CN109100307A - 用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置和*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置和***。该用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置包括：光纤光栅传感器网格、人工岩石试件和注采套管；人工岩石试件的表面设置有多个注采孔，注采孔位于光纤光栅传感器网格的网格空格；注采套管设置于注采孔中，用于向注采孔中注水；光纤光栅传感器网格包覆于人工岩石试件的内部，光纤光栅传感器网格由多行多列垂直放置的光纤光栅传感器组成，每个光纤光栅传感器的两端均露出人工岩石试件以与外部设备连接；光纤光栅传感器用于反射来自外部设备的光，并输出注水前的反射光和注水后的反射光至所述外部设备。本发明可以实时准确监测模拟油藏岩石的变形。

Description

用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置和***

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，具体地，涉及一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置和***。

背景技术

原油所以能流到井底，并自喷到地面，主要是靠地层的弹性压力、气顶区气体的压力、边水或底水的压力以及溶解气的驱动力等的推动；一般说来，油田开发初期，原油所受的驱动力较大，即地层压力较高。但随着原油不断地被采出，压力会不断地降低，当原油所受的驱动力只能克服孔隙阻力时，就要靠抽油的方法采油。为了保持或提高油层的压力，进而保证油田长期稳产高产，并提高最终采收率，从油田开发早期起，除了钻采油井外，还钻有一批注水井，专门用于从地面向油层注入高压水，以补充采油过程中不断消耗的天然能量。这种作业过程，称作油田注水。油藏深埋于地下，储层岩石在上覆岩层压力、水平最大主应力，水平最小主应力和岩石孔隙压力的共同作用下处于三维应力平衡状态。在油藏开发过程中，储层孔隙中流体压力将发生变化，这又导致储层应力的再次重新分布，由岩石力学及弹性力学理论可知，岩石由一个应力状态变化到另一个应力状态将引起岩石变形，即压缩或拉伸，另一方面，岩石骨架变形，将导致储层岩石孔隙体积改变，引起油藏物性参数，特别是渗透率、孔隙度及孔隙压缩系数和岩石密度的改变，这些储层参数的变化又反过来影响孔隙中流体的渗流。考虑流体在多孔介质中的渗流规律及其对岩体变形或强度造成的影响将更加准确的反应油藏开发特征，即考虑岩体内渗流场与应力场之间相互耦合作用。在油藏开采过程中，由于大量流体被采出，储层压力降低，引起岩石骨架应力的变化，导致上覆岩层变形、压实和沉降，将带来严重后果，如套管的变形和破坏，井眼的坍塌等等。因此，研究油田开发过程中油藏岩石的变形对指导油藏管理有很重要的地位。

目前在模拟油藏岩石变形的实验中，一般采用放置于人工岩石试件表面的电极监测模拟油藏岩石的变形，得到的监测数据不准确，进一步，也无法推断出模拟油藏岩石变形的准确状态。

发明内容

本发明实施例的主要目的在于提供一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置和***，以实时准确监测模拟油藏岩石的变形，并根据反射光得到模拟油藏岩石变形的准确状态。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置，包括：

光纤光栅传感器网格、人工岩石试件和注采套管；

人工岩石试件的表面设置有多个注采孔，注采孔位于光纤光栅传感器网格的网格空格；

注采套管设置于注采孔中，用于向注采孔中注水；

光纤光栅传感器网格包覆于人工岩石试件的内部，光纤光栅传感器网格由多行多列垂直放置的光纤光栅传感器组成，每个光纤光栅传感器的两端均露出人工岩石试件以与外部设备连接；

光纤光栅传感器用于反射来自外部设备的光，并输出注水前的反射光和注水后的反射光至外部设备。

在其中一种实施例中，每个光纤光栅传感器均设有多个栅区，多个栅区均位于光纤光栅传感器网格的网格交点。

在其中一种实施例中，人工岩石试件的表面被胶水或蜡涂封。

本发明实施例的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置包括：光纤光栅传感器网格、人工岩石试件和注采套管；人工岩石试件的表面设置有多个注采孔，注采孔位于光纤光栅传感器网格的网格空格；注采套管设置于注采孔中，用于向注采孔中注水；光纤光栅传感器网格包覆于人工岩石试件的内部，光纤光栅传感器网格由多行多列垂直放置的光纤光栅传感器组成，每个光纤光栅传感器的两端均露出人工岩石试件以与外部设备连接；光纤光栅传感器反射来自外部设备的光，并输出注水前的反射光和注水后的反射光至外部设备，可以实时准确监测模拟油藏岩石的变形。

本发明实施例还提供一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，包括：如上所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置；

与每个光纤光栅传感器的两端连接的光纤光栅传感器解调仪，用于接收来自光纤光栅传感器的注水前的反射光和注水后的反射光，并根据注水前的反射光得到注水前的反射波长峰值，根据注水后的反射光得到注水后的反射波长峰值；

与光纤光栅传感器解调仪连接的计算机，用于接收来自光纤光栅传感器解调仪的注水前的反射波长峰值和注水后的反射波长峰值，并根据注水前的反射波长峰值和注水后的反射波长峰值分别计算模拟油藏岩石变形后的应变和模拟油藏岩石变形后的温度变化。

在其中一种实施例中，计算机具体用于：

根据注水后的反射波长峰值、注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，计算栅区的应变；根据栅区的应变、栅区的长度和光纤光栅传感器的材料系数，计算模拟油藏岩石的应变。

在其中一种实施例中，计算机具体用于：通过如下公式计算栅区的应变：

其中，ε_g为栅区的应变，λ₂为注水后的反射波长峰值，λ₁为注水前的反射波长峰值，k₁为光纤光栅传感器的应变灵敏度系数。

在其中一种实施例中，计算机具体用于：通过如下公式计算模拟油藏岩石的应变：

其中，ε_m为模拟油藏岩石的应变，ε_g为栅区的应变，k₂为光纤光栅传感器的材料系数，l为栅区的长度。

在其中一种实施例中，述计算机具体用于：

根据注水后的反射波长峰值、注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的温度灵敏度系数，计算模拟油藏岩石的温度变化。

在其中一种实施例中，计算机具体用于：通过如下公式计算模拟油藏岩石的温度变化：

其中，ΔT为模拟油藏岩石的温度变化，λ₂为注水后的反射波长峰值，λ₁为注水前的反射波长峰值，k₃为光纤光栅传感器的温度灵敏度系数。

本发明实施例的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***包括：如上所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置；与每个光纤光栅传感器的两端连接的光纤光栅传感器解调仪，用于接收注水前的反射光和注水后的反射光，并根据注水前的反射光得到注水前的反射波长峰值，根据注水后的反射光得到注水后的反射波长峰值；与光纤光栅传感器解调仪连接的计算机，用于接收注水前的反射波长峰值和注水后的反射波长峰值，并根据注水前的反射波长峰值和注水后的反射波长峰值分别计算模拟油藏岩石变形后的应变和模拟油藏岩石变形后的温度变化，可以根据反射光得到模拟油藏岩石变形的准确状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置的结构图；

图2是本发明实施例中模具的示意图；

图3是本发明实施例中光纤光栅传感器网格的平面示意图；

图4是本发明实施例中用于监测模拟油藏岩石变形的实验***的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于目前采用放置于人工岩石试件表面的电极监测模拟油藏岩石的变形，得到的监测数据不准确，本发明实施例提供一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置，以实时准确监测模拟油藏岩石的变形。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例中用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置的结构图。如图1所示，用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置包括：

光纤光栅传感器网格5、人工岩石试件8和注采套管7；其中，人工岩石试件8的表面可以被胶水或蜡涂封。

人工岩石试件8的表面设置有多个注采孔，注采孔位于光纤光栅传感器网格5的网格空格；

注采套管7设置于注采孔中，用于向注采孔中注水；

光纤光栅传感器网格5包覆于人工岩石试件8的内部，光纤光栅传感器网格5由多行多列垂直放置的光纤光栅传感器组成，每个光纤光栅传感器的两端均露出人工岩石试件以与外部设备连接；

光纤光栅传感器用于反射来自外部设备的光，并输出注水前的反射光和注水后的反射光至外部设备。

一实施例中，每个光纤光栅传感器均设有多个栅区6，多个栅区6均位于光纤光栅传感器网格的网格交点。

本发明实施例的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置的制作步骤如下：

1、将光纤光栅传感器按照平面网格形状铺设在特制的模具中，组成光纤光栅传感器网格；光纤光栅传感器两端由模具侧壁的槽口伸出，每个栅区均位于网格交点处。其中，光纤光栅传感器网格可以为三维网格结构，包括多个网格面，每个网格面由水平面内互相垂直放置的两组光纤光栅传感器组成。图2是本发明实施例中模具的示意图。如图2所示，模具是由钢板组合而成的顶面开口的立方体，模具侧壁10开有多个等间隔的2mm槽口9，可以使光纤光栅传感器与外部设备相连的两端由此伸出。

2、将砂和水泥按照一定配比倒入模具，利用压机压实形成一人工岩石试件。在压实过程中，光纤光栅传感器与混合物同步被压实，光纤光栅传感器的伸出部分沿模具侧壁的槽口下移，可以保证光纤光栅传感器性能良好，与人工岩石试件形成一体，令人工岩石试件与光纤光栅传感器的变形同步。制作成的人工岩石试件的形状、大小与模具相同，用来模拟地下储层，待人工岩石试件自然风干后，拆掉模具，并在人工岩石试件的表面用胶水或蜡涂封以防止注采液体滤失，保证注采液体在人工岩石试件内流动。

3、图3是本发明实施例中光纤光栅传感器网格的平面示意图。如图3所示，在人工岩石试件的表面对应的光纤光栅传感器网格的网格空格处设置多个注采孔，并将注采套管设置于注采孔中并用胶固定以模拟注采油井。其中，注采套管由金属细管制成。实验中，可以通过注采套管往注采孔中注水，以模拟油藏岩石变形后的状态。

4、将每个光纤光栅传感器的两端均与外部设备连接，光纤光栅传感器反射来自外部设备的光，并输出注水前的反射光和注水后的反射光至外部设备。

综上，本发明实施例的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置可以实时准确监测模拟油藏岩石的变形。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，由于该***解决问题的原理与用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置相似，因此该***的实施可以参见装置的实施，重复之处不再赘述。

鉴于目前采用放置于人工岩石试件表面的电极监测模拟油藏岩石的变形，无法推断出模拟油藏岩石变形的准确状态，本发明实施例提供一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，以根据反射光得到模拟油藏岩石变形的准确状态。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图4是本发明实施例中用于监测模拟油藏岩石变形的实验***的结构图。如图4所示，用于监测模拟油藏岩石变形的实验***包括：

如上所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置；

与每个光纤光栅传感器的两端连接的光纤光栅传感器解调仪3，用于接收来自光纤光栅传感器的注水前的反射光和注水后的反射光，并根据注水前的反射光得到注水前的反射波长峰值，根据注水后的反射光得到注水后的反射波长峰值；

与光纤光栅传感器解调仪3连接的计算机1，用于接收来自光纤光栅传感器解调仪3的注水前的反射波长峰值和注水后的反射波长峰值，并根据注水前的反射波长峰值和注水后的反射波长峰值分别计算模拟油藏岩石变形后的应变和模拟油藏岩石变形后的温度变化。

其中，计算机1通过网线2与光纤光栅传感器解调仪3连接，光纤光栅传感器解调仪3通过转换接头4与每个光纤光栅传感器的两端连接。

一实施例中，计算机1具体用于：

根据注水后的反射波长峰值、注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，计算栅区的应变；根据栅区的应变、栅区的长度和光纤光栅传感器的材料系数，计算模拟油藏岩石的应变。

一实施例中，计算机1具体用于：通过如下公式计算栅区的应变：

其中，ε_g为栅区的应变，λ₂为注水后的反射波长峰值，λ₁为注水前的反射波长峰值，k₁为光纤光栅传感器的应变灵敏度系数。

一实施例中，计算机1具体用于：通过如下公式计算模拟油藏岩石的应变：

其中，ε_m为模拟油藏岩石的应变，ε_g为栅区的应变，k₂为光纤光栅传感器的材料系数，l为栅区的长度。

一实施例中，计算机1具体用于：

根据注水后的反射波长峰值、注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的温度灵敏度系数，计算模拟油藏岩石的温度变化。

一实施例中，计算机1具体用于：通过如下公式计算模拟油藏岩石的温度变化：

其中，ΔT为模拟油藏岩石的温度变化，λ₂为注水后的反射波长峰值，λ₁为注水前的反射波长峰值，k₃为光纤光栅传感器的温度灵敏度系数。

采用本发明实施例的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***的流程如下：

1、通过转换接头将预置好光纤光栅传感器的人工岩石试件与光纤光栅传感器解调仪连接，再用网线连接光纤光栅传感器解调仪与计算机，启动解调仪，设置监测软件参数。其中，解调仪属于宽谱光源，并且通道数量满足实验要求。

2、光纤光栅传感器解调仪接收来自光纤光栅传感器的注水前的反射光，并根据注水前的反射光得到注水前的反射波长峰值；计算机接收来自光纤光栅传感器解调仪的注水前的反射波长峰值。

3、通过注采套管往注采孔中注水。注水后人工岩石试件的变形会引起栅区的变形，可以模拟油藏岩石变形后的状态。光纤光栅传感器解调仪接收来自光纤光栅传感器的注水后的反射光，并根据注水后的反射光得到注水后的反射波长峰值；计算机接收来自光纤光栅传感器解调仪的注水后的反射波长峰值，可以得到每毫秒的反射波长峰值的变化情况。

4、计算机根据注水后的反射波长峰值、注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，计算栅区的应变；根据栅区的应变、栅区的长度和光纤光栅传感器的材料系数，计算模拟油藏岩石的应变。

5、计算机根据注水后的反射波长峰值、注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的温度灵敏度系数，计算模拟油藏岩石的温度变化。

综上，本发明实施例的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***可以根据反射光得到模拟油藏岩石变形的准确状态。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置，其特征在于，包括：

光纤光栅传感器网格、人工岩石试件和注采套管；

所述人工岩石试件的表面设置有多个注采孔，所述注采孔位于所述光纤光栅传感器网格的网格空格；

所述注采套管设置于所述注采孔中，用于向所述注采孔中注水；

所述光纤光栅传感器网格包覆于所述人工岩石试件的内部，所述光纤光栅传感器网格由多行多列垂直放置的光纤光栅传感器组成，每个光纤光栅传感器的两端均露出所述人工岩石试件以与外部设备连接；

所述光纤光栅传感器用于反射来自所述外部设备的光，并输出注水前的反射光和注水后的反射光至所述外部设备。

2.根据权利要求1所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置，其特征在于，

每个光纤光栅传感器均设有多个栅区，所述多个栅区均位于所述光纤光栅传感器网格的网格交点。

3.根据权利要求1所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置，其特征在于，

所述人工岩石试件的表面被胶水或蜡涂封。

4.一种用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，其特征在于，包括：

权利要求1-3任一权利要求所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验装置；

与每个光纤光栅传感器的两端连接的光纤光栅传感器解调仪，用于接收来自所述光纤光栅传感器的所述注水前的反射光和所述注水后的反射光，并根据所述注水前的反射光得到注水前的反射波长峰值，根据所述注水后的反射光得到注水后的反射波长峰值；

与所述光纤光栅传感器解调仪连接的计算机，用于接收来自所述光纤光栅传感器解调仪的所述注水前的反射波长峰值和所述注水后的反射波长峰值，并根据所述注水前的反射波长峰值和所述注水后的反射波长峰值分别计算模拟油藏岩石变形后的应变和模拟油藏岩石变形后的温度变化。

5.根据权利要求4所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，其特征在于，所述计算机具体用于：

根据所述注水后的反射波长峰值、所述注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，计算栅区的应变；根据所述栅区的应变、栅区的长度和光纤光栅传感器的材料系数，计算模拟油藏岩石的应变。

6.根据权利要求5所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，其特征在于，所述计算机具体用于：通过如下公式计算栅区的应变：

其中，ε_g为栅区的应变，λ₂为注水后的反射波长峰值，λ₁为注水前的反射波长峰值，k₁为光纤光栅传感器的应变灵敏度系数。

7.根据权利要求5所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，其特征在于，所述计算机具体用于：通过如下公式计算模拟油藏岩石的应变：

其中，ε_m为模拟油藏岩石的应变，ε_g为栅区的应变，k₂为光纤光栅传感器的材料系数，l为栅区的长度。

8.根据权利要求4所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，其特征在于，所述计算机具体用于：

根据所述注水后的反射波长峰值、所述注水前的反射波长峰值和光纤光栅传感器的温度灵敏度系数，计算模拟油藏岩石的温度变化。

9.根据权利要求8所述的用于监测模拟油藏岩石变形的实验***，其特征在于，所述计算机具体用于：通过如下公式计算模拟油藏岩石的温度变化：

其中，ΔT为模拟油藏岩石的温度变化，λ₂为注水后的反射波长峰值，λ₁为注水前的反射波长峰值，k₃为光纤光栅传感器的温度灵敏度系数。