縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型及其製備方法與流程

2023-06-01 08:16:06 1

本發明屬於油氣田開發技術領域，具體涉及一種縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型及其製備方法。

背景技術：

縫洞型碳酸鹽巖油藏是經多期構造運動與古巖溶共同作用形成的，其儲層發育受沉積、成巖、構造、古地貌、古巖溶等多種作用的影響。縫洞型碳酸鹽巖儲層是在裂縫型儲層的基礎上，含有co2的地表水和酸性地下水沿著裂縫溶蝕產生了許多溶洞之後，形成的縫洞型儲層。儲層中一般既有裂縫又有溶蝕孔洞的存在，其中溶洞和孔洞為主要的儲集空間，裂縫為主要的滲流通道，基質通常被認為是不滲透的。

縫洞型碳酸鹽巖儲層由於其獨特的縫洞結構，儲層段巖心難以成形，很難鑽取具有完整縫洞結構的天然巖心，限制了縫洞型碳酸鹽巖油藏物理模擬實驗的開展，阻礙了縫洞型碳酸鹽巖油藏流體流動規律的研究。

目前，現有的縫洞型碳酸鹽巖物理模型除傳統的柱塞巖心以外，主要包括二維物理模型和三維物理模型。二維物理模型一般為小尺寸的平面結構，固體骨架多為玻璃板，因此模型無法反映真實地層孔隙表面的物化性質，不能研究流體與巖石固相間的作用，且不能承受實際儲層的高溫高壓條件。

現有的三維物理模型，也或多或少的存在一些問題。2009年，倫增岷等人公開了(申請公布號cn102053026a)一種用方解石、白雲巖等作骨架材料，伍德合金或石蠟作為裂縫和溶洞的主體材料的三維物理模型，該方法存在以下問題：(1)伍德合金和石蠟的質地較軟，在充填壓實骨架材料時，難免會受到擠壓發生物理形變，使得裂縫和溶洞形態發生改變；(2)液態石蠟作用於固相表面，勢必會影響固相表面對流體的潤溼性。2015年，侯吉瑞等人公開了(申請公布號cn105178926a)一種用聚四氟乙烯管線模擬裂縫，用亞克力材料的腔體填充石英砂模擬溶洞的三維物理模型，該模型雖然能模擬縫洞空間網絡，但是無法反應儲層巖石的表面性質，忽略了油藏流體與巖石固相之間的相互作用。2016年，李輝等人提出(申請公布號:cn105904573a)應用3d列印技術，以熔融態的石英砂為骨架材料列印出三維物理模型，該方法同樣存在問題：(1)石英砂不是碳酸鹽巖的主要成分，與其性質相差較大，不能反應天然巖石的性質。(2)使用熔融狀態石英列印出的骨架材料，不能夠模擬碳酸鹽巖天然溶蝕孔洞在空間分布上的任意性；(3)所使用的3d列印技術目前尚未普及應用。

鑑於此，本實驗團隊憑藉長期從事油氣田開發與物理模擬實驗的科研經驗與工程實踐，提出了一種新型的縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，以彌補現有技術的缺陷與不足。

技術實現要素：

為了克服現有的縫洞型碳酸鹽巖油藏物理模型的缺陷與不足，本發明提供一種既能模擬縫洞型碳酸鹽巖油氣藏實際儲層中縫洞間複雜的空間網狀結構，又能反映固相儲層巖石的物理、化學性質，還能模擬實際儲層的高溫高壓條件以及井打在不同位置時的生產效果的縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺度物理模型及其製備方法。

本發明的技術方案如下：

上述的縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，是由模擬溶洞、模擬裂縫和恆溫烘箱組成；所述模擬溶洞由反應釜和碳酸鹽巖露頭巖心構成；所述碳酸鹽巖露頭巖心具有天然溶蝕孔洞，其經過潤溼性測試、礦物成分測試和ct掃描分析後，切割成形裝入到所述反應釜中；所述反應釜的兩端面封有防砂用的反應釜篩網；所述模擬裂縫由管線和碳酸鹽巖顆粒構成；所述碳酸鹽巖顆粒充填至所述管線內並壓實；所述管線兩端封有管線篩網；所述恆溫烘箱的側面安裝有回壓閥，其內部容置有所述模擬溶洞和所述模擬裂縫；所述回壓閥與出口管線連接；所述模擬溶洞相互之間通過所述模擬裂縫連接，所述模擬裂縫與每個所述模擬溶洞之間通過閥門連接。

所述縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，其中：所述反應釜篩網為500目篩網。

所述縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，其中：所述管線為內徑3mm的高壓鋼製管線。

所述縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，其中：所述出口管線為內徑2mm的高壓鋼製出口管線。

一種縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)在野外河灘不同地段尋找選取具有流水或者其他天然因素形成溶蝕孔洞的大尺寸碳酸鹽巖露頭；

(2)對上述步驟(1)中的碳酸鹽巖露頭巖心進行潤溼性測試，礦物成分測試和ct掃描分析；

(3)將上述步驟(2)中測試分析過的碳酸鹽巖露頭巖心資料與儲層巖心資料進行對比，挑選出能代表實際儲層的碳酸鹽巖露頭巖心；

(4)將挑選出的碳酸鹽巖露頭巖心切割成與反應釜內部尺寸相當的大小，然後將其封裝到反應釜內，並在反應釜兩個端面上封裝反應釜篩網，構成模擬溶洞；

(5)將上述步驟(4)中切割剩下的碳酸鹽巖露頭巖心邊角料經粉碎機粉碎，振動篩篩選得到不同粒徑的碳酸鹽巖顆粒；

(6)按照實際情況選取上述步驟(5)中不同粒徑的碳酸鹽巖顆粒，充填壓實到管線中，並在管線兩端封裝管線篩網，構成模擬裂縫；

(7)根據實際需要用閥門、接頭連接上述步驟(4)中的模擬溶洞和上述步驟(6)中的模擬裂縫以構成模擬碳酸鹽巖縫洞網絡；

(8)將上述步驟(7)中的模擬碳酸鹽巖縫洞網絡按實際情況安裝到高溫烘箱空間中組成縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，模擬碳酸鹽巖縫洞網絡結構之外和高溫烘箱之內的非連通空間相當於不滲透的碳酸鹽巖基質。

所述縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的製備方法，其中：所述步驟(4)中的反應釜篩網為500目的篩網。

所述縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的製備方法，其中：所述步驟(6)中的管線內徑為3mm；所述管線篩網為500目的篩網。

有益效果：

本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型結構設計簡單、合理，既能模擬縫洞型碳酸鹽巖油氣藏實際儲層中縫洞間複雜的空間網狀結構，又能反映固相儲層巖石的物理、化學性質，還能模擬實際儲層的高溫高壓條件，以及井打在不同位置時的生產效果。

本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的製備方法構思合理，操作流程簡單，製備得到的縫洞型碳酸鹽巖三維大尺寸物理模型拆卸組裝方便、用途廣泛，能夠模擬真實的縫洞型碳酸鹽巖儲層結構，能為縫洞型碳酸鹽巖油藏物理模擬實驗提供可靠的物理模型。

附圖說明

圖1為本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的簡單串聯連接示意圖；

圖2為本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的模擬溶洞軸向上的剖面圖；

圖3為本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的模擬溶洞水平方向上某一層的剖面圖；

圖4為本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的模擬裂縫軸向上的剖面圖；

圖5為本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型的模擬裂縫徑向上某一層的剖面圖；

圖6是圖1中的模型對應的實際儲層剖面示意圖。

附圖標記說明：1.模擬溶洞，2.模擬裂縫，3.恆溫烘箱，4.高壓鋼製出口管線，5.連接閥門，6.較大的實際儲層溶洞，7.較小的實際儲層溶洞，8.實際儲層裂縫，9.實際井筒，11.反應釜，12.碳酸鹽巖露頭巖心，13.反應釜篩網，121.天然溶蝕孔洞，21.高壓鋼製管線，22.碳酸鹽巖顆粒，23.管線篩網，31.回壓閥。

具體實施方式

如圖1所示，本發明縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，是由模擬溶洞1、模擬裂縫2和恆溫烘箱3組成。

如圖1～圖3所示，該模擬溶洞1由反應釜11和碳酸鹽巖露頭巖心12構成；該反應釜11為高溫高壓反應釜；該碳酸鹽巖露頭巖心12取自於野外且具有天然溶蝕孔洞121的大尺寸碳酸鹽巖露頭，其經過潤溼性測試、礦物成分測試和ct掃描分析後，切割成形裝入到反應釜11中，並在反應釜11兩端面封上反應釜篩網13防砂；該反應釜篩網13為500目篩網。

如圖4～圖5所示，該模擬裂縫2由內徑為3mm的高壓鋼製管線21和一定粒度組成的碳酸鹽巖顆粒22構成；該碳酸鹽巖顆粒22充填至管線21內並壓實；該管線21兩端封上管線篩網23。

如圖1所示，該恆溫烘箱3側面安裝有回壓閥31；本實施例中該恆溫烘箱3內部容置有一大一小兩個模擬溶洞1和一個模擬裂縫2構成了模擬碳酸鹽巖縫洞網絡；其中一個模擬溶洞1通過內徑為2mm的高壓鋼製出口管線4與恆溫烘箱3的回壓閥31連接；該一對模擬溶洞1之間通過模擬裂縫2連接，模擬裂縫2與每個模擬溶洞1之間通過連接閥門5連接。

該模擬裂縫2的滲透率可以通過調整碳酸鹽巖顆粒22的粒度組成和改變高壓鋼製管線21的長度控制，該模擬裂縫2的縫長可以通過調整管線21的長度控制，該模擬裂縫2的迂曲可以調整該模擬裂縫2的彎曲程度控制。可以通過調整模擬溶洞1和模擬裂縫2的數量、調整模擬溶洞1在恆溫烘箱3中的空間位置以及模擬溶洞1與模擬裂縫2的連接方式來模擬實際儲層中縫洞間複雜的空間連通關係。還可以通過在裂縫-溶洞網絡中不同的位置連接六通閥接入到出口管線4，模擬生產井打在縫洞系統中的不同位置生產。圖1中的物理模型是一大一小兩個模擬溶洞1由模擬裂縫2通過連接閥門5串聯連接，且生產井打在較小模擬溶洞1上。

圖6中的實際儲層剖面示意圖是圖1中的簡單縫洞串聯型三維大尺寸物理模型的儲層原型。其中一大一小兩個實際儲層溶洞6和7是圖5中兩個模擬溶洞1的原型；儲層裂縫8是模擬裂縫2的原型，井筒9是出口管線4的原型。

一種縫洞型碳酸鹽巖三維大尺寸物理模型的製備方法，具體包括以下步驟：

(1)在野外河灘不同地段尋找選取具有流水或者其他天然因素形成溶蝕孔洞的大尺寸碳酸鹽巖露頭；

(2)對步驟(1)中的碳酸鹽巖露頭巖心進行潤溼性測試，礦物成分測試和ct掃描分析；

(3)將步驟(2)中測試分析過的碳酸鹽巖露頭巖心資料與儲層巖心資料進行對比，挑選出能代表實際儲層的碳酸鹽巖露頭巖心；

(4)將挑選出的碳酸鹽巖露頭巖心切割成與反應釜內部尺寸相當的大小，然後將其封裝到反應釜內，並在反應釜兩個端面上封裝500目的篩網，構成模擬溶洞；

(5)將步驟(4)中切割剩下的碳酸鹽巖露頭巖心邊角料經粉碎機粉碎，振動篩篩選得到不同粒徑的碳酸鹽巖顆粒；

(6)按照實際情況選取步驟(5)中不同粒徑的碳酸鹽巖顆粒，充填壓實到內徑為3mm的管線中，並在管線兩端封裝500目的篩網，構成模擬裂縫；

(7)根據實際需要用閥門、接頭連接若干步驟(4)中的模擬溶洞和若干步驟(6)中的模擬裂縫構成模擬碳酸鹽巖縫洞網絡；

(8)將步驟(7)中的模擬碳酸鹽巖縫洞網絡按實際情況安裝到高溫烘箱空間中組成縫洞型碳酸鹽巖油藏三維大尺寸物理模型，模擬碳酸鹽巖縫洞網絡結構之外和高溫烘箱之內的非連通空間相當於不滲透的碳酸鹽巖基質。

本發明既能模擬縫洞型碳酸鹽巖油氣藏實際儲層中縫洞間複雜的空間網狀結構，又能反映固相儲層巖石的物理、化學性質，還能模擬實際儲層的高溫高壓條件，以及井打在不同位置時的生產效果。

上述僅為本發明示意性的某一種具體實施方式，並非用來限定本發明的專利範圍。任何本領域的專業人員在不脫離本發明的構思和原則的前提下所提出的等同變換或改進，均應屬於本發明的保護範圍之內。