一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，尤其涉及一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法。

背景技术

在油气田开发过程中，裂缝对开发效果的影响至关重要，特别针对非常规致密储层，作为油气重要流动通道的裂缝使得致密储层得到了有效开发，微观可视化实验是现阶段研究油气渗流规律的有效手段之一。

目前，现有二维可视化驱替实验是将二维刻蚀模型(模型尺寸一般小于4.5cm*4.5cm，分别拥有一个注入端和一个采出端)置于夹持器内，加围压饱和原油，进行单井吞吐或一注一采的驱替实验，通过外置的视频监测系统监测不同介质的流动状态。通过直接观察驱替过程中二维刻蚀玻璃模型内的油、气、水分布状态，可以认识不同注采条件下储层孔隙内流体运移特征，分析原油的动用程度及剩余油的分布规律。

然而，上述方法无法模拟复杂的裂缝参数和不同的注采关系对驱油效果的影响。

发明内容

本发明提供了一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法，可以模拟真实复杂致密储层环境及不同的注采关系对驱油效果的影响。

第一方面，本发明提供一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，用于模拟裂缝性油藏二维微观可视化实验，包括二维可视化模型组件、驱替组件和图像检测组件；二维可视化模型组件包括夹持器和玻璃模型；夹持器具有密闭的第一容纳腔，玻璃模型设置在第一容纳腔内部，且夹持器被构造为驱动玻璃模型绕水平转轴在第一容纳腔内翻转；玻璃模型包括两块相互连接的玻璃基板，两块玻璃基板间隔设置以形成密闭空间，且玻璃基板的内壁面设置有多条裂缝，多条裂缝分别具有不同的裂缝大小，且在玻璃模型的拐角部位设置有多个和密闭空间连通的流体通道；驱替组件包括介质注入单元、压力控制单元和流体收集单元，介质注入单元被构造为将驱替介质注入于密闭空间，压力控制单元被配置为向第一容纳腔内提供预设围压，流体收集单元被配置为向第一容纳腔内提供回压，并采集玻璃模型内的流体；图像检测组件包括摄像头和处理单元，摄像头和处理单元电连接，摄像头面向二维可视化模型组件，以拍摄玻璃模型的图像。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，玻璃模型为方形；

流体通道为4个，且分别设置于玻璃模型的4个拐角部位，各流体通道用于作为供流体进入密闭空间的流体入口或供流体从密闭空间流出的流体出口。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，夹持器包括夹持器底座和夹持器本体，夹持器底座形成第二容纳腔，夹持器本体设置在第二容纳腔内，并连接于玻璃模型，夹持器本体可绕水平转轴旋转，以使玻璃模型在夹持器本体的带动下转动至任意角度。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，介质注入单元包括驱替泵和多个中间容器，中间容器均连接于驱替泵和玻璃基板之间，驱替泵用于将中间容器的驱替介质注入到玻璃模型中提供驱动压力；其中，中间容器包括油样中间容器、水样中间容器及气样中间容器。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，玻璃模型还包括和流体通道对应设置的多个密封圈单元，各密封圈单元包括至少两个同心套设的密封圈，密封圈围设于流体通道的端部外侧，并密封于玻璃模型和夹持器之间。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，压力控制单元，包括围压追踪模块和围压泵；围压泵用于为玻璃模型提供围压，围压追踪模块设置在中间容器的出口，和围压泵相连，用以监测玻璃模型内的入口压力。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，流体收集单元包括回压泵、回压阀和末端计量器，回压泵用于提供回压，回压阀用于模拟储层压力，末端计量器用于在实验过程中加载回压并收集末端产出的流体。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，图像检测组件还包括可调支架，摄像头连接于可调支架，可调支架被构造为带动摄像头沿竖直方向和水平方向的至少一者相对夹持器移动。

如上述的裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，可选的，可调支架包括竖直支撑杆、水平支撑杆、第一锁止机构和第二锁止机构，水平支撑杆活动连接于竖直支撑杆，并可沿竖直支撑杆滑动，第一锁止机构连接于竖直支撑杆和水平支撑杆之间，用于将水平支撑杆锁定于竖直支撑杆的当前位置；

水平支撑杆可绕竖直支撑杆回转至不同方向，第二锁止机构连接于水平支撑杆，以将水平支撑杆锁定于当前回转方向。

第二方面，本发明提供一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替方法，具体包括：

将玻璃模型置于夹持器内，并调整摄像头和夹持器的相对位置，使玻璃模型内的孔隙和裂缝的分布状况显露于摄像头的视场内，其中，玻璃模型的注入端口和夹持器的注入端口相对设置；

向夹持器的第一容纳腔内注入围压液，并当夹持器内部充满围压液时，将夹持器旋转到第一角度以模拟储层倾角；

利用驱替组件将原油注入玻璃模型中至饱和状态，且在饱和过程中，玻璃模型的压力逐渐升高至实验压力值；

利用驱替组件将水或气体注入玻璃模型中进行驱替，并通过图像检测组件检测玻璃模型内的流体分布状况。

本发明提供一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法，装置包括二维可视化模型组件、驱替组件和图像检测组件；二维可视化模型组件被构造为模拟致密储层环境及不同注采井网；驱替组件被构造为在二维可视化模型组件内注入介质进行驱替实验；图像检测组件被构造为拍摄玻璃模型内的流体；方法包括将玻璃模型置于夹持器内，调整摄像头和夹持器的相对位置，打开围压泵，然后将原油注入玻璃模型中至饱和，同时缓慢提高回压泵的压力至实验压力值，之后进行驱替实验，利用图像检测组件实时监测玻璃模型内的流体分布状况。本发明提供一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法，能模拟真实复杂致密储层环境及不同的注采关系对驱油效果的影响。

本发明取得的有益技术效果：

(1)本发明采用的玻璃模型的注采关系更加符合实际渗流规律，采用双胶圈密封结构，降低了胶圈内的死体积对实验结果的影响，同时增加了玻璃模型和夹持器间的密封性，提高了模拟实验的准确性。

(2)本发明中二维可视化模型组件、图像检测组件和底部光源集成在夹持器底座上，保证在旋转夹持器模拟储层倾角时，二维可视化模型组件和图像检测组件的相对位置不发生改变，同时也方便进行前后对比实验。

(3)本发明采用的玻璃模型具有较大的尺寸，能够模拟不同尺度裂缝对渗流规律的影响，整个实验装置在实现常规装置一注一采的注采参数分析功能的同时，能够探索注采井网、注采位置等关键因素对提高采收率的影响。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施例中作出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置的整体结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置中二维可视化模型组件的装配关系图；

图3是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置中平面上不同注采井网图；

图4是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置中的玻璃模型在纵向上不同注采位置图；

图5是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验方法流程图。

附图标记：

10-驱替实验装置；

100-二维可视化模型组件；

110-夹持器；

111-夹持器底座；

112-夹持器本体；

113-旋转锁止开关；

120-玻璃模型；

121-玻璃基板；

122a-大裂缝；

122b-中裂缝；

122c-小裂缝；

123-流体通道；

124-密封圈单元；

125-流体入口；

126-流体出口；

127-加热套；

128-光源；

129-底部支架；

200-驱替组件；

210-介质注入单元；

211-驱替泵；

212-油样中间容器；

213-水样中间容器；

214-气样中间容器；

220-压力控制单元；

221-围压追踪模块；

222-围压泵；

223-围压液入口；

224-排液出口；

230-流体收集单元；

231-回压泵；

232-回压阀；

233-末端计量器；

234-下游开关；

300-图像检测组件；

310-摄像头；

311-可调支架；

312-竖直支撑杆；

313-水平支撑杆；

314-第一锁止机构；

315-第二锁止机构；

320-处理单元。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在油气田开发过程中，裂缝对开发效果的影响至关重要，特别针对非常规致密储层，作为油气重要流动通道的裂缝使得致密储层得到了有效开发，微观可视化实验是现阶段研究油气渗流规律的有效手段之一。

目前，现有的二维模型装置仅有两个端口(一个注入端和一个出口端)，因此仅能模拟一注一采或单井吞吐的情况，而针对其他的注采井网(两注一采、三注一采等)和注采位置(顶底注中间采)无法模拟；在储层倾角的模拟上，尽管现有的技术能够实现不同倾角的模拟，但是视频监测系统与夹持器是独立的，这在调节储层倾角过程中会使得视频监测系统和夹持器的相对位置发生移动，从而与之前记录的图像数据具有一定的偏差，从而影响实验结果；现有模型的尺寸最大在4.5cm*4.5cm附近，同时较小的尺寸无法在模拟基质的同时模拟裂缝的影响，流体在模型内部的渗流规律受到边界的影响较为严重；同时玻璃模型和夹持器注入/采出端口采用较大尺寸的胶圈密封，在模拟水驱或气驱过程中残余在胶圈和注入端口之间的死体积将会被携带到模型中，影响剩余油的分布和采出程度的识别计算，进而影响实验结果。

为此，本申请提供了一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置及方法，通过采用二维可视化模型组件模拟致密储层环境及不同注采井网；利用驱替组件在二维可视化模型组件内注入介质进行驱替实验；采用图像检测组件实时监测玻璃模型内的流体渗流规律；相比于传统二维可视化模型仅能模拟一注一采或单井吞吐的情况，本方法可以模拟真实复杂致密储层环境及不同的注采关系对驱油效果的影响。

下面对本实施例中一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置做进一步阐述。

图1是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置的整体结构示意图；图2是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置中二维可视化模型组件的装配关系图；图3是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置中平面上不同注采井网图；图4是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置中的玻璃模型在纵向上不同注采位置图；图5是本申请实施例提供的一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验方法流程图。

如图1所示，本申请实施例提供了一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置，用于模拟裂缝性油藏二维微观可视化实验，包括二维可视化模型组件100、驱替组件200和图像检测组件300；二维可视化模型组件100包括夹持器110和玻璃模型120；夹持器110具有密闭的第一容纳腔，玻璃模型120设置在第一容纳腔内部，且夹持器110被构造为驱动玻璃模型120绕水平转轴在第一容纳腔内翻转；玻璃模型120包括两块相互连接的玻璃基板121，两块玻璃基板121间隔设置以形成密闭空间，且玻璃基板121的内壁面设置有多条裂缝，多条裂缝分别具有不同的裂缝大小，且在玻璃模型120的拐角部位设置有多个和密闭空间连通的流体通道123；驱替组件200包括介质注入单元210、压力控制单元220和流体收集单元230，介质注入单元210被构造为将驱替介质注入于密闭空间，压力控制单元220被配置为向第一容纳腔内提供预设围压，流体收集单元230被配置为向第一容纳腔内提供回压，并采集玻璃模型120内的流体；图像检测组件300包括摄像头310和处理单元320，摄像头310和处理单元320电连接，摄像头310面向二维可视化模型组件100，以拍摄玻璃模型120的图像。

具体的，玻璃基板121的尺寸设置为10cm*10cm，较大尺寸的设计可以减少边界作用对流体渗流规律的影响，在玻璃基板121的内壁面上还设置有大裂缝122a、中裂缝122b及小裂缝122c，这样设置的目的为在模拟基质的同时可以模拟不同尺度裂缝对流体渗流规律的影响。其中，两块玻璃基板121通过键合的方式连接在一起，形成密闭空间。

这样通过采用二维可视化模型组件100模拟致密储层环境及不同注采井网；利用驱替组件200在二维可视化模型组件100内注入介质进行驱替实验；采用图像检测组件300实时监测玻璃模型120内的流体渗流规律；相比于传统二维可视化模型仅能模拟一注一采或单井吞吐的情况，本方法可以模拟真实复杂致密储层环境及不同的注采关系对驱油效果的影响。

在一些实施例中，玻璃模型120为方形；流体通道123为4个，且分别设置于玻璃模型120的4个拐角部位，各流体通道123用于作为供流体进入密闭空间的流体入口125或供流体从密闭空间流出的流体出口126。

其中，玻璃模型120设置四个流体入口125、流体出口126可以模拟不同注采井网模式，如：一注两采、一注三采、两注一采、两注两采、三注一采，如图3所示。同时，还可以模拟不同注采位置，如：低注高采、高注低采、高低注中间采，如图4所示。

在一些实施例中，夹持器110包括夹持器底座111和夹持器本体112，夹持器底座111形成第二容纳腔，夹持器本体112设置在第二容纳腔内，并连接于玻璃模型120，夹持器本体112可绕水平转轴旋转，以使玻璃模型120在夹持器本体112的带动下转动至任意角度。

其中，在夹持器底座111的两端设置有旋转锁止开关113，用于当夹持器110旋转至一定角度时固定夹持器110。具体的，在夹持器底座111的上方设置有光源128，用以给玻璃模型120照明，光源128设置在底部支架129上，用于固定光源128，在夹持器110的周围还设置有加热套127，用于维持夹持器110的温度在储层温度范围变化。

在一些实施例中，介质注入单元210包括驱替泵211和多个中间容器，中间容器均连接于驱替泵211和玻璃基板121之间，驱替泵211用于将中间容器的驱替介质注入到玻璃模型120中提供驱动压力；

其中，中间容器包括油样中间容器212、水样中间容器213及气样中间容器214。

其中，油样中间容器212、水样中间容器213及气样中间容器214采用并联的连接方式，在进行驱替实验时，根据实际情况，可打开不同的中间容器，采用不同的驱替介质进行驱替。

在一些实施例中，玻璃模型120还包括和流体通道123对应设置的多个密封圈单元124，各密封圈单元124包括至少两个同心套设的密封圈，密封圈围设于流体通道123的端部外侧，并密封于玻璃模型120和夹持器110之间。

其中，同心套设的密封圈包括设置在靠近流体通道123的内部密封圈，和设置在远离流体通道123的外部密封圈，如图2所示，具体的，玻璃模型120采用双胶圈密封，这样设置的目的为可以在提高密封性的同时能够防止残余在胶圈和流体入口125之间的死体积携带到玻璃模型120中，避免对后期渗流规律和剩余油分布实验结果的影响。

在一些实施例中，压力控制单元220，包括围压追踪模块221和围压泵222；围压泵222用于为玻璃模型120提供围压，围压追踪模块221设置在中间容器212的出口，和围压泵222相连，用以监测玻璃模型120内的入口压力。

其中，在驱替实验过程中为了模拟真实致密储层的环境压力，应对玻璃模型120的流体入口125的压力进行实时监控，即控制围压泵222的压力高于玻璃模型120的入口压力0～0.5MPa。

在一些实施例中，流体收集单元230包括回压泵231、回压阀232和末端计量器233，回压泵231用于提供回压，回压阀232用于模拟储层压力，末端计量器233用于在实验过程中加载回压并收集末端产出的流体。

其中，在夹持器110与回压阀232的中间设置有下游开关234，具体的，在对玻璃模型120进行抽真空时，关闭下游开关234，在抽真空完成后，打开油样中间容器212的开关，将原油注入到玻璃模型120内部，当玻璃模型120内的原油基本饱和时，此时，打开下游开关234，将气体或者水注入玻璃模型120内进行驱替实验，当完成驱替实验时，油水混合物被收集到末端计量器233中。

在一些实施例中，图像检测组件300还包括可调支架311，摄像头310连接于可调支架311，可调支架311被构造为带动摄像头310沿竖直方向和水平方向的至少一者相对夹持器110移动。

其中，为了保证在旋转夹持器110模拟储层倾角时能够保证二维可视化模型组件100和图像检测组件300的相对位置不发生改变，同时也保证前后实验图像的可对比性，可通过调节可调支架311继而带动夹持器底座111和摄像头310同步转动。

在一些实施例中，可调支架311包括竖直支撑杆312、水平支撑杆313、第一锁止机构314和第二锁止机构315，水平支撑杆313活动连接于竖直支撑杆312，并可沿竖直支撑杆312滑动，第一锁止机构314连接于竖直支撑杆312和水平支撑杆313之间，用于将水平支撑杆313锁定于竖直支撑杆312的当前位置；

水平支撑杆313可绕竖直支撑杆312回转至不同方向，第二锁止机构315连接于水平支撑杆313，以将水平支撑杆313锁定于当前回转方向。

其中，可通过调节竖直支撑杆312，对摄像头310进行竖直方向上的移动，直到能看到玻璃模型120内的孔隙和裂缝122的分布状况，通过第一锁止机构314固定水平支撑杆313在竖直支撑杆312的竖直位置，调整摄像头310在水平面的位置，直到在图像记录分析系统内能观察记录到完整的玻璃模型120内部的图像，固定第二锁止机构315。

下面对本发明提供的裂缝性油藏二维微观可视化驱替方法做进一步阐述：

图5是本申请实施例提供的裂缝性油藏二维微观可视化驱替方法的流程图，包括如下步骤：

S101、将玻璃模型置于所述夹持器内，并调整摄像头和所述夹持器的相对位置，使所述玻璃模型内的孔隙和裂缝的分布状况显露于所述摄像头的视场内，其中，所述玻璃模型的注入端口和夹持器的注入端口相对设置。

其中，在实验开始前，先将实验所需要的油气水样品分别装入到对应的中间容器212内，根据实验要求，打开不同的中间容器212，利用驱替泵211将介质注入到玻璃模型120内。

S102、向所述夹持器的第一容纳腔内注入围压液，并当所述夹持器内部充满所述围压液时，将所述夹持器旋转到第一角度以模拟储层倾角；

其中，打开围压液入口223和夹持器110的排液出口224，打开围压泵222逐渐利用排空气法将夹持器110内部充满围压液，关闭排液出口224切换围压泵222的工作模式为跟踪模式，此时设置跟踪压差0.3MPa。

S103、利用驱替组件将原油注入所述玻璃模型中至饱和状态，且在饱和过程中，玻璃模型的压力逐渐升高至实验压力值。

其中，设置驱替泵211以2μL/min的恒速模式进行玻璃模型120的饱和，在原油的饱和过程中缓慢提高回压泵231的压力至实验压力值。

S104、利用驱替组件将水或气体注入所述玻璃模型中进行驱替，并通过图像检测组件检测所述玻璃模型内的流体分布状况。

其中，模拟不同注采位置的油水分布时，在围压加载后需要将夹持器110从水平位置调整90°至竖直状态，根据玻璃模型120不同位置注入端口分别进行顶注底采、底注顶采和顶低注中间采的情形。

本实施例中，一种裂缝性油藏二维微观可视化驱替实验装置10，用于模拟裂缝性油藏二维微观可视化实验，包括二维可视化模型组件100、驱替组件200和图像检测组件300；二维可视化模型组件100包括夹持器110和玻璃模型120；夹持器110具有密闭的第一容纳腔，玻璃模型120设置在第一容纳腔内部，且夹持器110被构造为驱动玻璃模型120绕水平转轴在第一容纳腔内翻转；玻璃模型120包括两块相互连接的玻璃基板121，两块玻璃基板121间隔设置以形成密闭空间，且玻璃基板121的内壁面设置有多条裂缝122，多条裂缝122分别具有不同的裂缝122大小，且在玻璃模型120的拐角部位设置有多个和密闭空间连通的流体通道123；驱替组件200包括介质注入单元210、压力控制单元220和流体收集单元230，介质注入单元210被构造为将驱替介质注入于密闭空间，压力控制单元220被配置为向第一容纳腔内提供预设围压，流体收集单元230被配置为向第一容纳腔内提供回压，并采集玻璃模型120内的流体；图像检测组件300包括摄像头310和处理单元320，摄像头310和处理单元320电连接，摄像头310面向二维可视化模型组件100，以拍摄玻璃模型120的图像。这样通过采用二维可视化模型组件100模拟致密储层环境及不同注采井网；利用驱替组件200在二维可视化模型组件100内注入介质进行驱替实验；采用图像检测组件300实时监测玻璃模型120内的流体渗流规律；相比于传统二维可视化模型仅能模拟一注一采或单井吞吐的情况，本方法可以模拟真实复杂致密储层环境及不同的注采关系对驱油效果的影响。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

一般而言，应当至少部分地由语境下的使用来理解术语。例如，至少部分地根据语境，文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数的意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数的意义的特征、结构或特性的组合。类似地，至少部分地根据语境，还可以将诸如“一”的术语理解为传达单数用法或者传达复数用法。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。