[发明专利]底水油藏水体能量三维物理模拟装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油工业技术领域，尤其涉及一种底水油藏水体能量三维物理模拟装置及方法。

背景技术

底水油藏投产以后，随着原油的采出，地层压力逐渐降低，底水能量大于油层能量，同时由于油水粘度的差异，底水逐渐推进至油层，使油井过早见水、产油量骤减和含水快速上升，严重地影响了油井的正常生产，并导致水处理费用增加和开发成本升高，底水油藏开采效益变差。因此监控底水油藏底水推进和研究见水规律显得尤为重要。

物理模拟是研究底水油藏的一种常用手段，物理模拟实验人为再现底水油藏的开发进程，较为真实地模拟实际油藏或油井的渗流特征，便于观察水锥或水脊的形成与发育，研究油藏参数、油井几何因素和外部生产可控参数对开发效果的影响，为制定底水油藏开发策略、不同开发阶段应对措施及稳油控水方案提供重要依据。国内外底水油藏物理模拟大致可分为四种类型：微观孔隙模拟、一维线性模拟、二维平面模拟和三维比例模拟。

底水油藏微观物理模拟应用可视化储层微观孔隙模型，借助于显微放大、录像、图像分析和实验计量技术，模拟底水驱替原油，实现储层流体微观渗流的定性分析和定量描述，揭示剩余油微观分布特征。微观孔隙物理模型有砂岩微观孔隙模型和仿真孔隙模型，微观孔隙模型尤其是砂岩微观孔隙模型基本保留了岩石的真实孔隙结构和表面物理性质，直观性强，观测和记录油水两相渗流特征，能够对剩余油分布、堵剂注入时机、堵剂赋存状态进行微观研究，但无法观察到底水推进形态，并且由于承压能力弱，不能模拟底水油藏开发的真实压力条件。

底水油藏一维物理模拟利用充填有一定目数玻璃珠的填砂管或岩心来模拟底水油藏，先注入模拟地层水制造束缚水环境，然后注入原油饱和模型，最后开展底水驱替实验。一维线性模型可以研究水平方向非均质性和生产压差对含水率及采出程度等开发指标的影响，但无法直接观察底水推进过程，同时地层流体大多数情况下并非一维流动，一维模型只能在一定程度上反映底水油藏开采过程。

底水油藏二维模拟系统为平板模型，此类物理模型由两块相同尺寸的有机玻璃板构成，采用现代电子摄像监视手段和流动试验测试手段。二维模拟实验能够比较形象地模拟底水油藏底水推进的过程，也能对影响生产井产能的各种因素(如生产井位置、油水粘度比)进行更加真实的评价和验证，但二维模型只能模拟均质油藏“活塞式”驱替时的状况，所模拟的底水形态与真实形状还有较大的差别，并且实验所观察得出的结论只是一些定性的结论。

底水油藏三维模拟实验能更加真实有效地模拟油藏状况，更好地对影响生产井产能的因素进行评价，尤其在水平井开发底水油藏时对水平段摩阻造成的影响进行有效的评价，也能更好地观察生产井水淹模式和水淹动态，而且在一定条件下，可对某油藏布井方式进行有效预测和评价。但三维模型结构复杂，必须针对具体的油藏条件，考虑参数的比例关系，否则可能无法得出正确结论。

三维物理模型设计以相似三定理为基础，以量纲相似概念为依据，各个物理量都按照相似比例进行描述。按照比例建立的模型要求三维底水油藏实验室模型与矿场原型的介质条件、空间条件和动力作用在每个相应的位置都相似，基本方程、初始条件和边界条件都要满足用无量纲参量表示的相似准则。因此，找出底水驱替过程的相似准则数的方法，从本质上说就是应用相似理论对描述底水驱替过程的数学表达式或者驱替过程中所包括的压力、温度、含油饱和度等变量进行相似分析的过程。底水油藏三维物理模拟相似准则数的推导首先需要定义基本假设条件，然后建立基本微分方程，包括质量守恒方程、能量守恒方程和运动方程，在定义初始条件及边界条件之后归一化处理数学方程，利用方程分析法中的类比分析法，对方程进行无因次化处理，对求解出的相似准则数组进行化简处理，删除不重要的相似准则数，对形式复杂的相似准则数重新组合，使相似准则数形式上变的简单，物理意义更加明确。

针对底水油藏水平井开发，可采用以下5类15个相似准则数：

①几何相似：油藏长与宽之比、油藏长与厚度之比、油藏长与水平井长度之比、生产压差与重力之比

②压力相似：生产压差与毛管力之比、油藏压力与地层平均压力之比

③物性相似：油水密度之比、油水流度之比、原型与模型相渗端点相似、原型与模型孔隙度相似、综合压缩系数与油水压缩系数之比

④生产动态相似：达西公式、水侵量与水平井产量之比、油水产量之比

⑤井筒摩阻相似：原型和模型的生产压差与井筒压降之比