CN113669054A - 储层模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种储层模拟系统，属于油气田开发技术领域。所述储层模拟系统包括：实验舱，为中空金属舱，所述实验舱内部装载有所述三维岩心模型；检测单元，用于检测所述实验舱内部的压力和/或温度；以及调节单元，用于根据所述检测单元检测的实验舱内部的压力和预设压力对所述实验舱内部的压力进行调节，和/或用于根据所述检测单元检测的实验舱内部的温度和预设温度对所述实验舱内部的温度进行调节。上述技术方案，提供了一种操作简单、稳定性好、可直接使用天然岩心、功能全面的致密储层高温高压三维物理模拟方式，其适用于任何岩心实验，可实现储层高温高压环境的模拟，实现了压力场和/或温度的实时监测。

Description

储层模拟系统

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体地涉及一种储层模拟系统。

背景技术

致密储层的物性界限为地面空气渗透率小于1mD或覆压下渗透率小于0.1mD。

三维物理模拟是指以三维岩心模型为基础的一种室内物理实验，其被广泛的应用于油气田开发领域，是研究储层渗流规律的一种重要手段。目前，关于致密储层室内物理模拟手段有很多，具体可以分为以下三类：

(1)柱状岩心实验；这类实验主要是通过将致密岩心放入夹持器中来开展，其只能反映致密储层在一维上的流动规律，不能对二维、三维尺度上的流动规律进行研究；

(2)常温常压下的三维物理模拟；这类实验也是在三维岩心模型的基础上开展，但受岩心模型本身耐压的限制，整体实验压力往往不能高于3MPa，很难实现地下高温高压外在环境的模拟；

(3)填砂模型实验；此类实验主要是通过在一个密闭舱体内利用沙砾进行填充、压实，以此来模拟储层并将密闭舱体上的某些进出口作为注入采出的井位点。但受填充以及压实操作的限制，填砂模型本身渗透率较大且造缝困难，因此往往只能模拟一些中高渗的储层，且很难模拟真实致密储层的物性、微观孔隙结构以及裂缝，不能适合于致密储层。

CN201788619U公开了一种高温高压即时取样大型三维物理模型，该模型采用在筒体内填充混合石英砂后进行压实、密封来模拟实际储层，并在筒体上布置测温、测压点，实现了对大型三维物理模型的温度场、压力场、流体场变化的分析，可进行直井、水平井的化学驱、气驱、蒸汽驱以及吞吐采油的模拟实验。但该模型具有以下缺点：(1)填砂过程操作耗时长，且大尺寸的填砂模型很难保证不同部分的均质性，实验重复性较差；(2)模型稳定性差，实验过程中填砂模型内部不耐冲刷，易出现明显窜流通道，且模型采液口易出现出砂、堵塞的现象；(3)模型渗透率不能达到致密储层的要求，不能模拟真实致密储层的物性与微观孔喉特征；及(4)裂缝模拟困难，填砂模型中很难实现对致密储层中普遍存在的裂缝的模拟。

CN105888629A公开了一种水平井组协同吞吐室内模拟方法。该方法是对柱状岩心实验的一种改进，即设计直径40cm、厚长4.5cm的人造岩心模型并将其放置于特制的大号岩心夹持器中开展实验。该发明提供了一种水平井组协同吞吐室内模拟方法，可模拟边水作用及地层倾角环境下多口生产井构成的水平井组协同吞吐过程。但该模拟方法具有以下缺点：(1)模拟功能单一，只能进行吞吐实验的模拟，且模型必须为直径40cm的柱状岩心，不能满足不同形状、不同尺寸模型室内实验的需求；(2)监测井位点少，该模型夹持器端面上只有5个井位点，不能详细反映出实验过程中模型不同部位压力的差异；及(3)不能模拟真实致密储层的物性与微观孔喉特征且裂缝模拟困难。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种储层模拟系统，用于解决上述技术问题中的一者或多者。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种储层模拟系统，所述系统包括：实验舱，为中空金属舱，所述实验舱内部装载有三维岩心模型；检测单元，用于检测所述实验舱内部的压力和/或温度，其中所述实验舱内部的压力包括所述三维岩心模型在所述实验舱内受到的外部压力和所述三维岩心模型的内部压力；以及调节单元，用于根据所述检测单元检测的实验舱内部的压力和预设压力对所述实验舱内部的压力进行调节，和/或用于根据所述检测单元检测的实验舱内部的温度和预设温度对所述实验舱内部的温度进行调节。

可选的，所述实验舱包括：舱体；放置板，设置在所述舱体内部，用于放置所述三维岩心模型；以及第一舱门和第二舱门，相对地设置于所述舱体的两端并设置有安装孔，以使得紧固件能够依次贯穿所述第一舱门和所述第二舱门的安装孔以连接所述第一舱门和第二舱门。

可选的，所述检测单元包括温度检测模块，设置在所述实验舱内部，用于检测所述实验舱内部的温度；所述调节单元包括：加热模块；设置在所述实验舱内部；温度调整模块，用于根据检测到的实验舱内部的温度和所述预设温度控制所述加热模块工作。

可选的，所述检测单元包括，第一压力检测模块，设置在所述实验舱与所述三维岩心模型之间的中空部分，其用于检测所述三维岩心模型在所述实验舱内所受到的外部压力；以及第二压力检测模块，设置在所述实验舱外部并与所述三维岩心模型内不同部位连接，用于检测所述三维岩心模型的不同部位的内部压力；所述调节单元包括压力调整模块，设置于所述实验舱外部，用于将根据检测的所述三维岩心模型在所述实验舱内所受到的外部压力及所述预设压力，通过所述实验舱的调压接口调整所述外部压力。

可选的，所述第一压力检测模块和所述第二压力检测模块包括多个压力传感器，且所述多个压力传感器呈分散设置。

可选的，所述压力调整模块包括围压泵。

可选的，所述系统还包括注采单元，所述注采单元包括：储罐，用于存储实验用液和/或实验用气；以及泵送模块，用于将所述实验用液和/或实验用气泵送至所述实验舱与所述三维岩心模型之间的中空部分以及所述三维岩心模型内部。

可选的，所述注采单元还包括：油气水分离计量模块，用于对所述三维岩心模型内部排出物质进行分离处理和计量处理。

可选的，所述实验舱的侧面具有多个连接孔，所述系统还包括：真空泵，用于通过所述连接孔抽取所述三维岩心模型内部的气体，以使得所述三维岩心模型内部形成真空环境。

可选的，所述系统还包括：显示单元，用于显示所述实验舱内部以及所述三维岩心模型内部的压力和/或温度。

针对现有致密储层室内物理模拟手段的局限性，本申请提供了一种操作简单、稳定性好、可直接使用天然岩心、功能全面的致密储层高温高压三维物理模拟方法。本专利突破了传统夹持器对岩心模型尺寸、形状的限制以及填砂模型的缺点，基于自主研发的高温高压实验舱，建立了对多种尺寸、形状天然岩心的室内物理模拟方法。该方法适用于任何岩心实验，可实现储层高温高压环境的模拟，实现了压力场的实时监测，为三维模型的室内实验提供了一种新方法。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1：为本发明实施例提供的储层模拟系统整体实验流程示意图。

图2：为本发明实施例提供的三维物理模型的俯视结构示意图。

图3：为本发明实施例提供的高温高压实验舱正视结构示意图。

图4：为本发明实施例提供的高温高压实验舱侧视结构示意图。

图5：为本发明实施例提供的高温高压实验舱剖视结构示意图。

图6：为本发明实施例提供的模型实验过程中某一时刻压力场图。

图7：为本发明实施例提供的不同时刻注水吞吐的采收率曲线。

图8：为本发明实施例提供的实验过程中某一时刻压力分布场图。

图9：为本发明实施例提供的不同时刻CO₂驱的采收率曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例提供一种储层模拟系统，所述系统具体可以包括实验舱、检测单元和调节单元。

其中，在实验舱的内部可以放置三维岩心模型，所述实验舱可以为中空金属舱，以便于能够更为有关针对三维岩心模型开展的实验提供更加丰富的实验环境。

所述中空金属舱由舱体构成，在其内部可以放置一用于放置三维岩心模型的放置板。

其中为了便于装取放置板和三维岩心模型，可以在所述舱体相对的两端分别设置第一舱门和第二舱门。

为了能够增强实验舱的耐高温和/或耐高压性能，可以考虑在第一舱门和第二舱门上设置安装孔，使得紧固件能够依次贯穿第一舱门的安装孔和第二舱门的安装孔，以固定并连接第一舱门和第二舱门。

其中，所述紧固件可以包括链条和连接杆等能够连接第一舱门和第二舱门的组件，并且还可以包括如螺母等能够进一步调节第一舱门和第二舱门之间距离的组件。或者通过链条和连接杆等能够连接第一舱门和第二舱门，所述链条和连接杆的一端被焊接在第一舱门或者第二舱门上，另一端通过如螺母等组件进行紧固。

为了增强实验舱的封闭性，优选在第一舱门和第二舱门对应的位置处设置多个安装孔。

在检测单元能够检测实验舱内部的压力的情况下，调节单元可以根据检测到的实验舱内部的压力和预设压力对实验舱内部的压力进行调节。

所述压力检测单元包括第一压力检测模块，该第一压力检测模块设置在所述实验舱与所述三维岩心模型之间的中空部分，其用于检测所述三维岩心模型在所述实验舱内所受到的外部压力，即所述三维岩心模型的围压。

例如，可以在实验舱的顶部等位置设置一个与实验舱连接的压力传感器，通过其检测实验舱内部的压力。还可以在实验舱内部的三维岩心模型附近的多个压力监测点设置多个压力传感器，以检测三维岩心模型的围压。

所述压力检测单元还包括第二压力检测模块，该第二压力检测模块设置在所述实验舱的外部，其通过所述实验舱的侧面的多个连接孔与所述三维岩心模型内不同部位连接，以用于检测所述三维岩心模型的的内部压力。

例如，可以用管线将三维岩心模型上不同部位的多个测压点通过所述实验舱的侧面的多个连接孔与实验舱外的压力传感器连接，以检测三维岩心模型不同部位的内部压力。

对应的，调节单元可以具备调整压力的能力，以满足具体实验对压力的需求。例如，所述调节单元可以包括压力调整模块，该压力调整模块设置于所述实验舱外部，通过设置在实验舱的调压接口来调整三维岩心模型在实验舱内所受到的外部压力，包括增大压力和减小压力等，以使得所述三维岩心模型

例如，所述压力调整模块还可以包括如气体储罐、增压泵或者压力调节阀等能够调节实验舱内部压力的设备。

其中，为了方便直接对三维岩心模型在实验舱内所受到的外部压力进行调整，所述压力调整模块优选能够与压力检测单元直接通信，以根据压力检测单元的检测结果与预设压力的比较结果实时调控，因而具有压力调整准确度高的优点。

在检测单元能够检测实验舱内部的温度的情况下，调节单元可以根据检测到的实验舱内部的温度和预设温度对实验舱内部的温度进行调节。

所述检测单元还可以包括温度检测单元。所述温度检测单元可以设置在实验舱内部，用以检测实验舱内部的温度。

例如，所述温度检测单元优选为温度传感器或者热电偶等能够非接触检测到温度的设备，其探头被设置在实验舱内部，即所述实验舱内与所述三维岩心模型之间的中空部分，根据需求还可以将探头设置在固定位置处以检测特定位置周围的温度。

对应的，调节单元可以具备调整温度的能力，以满足具体实验对温度的需求。具体的，所述调节单元可以包括加热模块和温度调整模块，所述压力调整模块能够根据检测到的实验舱内部的温度和预设温度的比较结果控制加热模块工作。

例如具体控制策略可以为：在检测到的实验舱内部的温度低于预设温度时，控制温度加热模块开始工作，在检测到的实验舱内部的温度达到预设温度或者高于预设温度时，控制温度加热模块停止工作。

所述加热模块具体可以为加热电阻或者电加热带等设备。

其中，为了方便直接对实验舱内部的温度进行调整，所述温度检测单元优选能够与温度调整模块直接通信，以根据温度检测单元的检测结果与预设温度的比较结果实时调控，因而具有温度调整准确度高的优点。

本发明实施例提供的方案中，各设备之间的通信方式可以为现有的任意类型的通信方式。其中，为了避免实验环境干扰信号，优选采用有线通信的方式进行数据传输。

本发明实施例提供的储层模拟系统还可以包括注采单元，以根据实际需求向实验舱内部注入气体和/或液体。

例如所述注采单元还可以包括用于存储实验用液和/或实验用气的储罐和用于将储罐存储的所述实验用液和/或实验用气泵送至所述实验舱内部。

其中，可以根据实际需求设定泵送模块的动作状态，例如如需模拟动态实验，则可以控制泵送模块以一定频率动作。

对于吞吐实验来说，通常需要基于采油量等确定吞吐实验效果。因此为了简化实验过程复杂度，还可以设置与实验舱连通的油气水分离计量模块，以实现自动对三维岩心模型内部排出的物质进行分离处理和计量处理。

为了能够基于简化实验过程获得更加真实的地层原始条件，本发明实施例提供的储层模拟系统还可以包括真空泵，其通过设置在实验舱侧面的多个连接孔与三维岩心模型相连通，能够通过所述连接孔抽取三维岩心模型内部的气体，以使得三维岩心模型内部能够形成真空环境。

例如，在通过真空泵使得三维岩心模型内部变成真空环境后，可以通过注采单元注入水，即对三维岩心模型进行饱和水处理，然后再通过注采单元注入油，即对三维岩心模型进行饱和油处理。在饱和油结束后再老化预定时间，就针对三维岩心模型完成了地层原始条件的建立。

进一步地，为了能够更好的展现实验过程，本发明实施例提供的储层模拟系统还可以包括显示单元，用于显示所述实验舱内部以及三维岩心模型内部的压力和/或温度等参数。

本发明实施例提供的储层模拟系统还可以包括存储单元，用于存储实验过程中的相关数据和预设数据等，以便于后期进行实验分析和回顾。

在本发明实施例提供的实验舱采用了中空金属舱的情况下，为了能够实现更多的有关模拟实验，可以考虑在中空金属舱预留多个安装孔和过线孔等结构，以便于安装所需的实验设备。其中，对于未使用的安装孔和过线孔，可以对其进行封闭处理，以使得封闭的实验舱能够耐高压和耐高温，保证实验环境处于稳定状态。

本申请为了解决本申请提及的技术问题中的一者或多者，提供了一种基于自主研发的高温高压实验舱的致密储层高温高压三维物理模拟方法，该方法可以全面适用于小于实验舱的各尺寸、形状的三维物理模型。

本发明的目的是这样实现的，一种致密储层高温高压三维物理模拟方法，所述模拟方法包括有三维岩心模型、高温高压实验舱、温度采集控制系统、围压控制系统、多点压力采集系统、注采装置等。所述三维岩心模型包括岩心本体、外部浇注的环氧树脂外壳以及压力监测点；所述高温高压实验舱为一大型可密闭承压的中空金属舱，内部可装载三维岩心模型，配合温度采集控制系统、围压控制系统可在实验舱内形成高温高压的舱内条件，为三维岩心模型提供高温高压的外在环境；所述温度控制系统包括实验舱的温度采集探头、加热装置以及舱外的温控系统软件；所述围压控制系统包括一个连接舱内的压力传感器以及围压泵；所述多点压力采集系统包括连接三维岩心模型上压力监测点的多个压力传感器以及压力采集软件；所述注采装置包括活塞、管线、阀门、注入泵以及油气水分离计量装置，其与实验舱内三维物理模型相连接。

由上所述，本发明的高温高压实验舱，采用的金属舱体能够同时承受20MPa压力和150℃温度，能够适用的最大三维物理模型尺寸为30cm×30cm×15cm，可用于模拟直井或水平井的吞吐、驱替实验，能够满足致密储层高温高压三维物理模拟实验的需求。

结合图1至图5，具体的操作步骤如下所示。

步骤一：选取渗透率与孔隙度与实验目的层相接近的天然露头岩心切割成模型岩心本体10，有需求可在岩心上进行水平井7及裂缝8制作，随后在岩心表面不同位置布置压力监测点9，最后采用环氧树脂进行浇注形成浇注的环氧树脂外壳11，最终形成制作好的三维物理模型5。

步骤二：通过拧开贯穿两个实验舱门16的螺杆15上的螺母12，打开实验舱门16，将三维物理模型放入实验仓内放置版19上，并将模型上压力监测点9通过实验舱侧面连接孔13与外界多点压力采集系统1以及注采系统2相连接，最后拧紧高温高压实验舱侧面螺母12来关闭整个实验舱3，最终将压力采集系统1、注采系统2、实验舱3、温度采集控制系统4、三维物理模型5以及围压控制系统6按照图1所示连接。

步骤三：将实验舱3通过舱外围压接口17与围压控制系统6相连接，围压控制系统6通过围压泵将液压油注入实验舱3内，提高整体的舱内压力，通过实验舱外接压力表14观测实验舱内压力，当压力达到预定围压后即可停止。

步骤四：将实验舱3与温度采集控制系统4相连接，温度采集控制系统4通过数据线18连接实验舱内的温度采集探头21实现舱内温度的实时采集，并通过舱内加热装置20以及舱外的温控系统软件对舱内液压油进行加热，将舱内温度持续稳定在预定实验温度。

步骤五：利用真空泵通过实验舱侧面连接孔13对舱内三维物理模型进行抽真空，并通过注采系统2依次进行饱和水、饱和油，饱和油结束后老化3天，完成地层原始条件的建立。

步骤六：利用注采系统根据实验需求，继续开展后续各类型实验。

以下将通过具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1：

基于本发明实施例提供的方法，对某分段压裂水平井致密储层注水吞吐进行了实验研究。三维物理模型的尺寸参数为30cm×30cm×3.5cm(如图2所示)，实验温度为50℃，围压15MPa。按照上述步骤依次进行了一轮注水吞吐开发实验，实验过程中某一时刻压力分布场图如图6所示。

图7示出的是不同时刻注水吞吐的采收率曲线，整体上与现场实际具有较好的一致性，表明了实验方法的可靠性。

实施例2：

基于本发明实施例提供的方法，对某油田致密储层水平井注CO₂驱替进行了实验研究。三维物理模型的尺寸参数为30cm×30cm×4.5cm，实验温度为60℃，围压18MPa按照上述步骤依次进行了注CO2驱替开发实验，实验过程中某一时刻压力分布场图如下图8所示。

图9示出的是不同时刻CO₂驱的采收率曲线，整体上与现场实际具有较好的一致性，表明了实验方法的可靠性。

上述具体实施例表明，通过本发明实施例提供的方法，可以在三维物理模型上顺利开展模拟致密储层吞吐和驱替等高温高压室内实验，丰富了大尺度物理模拟的手段与方法。

本发明提供的方案，直接以大尺寸真实天然岩心为实验对象，排除了传统填砂模型不耐冲刷和不能模拟真实致密储层的物性等缺点，还突破了传统的填砂模型以及夹持器的限制，利用高温高压实验舱可为不同形状、尺寸的浇注三维物理模型提供高温高压的实验条件，且可以适用于常规储层。本申请提供的方案可为多种形状、尺寸的物理模型提供高温高压的实验环境，能够实现三维物理模型不同部位压力的实时监测，并可绘制出实验各阶段的模型中的压力场图。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种储层模拟系统，其特征在于，所述系统包括：

实验舱，为中空金属舱，所述实验舱内部装载有三维岩心模型；

检测单元，用于检测所述实验舱内部的压力和/或温度，其中所述实验舱内部的压力包括所述三维岩心模型在所述实验舱内受到的外部压力和所述三维岩心模型的内部压力；

调节单元，用于根据所述检测单元检测的实验舱内部的压力和预设压力对所述实验舱内部的压力进行调节，和/或用于根据所述检测单元检测的实验舱内部的温度和预设温度对所述实验舱内部的温度进行调节。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验舱包括：

舱体；

放置板，设置在所述舱体内部，用于放置所述三维岩心模型；以及

第一舱门和第二舱门，相对地设置于所述舱体的两端并设置有安装孔，以使得紧固件能够依次贯穿所述第一舱门和所述第二舱门的安装孔以连接所述第一舱门和第二舱门。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述检测单元包括温度检测模块，设置在所述实验舱内部，用于检测所述实验舱内部的温度；

所述调节单元包括：

加热模块；设置在所述实验舱内部；

温度调整模块，用于根据检测到的实验舱内部的温度和所述预设温度控制所述加热模块工作。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述检测单元包括，第一压力检测模块，设置在所述实验舱与所述三维岩心模型之间的中空部分，其用于检测所述三维岩心模型在所述实验舱内所受到的外部压力；以及第二压力检测模块，设置在所述实验舱外部并与所述三维岩心模型内不同部位连接，用于检测所述三维岩心模型的不同部位的内部压力；

所述调节单元包括压力调整模块，设置于所述实验舱外部，用于将根据检测的所述三维岩心模型在所述实验舱内所受到的外部压力及所述预设压力，通过所述实验舱的调压接口调整所述外部压力。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一压力检测模块和所述第二压力检测模块包括多个压力传感器，且所述多个压力传感器呈分散设置。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述压力调整模块包括围压泵。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括注采单元，所述注采单元包括：

储罐，用于存储实验用液和/或实验用气；以及

泵送模块，用于将所述实验用液和/或实验用气泵送至所述实验舱与所述三维岩心模型之间的中空部分以及所述三维岩心模型内部。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述注采单元还包括：

油气水分离计量模块，用于对所述三维岩心模型内部排出物质进行分离处理和计量处理。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验舱的侧面具有多个连接孔，所述系统还包括：

真空泵，用于通过所述连接孔抽取所述三维岩心模型内部的气体，以使得所述三维岩心模型内部形成真空环境。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

显示单元，用于显示所述实验舱内部以及所述三维岩心模型内部的压力和/或温度。

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