可视化微观物理驱替模型.pdf

可视化微观物理驱替模型 邵媛 唐思睿 周冰心 长庆油田分公司油气工艺研究院 长庆油田分公司油田开发处 长庆油田分公司第三采油厂工艺研究所 摘要为了研究可视化微观物理模型在石油开发中的应用 比较了常用的物理模型 指出微观物理模型的优点是能直观地揭示 不同润湿性和驱替荆的微观渗流特征 缺点是其制作成本及难度和制作设备的要求较高 需由专业人员和专业设备制作 介绍了可视 化微观物理模型的制作方法 指出化学刻蚀法好于激光雕刻法 总结了可视化微观物理模型在油藏物理模拟 低渗透开发 三次采油 方面的应用 指出了可视化微观物理模型在石油开发中的重要作用 关键词可视化微观物理模型驱替开发 出于对各种驱油机理认识的客观需要 微观驱油物理模拟已成为 人们研究微观驱油机理的重要手段 它既验证了对驱油机理的各种设 想 又指导人们研究各种提高石油采收率方法和技术 微观孔隙模型 技术最早始于2 0 世纪s o 年代 随着三次采油技术的发展 N 2 0 世纪 6 0 年代末 关于微观模型方面的研究逐渐多起来了 归结起来 通 常的微观模型分为孔隙级的刻蚀模型和岩心级的填砂模型 前者主要 用于研究微观驱油机理 后者主要用于直接考察驱替的宏观波及现 象 而孔隙级模型已经从比较规范的网络刻蚀模型发展到岩石仿真刻 蚀模型 采用天然岩心铸体薄片 经图像处理获得岩石骨架和孔隙二 值化图 再经处理制成均质模型的蓝图 根据此图按岩石粒径和沉积 韵律设计成微观模型图版 再用光刻技术制成微观仿真透明孔隙模 型 1 常用物理模型 1 常用物理模型分类 目前 国内外物理模拟采用的实验模 型主要分为微观物理模型和宏观物理模型两种 微观物理模型又分为 岩心级的填砂模型和孔隙级的刻蚀模型 宏观物理模型分为非胶结模 型和胶结模型 具体来说 在研究油气田开发过程中的物理驱替效 果 以及评价各类化学助剂所采用的物理模型有 圆柱形天然岩心 和人造圆柱形石英沙岩心物理模型 利用该模型所模拟的驱替过程是 不可视的 模拟驱替性能良好 立体形状 可在高温高压下工作 是 目前物理模拟驱替过程普遍采用的一种重要实验研究手段 平板砂 岩物理模型 它一般是由天然岩石粉末或石英沙掺入无机或有机胶合 剂经压铸而成 其模拟驱替过程是不可视的 模拟驱替性能良好 整 体几何尺寸可制作的较大 有一定的立体形状 工作温度和压力不可 太高 它也是目前物理模拟驱替中普遍采用的一种实验研究手段 微观物理模型 它的制作采用了光刻技术 所以其几何尺寸较小 是 平面形态 模拟驱替过程是通过显微镜或监视器观察的 模拟驱替性 能良好 是目前较有经济和技术条件的单位进行物理模拟驱替采用的 一种实验研究手段 2 常用物理模型比较 对于第一种物理模型来说 其优点 是 制作成本较低 运行设备投资较少 缺点是 驱替过程不可视 不能进行数据采集和图像分析及图像处理 不能快速直观地对实验过 程及实验数据中出现的问题作出准确的判断和处理 使用寿命为一次 性 第二种模型与第一种呈现出相似的优缺点 相比于前两种模型 微观物理模型所呈现的优点是 模拟驱替过程是可视的 能进行数据 采集和图像分析及图像处理 可反复多次使用 缺点是 微观物理模 型采用光刻技术制作时 其制作成本及难度和制作设备的要求较高 所以需由专业人员和专业设备制作 由于该物理模拟驱替过程是在自 动跟显微镜下进行的 对其他辅助设备要求也较高 所以这种物理模 拟驱替过程的运行设备投资一般也较高 微观物理模型是近几十年来发展起来的用于研究流体在多孔介质 中流动特性的实验方法 它能直观地揭示不同润湿性和驱替剂的微观 渗 流特征 早期制作的微观物理模型有粒状填充模型 规则网络模型 和刻蚀的人工随机模型等 但它们与真实的岩石孔隙结构有着巨大的 差距 不能真正模拟流体在多孔介质中的渗流规律 而微观孔隙仿真 模型是利用光刻技术 将油层岩心铸体薄片上的实际孔隙网络刻蚀在 玻璃板上制成的模型 其可视化与孔隙几何形态和尺寸更接近储层孔 隙结构 2 微观模型制作方法 1 常用方法介绍 激光雕刻法制作微观模型 当采用普通 玻璃时 由于其硬度较低 激光雕刻的孔道边缘有明显裂痕 而采用 亚克力材料时 使用低强度激光雕刻模型 模型的孔道深度较浅 但 提高激光照射强度后 雕刻出的孔道透光性又明显变差 因此 普通 玻璃 亚克力材料均不适于采用激光雕刻法制作微观模型 化学刻 蚀法 化学刻蚀法是利用氢氟酸能够腐蚀玻璃的原理 在玻璃表面制 作真实的岩石孔隙结构 再经过一系列步骤 制成微观模型 采用化 学刻蚀法制作微观玻璃模型 方法成熟 孔隙大小可控 模型透明 可视性好 2 常用方法选择 制作微观模型常采用玻璃刻蚀方法 该方 法的 个主要优点是可以制作不同图像的模型 其中包括规则结构的 重复图像 规则但呈规律性变化的图像 不规则图像以及具有非均质 的图像 后两类图像是将天然岩心的铸体照片复制到玻璃上 制成仿 真的光刻显微模型 这样制得徽模型的孔隙结构和实际岩心的孔隙结 构基本相似 因而其结果更具有实际意义 在刻蚀过程中改变腐蚀液的浓度和时间 可控制刻蚀深度和孔喉 表面的粗糙度 一般情况下 用表面清洁的玻璃制作的模型是强亲水 的 用表面处理剂 如硅油 处理 可以使模型变为强亲油 3 微观物理模型的应用 1 微观物理模型在油藏物理模拟中的应用 在注水开发的油 田中 由于孔隙结构和润湿性等地层条件的差异 注入水表现出不同 的渗流特性 在油田开发结束时 仍有一半以上的原油留在储层孔隙 中成为剩余油 搞清水驱油的渗流规律和这些剩余油的形态及形成机 理 能够深入了解油田开发中剩余油的形成规律和分布特征 为油田 开发提供科学依据 微观渗流物理模拟是通过微观物理模型 光化学刻蚀的仿真玻璃 模型和真实砂岩微观模型 上的微观驱油实验来研究水驱油的微观驱 油机理 实验过程的图像既可以通过图像分析系统录入到计算机中对 结果进行计算 又可以对实验过程进行录像后进行动态分析 通过图 像的定性分析和定量计算 可以详细了解到水驱油及其他各种驱油方 式不同条件下的微观渗流机理 水驱油剩余油特征及驱替效果 从而 为油田注水开发和三次采油研究提供重要手段 2 微观物理模型在低渗透油藏开发中的应用 我国的油气田 多为陆相储层 且低渗透油层占有较大的比重 低渗透储层最突出的 特征是孔隙吼道细小 渗透性很差 流体渗流速度缓慢 与中高渗油 藏相比 低渗透油藏的开发难度大 人们对低渗透油藏的认识水平尚 不充分 如对低渗透储层的孔隙结构特征 非达西渗流规律 流圊耦 合特征等方面的认识 低渗透油藏开发的微观物理模拟主要通过用真 实砂岩制作的微观物理模型 研究低渗透油层微观水驱油特征 根据微观模型油水两相驱替实验观察 在岩石亲水条件下 水驱 油所需压力普遍大于油驱水压力 由于在油驱水过程中 特别是油驱 水过程的初期 运动的油柱多是连续的 即便是发生卡段现象 产生 的油滴 气泡 会很快聚并 此时贾敏效应很弱 在水驱油过程中 特别是当孔隙介质中含油饱和度较低时 连续油柱往往发生卡断 产 生大量油柱 此时贾敏效应即成为孔隙介质中不可忽略的渗流阻力 大大增加了水驱油压力 因此 对于低渗透油藏 贾敏效应 是不可 忽视的作用力 微观模型实验证实低渗透油藏自吸水驱油现象较强 在一般孔隙 性油层中 由于微观孔隙结构特征的非均质性 绕流现 转1 3 0 页 万方数据 减速箱曲柄差动螺栓松动处理不及时滚键后造成输出轴损坏 抽 油机负荷过大 超负荷运行造成键槽与键剪切变形 键与键槽配合不 标准 剪刀差过大 采油队没有三保能力 输出轴和曲柄键孔损坏后 要进行更换送回厂家修理 2 减速箱常见故障的处理 1 减速箱漏油处理 密封幽压盖采州易拆卸式结构 密封 圈采用开口结构 便于拆卸更换 适当加大输入轴轴承处回油孔和 输出轴回油孔 保证减速箱盏板密封 自制呼吸阀规范 防止箱内 进入灰尘 建议厂家将回油孔改做成倾斜状 便于对回油孔进行疏 通 保证减速箱油位高度合适 更换中间轴垫子 上紧固定螺栓 合箱面漏油更换垫子重新涂胶工作量太大 可采取箱口涂胶的办法 解决 该堵漏专用胶厂家不外卖 可协调专业堵漏厂家进行堵漏 2 减速箱齿轮损坏处理 动态调整抽油机平衡可减少抽油 机减速箱的齿轮损坏 从理论上来说 抽油机的冲次越小减速箱齿 轮越不容易损坏 对于 些有异常的抽油机 通过调参的方法对保护 减速箱可以起到很好的作用 保证变速箱箱盖密封 避免箱内进入 灰尘 杂物和雨水 在油箱中增加几个磁性体 利用磁性作用吸附 润滑液中的金属微粒 可减少润滑液的金属微粒含量 3 减速箱串轴处理 加工制造方面 提高三轴刚度 特别是 主动轴及中间轴刚度 提高刚度不一定要采取增大三轴整体直径的办 法 亦可改变局部结构及尺寸来实现 其次 提高齿轮的加工精度 减小齿形误差及齿厚偏差 特别是减小左 右旋齿螺旋角的相对误 差 现场管理方面 对于出现轻微串轴的减速箱 在地质上允许的 接1 2 0 页 臣2 金家日产 旋t 与 垂向渗透率关系 日产液量和渗透率敏感性分析 从图2 3 可看出 无论水平渗透率 还是垂直渗透率 水平井日产液量 都随着渗透率的增加而增加 日产液量和打开程度敏感性分 析 从图4 可以看出 随着水平井 打开程度的增加 其日产液量也 目3 金絮日产液量与 水平渗透率关系 随之增加 并在水平井打开程度增加的初期 其日产液量增加很大 后面逐渐减小了增加的趋势 随着水平井完井段的增加 日产液量也 增加 接1 2 4 页 象十分普遍 注入水首先沿阻力小的孔道突进 常把大 片含油孔隙绕过 包围 形成连片的残余油 与被裂缝包围的基质岩 块残余油类似 由于毛管力的作用 绕流残余油也应当可以通过水的 自吸作用 将其驱替到周围畅通的孔遭 然后被采出 3 微观物理模型在三次采油技术中的应用 近年来 微观物 理模型在聚合物 三元复合驱等三次采油技术驱油机理研究方面取得 了广泛的应用 例如 通过微观物理模型模拟观察到由于聚合物溶液 的黏弹性效应 聚合物驱不仅能提高波及效率 而且能提商微观驱油 效率 从而较大幅度的提高原油采收率 4 结语 本章介绍了一些常用的油藏物理模型 重点是微观物理模型 总 结起来 微观模型有以下优点 可视化程度高 可以直观 清楚地 观看实验中的驱替过程 可以用以制作不同图像的模型 其中包括 规则结构的重复图像 规则但呈规律性变化的图像 不规则图像以及 具有非均质的图像 通过选择不同的实验方法 模型的润湿性是可 情况下调小冲次 能有效减轻串轴现象 串轴较明显应及时送修 避 免故障扩大 检查 调整抽油机平衡 对于平衡块已调至曲柄末端 仍不平衡的井可在抽油机游粱尾部安装尾平衡块 打开输入轴轴承 盖板 启抽观察轴承跑内圆或外圆 跑内圆及时送修 跑外圆采取轴 承侧面加薄钢板 然后上紧盖板 要保证垫子的密封 4 减速箱轴承损坏处理 条件允许情况下优化油井参数 减小轴承受力 保证润滑油质量合格 及时检查油质 防止杂物 进入减速箱内堵塞油道 鼍 减速箱输出轴损坏处理 保证曲柄差动螺栓紧固 保 证键与键槽配合 间隙大可采取加垫片 异形键或使用另一组键槽的 办法 校对剪刀差 超过允许范围及时进行调整 3 结论 1 减速箱常见故障有漏油 齿轮损坏 串轴和轴承损坏等多 种 有设计制造方面的原因 也有使用管理方面的原因 2 实际生产中 加强设备的日常管理 提高维修水平 事先 进行预防对变速箱起到很好的保护作用 3 搞好减速箱的润滑管理对延长减速箱的使用寿命 避免故 障的发生起着重要的作用 参考文献 f 1 熊涛 抽油机减速箱渗漏的解决办法 油气田地面工程 2 0 0 4 1 0 2 1 抽油机双固扳人字齿轮减速嚣串轴原因 石油机械 1 9 9 7 0 6 收稿日期 2 0 1 0 0 7 2 3 日产液量和原油粘度敏感性分析 从图5 可以看出 水平井日产 液量与原油的粘度成反比 日产液量和井筒长度敏感性分析 从图6 可以看出 水平井日产 液量与水平井井筒长度成正比 图5 全家日产液量与 原油粘度关系图 图6 全家日产渍量 和井筒长度关系 参考文献 1 J 1 王家宏主编 中国水平井应用实例分析 石油工业出版社 2 孙明光主编 钻井 完井工程 石油工业出版社 3 l 特种油气藏 中国石油天然气集团公司 作者简介程先民 现任胜利油田东胜公司工程师 西南石油大学 硕士研究生 收稿日期 2 0 1 0 0 8 0 6 以改变的 这对模拟岩心的实际情况是非常有利的 但是 微观模型 也存在缺点 造价比较高 对实验设备和实验人员的技术要求较高 参考文献 1 贾忠伟 杨清彦 兰玉波 等 水驱油微观物理模拟实验研究 啪 大庆石油地质与开发 2 0 0 2 2 1 1 4 6 5 0 2 王家禄 油藏物理模拟 M 北京 石油工业出版社 2 0 1 0 2 4 3 1 杨珂 微观刺余油仿真模型研究 D 北京 中国石油大学 2 0 0 9 4 扬珂 徐守余 微观剩余油实验方法研究o 断块油气田 2 0 0 9 1 6 4 7 5 7 6 5 5 苏椰 韩健全 韩国样 等 微观水驱油实验及剩余油形成机理研 究 断块油气田 2 0 0 7 1 4 6 5 0 5 1 6 1 任晓蛹 低渗砂岩储层孔隙蛄构与流体微观口 腴西 西北大学 2 0 0 6 作者简介郡媛 1 9 8 3 一 女 毕业于西安石油大学测控技术与 仪器及石油工程专业 工程师 主要从事采油工艺和井下工具研究工作 收稿日期 2 0 1 0 0 8 1 8 万方数据 可视化微观物理驱替模型可视化微观物理驱替模型 作者 邵媛 唐思睿 周冰心 作者单位 邵媛 长庆油田分公司油气工艺研究院 唐思睿 长庆油田分公司油田开