致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法和装置

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法和装置。

背景技术

非常规油气藏的高效开发离不开分段压裂水平井的使用。但由于致密油藏具有极低的渗透率，大的启动压力梯度使得注入流体(水，气和表活剂等)在井间难以建立有效的沟通，采收率比较低。针对上述致密油藏开发中所出现的问题，众多学者探究了水平井缝间注采技术，以期解决上述难题。

缝注缝采的开发方式根据所实施措施井的数目主要可分为两种模式，第一种是同井缝间注采；另外一种是异井缝间注采。同井缝间注采技术最初是为了解决海上油气田开发过程中由于油井存在含水高的现象，为了节约打井成本，获取高收益，实现经济效益开发，从而开发出在同一口井上实施注入流体补充能量且同时采油的技术。具体来讲，水平井同井缝间注采开发可划分为同井同步注采和同井异步注采两种模式。水平井同井同步注采是在同一口井中，利用智能技术(封隔器、密封插管等工具)寻找到压裂裂缝，一段裂缝注水的同时，另一段裂缝(一般是相邻的压裂裂缝)也同步进行采油。水平井同井异步注采技术是在同一口井中，采用“注时不采油，采时不注水”的方式开发，此技术可将周期注水和注水吞吐采油技术相结合，利用渗吸采油的机理来提高采收率。异井缝间注采技术是在同井缝间注采原理的基础上，布置平行的两口或多口压裂井，注采裂缝交替排布，采油及注水交替进行的开发模式。上述三种技术可通过压裂缝长、缝间距控制，可以形成不同的驱替距离和驱替渗流场，从而解决依靠钻井缩小渗吸距离造成的经济性差的问题。从理论上来讲，同井或异井缝间注采技术开发方式可以从原始的点状注水模式转变为线状注水，也由传统技术上的井间驱替问题转化为水平井井间驱替。但目前，学者们主要是提出上述水平井的概念，利用数值模拟技术开展先导研究，未能实现其实验研究，未深入探讨同井/异井注采不同介质补充能量过程中的渗流机理问题，亟需开展致密油藏体积压裂水平井缝间注采过程中的相关渗流基础理论研究。

鉴于此因，本研究将通过利用物理实验模型，搭建模拟实验装置开展水平井缝间注采补充能量渗流机理的深入研究，以期为致密油藏体积压裂水平井同井或异井缝间注采提供基础理论指导。

发明内容

本发明的目的在于结合目前缺乏对同井或异井缝间注采渗流规律及适用性的明确认识的现状，通过利用物理实验模型，并搭建测试装置、设计测试方案，成功建立起一种获取致密油藏水平井缝间注采渗流规律的物理模拟实验方法，从而为致密油藏体积压裂水平井同井或异井注采提供基础理论指导。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法，所述方法包括：

对物理实验模型进行抽真空饱和油；

将饱和油后的物理实验模型安装于增温增压实验仓内，并将所述物理实验模型分别与盛装驱替介质的第一中间容器和采样计量系统相连通；

通过向所述第一中间容器中施加压力，并利用所述采样计量系统收集所述物理实验模型于不同时刻的出水量和出油量，实现致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

制作所述物理实验模型。

作为本发明的进一步改进，所述制作所述物理实验模型的步骤包括：

选取模型基底；

在所述模型基底上制作两条或三条一定长度和宽度的注采裂缝；

在制作的带有注采裂缝的模型上钻取两种不同类型的一定数量的孔；其中，一类钻孔布置于所述注采裂缝处，另一类钻孔布置于所述注采裂缝间；

对钻孔完成后的模型进行预处理，所述预处理过程包括清洗、烘干并冷却至室温；

向预处理后的模型注采裂缝中填充一定目数的石英砂和特定胶水的混合物，并向预处理后的模型两类钻孔中布置注采井接头，其中，注采裂缝间的钻孔中布置的注采井接头还用作压力监测，而后对制得的模型进行封装，待模型固化后即可完成所述物理实验模型的制作。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

将所述物理实验模型连接至若干压力传感器，监测所述物理模拟实验过程中不同时刻不同监测点的压力值。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

将所述物理实验模型的底面连接至电阻率测量仪，监测所述物理模拟实验过程中不同时刻不同监测点的电阻率值。

作为本发明的进一步改进，所述对物理实验模型进行抽真空饱和油包括步骤：

在所述物理实验模型的两端注采井接头安装真空表；

在所述物理实验模型的其余注采井接头中选取若干所述注采井接头进行抽真空，以确保所述物理实验模型整体的真空度达到使用要求；

从所述物理实验模型剩余的若干注采井接头处饱和油至所述物理实验模型整体真空度恢复到大气压力，由此完成抽真空饱和油。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

将饱和油后的物理实验模型连通至盛装油的第二中间容器；

在进行致密油藏水平井缝间注水定压驱替的物理模拟实验前，向所述第二中间容器中施加压力，进行排气操作。

作为本发明的进一步改进，所述采样计量系统包括但不限于全自动智能液体收集器。

本发明还提供了一种致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验装置，所述装置包括：物理实验模型、增温增压实验仓、第一中间容器、增压系统以及采样计量系统，其中，

所述物理实验模型安装于所述增温增压实验仓内，并连通至盛装驱替介质的所述第一中间容器和所述采样计量系统；

所述增压系统用于向所述第一中间容器中施加压力；

所述采样计量系统用于收集所述物理实验模型于不同时刻的出水量和出油量。

作为本发明的进一步改进，所述物理实验模型上开设有两条或三条一定长度和宽度的注采裂缝，所述注采裂缝内填充有一定目数的石英砂和特定胶水的混合物；所述物理实验模型上还设置有若干注采井接头，所述若干注采井接头中的一部分设置于所述注采裂缝处，所述注采井接头中的另一部分设置于所述注采裂缝之间；

其中，设置于注入裂缝处的注采井接头之一连通至所述盛装地层水的第一中间容器。

作为本发明的进一步改进，设置于所述物理实验模型注采裂缝之间的若干注采井接头分别连接压力传感器。

作为本发明的进一步改进，所述物理实验模型的底面连接至电阻率测量仪。

作为本发明的进一步改进，连通至所述第一中间容器的所述注采井接头还连通至盛装油的第二中间容器；通过向所述第二中间容器中施加压力，能够在进行注水定压驱替的模拟实验之前，实现对所述物理实验模型的排气。

作为本发明的进一步改进，设置于采出裂缝处的注采井接头连通至所述采样计量系统。

作为本发明的进一步改进，所述采样计量系统包括但不限于为全自动智能液体收集器。

本发明的有益效果是：

本发明提供的致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法，通过对物理实验模型进行抽真空饱和油，而后将饱和油后的物理实验模型安装于增温增压实验仓内，并将物理实验模型分别与盛装地层水的第一中间容器和采样计量系统相连通，通过向所述第一中间容器中施加压力，进行致密油藏水平井缝间注水定压驱替的物理模拟实验，并在所述物理模拟实验过程中，利用采样计量系统收集物理实验模型于不同时刻的出水量和出油量。从而成功获取到注水定压驱替过程中物理实验模型中主要区域的出液量情况，并根据出水量和出油量，得到水平井缝间注采采出速度规律以及累计产出量规律，从而为致密油藏体积压裂水平井同井或异井注采提供基础理论指导。

本发明提供的致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法，通过将物理实验模型与若干压力传感器相连接，并将物理实验模型的底面连接至电阻率测量仪，监测物理模拟实验过程中不同时刻不同监测点的压力值和电阻率值。从而获取到注水定压驱替过程中物理实验模型中主要区域的压力变化特征和电阻率变化特征，并根据不同时间的压力值、电阻率值，得到水平井缝间注采压力及电阻率的变化规律，从而为后期油藏开发方案的制定和增产技术的实施提供有力参考。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明的体积压裂水平井同井缝间注采物理实验模型的结构示意图；

图2为本发明的致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验装置的整体结构示意图；

图3为本发明实施例1中同井缝间注采50×30×3cm

图4为本发明实施例1中同井缝间注采50×30×3cm

图5为本发明实施例1中同井缝间注采50×30×3cm

图6为本发明实施例1中同井缝间注采50×30×3cm

图7为本发明实施例1中同井缝间注采50×30×3cm

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法，主要包括以下步骤：

(一)制作如图1所示的体积压裂水平井同井缝间注采物理实验模型；

①选取模型基底，并根据油田实际同井缝间注采模式及井网形式，利用相似准则设计并制作带有两条一定长度及宽度的注入和采出裂缝的同井缝间注采模型，裂缝制作过程可以采用线切割机切割。另外，当制作异井缝间注采物理实验模型时，只需切割三条一定长度和宽度的注采裂缝，其中，一条采出裂缝位于模型的中部，两条注入裂缝位于模型的两端。

②根据实验需要，钻取两种不同类型的一定数量的孔。其中，一类钻孔布置于注采裂缝处，另一类钻孔布置于注采裂缝间；为了避免测压点对渗流场的影响和方便实验模型的制作，在压力测量点(即注采裂缝间)钻取浅孔。

③清洗钻孔完成后的模型。用水将上一步钻孔过程中产生的石屑冲洗干净后，静置一段时间后放入恒温箱中24小时，去除模型中的水分对实验的影响。

④钻孔布置与裂缝处理。取出实验模型，在空气中静置等待其自然冷却至室温。用一定目数的石英砂和特定的胶水混合，并均匀的填充到裂缝中，在裂缝的上下两端用云石胶封住。同时运用云石胶将注采井接头粘在对应的钻孔中，并做好密封，这样可以避免封装模型胶流入钻孔中对实验造成干扰。

⑤模型封装。组装好封装实验模型的模具，并将实验模型放入模具中用封装模型专用胶封装模型，等待模型固化后拆掉模具，实验模型就制作完成。

(二)将实验模型进行抽真空饱和油；

由于制得的模型体积大，渗透率低，模型封装后只有预留的注采口与外界连通，常规的方法无法对大模型进行抽真空及饱和油处理，因此采用多点抽真空饱和油的方法。多点抽真空，即在大模型的两端保留两个注采口安装真空表观察真空度的变化，其余注采口进行抽真空，保证不同位置真空度都很高，当模型抽真空达到要求真空度以后从非抽真空点饱和油至模型整体真空度恢复到大气压力，通常封装好的实验模型饱和煤油时间一般不短于24h，饱和煤油过程中应及时记录饱和油量，直至实验模型的饱和度与目标储层含油饱和度一致时结束饱和实验流程，至此模型饱和完全至地层原始含油饱和度。

(三)进行注水定压驱替实验；

首先进行实验装置搭建。请参阅图2所示，将饱和油后的实验模型安装于由环压泵控制的高温高压密闭实验仓内，选取注入裂缝处的注采井接头之一连通至盛装模拟地层水(其中，模拟地层水的水质按照目标区块水质分析可知其矿化度)的第一中间容器和盛装煤油的第二中间容器，同时将两个中间容器的另一端连接至驱替泵，其中，本领域技术人员容易想到，第一中间容器中还可替换为其它驱替介质；选取采出裂缝处的注采井接头连通至全自动智能液体收集器，该智能液体采集系统可根据实验的需要设定收集出液量的时间，每个时间段完成收集后，可自动移动出液管进行下一时间段出液量的收集。既能节省人力，也能保证按时按需完成关键数据采集，提高实验数据的可靠性。与此同时将实验模型注采裂缝间的若干压力接头分别与压力传感器进行连接，并记录实验模型上的压力接口与各压力传感器连接处的对应标号，绘制出模型的压力测点示意图；此外，实验模型的底面则连接至电阻率测量仪。由此便初步完成对注水定压驱替实验前的测试装置搭建过程。

进行驱替实验前的预准备工作。可以约定1号压力测试接头为注入口，目的是为了方便实验过程中电阻测线的安装和测量；将1号压力接线口阀门打开，其他压力接线口阀门关闭，同时将驱替泵压力加至实验所需压力，通入第二中间容器中的煤油，进行排气操作。此外，还应检查高温高压密闭仓上是否有其他不利于仓口闭合的物质(如铁锈，螺丝钉等)，尽可能检查到每一步细节，目的是确保高温高压密闭仓能够安稳闭合；若检查无误后，将高温高压密闭仓进行沉降，确保高温高压密闭实验仓口完全闭合，无可见间隙；待高温高压密闭仓安稳沉降后，检查是否存在液体(一般是水或者煤油)泄漏情况，若无上述泄漏情况，将高温高压密闭仓上的压力测口阀门全部关闭；将所有的压力接线口阀门全部关闭后，可以利用环压泵将模型内部压力精准快速地控制在16.5MPa。待环压稳定在16.5MPa后，按照致密油藏水平井体积压裂同井缝间注采渗流机理实验设计目标，若开展致密油藏水平井体积压裂同井缝间注采开发规律实验时，则选择一条裂缝注入，一条裂缝采出的原则。对注入的一条裂缝上的接口阀门打开，并将采出裂缝上的接口阀门同时打开，其余所有的压力测点口处的阀门关闭；若开展两注一采同井缝间注采渗流机理物理模拟实验研究，则选择两边裂缝注入，中间裂缝采出的原则，对注入的两条裂缝上的接口阀门打开，并将采出裂缝上的接口阀门同时打开，其余所有的压力测点口处的阀门关闭。

开始实验。将注入阀门与采出阀门打开后，检查无误，开始进行致密油藏水平井体积压裂同井缝间注采渗流机理开发实验。该过程中，不同时刻不同监测点的压力值及电阻率值由电脑自动采集并保存数据。因而只需进行如下操作：(1)设定驱替泵驱替压力并开始驱替；(2)打开自动计量系统开始计量不同时刻出水量及出油液量；(3)点击压力测点测试并时刻保存文件，设置的测试间隔为2min，从而记录不同时刻不同监测点的压力值；(4)打开电阻率计量系统，开始测试实验过程中电阻率的变化与分布情况，设置电阻率测试间隔为5min，从而记录不同时刻不同监测点的电阻率值。接着对实验过程持续采样，直到含水率达到90％以上，关掉注入泵压力，关闭所有压力测点阀门，关闭压力与电阻率测试系统，结束实验。此外实验过程中应注意时刻观察并记录致密油藏水平井体积压裂同井缝间注采渗流机理实验过程现象，做好实验过程中的文件及现象的详细记录。

下面将以同井缝间注采物理模拟实验过程为例对本发明提供的致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法的实验效果进行详细说明。

实施例1

分析渗透率为0.502mD，孔隙度为9.3％的致密砂岩平板岩心制得的露头平板岩心实验模型。由图3可知，随着开采时间的变化，累计产液量逐渐增加，由于本实验研究停止时间为含水99％以上，因此在7260分钟后停止实验。实验结束时，累产液量达到179.5ml，其中，累积产油160.2ml。在2074分钟之前，累积产液量与累积产油量曲线重合，只产油，不产水，此时出油132.9ml。在2074分钟以后，累积产液曲线与累积产油曲线不重合，表明此时实验中有水持续产出。同时，由图4可以得出，实验过程中随着驱替注入量(PV数)的增加，累积产液与累积产油曲线也具有相似的特征。具体来看，当驱替PV数值在0.19以前时，实验过程中只有油产出，无水产出；当驱替PV数值大于0.19以后，累积产液曲线与累积产油曲线不重合，表明此时之后有水产出，此时建立了有效驱替系统。由图5可知，致密油藏露头平板岩心水驱油过程中，产液和产油速度递减曲线很好的符合幂函数递减规律；在1036分钟以前，采液速度与采油速度曲线快速下降，此后，产液速度与产油速度曲线趋于平缓；产液曲线与产油曲线由开始的最大值0.65ml/min递减到0.04ml/min，递减率达到93.85％，相对于产油曲线而言，在6230分钟以后，产油停止，产液速度趋于平衡。这表明致密油藏线性驱替注水开发时，见水前的一段时间内主要产油，见水后，产油速度大幅度降低。此外，由图6可知，本实验研究最终驱油效率为23.21％，同理，在见水之前，驱油效率达到19.26％，达到最终驱油效率的82.95％，也佐证了致密油藏同井缝间注采注水开发时，油藏见水前是产油的最佳时段，见水后波及区域基本形成，后续很难采出更多的油。由含水上升曲线分析可知，致密油藏线性驱替注水驱油时，若见水之后，含水会快速上升，最终含水达到97.56％。

图7是渗透率为0.502mD的致密砂岩露头平板岩心50×30×3cm

综上所述，本发明提供的致密油藏水平井缝间注采物理模拟实验方法，利用物理实验模型搭建了测试装置、并设计了测试方案，成功建立起获取致密油藏水平井缝间注采渗流规律的物理模拟实验方法，从而成功获取到驱替过程中实验模型中主要区域的压力变化特征、电阻率变化特征以及出液量情况，并根据不同时间的压力值，出水量和出油量等，得到同井缝间注采压力变化规律、采出速度规律以及累计产出量规律，同时，该方法同样适用于异井缝间注采技术的相关研究，从而为后期油藏开发方案的制定和增产技术的实施提供有力参考。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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。