[发明专利]重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进优化方法及装置

权利要求书

1.一种重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进优化方法，其特征在于：

(一)注采渗流倾角可调式填砂物理模型设计：建立根据孔、渗参数要求选择石英砂目数和混合比例所压实填砂物理模型(1)的原始束缚水状态，水驱至残余油饱和度，并获取填砂物理模型(1)的水相相对渗透率和油相相对渗透率，完成构建残余油饱和度的填砂物理模型(1)，再将所述填砂物理模型(1)通过卡瓦接头(8)置于翻转轴(4)上，翻转轴(4)一端连接旋转轴承座(2)，另一端相接于单头涡轮蜗杆减速机(3)，旋转轴承座(2)安装在支撑架(7)上，角位移变送器(6)通过输入法兰螺栓连接于单头涡轮蜗杆减速机(3)上，利用具有高精度码盘的伺服电机(5)驱动单头涡轮蜗杆减速机(3)获得动力输出，填砂物理模型(1)倾斜设置，填砂物理模型(1)注入端在下、填砂物理模(1)型采出端在上，对填砂物理模型(1)进行不同程度旋转，实现填砂物理模型(1)两端倾角的改变，借助连接于单头涡轮蜗杆减速机(3)的角位移变送器(6)来测量、控制注采渗流倾角，并由单头涡轮蜗杆减速机(3)实现对目标调节倾角的自锁；同时，为了获取驱替前缘运移中流体的物性参数，填砂物理模型(1)自注入端至采出端沿程布置采样点；完成注采渗流倾角可调式填砂物理模型的设计；

(二)重力效应下表面活性剂溶液驱替相与形成微乳液段塞界面区域的渗流速度关联：考虑一元表面活性剂驱油过程中在降低粘附功、剥离残余油形成“油墙”推进的同时，表面活性剂体系与残余油的乳化必然会形成微乳液段塞，在多相渗流前缘推进中，自填砂物理模型(1)注入端至采出端，将填砂物理模型(1)多孔介质区域划分为表面活性剂溶液驱替相区域、微乳液段塞区域、“油墙”区域、残余油带区域，构建控制粘性指进行为的临界界面；对于沿程第一个界面区域：表面活性剂溶液驱替相与形成微乳液段塞的界面区域，在具有某渗流倾角时，依据达西定律，关联重力效应存在下该界面区域的稳定渗流速度表达式：

其中，

上式中：V_s-e为表面活性剂溶液驱替相与形成微乳液段塞界面区域的渗流速度，m/s；ρ_s为表面活性剂溶液密度，kg/m³；μ_s为表面活性剂溶液粘度，Pa.s；μ_e为微乳液粘度，Pa.s；ρ_e为微乳液密度，kg/m³；K为模型绝对渗透率，m²；φ为模型孔隙度，％；K_s为表面活性剂溶液相对渗透率；K_e为微乳液相对渗透率；M_s-e为表面活性剂溶液与微乳液的流度比；g为重力加速度常数，9.8m/s²；α为注采渗流倾角，α∈(0,90°]；

(三)重力效应下形成微乳液段塞与推进“油墙”界面区域的渗流速度关联：将具有某渗流倾角时的沿程第二个界面区域：微乳液段塞与所推进“油墙”的界面区域，进行重力效应下相应稳定渗流速度的关联，关联表达式为：

但在所推进“油墙”中，既有流动油相，又存在流动水相，“油墙”区域的流度便由油相流度和水相流度共同构成，因此定义：

上式中：V_e-o为微乳液段塞与形成“油墙”界面区域的渗流速度，m/s；ρ_e为微乳液密度，kg/m³；ρ_o为油相密度，kg/m³；μ_e为微乳液粘度，Pa.s；μ_o为油相粘度，Pa.s；μ_w为水相粘度，Pa.s；K为模型绝对渗透率，m²；φ为模型孔隙度，％；K_e为微乳液相对渗透率；K_ro为油相相对渗透率；K_rw为水相相对渗透率；M_e-o为微乳液与“油墙”的流度比；g为重力加速度常数，9.8m/s²；α为注采渗流倾角，α∈(0,90°]；

(四)物理模型一元表面活性剂驱前缘及渗流物性参数获取：在填砂物理模型(1)改变注采端倾角前，将某已知组成性质的一元表面活性剂体系注入水驱至残余油饱和度的填砂物理模型(1)，随着驱替前缘的推进，依次在沿程采样点采样，将采样粘度最大时的渗流介质作为一元表面活性剂驱替中所形成的微乳液，同步采样测试微乳液段塞的密度，从而获得与前缘已知油相、水相及表面活性剂溶液相对应的物性参数，物性参数包括ρ_o，μ_o，μ_w，ρ_s，μ_s，ρ_e，μ_e；同时，在具有超低界面活性时，多相渗流过程中的表面活性剂溶液相对渗透率和微乳液相对渗透率均可以看作为1；

进而根据步骤(二)、(三)分别确定出在改变注采端倾角至某渗流倾角α时，重力效应下表面活性剂溶液驱替相与形成微乳液段塞界面区域的渗流速度V_s-e及形成微乳液段塞与推进“油墙”界面区域的渗流速度V_e-o；

完成驱替前缘及渗流物性参数的获取；

(五)重力效应稳定驱替前缘去含油饱和度：为了保证维持稳定的多相渗流特征，对某渗流倾角α时所得到沿程第一个界面区域和第二个界面区域各自的渗流速度V_s-e和V_e-o相比较，取二者中的较小值作为控制粘性指进行为的稳定渗流速度，并按下式确定控制粘性指进的表面活性剂溶液临界注入流量：

Q＝A·V_crit

式中：Q为表面活性剂溶液临界注入流量，m³/s；A为垂直于渗流方向上的截面积，m²；V_crit为稳定渗流速度，m/s；

按此表面活性剂溶液临界注入流量，在物理模型构建水驱残余油饱和度后，利用与步骤(四)相同性质的一元表面活性剂体系对该注采渗流倾角α的模型进行恒流量驱替去含油饱和度，通过充分发挥重力效应控制粘性指进行为、稳定驱替前缘的方法获得驱油效率的提高；

由此完成重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进行为的方法构建；

(六)变注采渗流倾角的稳定渗流技术界限划分及粘性指进控制能力优化：改变、调节填砂物理模型(1)的注采渗流倾角α(α∈(0,90°])，依次确定相应倾角下的V_s-e和V_e-o，划分形成不同注采渗流倾角时的稳定渗流速度界限，进而根据步骤(五)建立注采渗流倾角α与表面活性剂溶液临界注入流量Q的关系，基于此关系，进一步根据步骤(五)进行重力效应稳定驱替前缘去含油饱和度，得到系列注采渗流倾角α下的驱油效率提高值；对比这些驱油效率提高值，以提高值最大时所对应α作为利用重力效应来控制该表面活性剂体系在该物性油藏中粘性指进行为时的注采渗流倾角最优化设计值，实现对重力稳定效应发挥及其控制粘性指进行为的定量化关联和描述，从而指导一元表面活性剂采油中斜井、水平井部署等钻井工程与驱油方案的设计和制定；

由此完成变注采渗流倾角的稳定渗流技术界限划分及对粘性指进行为控制方法的优化。