CN109239311A - 堵剂充满度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种堵剂充满度测试方法，其包含以下步骤：(1)获取地层真实岩心；(2)根据岩心分析结果，低温钻取反映不同级次水驱带的岩心段；(3)采用高精度微焦点X‑ray CT对岩心段进行扫描，以获取内部结构，构建储层多孔介质的数字岩芯模型；(4)利用3D打印技术制作实体模型；(5)利用“气‑水两相渗流微细观可视化实验平台”进行堵剂充满度测试(6)基于上述步骤获得的测试资料，对两相界面流速、流体分布和饱和度进行计算和分析；(7)根据实验结果，确定级次水驱带适用的堵剂体系。本发明方法利于理解大孔道的调堵机理，发展调堵和驱油相结合的调驱技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种堵剂充满度测试方法。
背景技术
中高渗油藏特高含水开发后期，非均质进一步加剧。堵水调剖技术已成为改善注水开发效果、实现油田稳产的有效手段。但随着注水开发的不断进行，近井地带剩余油减少，水驱效率越来越低，并且受绕流作用的影响使近井地带调剖效果变差，深部剩余油得不到有效驱动，对堵水调剖等控水增油技术的要求越来越高，难度也越来越大。目前通常采用向注水井中注入可以在地层大孔隙或者裂隙中流动的冻胶、颗粒等堵剂，实现注入流体在油藏深部的转向。然而，由于堵剂强度与大孔道的匹配性欠佳，堵剂封堵效果有限，不但造成堵剂浪费而且难以形成高质量的堵剂段塞，致使周围的生产井不见效或见效差；由此，严重影响了堵水调剖的效果，这将对油田稳产和最终采收率造成严重影响。
特高含水开发后期按驱油效率或剩余油饱和度可将水驱条带明显划分为极端水洗带、强水淹带、弱水驱带三个级次，不同级次水驱带平面分散、纵向交错，彼此相互干扰、相互影响。现有调堵体系无法满足不同级次水驱带差异化调控需求。一是不同级次水驱带水驱特征及调控需求差异大，现有堵剂类型无法全面满足调堵需求；二是水井近井强水洗，水驱带油水井间贯通需要深部封堵调控，对体系深部运移封堵可控性提出更高要求。
因此，有效探明每类堵剂在不同级次非均质孔道内的充满度和分布特征，对理解大孔道的调堵机理，发展调堵和驱油相结合的调驱技术，防止堵剂溶液窜流，控制后续水驱阶段注入水的指进、窜流，改善注水开发的效果，提高油藏采收率具有重大的意义。
发明内容
本发明提供一种堵剂充满度测试方法，其包含以下步骤：
(1)获取地层真实岩心，超低温冷冻保存以使岩心中的束缚水挥发；
(2)根据岩心分析结果，低温钻取反映不同级次水驱带的岩心段，冷冻保存；
(3)采用高精度微焦点X-ray CT对岩心段进行扫描，以获取内部结构，例如孔隙及颗粒分布；并利用配套的图像重构软件获得岩心内部结构切片图，在此图基础上提取和构建储层多孔介质的数字岩芯模型；
(4)利用3D打印技术制作具有相同孔隙结构和所需润湿性的孔隙结构实体模型；
(5)利用“气-水两相渗流微细观可视化实验平台”进行堵剂充满度测试：该平台将流体驱替与成像***相结合，以进行两相渗流过程中的实时、在线成像，
其中利用高速相机进行两相界面、分布的图像拍摄；
其中根据实际工程中的油、水条件对试件(即，步骤(4)的实体模型)进行饱和；
(6)基于上述步骤获得的测试资料(包括视频、图像和数据等上述测得的信息)，对两相界面流速、流体分布和饱和度进行计算和分析；
(7)根据实验结果，确定级次水驱带适用的堵剂体系。
本发明在微细观尺度上，实现多孔介质非均质性对堵剂填充孔隙结构特征的测试；利用图像处理方法和自编程序，对两相界面流速、流体分布和饱和度进行批量自动计算和分析，揭示堵剂在油-水两相流体封堵过程中的分布、饱和度等特征；本发明方法利于理解大孔道的调堵机理，发展调堵和驱油相结合的调驱技术，防止堵剂溶液窜流，控制后续水驱阶段注入水的指进、窜流，改善注水开发的效果，提高油藏采收率。
附图说明
图1本发明实施例1的采用高精度微焦点X-ray CT对现场取回的真实岩心进行扫描，从三维数据中提取沿渗流方向的代表层的图像
图2本发明实施例1的对扫描图像二值化处理，并依据二值图像构建数字模型，采用3D打印技术构建相应的实体模型的图像
图3本发明实施例1的进行堵剂充满测试时，注入堵剂时的图像
图4本发明实施例1的进行堵剂充满测试时，恒速注入堵剂的图像
图5本发明实施例1的进行堵剂充满测试时，继续恒速注入堵剂的图像
图6本发明实施例1的进行堵剂充满测试时，堵剂充满的图像
图7本发明实施例2的采用高精度微焦点X-ray CT对现场取回的真实岩心进行扫描，从三维数据中提取沿渗流方向的代表层的图像
图8本发明实施例2的对扫描图像二值化处理，并依据二值图像构建数字模型，采用3D打印技术构建相应的实体模型的图像
图9本发明实施例2的进行堵剂充满测试时，注入堵剂时的图像
图10本发明实施例2的进行堵剂充满测试时，恒速注入堵剂的图像
图11本发明实施例2的进行堵剂充满测试时，继续恒速注入堵剂的图像
图12本发明实施例2的进行堵剂充满测试时，堵剂充满的图像
具体实施方式
本发明提供一种堵剂充满度测试方法，其包含以下步骤：
(1)获取地层真实岩心，超低温冷冻保存以使岩心中的束缚水挥发；
(2)根据岩心分析结果，低温钻取反映不同级次水驱带的岩心段，冷冻保存；
(3)采用高精度微焦点X-ray CT对岩心段进行扫描，以获取内部结构，例如孔隙及颗粒分布；并利用配套的图像重构软件获得岩心内部结构切片图，也可任选地先对此图进行二值化处理(经过二值化处理，转化为黑白二值图，其中黑色代表孔隙，白色代表岩石基质)，然后在此图基础上提取和构建储层多孔介质的数字岩芯模型；
(4)利用3D打印技术制作具有相同孔隙结构和所需润湿性的孔隙结构实体模型；
(5)利用“气-水两相渗流微细观可视化实验平台”进行堵剂充满度测试：该平台将流体驱替与成像***相结合，以进行两相渗流过程中的实时、在线成像，
其中利用高速相机进行两相界面、分布的图像拍摄；
其中根据实际工程中的油、水条件对试件(步骤(4)的实体模型)进行饱和；
(6)基于上述步骤获得的测试资料，对两相界面流速、流体分布和饱和度进行计算和分析；
(7)根据实验结果，确定级次水驱带适用的堵剂体系。
本发明中采用高精度微焦点X-ray CT对现场取回的真实岩心进行扫描；该扫描***配有高电压X射线***，工业CT的空间分辨率可达5μm。该设备的高精度识别与三维图像分析能力满足了观测真实岩心内部孔隙及颗粒分布的高精度扫描需求。例如采用市售设备：岛津微焦点X射线CT***inspeXio SMX-100CT。
本发明中，采用3D打印技术不需模具便可快速制作复杂固体三维模型、成型精度较高、自动化程度高等优点。
步骤(5)的气-水两相渗流微细观可视化实验平台的具体信息，例如参见文献Chang C,Ju Y,Xie H,Zhou Q,Gao F.Non-Darcy interfacial dynamics of air-watertwo-phase flow in rough fractures under drainage conditions.ScientificReports.2017；7(1):4570。
步骤(5)也可由以下方式进行：利用实验室注射泵定流量注入进行堵剂充满度测试实验，并通过高速相机记录两相渗流过程中的实时流动过程。
在一个优选的实施方案中，其中步骤(3)中，从扫描获得的三维数据中提取沿渗流方向的代表层，据此建立模型，并根据扫描岩心图像参数的变化，进行例如模型孔吼比、几何拓扑参数等的提取及分析，从而构建不同渗透率及不同渗透率组合的数字模型。
在一个优选的实施方案中，其中步骤(5)中，流体注入由精控注射泵进行控制，采用恒流速(例如1-5ml/min)注入控制；其中测试过程中，控制环境温度及出口边界压力场的恒定。所述精控注射泵最小注入流量可达0.1μL/min，满足对不同注入流速的需要。
实际生产中需根据储层性质来确定流体注入的流速；由于储层尺度要远大于实验室中所用的模型尺度，因而流量会大很多。
在一个优选的实施方案中，其中步骤(5)中，按照实际工程条件以不同的注入压力，向试件的孔隙结构中注入堵剂；堵剂体系注入时，边拍边录，直至注入至体系充满，其中高速摄像机捕捉、识别不同条件下非稳定界面的运移过程。
本发明中，利用高速相机进行两相界面、分布的图像拍摄，拍摄过程可进行自动化控制。在拍摄过程中的保证环境光强的恒定，有利于保证局部高清图像的获取。
在一个优选的实施方案中，其中改变堵剂种类及两相渗流条件(例如，注入速度、压力)，进行重复试验。
在一个优选的实施方案中，其中步骤(6)中，对流体流动的峰面和边界进行自动识别、提取，并对两相界面流速、流体分布和饱和度进行批量自动计算和分析；基于数字图像计算堵剂的填充度和饱和度，获得堵剂在油-水两相流体封堵过程中的分布、饱和度、相对渗透率。
在一个优选的实施方案中，其中对于不同级次水驱带的岩心段，进行针对不同级次水驱带的堵剂体系的充满度测试，分析不同级次水驱带适用的堵剂体系；进行不同级次水驱带的组合模拟，获得适用的堵剂体系组合。
实例1胜利油田孤东区块模型
以孤东8-3样品为例，其所处地层深度为1338.5m，处于强水淹地层。采用高精度微焦点X-ray CT对现场取回的真实岩心进行扫描，以获得数字岩心模型。从三维数据中提取沿渗流方向的代表层，如图1所示，并据此建模。通过对扫描图像进行二值化处理，所得代表层孔隙率为48.28％，等效孔径大于20um的孔隙所占体积为35.61％。
采用3D打印技术制作相应的孔隙结构实体模型：依据二值化图像构建数字模型，采用3D打印技术构建相应的实体模型，可以保证实体模型与数字模型具有完全一致的孔隙形貌特征，如图2所示。
利用“气-水两相渗流微细观可视化实验平台”进行堵剂充满度测试。按照实际工程条件以不同的注入速率，向孔隙结构中注入堵剂，堵剂体系注入时，边拍边录。对两相界面流速、流体分布和饱和度进行计算和分析。
将3D打印模型放置在实验平台上，以注入SP8堵剂，注入速率为2ml/min，采用恒定速率注入。采用高速相机实时录制注入过程，同通过对注入过程图片信息加以分析，提取堵剂注入过程中的充满度。如图3-6示，采用2ml/min的注入速率，堵剂SP8可实现模型注入充满度88.78％。
实际生产中需根据储层性质来确定流量；由于储层尺度要远大于实验室中所用的模型尺度，因而流量会大很多。
实例2胜利油田孤岛区块模型
以孤岛Dao-2样品为例，其所处地层深度为1260.8m，处于强水淹地层。采用高精度微焦点X-ray CT对现场取回的真实岩心进行扫描。获得数字岩心模型。从三维数据中提取沿渗流方向的代表层，如图7所示，并据此建模。通过对扫描图像进行二值化处理，所得代表层孔隙率为50.57％，等效孔径大于20um的孔隙所占体积为34.37％。
采用3D打印技术制作相应的孔隙结构实体模型：依据二值化图像构建数字模型，采用3D打印技术构建相应的实体模型，可以保证实体模型与数字模型具有完全一致的孔隙形貌特征，如图8所示。
利用“气-水两相渗流微细观可视化实验平台”进行堵剂充满度测试。按照实际工程条件以不同的注入速率，向孔隙结构中注入堵剂，堵剂体系注入时，边拍边录。对两相界面流速、流体分布和饱和度进行计算和分析。
将3D打印模型放置在实验平台，以注入SP8堵剂，注入速率为2ml/min，采用恒定速率注入。采用高速相机实时录制注入过程，同通过对注入过程图片信息加以分析，提取堵剂注入过程中的充满度。如图9-12示，采用2ml/min的注入速率，堵剂SP8可实现孤岛模型注入充满度83.68％。
Claims (7)
1.一种堵剂充满度测试方法，其包含以下步骤：
(1)获取地层真实岩心，超低温冷冻保存以使岩心中的束缚水挥发；
(2)根据岩心分析结果，低温钻取反映不同级次水驱带的岩心段，冷冻保存；
(3)采用高精度微焦点X-ray CT对岩心段进行扫描，以获取内部结构，例如孔隙及颗粒分布；并利用配套的图像重构软件获得岩心内部结构切片图，在此图基础上提取和构建储层多孔介质的数字岩芯模型；
(4)利用3D打印技术制作具有相同孔隙结构和所需润湿性的孔隙结构实体模型；
(5)利用“气-水两相渗流微细观可视化实验平台”进行堵剂充满度测试：该平台将流体驱替与成像***相结合，以进行两相渗流过程中的实时、在线成像，
其中利用高速相机进行两相界面、分布的图像拍摄；
其中根据实际工程中的油、水条件对试件进行饱和；
(6)基于上述步骤获得的测试资料(包括视频、图像和数据)，对两相界面流速、流体分布和饱和度进行计算和分析；
(7)根据实验结果，确定级次水驱带适用的堵剂体系。
2.权利要求1所述的堵剂充满度测试方法，其中步骤(3)中，从扫描获得的三维数据中提取沿渗流方向的代表层，据此建立模型，并根据扫描岩心图像参数的变化，进行例如模型孔吼比、几何拓扑参数等的提取及分析，从而构建不同渗透率及不同渗透率组合的数字模型。
3.权利要求1所述的堵剂充满度测试方法，其中步骤(5)中，流体注入由精控注射泵进行控制，采用恒流速注入控制；其中测试过程中，控制环境温度及出口边界压力场的恒定。
4.权利要求1所述的堵剂充满度测试方法，其中步骤(5)中，按照实际工程条件以不同的注入压力，向试件的孔隙结构中注入堵剂；堵剂体系注入时，边拍边录，直至注入至体系充满，其中高速摄像机捕捉、识别不同条件下非稳定界面的运移过程。
5.权利要求4所述的堵剂充满度测试方法，其中改变堵剂种类及两相渗流条件，进行重复试验。
6.权利要求1所述的堵剂充满度测试方法，其中步骤(6)中，对流体流动的峰面和边界进行自动识别、提取，并对两相界面流速、流体分布和饱和度进行批量自动计算和分析；基于数字图像计算堵剂的填充度和饱和度，获得堵剂在油-水两相流体封堵过程中的分布、饱和度、相对渗透率。
7.权利要求1所述的堵剂充满度测试方法，其中对于不同级次水驱带的岩心段，进行针对不同级次水驱带的堵剂体系的充满度测试，分析不同级次水驱带适用的堵剂体系；进行不同级次水驱带的组合模拟，获得适用的堵剂体系组合。
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