CN106769331B - 一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油工程领域，公开了一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型,其特征在于，该模型包括上盖板、方形腔体和下底板，所述方形腔体为中空状，上盖板和下底板朝方形腔体侧均有嵌入模块，上嵌入模块与上盖板通过螺丝固定连接，下嵌入模块与下底板固通过螺丝固定连接，上嵌入模块和下嵌入模块的正面大小与方形腔体的正面大小相匹配，方形腔体分别与上盖板和下底板通过螺丝进行固定，同时也公开了制作疏松砂岩方岩心模拟模型的方法。本发明该模型承压范围广，岩心结构稳定岩心模型使用后，可以拆卸重复使用，并且通过改变出口端滤网膜孔径，可以模拟油层驱油出砂，是室内实验模拟稠油油藏疏松砂岩驱替实验的好手段。
Description
技术领域
本发明专利涉及石油工程领域,尤其一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型及制作方法。
背景技术
针对渤海疏松砂岩的稠油油藏特征：渗透率高，原油粘度高，非均质性严重。常规的室内模拟实验装置：φ25和φ38的岩心模型不能满足研究非均质性的需要，需要研究发明适合非均质性的人造岩心。
在这方面的研究中，大庆油田研究较为深入。在2010年，皮彦夫等在科学与工程杂志中发表论文“石英砂环氧树脂胶结人造岩心的技术与应用”，提出多种类型的人造岩心，其中尺寸为45mm×45mm×300mm的浇铸方岩心，就是以大庆油田地质条件模拟的三层非均质性岩心，主要通过在环氧树脂、磷酸铝、硅酸盐等胶结剂中添加粘土矿物和石英砂进行胶结制作人造岩心。该类胶结的岩心是石英砂、粘土和“液体状”的胶结剂通过高温烘烤胶结形成的人在岩心。其结构稳定，孔隙度相对较低(胶结剂胶结形成较多的死孔隙)。这种手段生成的岩心不能适应于渤海的高渗透、高孔隙的油藏特征；对于渤海油藏生产开发过程中发现采出液含砂的现象，普通岩心也不能较好的模拟。
所以针对渤海稠油油藏的生产开发，受到生产平台寿命的影响，需要在有限的时间内采出更多的原油，需要建立合理的生产开发制度。而室内物理模拟岩心是建立这一系列制度的基础。
所以针对这个高渗透油藏，稠油出砂等问题，发明设计一种疏松砂岩岩心模型，针对非均质性严重，砂体能够运移的物理模拟岩心，满足渤海稠油疏松砂岩油藏的实验研究需求。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：该种用于疏松砂岩方岩心模拟模型,其特征在于，该模型包括上盖板、方形腔体和下底板，所述方形腔体为中空状，上盖板和下底板朝方形腔体侧均有嵌入模块，上嵌入模块与上盖板通过螺丝固定连接，下嵌入模块与下底板通过螺丝固定连接，上嵌入模块和下嵌入模块的正面大小与方形腔体的正面大小相匹配，方形腔体分别与上盖板和下底板通过螺丝进行固定，所述与上嵌入模块的厚度要大于与下嵌入模块的厚度，所述方形腔体的内壁分三层，上层为与上嵌入模块接触部分，其内壁光滑，下层为与下嵌入模块接触部分，其内壁光滑，中间部分，为空腔，中间部分的内壁进行打磨处理，并不光滑，上嵌入模块壁上具有标示刻度，上嵌入模块和下嵌入模块内侧面进行打磨处理，上嵌入模块和上盖板上具有若干导气通道，导气通道采用V字形结构，导气通道的内侧有滤膜饼，上嵌入模块和下嵌入模块的侧面与方形腔体之间采用O型密封圈进行密封，O型密封圈的槽边与上嵌入模块和下嵌入模块的内侧面保持有距离，方形腔体的两侧分别设置有出液端头和进液端头，出液端头和进液端头内侧安置有滤膜饼。
上述设计中方形腔体的内壁分三层，其中中间是放置岩心的部位，通过壁面打磨促进不规则的石英颗粒与壁面有较高的契合度，避免了“窜流”现象发生；方形腔体上下层与上嵌入模块和下嵌入模块接触，内壁光滑，便于上嵌入模块和下嵌入模块的嵌入；为保证密封圈对岩心的密封性能，岩心90°直倒角设计成45°的圆弧角过渡，避免直倒角锋利的尖角刺破密封圈。
上嵌入模块壁上具有标示刻度是用于标识加砂量，上嵌入模块的厚度要大于与下嵌入模块的厚度，是为了能保证填压过程中压块受方形腔体壁影响垂直施加压力。
上述导气通道是专门针对大面积岩心填压设计的，避免了上嵌入模块与砂体压实过程中气体膨胀冲击对砂体的影响，采用滤膜饼封隔通道，其滤膜砂的作用在于阻止砂体运移。
出液端头和进液端头是具有环状导流槽的，外表面是过滤饼阻挡砂体进入，导流能力高，防砂效果好。
作为一种优选，所述方形腔体是由长390mm、宽135mm、高115mm的实心刚体从中间部位掏空，中间空腔尺寸为长300mm、宽45mm、高115mm，其上盖板和下底板分别采用长390mm、宽135mm、高25mm的钢板。
优选的，上嵌入模块的厚度为45mm，下嵌入模块的厚度为25mm，其所述的方形腔体的内壁分三层，上层和中层分别为45mm，下层为25mm。
优选的，所述出液端头和进液端头分别连接有水平阀。
一种制作疏松砂岩方岩心模拟模型的方法，其特征在于，所述步骤如下：
(一)、组装模型，将下嵌入模块用螺丝固定在下底板上，在下嵌入模块上套上O型密封圈，并且涂抹润滑油，然后将方形腔体安装在下底板上，下嵌入模块锲入方形腔体的内腔，并且用螺丝固定，上盖板与上嵌入模块用螺丝固定，上嵌入模块套有O型密封圈，上盖板和上嵌入模块上的导气通道内安置有滤膜饼；
(二)、岩心填砂，模拟三层反韵律非均质油藏：分三次填砂，一次为一层，每层分别填入180g不同目数的石英砂，第一层120-160目，第二层80-100目，第三层60-80目；每填一层砂体，使用刮平工具刮平后，进行下一层石英砂填砂刮平，三层加完后，使用上嵌入模块上的标尺衡量，高出打磨面0.5cm即可施加锻压操作，采用相应压制模具25MPa恒压5分钟，最后将上盖板组装上去，用螺钉固定成型。
上述使用上嵌入模块上的标尺衡量，高出打磨面0.5cm即可施加锻压操作，此多出高度的0.5cm，是经过多次试验结果证明的，经过锻压后砂体与模型正好完全契合。
本发明的有益效果在于：该模型承压范围广，搭配不同石英砂目数能够制造多种孔喉尺寸的岩心，岩心结构稳定，制造生成的岩心不会存在“窜流”现象。配套填压块有利于填压过程腔体内气体排出，砂体受力面受力均匀，石英砂颗粒呈现接触胶结形式，呈现出良好的孔隙结构。岩心模型使用后，可以拆卸重复使用，并且通过改变出口端滤网膜孔径，可以模拟油层驱油出砂，是室内实验模拟稠油油藏疏松砂岩驱替实验的好手段。同时，整个模型稳定、简单，能够快速拆卸，清洗后便于重复使用。其方岩心制作模型运用于室内实验，配合大量程的加压装置，可以制造不同渗透率的疏松砂岩岩心，结构稳定；中间压力测点不存在孔喉堵塞，测压准确；入口端横切面积导流更充分。
附图说明
图1是本发明实施例的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型的俯视结构示意图；
图3是本发明实施例的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型的下底板的结构示意图；
图4是本发明实施例的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型的上嵌入模块的侧面的结构示意图；
图5是本发明实施例的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型的上嵌入模块的剖面的结构示意图；
图6是本发明实施例的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型的上嵌入模块在利用制作疏松砂岩方岩心模拟模型的方法进行岩心憋压试验的效果图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
从图1至图6得知，该种用于疏松砂岩方岩心模拟模型,包括上盖板1、方形腔体2和下底板3，所述方形腔体2为中空状，上盖板1和下底板3朝方形腔体2侧均有嵌入模块4，上嵌入模块5与上盖板1通过螺丝固定连接，下嵌入模块6与下底板3固通过螺丝固定连接，上嵌入模块5和下嵌入模块6的正面大小与方形腔体2的正面大小相匹配，方形腔体2分别与上盖板1和下底板3通过螺丝进行固定，所述与上嵌入模块5的厚度要大于与下嵌入模块6的厚度，所述方形腔体2的内壁分三层，上层为与上嵌入模块5接触部分，其内壁光滑，下层为与下嵌入模块6接触部分，其内壁光滑，中间部分，为空腔，中间部分的内壁进行打磨处理，并不光滑，上嵌入模块5壁上具有标示刻度，上嵌入模块5和下嵌入模块6内侧面进行打磨处理，上嵌入模块5和上盖板1上具有若干导气通道7，导气通道7采用V字形结构，导气通道7的内侧有滤膜饼8，上嵌入模块5和下嵌入模块6的侧面与方形腔体2之间采用O型密封圈12进行密封，O型密封圈12的槽边与上嵌入模块5和下嵌入模块6的内侧面保持有距离，方形腔体2的两侧分别设置有出液端头9和进液端头10，出液端头9和进液端头10内侧安置有滤膜饼8。
上嵌入模块5壁上具有标示刻度是用于标识加砂量，上嵌入模块5的厚度要大于与下嵌入模块6的厚度，是为了能保证填压过程中压块受方形腔体2壁影响垂直施加压力。
出液端头9和进液端头10是具有环状导流槽的，外表面是过滤饼阻11挡砂体进入，导流能力高，防砂效果好。
所述方形腔体2是由长390mm、宽135mm、高115mm的实心刚体从中间部位掏空，中间空腔尺寸为长300mm、宽45mm、高115mm，其上盖板1和下底板3分别采用长390mm、宽135mm、高25mm的钢板。
上嵌入模块5的厚度为45mm，下嵌入模块6的厚度为25mm，其所述的方形腔体2的内壁分三层，上层和中层分别为45mm，下层为25mm。
所述出液端头9和进液端头10分别连接有水平阀。
一种制作疏松砂岩方岩心模拟模型的方法，将上述的用于疏松砂岩方岩心模拟模型结合使用，所述步骤如下：
(一)、组装模型，将下嵌入模块6用螺丝固定在下底板3上，在下嵌入模块6上套上O型密封圈12，并且涂抹润滑油，然后将方形腔体2安装在下底板上3，下嵌入模块6锲入方形腔体2的内腔，并且用螺丝固定，上盖板1与上嵌入模块5用螺丝固定，上嵌入模块5套有O型密封圈12，上盖板1和上嵌入模块5上的导气通道7内安置有滤膜饼8；
(二)、岩心填砂，模拟三层反韵律非均质油藏：分三次填砂，一次为一层，每层分别填入180g不同目数的石英砂，第一层120-160目，第二层80-100目，第三层60-80目；每填一层砂体，使用刮平工具刮平后，进行下一层石英砂填砂刮平，三层加完后，使用上嵌入模块5上的标尺衡量，高出打磨面0.5cm即可施加锻压操作，采用相应压制模具25MPa恒压5分钟，最后将上盖板1组装上去，用螺钉固定成型。
为证明岩心的适用性，进行相关实验研究：
一、注入氮气进行气密性研究：恒定压力20MPa注入模型后，未发生泄漏，稳压5分钟，如图6所示。
二、开展水测渗透率实验，采用“排气法”测孔隙体积，连续注入1L水后确保模具不在有气体窜出，即获得孔隙体积。
该条件下制造的岩心基本物理参数与现场所提供的相一致，见表1
表1岩心参数对比
| 孔隙度 | 水测渗透率 | 气测渗透率 | |
| 人造岩心 | 29.88％ | 2087mD | 2581mD |
| 现场岩心 | 30.02％ | 2002mD | 2498mD |
三、水驱油实验：变流速饱和原油，恒温箱内老化2h后，进行驱油实验研究，驱替动态曲线符合规律。
四、实验后的岩心模具，按照组装的步骤反向进行，即可拆卸岩心模具，洗净后放入恒温箱烘干，下一次的装填仅需要更换胶圈即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型,其特征在于，该模型包括上盖板、方形腔体和下底板，所述方形腔体为中空状，上盖板和下底板朝方形腔体侧均有嵌入模块，上嵌入模块与上盖板通过螺丝固定连接，下嵌入模块与下底板通过螺丝固定连接，上嵌入模块和下嵌入模块的正面大小与方形腔体的正面大小相匹配，方形腔体分别与上盖板和下底板通过螺丝进行固定，所述上嵌入模块的厚度要大于下嵌入模块的厚度，所述方形腔体的内壁分三层，上层为与上嵌入模块接触部分，其内壁光滑，下层为与下嵌入模块接触部分，其内壁光滑，中间部分，为空腔，中间部分的内壁进行打磨处理，并不光滑，上嵌入模块壁上具有标示刻度，上嵌入模块和下嵌入模块内侧面进行打磨处理，上嵌入模块和上盖板上具有若干导气通道，导气通道采用V字形结构，导气通道的内侧有滤膜饼，上嵌入模块和下嵌入模块的侧面与方形腔体之间采用O型密封圈进行密封，O型密封圈的槽边与上嵌入模块和下嵌入模块的内侧面保持有距离，方形腔体的两侧分别设置有出液端头和进液端头，出液端头和进液端头内侧安置有滤膜饼；
所述模型由以下的方法制得：
（一）、组装模型，将下嵌入模块用螺丝固定在下底板上，在下嵌入模块上套上O型密封圈，并且涂抹润滑油，然后将方形腔体安装在下底板上，下嵌入模块嵌入方形腔体的内腔，并且用螺丝固定，上盖板与上嵌入模块用螺丝固定，上嵌入模块套有O型密封圈，上盖板和上嵌入模块上的导气通道内安置有滤膜饼；
（二）、岩心填砂，模拟三层反韵律非均质油藏：分三次填砂，一次为一层，每层分别填入180g不同目数的石英砂，第一层120-160目，第二层80-100目，第三层60-80目；每填一层砂体，使用刮平工具刮平后，进行下一层石英砂填砂刮平，三层加完后，使用上嵌入模块上的标尺衡量，高出打磨面0.5cm即可施加锻压操作，采用相应压制模具25MPa恒压5分钟，最后将上盖板组装上去，用螺钉固定成型。
2.如权利要求1所述的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型，其特征在于，所述方形腔体是由长390mm、宽135mm、高115mm的实心刚体从中间部位掏空，中间空腔尺寸为长300mm、宽45mm、高115mm，其上盖板和下底板分别采用长390mm、宽135mm、高25mm的钢板。
3.如权利要求2所述的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型，其特征在于，上嵌入模块的厚度为45mm，下嵌入模块的厚度为25mm，其所述的方形腔体的内壁分三层，上层和中层分别为45mm，下层为25mm。
4.如权利要求1所述的一种用于疏松砂岩方岩心模拟模型，其特征在于，所述出液端头和进液端头分别连接有水平阀。
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