CN107165624A - 缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型及其制备方法，该模型是由模拟溶洞、模拟裂缝和恒温烘箱组成。该制备方法具体是通过反应釜封装经测试分析后的碳酸盐岩露头模拟溶洞，通过管线填充压实碳酸盐岩颗粒模拟裂缝；通过阀门、接头连接不同数量、不同空间位置的封装模拟溶洞和模拟裂缝，构成模拟碳酸盐岩缝洞网络结构并将其安装于恒温烘箱中，构成缝洞型碳酸盐岩三维大尺寸物理模型。本发明既能模拟缝洞型碳酸盐岩油气藏实际储层中缝洞间复杂的空间网状结构，又能反映固相储层岩石的物理、化学性质，还能模拟实际储层的高温高压条件，以及井打在不同位置时的生产效果。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型及其制备方法。
背景技术
缝洞型碳酸盐岩油藏是经多期构造运动与古岩溶共同作用形成的，其储层发育受沉积、成岩、构造、古地貌、古岩溶等多种作用的影响。缝洞型碳酸盐岩储层是在裂缝型储层的基础上，含有CO2的地表水和酸性地下水沿着裂缝溶蚀产生了许多溶洞之后，形成的缝洞型储层。储层中一般既有裂缝又有溶蚀孔洞的存在，其中溶洞和孔洞为主要的储集空间，裂缝为主要的渗流通道，基质通常被认为是不渗透的。
缝洞型碳酸盐岩储层由于其独特的缝洞结构，储层段岩心难以成形，很难钻取具有完整缝洞结构的天然岩心，限制了缝洞型碳酸盐岩油藏物理模拟实验的开展，阻碍了缝洞型碳酸盐岩油藏流体流动规律的研究。
目前，现有的缝洞型碳酸盐岩物理模型除传统的柱塞岩心以外，主要包括二维物理模型和三维物理模型。二维物理模型一般为小尺寸的平面结构，固体骨架多为玻璃板，因此模型无法反映真实地层孔隙表面的物化性质，不能研究流体与岩石固相间的作用，且不能承受实际储层的高温高压条件。
现有的三维物理模型，也或多或少的存在一些问题。2009年，伦增岷等人公开了(申请公布号CN102053026 A)一种用方解石、白云岩等作骨架材料，伍德合金或石蜡作为裂缝和溶洞的主体材料的三维物理模型，该方法存在以下问题：(1)伍德合金和石蜡的质地较软，在充填压实骨架材料时，难免会受到挤压发生物理形变，使得裂缝和溶洞形态发生改变；(2)液态石蜡作用于固相表面，势必会影响固相表面对流体的润湿性。2015年，侯吉瑞等人公开了(申请公布号CN 105178926 A)一种用聚四氟乙烯管线模拟裂缝，用亚克力材料的腔体填充石英砂模拟溶洞的三维物理模型，该模型虽然能模拟缝洞空间网络，但是无法反应储层岩石的表面性质，忽略了油藏流体与岩石固相之间的相互作用。2016年，李辉等人提出(申请公布号:CN105904573 A)应用3D打印技术，以熔融态的石英砂为骨架材料打印出三维物理模型，该方法同样存在问题：(1)石英砂不是碳酸盐岩的主要成分，与其性质相差较大，不能反应天然岩石的性质。(2)使用熔融状态石英打印出的骨架材料，不能够模拟碳酸盐岩天然溶蚀孔洞在空间分布上的任意性；(3)所使用的3D打印技术目前尚未普及应用。
鉴于此，本实验团队凭借长期从事油气田开发与物理模拟实验的科研经验与工程实践，提出了一种新型的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，以弥补现有技术的缺陷与不足。
发明内容
为了克服现有的缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型的缺陷与不足，本发明提供一种既能模拟缝洞型碳酸盐岩油气藏实际储层中缝洞间复杂的空间网状结构，又能反映固相储层岩石的物理、化学性质，还能模拟实际储层的高温高压条件以及井打在不同位置时的生产效果的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺度物理模型及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
上述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，是由模拟溶洞、模拟裂缝和恒温烘箱组成；所述模拟溶洞由反应釜和碳酸盐岩露头岩心构成；所述碳酸盐岩露头岩心具有天然溶蚀孔洞，其经过润湿性测试、矿物成分测试和CT扫描分析后，切割成形装入到所述反应釜中；所述反应釜的两端面封有防砂用的反应釜筛网；所述模拟裂缝由管线和碳酸盐岩颗粒构成；所述碳酸盐岩颗粒充填至所述管线内并压实；所述管线两端封有管线筛网；所述恒温烘箱的侧面安装有回压阀，其内部容置有所述模拟溶洞和所述模拟裂缝；所述回压阀与出口管线连接；所述模拟溶洞相互之间通过所述模拟裂缝连接，所述模拟裂缝与每个所述模拟溶洞之间通过阀门连接。
所述缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其中：所述反应釜筛网为500目筛网。
所述缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其中：所述管线为内径3mm的高压钢制管线。
所述缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其中：所述出口管线为内径2mm的高压钢制出口管线。
一种缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)在野外河滩不同地段寻找选取具有流水或者其他天然因素形成溶蚀孔洞的大尺寸碳酸盐岩露头；
(2)对上述步骤(1)中的碳酸盐岩露头岩心进行润湿性测试，矿物成分测试和CT扫描分析；
(3)将上述步骤(2)中测试分析过的碳酸盐岩露头岩心资料与储层岩心资料进行对比，挑选出能代表实际储层的碳酸盐岩露头岩心；
(4)将挑选出的碳酸盐岩露头岩心切割成与反应釜内部尺寸相当的大小，然后将其封装到反应釜内，并在反应釜两个端面上封装反应釜筛网，构成模拟溶洞；
(5)将上述步骤(4)中切割剩下的碳酸盐岩露头岩心边角料经粉碎机粉碎，振动筛筛选得到不同粒径的碳酸盐岩颗粒；
(6)按照实际情况选取上述步骤(5)中不同粒径的碳酸盐岩颗粒，充填压实到管线中，并在管线两端封装管线筛网，构成模拟裂缝；
(7)根据实际需要用阀门、接头连接上述步骤(4)中的模拟溶洞和上述步骤(6)中的模拟裂缝以构成模拟碳酸盐岩缝洞网络；
(8)将上述步骤(7)中的模拟碳酸盐岩缝洞网络按实际情况安装到高温烘箱空间中组成缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，模拟碳酸盐岩缝洞网络结构之外和高温烘箱之内的非连通空间相当于不渗透的碳酸盐岩基质。
所述缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法，其中：所述步骤(4)中的反应釜筛网为500目的筛网。
所述缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法，其中：所述步骤(6)中的管线内径为3mm；所述管线筛网为500目的筛网。
有益效果：
本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型结构设计简单、合理，既能模拟缝洞型碳酸盐岩油气藏实际储层中缝洞间复杂的空间网状结构，又能反映固相储层岩石的物理、化学性质，还能模拟实际储层的高温高压条件，以及井打在不同位置时的生产效果。
本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法构思合理，操作流程简单，制备得到的缝洞型碳酸盐岩三维大尺寸物理模型拆卸组装方便、用途广泛，能够模拟真实的缝洞型碳酸盐岩储层结构，能为缝洞型碳酸盐岩油藏物理模拟实验提供可靠的物理模型。
附图说明
图1为本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的简单串联连接示意图；
图2为本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的模拟溶洞轴向上的剖面图；
图3为本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的模拟溶洞水平方向上某一层的剖面图；
图4为本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的模拟裂缝轴向上的剖面图；
图5为本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的模拟裂缝径向上某一层的剖面图；
图6是图1中的模型对应的实际储层剖面示意图。
附图标记说明：1.模拟溶洞，2.模拟裂缝，3.恒温烘箱，4.高压钢制出口管线，5.连接阀门，6.较大的实际储层溶洞，7.较小的实际储层溶洞，8.实际储层裂缝，9.实际井筒，11.反应釜，12.碳酸盐岩露头岩心，13.反应釜筛网，121.天然溶蚀孔洞，21.高压钢制管线，22.碳酸盐岩颗粒，23.管线筛网，31.回压阀。
具体实施方式
如图1所示，本发明缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，是由模拟溶洞1、模拟裂缝2和恒温烘箱3组成。
如图1～图3所示，该模拟溶洞1由反应釜11和碳酸盐岩露头岩心12构成；该反应釜11为高温高压反应釜；该碳酸盐岩露头岩心12取自于野外且具有天然溶蚀孔洞121的大尺寸碳酸盐岩露头，其经过润湿性测试、矿物成分测试和CT扫描分析后，切割成形装入到反应釜11中，并在反应釜11两端面封上反应釜筛网13防砂；该反应釜筛网13为500目筛网。
如图4～图5所示，该模拟裂缝2由内径为3mm的高压钢制管线21和一定粒度组成的碳酸盐岩颗粒22构成；该碳酸盐岩颗粒22充填至管线21内并压实；该管线21两端封上管线筛网23。
如图1所示，该恒温烘箱3侧面安装有回压阀31；本实施例中该恒温烘箱3内部容置有一大一小两个模拟溶洞1和一个模拟裂缝2构成了模拟碳酸盐岩缝洞网络；其中一个模拟溶洞1通过内径为2mm的高压钢制出口管线4与恒温烘箱3的回压阀31连接；该一对模拟溶洞1之间通过模拟裂缝2连接，模拟裂缝2与每个模拟溶洞1之间通过连接阀门5连接。
该模拟裂缝2的渗透率可以通过调整碳酸盐岩颗粒22的粒度组成和改变高压钢制管线21的长度控制，该模拟裂缝2的缝长可以通过调整管线21的长度控制，该模拟裂缝2的迂曲可以调整该模拟裂缝2的弯曲程度控制。可以通过调整模拟溶洞1和模拟裂缝2的数量、调整模拟溶洞1在恒温烘箱3中的空间位置以及模拟溶洞1与模拟裂缝2的连接方式来模拟实际储层中缝洞间复杂的空间连通关系。还可以通过在裂缝-溶洞网络中不同的位置连接六通阀接入到出口管线4，模拟生产井打在缝洞***中的不同位置生产。图1中的物理模型是一大一小两个模拟溶洞1由模拟裂缝2通过连接阀门5串联连接，且生产井打在较小模拟溶洞1上。
图6中的实际储层剖面示意图是图1中的简单缝洞串联型三维大尺寸物理模型的储层原型。其中一大一小两个实际储层溶洞6和7是图5中两个模拟溶洞1的原型；储层裂缝8是模拟裂缝2的原型，井筒9是出口管线4的原型。
一种缝洞型碳酸盐岩三维大尺寸物理模型的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)在野外河滩不同地段寻找选取具有流水或者其他天然因素形成溶蚀孔洞的大尺寸碳酸盐岩露头；
(2)对步骤(1)中的碳酸盐岩露头岩心进行润湿性测试，矿物成分测试和CT扫描分析；
(3)将步骤(2)中测试分析过的碳酸盐岩露头岩心资料与储层岩心资料进行对比，挑选出能代表实际储层的碳酸盐岩露头岩心；
(4)将挑选出的碳酸盐岩露头岩心切割成与反应釜内部尺寸相当的大小，然后将其封装到反应釜内，并在反应釜两个端面上封装500目的筛网，构成模拟溶洞；
(5)将步骤(4)中切割剩下的碳酸盐岩露头岩心边角料经粉碎机粉碎，振动筛筛选得到不同粒径的碳酸盐岩颗粒；
(6)按照实际情况选取步骤(5)中不同粒径的碳酸盐岩颗粒，充填压实到内径为3mm的管线中，并在管线两端封装500目的筛网，构成模拟裂缝；
(7)根据实际需要用阀门、接头连接若干步骤(4)中的模拟溶洞和若干步骤(6)中的模拟裂缝构成模拟碳酸盐岩缝洞网络；
(8)将步骤(7)中的模拟碳酸盐岩缝洞网络按实际情况安装到高温烘箱空间中组成缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，模拟碳酸盐岩缝洞网络结构之外和高温烘箱之内的非连通空间相当于不渗透的碳酸盐岩基质。
本发明既能模拟缝洞型碳酸盐岩油气藏实际储层中缝洞间复杂的空间网状结构，又能反映固相储层岩石的物理、化学性质，还能模拟实际储层的高温高压条件，以及井打在不同位置时的生产效果。
上述仅为本发明示意性的某一种具体实施方式，并非用来限定本发明的专利范围。任何本领域的专业人员在不脱离本发明的构思和原则的前提下所提出的等同变换或改进，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其特征在于，是由模拟溶洞、模拟裂缝和恒温烘箱组成；
所述模拟溶洞由反应釜和碳酸盐岩露头岩心构成；所述碳酸盐岩露头岩心具有天然溶蚀孔洞，其经过润湿性测试、矿物成分测试和CT扫描分析后，切割成形装入到所述反应釜中；所述反应釜的两端面封有防砂用的反应釜筛网；
所述模拟裂缝由管线和碳酸盐岩颗粒构成；所述碳酸盐岩颗粒充填至所述管线内并压实；所述管线两端封有管线筛网；
所述恒温烘箱的侧面安装有回压阀，其内部容置有所述模拟溶洞和所述模拟裂缝；所述回压阀与出口管线连接；所述模拟溶洞相互之间通过所述模拟裂缝连接，所述模拟裂缝与每个所述模拟溶洞之间通过阀门连接。
2.如权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其特征在于：所述反应釜筛网为500目筛网。
3.如权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其特征在于：所述管线为内径3mm的高压钢制管线。
4.如权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，其特征在于：所述出口管线为内径2mm的高压钢制出口管线。
5.一种如权利要求1所述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)在野外河滩不同地段寻找选取具有流水或者其他天然因素形成溶蚀孔洞的大尺寸碳酸盐岩露头；
(2)对上述步骤(1)中的碳酸盐岩露头岩心进行润湿性测试，矿物成分测试和CT扫描分析；
(3)将上述步骤(2)中测试分析过的碳酸盐岩露头岩心资料与储层岩心资料进行对比，挑选出能代表实际储层的碳酸盐岩露头岩心；
(4)将挑选出的碳酸盐岩露头岩心切割成与反应釜内部尺寸相当的大小，然后将其封装到反应釜内，并在反应釜两个端面上封装反应釜筛网，构成模拟溶洞；
(5)将上述步骤(4)中切割剩下的碳酸盐岩露头岩心边角料经粉碎机粉碎，振动筛筛选得到不同粒径的碳酸盐岩颗粒；
(6)按照实际情况选取上述步骤(5)中不同粒径的碳酸盐岩颗粒，充填压实到管线中，并在管线两端封装管线筛网，构成模拟裂缝；
(7)根据实际需要用阀门、接头连接上述步骤(4)中的模拟溶洞和上述步骤(6)中的模拟裂缝以构成模拟碳酸盐岩缝洞网络；
(8)将上述步骤(7)中的模拟碳酸盐岩缝洞网络按实际情况安装到高温烘箱空间中组成缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型，模拟碳酸盐岩缝洞网络结构之外和高温烘箱之内的非连通空间相当于不渗透的碳酸盐岩基质。
6.如权利要求5所述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的反应釜筛网为500目的筛网。
7.如权利要求5所述的缝洞型碳酸盐岩油藏三维大尺寸物理模型的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中的管线内径为3mm；所述管线筛网为500目的筛网。
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