一种高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件的建立方法

摘要

本发明公开了一种高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件的建立方法，包括：(1)制作高温高压大尺度剖面模型，在模型的四周及中央区域预置填埋数段筛管管线；(2)模型抽真空，通过真空泵将模型抽真空至负压状态；(3)模型饱和地层水，通过举升机构将模型置于充满地层水的釜体中，通过加压饱和的方式实现模型充分、均匀饱和地层水；(4)模型建立束缚水，使用举升机构旋转模型，考虑油(气)水重力分异作用，从顶部注入原油(或气体)驱替模型中的地层水，实现模型中各个区域束缚水饱和度均匀分布。本发明具有较强的可操作性，极大提升了实验效率，节约了模型建立束缚水的时间，保证了模型中束缚水的均匀分布，为模型后续驱替实验奠定了基础。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件的建立方法，属于石油与天然气勘探开发领域。

背景技术

高温高压大尺度剖面模型是进行室内高温高压驱替实验的重要实验装置，研究人员常用高温高压大尺度剖面模型模拟高温高压地层研究油气藏开发规律。

目前，标准柱塞岩心建立束缚水的方法主要有两种。一种是采用真空泵对标准柱塞岩心进行抽真空，然后让标准柱塞岩心进行自吸饱和地层水，如“一种致密岩石的饱和装置及方法”(CN108152105B，2020-04-14，王珠峰)中涉及的岩心束缚水饱和方法，该方法通过使用真空泵将岩心抽真空至负压状态，然后使岩心进行自吸饱和束缚水，但由于该方法只对岩心抽真空后进行自吸饱和地层水，容易导致岩心束缚水饱和不充分以及束缚水饱和不均匀，且饱和效率较低。另一种方法是对标准柱塞岩心进行抽真空处理后，根据标准柱塞岩心束缚水饱和度以及饱和水体积注入定量的地层水，如裂缝—孔隙(孔洞)型储层岩心束缚水的确定与建立方法(CN102608011B，2013-10-09，杜建芬)中涉及的岩心束缚水饱和方法，根据岩心的孔隙体积以及束缚水体积确定注入地层水的量，通过负压加热夹持器系统温度到120℃，使水变成水蒸汽均匀分布，最后再通过注入原油或气体驱替，从而确定与建立岩心束缚水。但由于上述两种饱和束缚水的方法主要是针对标准柱塞岩心，并且上述两种方法都只从岩心夹持器的入口端注入地层水，然后注入原油或气体驱替，但由于高温高压大尺度剖面模型尺寸较大，如果将上述两种方法用于高温高压大尺度剖面模型建立束缚水将导致注入的原油或气体难以均匀驱替岩板的每一个区域，岩板部分区域将难以波及，从而导致高温高压大尺度剖面模型注入端束缚水的体积远远低于出口端的束缚水的体积，最终导致高温高压大尺度剖面模型油气饱和不均匀以及饱和不充分(如图4所示)，并且高温高压大尺度剖面模型孔隙体积与束缚水体积难以精确计量，上述两种标准柱塞岩心建立束缚水的方法不适合用于高温高压大尺度剖面模型建立束缚水。因此，针对以上高温高压大尺度剖面模型饱和束缚水不均匀以及束缚水饱和不充分等问题，确定新的高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件的建立方法是十分必要的。

发明内容

本发明主要针对目前标准柱塞岩心建立束缚水的常规实验方法不适用于高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件的建立等问题而提供一种新的适用于高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件建立的方法。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件的建立方法，依次包括以下步骤：

(1)制作高温高压大尺度剖面模型：

高温高压大尺度剖面模型由一块尺寸为30cm(高)×100cm(长)×1cm(厚)，内附有凹槽的长方形平板组成，凹槽部分用于填充石英砂制作岩板，岩板制作完成后通过孔渗测试得到岩板的孔隙度φ

(2)对高温高压大尺度剖面模型进行抽真空处理：

按实验流程连接好所有装置，通过真空泵从高温高压大尺度剖面模型采出端对岩板进行抽真空处理；抽真空整个过程时间持续8小时，直至岩板真空度达到负压以下停止抽真空，从而保证整块岩板处于真空状态，并关闭所有阀门。

(3)高温高压大尺度剖面模型饱和地层水：

首先通过举升机构将岩板53放置在釜体装置51中(釜体装置如图3所示)，釜体装置外部连接有高压驱替泵48、阀门49、地层水中间容器50、精密压力表52；然后通过高压驱替泵48将地层水中间容器50中的地层水注入釜体51中，持续注入一段时间后，直到精密压力表52显示的压力值为10MPa后，停止注入；在保持釜体压力恒定在10MPa的情况下进行高温高压大尺度剖面模型加压饱和地层水，整个加压饱和地层水的过程持续时间为10小时；10小时后，结束地层水饱和过程，并通过数据采集系统37实时收集岩板内部各个位置的含水饱和度，看岩板各个位置地层水是否饱和均匀与充分，若是，则结束整个饱和地层水过程，若否，则再次重复以上步骤，直至地层水饱和均匀，饱和充分为止；至此，高温高压大尺度剖面模型饱和地层水完成，并记录得到注入高温高压大尺度剖面模型的总水量V

(4)高温高压大尺度剖面模型建立束缚水：

高温高压大尺度剖面模型地层水饱和完成后，通过举升机构将高温高压大尺度剖面模型垂直放置；并通过高压驱替泵2与氮气中间容器30将回压阀35压力设定为15MPa；打开此时位于岩板顶部的第一根筛管管线连接的注入端接口阀门，通过高压驱替泵1将氮气中间容器29中的氮气注入高温高压大尺度剖面模型，在考虑油(气)水重力分异作用的情况下，开始由上至下往岩板内部注入氮气驱替地层水，直到采出端停止出水为止，关闭注入端接口阀门，并记录得到第一次驱出水量V

本发明对比现有的高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件建立的方法具有以下的优点：

(1)本发明操作过程简单，大大地提高了实验效率，节省了实验时间。

(2)本发明在模型的四周及中央区域预置填埋了数段筛管管线，分别从高温高压大尺度剖面模型的不同方位依次饱和地层水与驱替束缚水，从而保证了地层水可以波及到岩板的每一块区域，确保了地层水在岩板中的充分饱和以及均匀分布程度，最终确保岩板束缚水饱和均匀与充分，并且该发明采用了数据采集系统实时观测岩板内部束缚水饱和度分布，充分保证了高温高压大尺度剖面模型最终的束缚水建立均匀程度以及充分程度。

附图说明

图1为高温高压大尺度剖面模型结构示意图。

图中：1、2-高压驱替泵；3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28-阀门；29、30-氮气中间容器；31-地层水中间容器；32-高温高压大尺度剖面模型；33-真空表；34-真空泵；35-回压阀；36-玻璃量筒；37-数据采集系统。

图2为高温高压大尺度剖面模型内部管线分布图。

图中：38、39、40、41、42-筛管管线；43、44、45、46、47-注入端接口。

图3为釜体结构示意图。

图中：48-高压驱替泵；49-阀门；50-地层水中间容器；51-釜体；52-精密压力表；53-岩板。

图4为高温高压大尺度剖面模型使用传统标准柱塞岩心建立束缚水的方法建立的油气饱和度分布图。

图5为高温高压大尺度剖面模型使用本专利提供的建立束缚水的方法建立的油气饱和度分布图。

图中：黑色区域代表油气饱和度分布情况。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征与优点能更明显易懂，下面结合附图做进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种新的高温高压大尺度剖面模型束缚水实验条件建立的方法，其中实现该方法的实验装置主要由高压驱替泵1、2、阀门3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、氮气中间容器29、30、地层水中间容器31、高温高压大尺度剖面模型32、真空表33、真空泵34、回压阀35、玻璃量筒36、数据采集系统37等实验仪器所组成。

一种高温高压剖面模型束缚水条件建立方法，依次包括以下步骤：

(1)制作高温高压大尺度剖面模型：

高温高压大尺度剖面模型32由一块尺寸为30cm(高)×100cm(长)×1cm(厚)，内附有凹槽的长方形平板组成，凹槽部分用于填充石英砂制作岩板，岩板制作完成后通过孔渗测试得到岩板的孔隙度φ

(2)对高温高压大尺度剖面模型进行抽真空处理：

如图1所示，连接好所有实验仪器之后，在确保所有阀门处于关闭的情况下，打开阀门14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24，通过真空泵34从剖面模型32采出端对岩板进行抽真空处理；抽真空整个过程时间持续8小时，直至真空表33显示真空度达到-0.08MPa或以下后停止抽真空，关闭所有阀门与真空泵电源，抽真空过程结束。

(3)高温高压大尺度剖面模型饱和地层水：

首先通过举升机构将岩板53放置在釜体装置51中(釜体装置如图3所示)，釜体装置外部连接有高压驱替泵48、阀门49、地层水中间容器50、精密压力表52；然后打开阀门49，通过高压驱替泵48将地层水中间容器50中的地层水注入釜体51中，持续注入一段时间后，直到精密压力表52显示的压力值为10MPa后，关闭阀门49，停止注入；并在保持釜体压力恒定在10MPa的情况下进行高温高压大尺度剖面模型加压饱和地层水，整个加压饱和地层水的过程持续时间为10小时；10小时后，结束高温高压大尺度剖面模型地层水加压饱和过程，并通过数据采集系统37实时收集岩板内部各个位置的含水饱和度，看岩板各个位置地层水是否饱和均匀与充分，若是，则结束整个饱和地层水过程，若否，则再次重复以上步骤，直至地层水饱和均匀，饱和充分为止；至此，高温高压大尺度剖面模型加压饱和地层水完成，并记录得到注入高温高压大尺度剖面模型的总水量V

(4)高温高压大尺度剖面模型建立束缚水：

高温高压大尺度剖面模型建立束缚水之前，首先通过举升机构将剖面模型垂直放置；并通过高压驱替泵2与氮气中间容器30将回压阀35压力设定为15MPa；岩板内的筛管管线38(岩板内筛管管线分布如图2所示)此时位于剖面模型32的顶部，打开阀门3、4、5、6、7、9、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、25、26、27、28，开始通过高压驱替泵1将氮气中间容器29中的氮气注入高温高压大尺度剖面模型，在考虑油(气)水重力分异作用的情况下，由上至下往岩板内部注入氮气，直到出口端停止出水为止，关闭阀门9，并记录得到第一次驱出水量V

下面附上一组具体实施例子进行进一步详细说明：

按照高温高压大尺度剖面模型的填砂配方制作了一块体积为3000cm

表1平板填砂模型实验具体参数