

研究表明，深层碳酸盐岩气藏具有巨大的储集规模和开发潜力，已成为四川盆地重要的接替和上产气藏，但也面临着众多挑战。与中、浅层油气藏相比，深层碳酸盐岩储层经历了超过1亿年的漫长地质历史时期，以及多期的构造运动和成岩改造作用，储层中形成了孔、洞、缝多重介质并存的格局。各类介质纵横向分布复杂多变，导致储层具有非均质性极强，温度压力极高，渗流机理特殊，气水关系复杂的特点。元坝长兴组气藏为底水气藏，构造低部位区域普遍含水，不同水侵模式存在较大差异，导致元坝气田不同气水分布模式微观流动机理认识不清。元坝长兴组气藏储层温度、压力高（温度149~164℃，压力66~77MPa），气水关系复杂，现有研究对高温高压条件下微观流动机理认识不足。

因此，目前元坝长兴组气藏在开发过程中存在水侵规律认识不清、不同气水分布模式气水微观流动机理尚不明确、高温高压条件下气水微观流动机理研究不足等问题。亟需开展高温、高压、可视化气水互驱渗流实验，研究气水两相微观流动规律，为气藏高效开发提供可靠依据。

微观可视化实验对于研究气水两相渗流机理具有显著的优势。但是，不同气水分布模式及高温高压可视化气水渗流的研究较少。针对元坝气藏存在不同气水分布模式及储层高温高压特征，亟需开展高温高压可视化气水互驱渗流实验。因此，提出了一种高温高压条件下不同气水分布模式实验方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的水侵规律认识不清、气水微观流动机理不明、可视化研究较少的不足，提供一种高温高压条件下不同气水分布模式实验方法，还原地层条件下的气水分布模式以及气水两相渗流特征，为后期气藏的高效开发提供科学依据。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种气水分布模式实验方法，包括以下步骤：

获取研究区域的测井曲线，根据气水的赋存关系建立三种气水分布模型：半封闭隔板模型、半渗透隔板模型、无隔板模型。

半封闭隔板模型：模型采用的隔板长度为模型宽度的2/5-3/5，隔板宽度为隔板长度的2/30-4/30，隔板设置于模型中部。

半渗透隔板模型：模型采用的隔板长度约等于模型宽度，隔板宽度为隔板长度的2/30-4/30，隔板设置于模型中部；半渗透隔板中渗流通道直径0.01-3mm。

无隔板模型：基于岩心铸体薄片孔隙结构图抽提孔隙结构，进行刻画、连通，得到无隔板型物理模型。

使用上述三种气水分布模型，装载气水互驱试验台，进行气水互驱实验，获得实验结果；

根据实验结果建立气水分布模式物理模型。

本发明根据不同气水分布模式设计了半封闭隔板型和半渗透隔板型，加上无隔板的模型，一共构建了三种不同气水分布模式，符合不同气水分布模式物理模型。然后，进行气水互驱实验，通过设置不同注入速度、不同气水分布模式，获得全面的气水互驱实验数据，准确地还原了真实储层气水分布模式。

进一步，半封闭隔板模型中，隔板长度为模型宽度的约1/2，隔板宽度为隔板长度的约1/10，隔板设置于模型中部。

进一步，半封闭隔板模型中，半封闭隔板的尺寸、位置，以及渗流通道大小、分布，经过优选设计。

优选地，隔板长度为模型宽度的0.4-0.6倍，位置设置于模型靠近中部的位置，可以设置在模型中部偏差±10%的位置。前述偏差以模型的宽度作为分母计算得到。

优选地，隔板宽度约为隔板长度5/60-7/60。例如，隔板宽度约为隔板长度1/10。

例如，模型使用圆柱形模型，模型宽度20毫米，隔板长度设置为10毫米（模型宽度的一半），设置隔板的宽度为1毫米（即隔板长度的1/10），将隔板设置在模型中间。

半封闭隔板模型中隔板为封闭式，阻止流通。

进一步，半渗透隔板模型中，半渗透隔板的大小、位置，以及渗流通道大小、分布，经过优选设计。

优选地，半渗透隔板中渗流通道呈X形状交叉。

半渗透隔板长度可以参考半封闭隔板模型中的隔板长度，例如可以为模型宽度的0.4-0.6倍。位置设置于模型靠近中部的位置，并且可以有±10%的位置偏差，偏差以模型的宽度作为分母计算得到。

半渗透隔板的渗流通道大小、分布，可以参考半封闭隔板。例如渗流通道大小为0.01-3mm的通道，例如渗流通道0.02mm、0.05mm、0.07mm、0.08mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.5mm等。渗流通道为孔隙，在模板中孔隙比例1-20%不等，例如孔隙率达到5%、8%、10%、12%、15%、16%、18%等。

优选地，半渗透隔板中渗流通道直径约为0.1mm。

进一步，使用三种气水分布模型，装载气水互驱试验台，进行不同注入速度的不同气水分布模式的气水互驱实验，获得实验结果。

进一步，气水互驱实验前，对实验装置和模型进行清洁处理。

优选的，所述清洁处理是指：用去离子水清洗模型与夹持器，放入烘箱中干燥，备用。

进一步，将模型置于夹持器支架上，连接实验仪器，检测密封性，合格后开始实验。

优选的，检测密封性合格后，进行抽真空处理，然后开始实验。通过抽真空排出实验装置和模型中的空气，确保实验用气体不被空气污染。

进一步，开始实验后，首先对模型、管线进行加热，达到实验设计温度。优选的，所述实验设计温度是地层温度。

进一步，进行不同气水分布模式气水互驱实验，并在不同注入速度进行气水互驱实验。气水分布模式包括：半封闭型、半渗透型和无阻隔型，分别采用半封闭隔板模型、半渗透隔板模型、无隔板模型进行实验。

进一步，气水互驱实验中，控制模型的温度40-180℃，围压在8-100 MPa。最大化程度模拟高温、高压条件下不同气水分布条件下，气水互驱场景。

优选地，气水互驱实验中，控制模型的温度60-170℃，围压在12-80 MPa。

更优选地，，控制模型的温度145-165℃，围压在25-80 MPa。

例如，可以控制模型的温度70、80、90、100、110℃等。例如，可以控制模型的围压20、30、40、50、60、70MPa等。

进一步，气水互驱实验包括气驱水和水驱气实验。

进一步，气水互驱实验中，注入速度为0.01-0.1mL/min。注入速度对应驱替速度，持续进行注入，直至出口端没有水产出或没有气产出。

进一步，根据获得的气水分布模式物理模型，定量化表征分析气水分布状态。优选的，用于高温高压条件下不同气水分布状态的分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明气水分布模式实验，根据不同气水分布模式设计了半封闭隔板型和半渗透隔板型，加上无隔板的模型，构建了无隔板型、半封闭隔板型和半渗透隔板型三种气水分布模式，契合气水赋存关系，符合不同气水分布模式物理模型。

（2）本发明气水分布模式实验方法，通过设置不同注入速度、不同气水分布模式进行气水互驱实验，获得全面的气水互驱实验数据，准确地还原了真实储层气水分布模式。此模型模拟了真实地层条件下不同气水分布模式下气水两相渗流特征。

（3）本发明气水分布模式实验模拟了对于水侵过程中“水锥”的抑制和明确不同驱替速度对驱替效率的影响，对于后期大量深层气藏的高效开发提供科学依据。

（4）本发明气水分布模式实验方法获得的实验结果，进行了气、水、骨架多相分割处理，实现全过程气水分布的定量化表征。

附图说明

图1为本发明中测井曲线图。

图2为本发明中三种不同气水分布模式物理模型图。

图3为本发明实施例2的实验装置系统示意图和流程图。

图4为本发明中多相分割的气水分布定量表征方法示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。

本发明使用“大约”或“约”等字眼，表示相应数字为近似值，每一个数值有可能会出现±1％、±2％或±5％的差异波动变化，并不影响本发明的实现，所有在前述差异波动变化范围内的数值都应纳入本发明的保护范围中。

实施例1

一种高温高压条件下不同气水分布模式实验方法，包括以下步骤：

（1）针对研究区域的测井曲线图片，根据气水的赋存关系建立了三种不同气水分布模式：半封闭隔板型、半渗透隔板型、无隔板型。

（2）具体如下：

基于大量岩心铸体薄片孔隙结构图片抽提孔隙结构并进行刻画连通得到无隔板型物理模型。

根据不同气水分布模式设计了半封闭隔板和半渗透隔板类型。其中，设计半封闭隔板型为隔板长为模型宽度1/2，宽度为隔板长度的1/10，处于模型中间；设计半渗透隔板型为隔板长为模型宽度，宽度为隔板长度的1/10，处于模型中间；半渗透隔板中渗流通道直径为0.1mm，渗流通道呈X形状交叉。

（3）针对以上三种不同气水分布模式，进行气水互驱实验；以及，设置不同注入速度的不同气水分布模式，分别进行气水互驱实验。其中，气水互驱实验包括：气驱水和水驱气实验。

（4）根据上述气水互驱实验的实验结果，建立的不同气水分布模式物理模型，还原了真实储层气水分布模式。

实施例2

一种高温150℃、高压40 MPa条件下，不同气水分布模式实验方法，具体包括如下步骤：

步骤1：针对研究区域的测井曲线图片，如图1所示，根据气水赋存关系建立了无隔板型、半封闭隔板型和半渗透隔板型三种气水分布模式。

步骤2：

如图2所示，依照步骤1中得到的三种不同气水分布模式：无隔板型、半封闭隔板型和半渗透隔板型。

如图2左侧图像所示无隔板模型，基于岩心铸体薄片孔隙结构图抽提孔隙结构，进行刻画、连通，得到无隔板型物理模型。

如图2中间图像所示半封闭隔板模型。在无隔板模型的基础上，设计隔板长度为10毫米，模型宽度20毫米（隔板长度约为模型宽度1/2），宽度1毫米（相当于隔板长度的1/10），处于模型中间。

如图2右侧图像所示半渗透隔板模型。在无隔板模型的基础上，设计隔板长度为20毫米，和模型宽度相同，宽度为1毫米（等于隔板长度的1/10，半封闭隔板模型），同样的隔板处于模型中间。半渗透隔板中渗流通道直径为0.1mm，渗流通道呈X形状交叉。

步骤3：

采用如图3所示装置设备，连接构成中实验装置，并参照图3中展示的流程。对步骤2中得到的三种不同气水分布物理模型，在三种不同气水分布模式的基础上开展气驱水实验和驱替速度气驱水实验，具体实验流程如下。

S1、用去离子水清洗模型与夹持器，并放入烘箱中干燥，备用。

S2、将模型置于夹持器支架上，并连接实验仪器。

S3、通过注入高纯氮气检验装置的密封性，然后将模型抽真空30 min。

S4、将模型与管线加热并保持在150℃的初始地层温度。

S5、将地层水以0.01 mL/min的流量注入模型直至饱和压力达到40 MPa。

S6、然后将天然气分别以不同的驱替速度（0.01mL/min，0.1mL/min）注入模型中，直至出口端没有水产出。

S7、针对其他模型重复步骤S1~6。通过可视化实验，不仅得到了局部显微图像用以分析渗流机理与赋存特征，还记录了模型内流体的整体流动过程，通过后续视频剪辑得到不同时像，可以利用图像分析方法进行定量表征。

步骤4：

参见图3，对步骤2中得到的三种不同气水分布物理模型，在三种不同气水分布模式的基础上开展水驱气实验和驱替速度水驱气实验。

实验过程类似于步骤3，区别仅在于，先注入气，直到至饱和压力达到40 MPa；然后将水分别以不同的驱替速度注入模型中，直至出口端没有气产出。

重复完成三种不同气水分布物理模型驱替实验，通过可视化实验，不仅得到了局部显微图像用以分析渗流机理与赋存特征，还记录了模型内流体的整体流动过程，通过后续视频剪辑得到不同时像，可以利用图像分析方法进行定量表征。

步骤5：

对步骤3、步骤4中得到的三种不同气水分布物理模型，在三种不同气水分布模式的基础上开展气水互驱实验结果，进行全过程气水分布的定量化表征。

具体包括以下步骤：

S1、将实验过程中的图像逐帧提取。

S2、提取饱和流体图像和驱替过程中目标图像。

S3、识别初始饱和流体分布。

S4、识别目标图像气水分布。

S5、分割计算初始饱和流体图像像素个数为N。

S6、多相分割计算目标图像气/水像素个数为n。

S7、通过气水饱和度计算驱替效率E。

E=n/N×100%

综上，本实施例根据气水赋存关系建立了三种不同气水分布模式物理模型，利用高温高压微观可视化物理系统还原了地层温度和压力条件下气水两相渗流规律。基于本发明方法所建立的气水分布定量化表征方法能够对可视化实验结果图像通过气水饱和度计算实现全过程气水分布的定量化表征。

基于本发明方法所建立的半封闭隔板型和半渗透隔板型物理模型能够模拟在气藏水侵过程中“水锥”的形成和两种隔板对“水锥”的抑制作用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。