一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置与方法

摘要

本发明涉及一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置与方法，该装置包括谐振波试验台；可视化均质裂缝展布平板模型，安装在谐振波试验台上，包括进口、出口和环压口；环压供给部，其输出端与环压口连接；驱替泵；输地层水中间容器、输油中间容器、输染色注入剂中间容器，三者各自的输入口与驱替泵的输出口连接、输出口与可视化均质裂缝展布平板模型的输入端连接；液体容器，与出口连接；现象观测部，安装在与可视化均质裂缝展布平板模型相对应的位置处。本发明具有结构简单、安装布设方便、工作性能可靠、可视化且模拟效果好的特点，可有效解释裂缝性油藏波诱导微观射流增渗效果与提高波及范围的具体机理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置与方法，属于石油开采模拟实验技术领域。

背景技术

裂缝性储层发育微裂缝、孔喉两类孔隙结构，微裂缝的存在一方面增加了储层整体导流能力，但另一方面，水驱开发过程中注入水易沿裂缝形成水窜通道，降低整体注水开发效率，尤其是在裂缝性低渗透储层中裂缝导致的水窜情况更为严峻，基质与裂缝间水相窜流交互减少，基质原油难以动用，油藏采出程度较低。提高裂缝性储层基质原油动用程度，增加基质与裂缝间水相窜流交互，更首要的是增加注入水沿裂缝的分布范围，而不是局限于注采井连线周围的裂缝。波动采油技术利用声学物理场的传播，使油层及流体产生物理和化学变化，从而改善油层渗流条件，达到油水井增产增注目的；波动采油技术涵盖了低频谐振波采油技术、水力脉冲解堵、电脉冲、超声波解堵技术、周期注水、反复开关井、不稳定试井等引起岩石基质应变、孔隙流体压力激荡的波动传播过程，根据BISQ理论和改进的BISQ理论等，波动引起岩石流、固相位移交错的同时，在孔隙内部会产生径向射流，微观径向射流的存在可促使储层增渗、死油区原油波及程度提高；当波动采油与储层酸化改造结合时，微观径向射流的存在可改变酸液流向，使得改造范围在沿注采连线方向变长、垂直注采连线方向变深。

然而，目前波动采油技术机理研究设备与方法主要局限于常规岩心驱替设备与方法，无法观察得到岩心内部发生的射流作用，可视化揭示波动采油微观射流增渗机制及评价其影响要素的实验研究设备与方法尚无，尤其是在裂缝性储层内的波动采油微观射流增渗机制、裂缝性储层波动复合酸化改造效果的增强机制研究更为缺乏，建立可视化、高精度、高稳定性的室内模拟实验装置及其有效的实验方法，可进一步深化认识波动采油技术的动力学微观作用，促进波动采油技术与波动复合化学采油技术的矿场推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、安装布设方便、工作性能可靠、可视化且模拟效果好、有效解释裂缝性油藏波诱导微观射流增渗效果与提高波及范围具体机理的裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置。

本发明还提供一种利用上述实验装置的实验方法。

本发明的技术方案如下：

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置，包括：

谐振波试验台；

可视化均质裂缝展布平板模型，安装在谐振波试验台上；

液体容器，与可视化均质裂缝展布平板模型的出口连接；

环压供给部，其输出端与可视化均质裂缝展布平板模型的环压口连接，对平板模型提供上部、下部的垂直压力，保证平板模型密封；

驱替泵；

输地层水中间容器，其输入口与驱替泵的输出口连接，输出口与可视化均质裂缝展布平板模型的输入端连接；

输油中间容器，其输入口与驱替泵的输出口连接，输出口与可视化均质裂缝展布平板模型的输入端连接；

输染色注入剂中间容器，其输入口与驱替泵的输出口连接，输出口与可视化均质裂缝展布平板模型的输入端连接；

现象观测部，安装在与可视化均质裂缝展布平板模型相对应的位置处，用于采集实验物理现象的图像；

数据监测控制部，与谐振波试验台和现象观测部连接。

优选的，所述驱替泵的输入口连接有储液箱，驱替泵的输出口分别通过控制阀与输地层水中间容器、输油中间容器、输染色注入剂中间容器的输入口连接。

优选的，所述输地层水中间容器、输油中间容器、输染色注入剂中间容器的输出口通过一个多通阀与可视化均质裂缝展布平板模型的输入端连接。

优选的，所述可视化均质裂缝展布平板模型的出口通过一回压阀分别与液体容器、环压供给部连接。

优选的，所述可视化均质裂缝展布平板模型包括模拟储层，模拟储层的四周设置有密封装置且密封装置的环压口与环压供给部连接，通过密封装置向模拟储层内加环压；模拟储层与密封装置的四端开设有进液通道，其中一个进液通道作为进液口与多通阀的输出端连接，另一个进液通道作为出液口与液体容器连接，其余两个进液通道封堵。

优选的，所述模拟储层包括以下两种类型：一是两块刻蚀过均质展布人造裂缝的长方形玻璃和位于两块玻璃之间的岩芯砂，两块玻璃通过粘合剂将边缘粘连在一起；二是胶结完毕的人造岩心内部切割出均质裂缝。

优选的，所述均质展布人造裂缝为平行缝或交错缝，缝的展布方向与谐振波、驱替渗流方向平行或垂直。此设计的好处在于，设计成不同的平行缝或交错缝，可用于研究不同角度缝发育油藏的波动采油微观射流机制。

优选的，所述现象观测部包括摄像机和微米仪。此设计的好处在于，摄像机用于采集实验物理现象的图像，可持续记录可视化均质裂缝展布平板模型中油/水/染色注入剂的分布、裂缝形态变化、裂缝尺寸变化，通过微米仪可获取准确数值。

优选的，所述数据监测控制部选用计算机。此设计的好处在于，后续通过传感线将各种数据传输给专用数据采集的计算机，整个实验装置智能程度高。

优选的，所述环压供给部选用手摇泵。

优选的，所述驱替泵选用针筒式流量泵。

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验方法，利用上述的实验装置，该实验方法包括以下步骤：

(1)根据实验要求，选择合适的可视化均质裂缝展布平板模型，记录内部模拟储层的裂缝、基质的形态，测量平板模型中的裂缝密度、缝宽、缝长；

(2)将可视化均质裂缝展布平板模型与环压管线、进液口管线和出液口管线连接，打开驱替泵测试，保证平板模型完全密封；

(3)将可视化均质裂缝展布平板模型中模拟储层饱和模拟地层水；

(4)将模拟储层加热至需模拟地层的环境温度并保温；

(5)根据可视化均质裂缝展布平板模型在饱和模拟地层水前后的重量差，计算可视化均质裂缝展布平板模型的孔隙体积和孔隙度；

(6)进行油驱替水动态模拟试验、或水驱替油动态模拟试验、或染色注入剂驱替模拟试验、或波动复合染色注入剂驱替模拟试验；

(7)更换不同裂缝展布、和/或波动方向与驱替方向不同的可视化均质裂缝展布平板模型，重复步骤(1)至步骤(6)。

优选的，在步骤(1)之前，控制谐振波试验台预运行第一预定时间，然后关闭谐振波试验台；优选的，所述第一预定时间为30min。此设计的好处在于，当执行第一预定时间时，构成低频谐振波凝胶封堵性能评价试验；而当不执行第一预定时间时，则构成非低频谐振波凝胶封堵性能评价试验。这样做的目的是检测振动条件下封堵部分大裂缝的能力，第一预定时间根据注入速度以及裂缝的体积等各种因素而定。

优选的，步骤(6)中，所述油驱替水动态模拟试验的操作过程如下：①断开输地层水中间容器和输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；②利用驱替泵将输油中间容器内的油输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；③连续观测可视化均质裂缝展布平板模型内的油水分布、液体容器内的驱出水量及输油中间容器的油压；④当油压保持稳定、且驱出水量不变时，则结束油驱替水动态模拟试验。

优选的，步骤(6)中，所述水驱替油动态模拟试验的操作过程如下：①断开输油中间容器和输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；②利用驱替泵将输地层水中间容器内的水输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；③分多个时间点记录相关参数，相关参数包括：记录时间、和/或可视化均质裂缝展布平板模型入口水压值、和/或可视化均质裂缝展布平板模型内部油水分布、和/或驱出水量、和/或驱出油量、和/或用水量，其中，驱出油量为液体容器内的油量，驱出水量为液体容器内的水量，用水量为输地层水中间容器消耗的水量；④当驱替到第一预定倍数的孔隙体积时停止试验，并断开输地层水中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路，用于模拟不同含油饱和度裂缝性储层波动采油微观射流机制。

优选的，步骤(6)中，所述染色注入剂驱替模拟试验的操作过程如下：①断开输地层水中间容器和输油中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；②利用驱替泵将输染色注入剂中间容器内的染色注入剂输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；③分多个时间点记录相关参数，相关参数包括：记录时间、和/或可视化均质裂缝展布平板模型入口染色注入剂压值、和/或可视化均质裂缝展布平板模型内部染色注入剂/油/水分布、和/或模拟储层内部的裂缝形态/缝宽/缝长、和/或驱出水量、和/或驱出油量、和/或驱出染色剂量、和/或用水量、和/或用染色剂量，其中，驱出水量为液体容器内的水量，用水量为输水中间容器消耗的水量；④当驱替到第二预定倍数的孔隙体积时停止试验，并断开输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路。

优选的，步骤(6)中，所述波动复合染色注入剂驱替模拟试验的操作过程如下：①打开谐振波试验台，调节至实验要求的振动频率、振动加速度、振幅；②断开输地层水中间容器和输油中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；③利用驱替泵将输染色注入剂中间容器内的染色注入剂输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；④分多个时间点记录相关参数，相关参数包括：记录时间、和/或可视化均质裂缝展布平板模型入口染色注入剂压值、和/或可视化均质裂缝展布平板模型内部染色注入剂/油/水分布、和/或模拟储层内部的裂缝形态/缝宽/缝长、和/或驱出水量、和/或驱出油量、和/或驱出染色剂量、和/或用水量、和/或用染色剂量，其中，驱出水量为液体容器内的水量，用水量为输水中间容器消耗的水量；⑤当驱替到第二预定倍数的孔隙体积时停止试验，停止振动并断开输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路。

本发明的有益效果在于：

1.本发明裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置，具有结构简单、安装布设方便、工作性能可靠、可视化且模拟效果好的特点。

2.利用本发明实验装置并结合本发明实验方法，可有效解释裂缝性油藏波诱导微观射流增渗效果与提高波及范围的具体机理，为波动采油技术的研究提供了实验基础。

附图说明

图1为本发明裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置的结构示意图。

图2为本发明中可视化均质裂缝展布平板模型的不同结构图；其中，图2a中人造裂缝为水平方向的平行缝，图2b中人造裂缝为竖直方向的平行缝，图2c中人造裂缝为竖直方向的交错缝，图2d中人造裂缝为水平方向的交错缝。

图3为本发明实验方法的流程图。

其中：1、谐振波试验台；2、可视化均质裂缝展布平板模型；3、液体容器；4、环压供给部；5、驱替泵；6、输地层水中间容器；7、输油中间容器；8、输染色注入剂中间容器；9、现象观测部；10、数据监测控制部；11、控制阀；12、多通阀；13、回压阀；14、压力表；15、储液箱。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验装置，包括：

谐振波试验台1，可产生低频或高频谐振波，谐振波方向沿x方向或z方向；本实施例选用低频谐振波试验台，谐振波方向沿x方向；

可视化均质裂缝展布平板模型2，安装在谐振波试验台1上，其包括进口、出口和环压口，用于裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制的模拟，平板模型内流体流动方向沿x方向或沿y方向，本实施例中平板模型内流体流动方向沿x方向；

液体容器3，与可视化均质裂缝展布平板模型2的出口连接，其上标有对其内部所存储溶液体积进行测量的刻度；

环压供给部4，其输出端与可视化均质裂缝展布平板模型2的环压口连接，对平板模型提供上部、下部的垂直压力，保证平板模型密封；本实施例中环压供给部选用手摇泵；

驱替泵5，本实施例中驱替泵选用针筒式流量泵；

输地层水中间容器6，内装有延长油田长层模拟地层水，其输入口与驱替泵5的输出口连接，输出口与可视化均质裂缝展布平板模型2的输入端连接；

输油中间容器7，内装有地层原油，其输入口与驱替泵5的输出口连接，输出口与可视化均质裂缝展布平板模型2的输入端连接；

输染色注入剂中间容器8，内装有染色注入剂(染色注入剂是水或氢氟酸或聚合物中的一种，与颜料混合后，装入输染色注入剂中间容器中)，其输入口与驱替泵5的输出口连接，输出口与可视化均质裂缝展布平板模型2的输入端连接；

现象观测部9，安装在与可视化均质裂缝展布平板模型2相对应的位置处，用于采集实验物理现象的图像；

数据监测控制部10，通过谐振波信号传导线与谐振波试验台1和现象观测部9连接。数据监测控制部用来设置、控制低频谐振波试验台接收的低频振动参数，且记录来自现象观测部传导至数据监测控制部的实验现象。例如，低频振动参数为振动频率、振动加速度、振动方式等，其中，振动方式为振动台连续振动或振动台间歇性开启振动与关闭。

另外，驱替泵5的输入口连接有储液箱15，驱替泵5的输出口分别通过控制阀11与输地层水中间容器6、输油中间容器7、输染色注入剂中间容器8的输入口连接。输地层水中间容器6、输油中间容器7、输染色注入剂中间容器8的输出口通过一个多通阀12与可视化均质裂缝展布平板模型2的输入端连接。可视化均质裂缝展布平板模型2的出口通过一回压阀13分别与液体容器3、环压供给部4连接。

可视化均质裂缝展布平板模型2外侧围绕有恒温箱，可视化均质裂缝展布平板模型包括模拟储层，模拟储层的四周设置有密封装置且密封装置的环压口与环压供给部连接，通过密封装置向模拟储层内加环压；模拟储层与密封装置的四端开设有进液通道，进液通道与模拟储层与密封装置通过粘合剂密封。本实施例中，选取任一条边上的两个进液通道作为进液口和出液口，进液口与多通阀12的输出端连接，出液口与液体容器3连接，其余两个进液通道封堵，用于模拟半个双重介质储层一采一注开发方式下的波动采油微观射流机制。

多通阀12为六通阀，多通阀12和手摇泵上分别连接有压力表14，用于显示与检测可视化均质裂缝展布平板模型的进液口压力和环压，压力表测量压力量程0～10.0MPa与0～1.0MPa。

模拟储层包括以下两种类型：一是两块刻蚀过均质展布人造裂缝的长方形玻璃和位于两块玻璃之间的岩芯砂，两块玻璃通过粘合剂将边缘粘连在一起；二是胶结完毕的人造岩心内部切割出均质裂缝。不管模拟储层采用哪种类型，其均质展布人造裂缝为平行缝或交错缝，缝的展布方向与谐振波、驱替渗流方向平行或垂直，如图2所示。

现象观测部9包括摄像机和微米仪，摄像机用于采集实验物理现象的图像，可持续记录可视化均质裂缝展布平板模型中油/水/染色注入剂的分布、裂缝形态变化、裂缝尺寸变化，通过微米仪可获取准确数值。

数据监测控制部10选用计算机，整个实验装置中的谐振波试验台、摄像机、微米仪以及各种传感器通过数据线与计算机连接，通过计算机进行各种数据的分析和计算。

实施例2：

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验方法，利用上述的实验装置，该实验方法包括以下步骤：

(1)根据实验要求，选择合适的可视化均质裂缝展布平板模型，记录内部模拟储层的裂缝、基质的形态，测量平板模型中的裂缝密度、缝宽、缝长；本实施例中，可视化均质裂缝展布平板模型为展布平行缝、驱替方向与裂缝方向平行的模型，如图2a,裂缝密度为1条/10cm²，缝长5cm，缝宽0.1cm，裂缝以外区域刻蚀为均匀分布的圆形孔隙和连通喉道。

(2)将可视化均质裂缝展布平板模型与环压管线、进液口管线和出液口管线连接，打开驱替泵测试，密封测试1小时，不漏水，压力保持稳定，保证平板模型完全密封；

(3)将可视化均质裂缝展布平板模型中模拟储层饱和模拟地层水；

(4)将模拟储层加热至需模拟地层的环境温度30℃并持续保温至实验结束；

(5)根据可视化均质裂缝展布平板模型在饱和模拟地层水前后的重量差，计算可视化均质裂缝展布平板模型的孔隙体积和孔隙度；例如，进行被测试模拟储层预处理之前，先测量被测试模拟储层的干重，且将被测试模拟储层饱和模拟地层水后，再测量被测试模拟储层的湿重，并根据称量结果计算被测试模拟储层的孔隙体积和孔隙度。

(6)进行油驱替水动态模拟试验，其操作过程如下：①断开输地层水中间容器和输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；②利用驱替泵将输油中间容器内的油输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；③连续观测可视化均质裂缝展布平板模型内的油水分布、液体容器内的驱出水量及输油中间容器的油压；④当油压保持稳定、且驱出水量不变时，则结束油驱替水动态模拟试验。

(7)更换不同裂缝展布、和/或波动方向与驱替方向不同的可视化均质裂缝展布平板模型，重复步骤(1)至步骤(6)。

实施例3：

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验方法，该实验方法的操作步骤如实施例2所述，其不同之处在于：步骤(6)中，利用上述的实验装置进行水驱替油动态模拟试验，其操作过程如下：①断开输油中间容器和输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；②利用驱替泵将输地层水中间容器内的水输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；③分多个时间点记录相关参数，相关参数包括：记录时间、和/或可视化均质裂缝展布平板模型入口水压值、和/或可视化均质裂缝展布平板模型内部油水分布、和/或驱出水量、和/或驱出油量、和/或驱出染色剂量、和/或用水量、和/或用染色剂量，其中，驱出油量为液体容器内的油量，驱出水量为液体容器内的水量，用水量为输地层水中间容器消耗的水量；④当驱替到第一预定倍数的孔隙体积时停止试验，并断开输地层水中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路，用于模拟不同含油饱和度裂缝性储层波动采油微观射流机制。

第一预定倍数的孔隙体积：根据前述所测的孔隙体积、孔隙度以及饱和油的体积，通过记录该步骤中驱出水量和驱出油量，得到不同含油饱和度条件为初始含油饱和度，如50％、70％、90％、95％。这个时候驱替所用的量(我们一般说多少孔隙体积的量，比方说5倍孔隙体积)，就是第一预定倍数的孔隙体积。

实施例4：

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验方法，该实验方法的操作步骤如实施例2所述，其不同之处在于：步骤(6)中，利用上述的实验装置进行染色注入剂驱替模拟试验，其操作过程如下：①断开输地层水中间容器和输油中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；②利用驱替泵将输染色注入剂中间容器内的染色注入剂输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；③分多个时间点记录相关参数，相关参数包括：记录时间、和/或可视化均质裂缝展布平板模型入口染色注入剂压值、和/或可视化均质裂缝展布平板模型内部染色注入剂/油/水分布、和/或模拟储层内部的裂缝形态/缝宽/缝长、和/或驱出水量、和/或驱出油量、和/或驱出染色剂量、和/或用水量、和/或用染色剂量，其中，驱出水量为液体容器内的水量，用水量为输水中间容器消耗的水量；④当驱替到第二预定倍数的孔隙体积时停止试验，并断开输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路。

第二预定倍数的孔隙体积：是指进行染色剂驱替实验直至所有油都被驱出(也即是出口端没有油流出时)，这时候驱替用的染色剂体积(一般用多少孔隙体积的量表示)即为第二预定倍数的孔隙体积。

实施例5：

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验方法，该实验方法的操作步骤如实施例2所述，其不同之处在于：步骤(6)中，利用上述的实验装置进行波动复合染色注入剂驱替模拟试验，其操作过程如下：①打开谐振波试验台，调节至实验要求的振动频率、振动加速度、振幅；②断开输地层水中间容器和输油中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路；③利用驱替泵将输染色注入剂中间容器内的染色注入剂输送进入可视化均质裂缝展布平板模型；④分多个时间点记录相关参数，相关参数包括：记录时间、和/或可视化均质裂缝展布平板模型入口染色注入剂压值、和/或可视化均质裂缝展布平板模型内部染色注入剂/油/水分布、和/或模拟储层内部的裂缝形态/缝宽/缝长、和/或驱出水量、和/或驱出油量、和/或用水量，其中，驱出水量为液体容器内的水量，用水量为输水中间容器消耗的水量；⑤当驱替到第二预定倍数的孔隙体积时停止试验，停止振动并断开输染色注入剂中间容器与可视化均质裂缝展布平板模型之间的管路。

实施例6：

一种裂缝性油藏波动采油微观射流增渗机制评价实验方法，操作步骤如实施例2所述，其不同之处在于：在步骤(1)之前，还包括控制低频谐振波试验台预运行第一预定时间，第一预定时间为30min，然后关闭低频谐振波试验台。这样，当执行第一预定时间时，构成低频谐振波凝胶封堵性能评价试验；而当不执行第一预定时间时，则构成非低频谐振波凝胶封堵性能评价试验。