塌陷储集体空间水驱油物理模型实验

塌陷储集体空间水驱油物理模型实验

目录25943_WPSOffice_Level1塌陷储集体空间水驱油物理模型实验 719119_WPSOffice_Level1第一章绪论 85818_WPSOffice_Level21.1选题目的及意义 82322_WPSOffice_Level21.2国内外研究现状 93732_WPSOffice_Level31.2.1碳酸盐岩塌陷堆积体的研究现状 92207_WPSOffice_Level31.2.2底水锥进研究现状 1023097_WPSOffice_Level21.3研究内容与方法 1018405_WPSOffice_Level21.4完成的工作量 1012899_WPSOffice_Level31.4.1完成的工作量 101939_WPSOffice_Level1第二章实验介绍 1131862_WPSOffice_Level22.1物理模型设计的相似性 1126918_WPSOffice_Level32.1.1假设条件 111790_WPSOffice_Level32.1.2物理模型 1128660_WPSOffice_Level22.2实验流程 1125348_WPSOffice_Level32.2.1实验设备 1224488_WPSOffice_Level32.2.2实验设计 132355_WPSOffice_Level32.2.3实验步骤 132912_WPSOffice_Level2图1.2实验流程图 1312506_WPSOffice_Level1第三章实验结果分析 15791_WPSOffice_Level23.1实验数据整理及处理方法 1512370_WPSOffice_Level2图3.1压力数据的获取及整理 1614589_WPSOffice_Level2图3.2天平重量数据的获取及整理 1614678_WPSOffice_Level23.2产液量变化情况判断见水时间 1718153_WPSOffice_Level33.2.1未填充介质时产液量变化情况 186473_WPSOffice_Level2图3.3每分钟产液量速时间变化关系图 1831758_WPSOffice_Level2图3.4每分钟产液量随无因次量时间的变化关系 189346_WPSOffice_Level23.2.2填充均一介质时产液量变化情况 1923954_WPSOffice_Level2图3.5无因次化后均一介质产液量变化规律 1927918_WPSOffice_Level33.2.3填充模拟遮挡物时产液量变化情况 1922724_WPSOffice_Level2图3.6无因次化后不同泵速下产液量变化情况 2010389_WPSOffice_Level33.2.4产液量变化情况综合分析 207159_WPSOffice_Level2表3.1产液量变化特征汇总表 201597_WPSOffice_Level33.2.5见水时间判断 2129526_WPSOffice_Level2图3.79组实验产液量变化情况对照图 2231933_WPSOffice_Level2表3.2产液量变化判断见水时间统计表 2212582_WPSOffice_Level23.3压力曲线判断见水时间 236659_WPSOffice_Level23.4不同条件下含水变化规率 239556_WPSOffice_Level33.2.1未填充介质含水变化情况 2326907_WPSOffice_Level33.2.2填充均一介质含水变化情况 241604_WPSOffice_Level2图3.2均质填充介质不同流速时含水率随时间的变化情况 2426682_WPSOffice_Level2图3.3含模拟遮挡物不同流速时含水率随时间的变化情况 2432056_WPSOffice_Level23.5无水采收率 246159_WPSOffice_Level23.6结论 2523238_WPSOffice_Level23.7实验存在误差情况分析 2514037_WPSOffice_Level23.8实验有待改进的地方和改进方法 2623614_WPSOffice_Level1致谢 273255_WPSOffice_Level1参考文献 27

图清单图2-1X 4图2-2X 6图3-1X 10塌陷储集体空间水驱油物理模型实验摘要：关键词第一章绪论1.1选题目的及意义碳酸盐岩油藏是世界上目前最重要的油气勘探开发领域之一，碳酸盐岩油气田的油气资料及其丰富，占世界石油总量的50%以上，并且其产量已达世界总产量60%占比以上[1]。碳酸盐岩储层结构及其复杂，具有埋藏深，多产层，多压力系统、裂缝溶洞普遍存在且局部较为发育的复杂特征[2]。一直以来都是人们研究的难点，然而其中所储存的大量的油气资料却始终吸引着人们不断地展开更加深入的探索与研究。缝洞型碳酸盐岩油藏储层结构具有复杂特殊性，有别于碎屑岩储层。它经加里多运动-海西运动期的地表风化、埋藏等多种岩溶作用共同作用形成，表现为储集空间类型多，储集体在空间分布上变化大，且形态不规则、随机不均匀分布[3]。碳酸盐岩储集空间分为溶洞型、溶孔型、裂缝型三种。经生产开发实践证明，碳酸盐岩缝洞型油藏主要的储集体类型为溶洞型储集体，即溶洞型储集体结构代表了碳酸盐岩缝洞型油藏的主体结构，在开发过程中其溶洞的发育程度极大地控制着油井产能，且在钻井过程中钻遇几率大，是油田高产、稳产的关键[4]。因此溶洞型储集体的研究对我国碳酸盐岩油气田的勘探开发具有重要的价值。缝洞型储层在表生岩溶阶段和后期的埋藏演化阶段，由于受风化岩溶、多期断裂果冻、构造运动以及上覆岩层重力的影响，发育规模较大的岩溶洞穴系统因此发生挤压变形，可造成局部甚至整体上的塌陷，后期水流携带沉积物对洞穴空间进行不同程度的充填，其中未充填的洞穴空间和塌陷后形成的古岩溶都可作为较好的油气储集空间[5-6]。这种连结在一起古溶洞系统经垮塌后构成了塌陷结构储集体。据初步统计，目前约有30口井钻遇具塌陷结构特征的洞穴储集体，整体建产率并不高，约50%，但其中有建产井投产初期日产达150t/d，产油量相当高[5]。说明当古岩溶洞穴塌陷结构的孔隙结构充填度较低时时，开发潜力较大。我国的华北油田、渤海油田、新疆塔河油田、塔里木油田等均存在大量的底水油藏。除了有大量的天然底水油藏外，随着油田进入二、三次开采，更多油田的开发特征不断趋向于底水类型的油藏[10]。在油田的实际生产中，水的锥进是一个非常严重的问题，它的出现将使产油量显著下降。所以，通过研究底水油藏开发动态，学会如何控制或缓解水的锥进，是所有石油生产单位面临的重要问题[11]。笔者通过物理模拟实验，基于溶洞型垮塌堆积储集空间的结构特征建立了一种物理模型，以底水锥进为基础，进行了油井生产动态的模拟。根据产液量的变化情况和压力的变化情况来判断见水时间，同时研究注入速度与产出速度相等时不同速度下含水率的变化规律，并与塌陷堆积体类型油田的实际生产动态特征进行对比，探讨溶洞型垮塌堆积储集空间中剩余油可能的存在形式，为该类油藏的高效开发提供一定的实验与理论支持。1.2国内外研究现状1.2.1碳酸盐岩塌陷堆积体的研究现状随着勘探和开发的不断深入,前人对该类油藏开展了大量的研究和实践工作，有了一定的认识成果，归纳如下：（1）目前已有学者提出塌陷堆积体的概念。发展到一定规模的古溶洞，在后期不确定的各种外因和内因共同影响下，已有的溶洞会被破坏，出现垮塌和被充填现象，产生大量的角砾的洞穴垮塌物堆积在洞底，同时古溶洞水流会再次对此类垮塌物进行改造，形成塌陷型堆积体[7-8]。根据国内外研究实践表明，溶洞在一个地区可能发育多期次的古溶洞系统，发生多个洞穴系统的相互叠覆,形成复杂的复合洞穴系统，说明垮塌的古溶洞有多阶段的复杂改造历史[9].（2）根据塔河油田溶洞型塌陷堆积体资料显示，塌陷垮塌物多来源于围岩，其充填物则来自于其他物源，与上覆地层的岩性和上覆地层与断裂系统的沟通程度有着较大的关联，而岩溶垮塌充填物的性质往往就与上覆岩层的岩性一致。通常上覆地层为砂岩，发生缝洞垮塌的地方与上覆地层沟通性较好，塌陷堆积体填充砂的可能性较大，而若上覆地层为泥岩，垮塌堆积体充填泥岩可能性较大[5]。（3）奥陶系实钻发生放空漏失的大多数溶洞储集层都不是单一的、孤立形式存在的，而可能是大型古洞穴的联合体，随着不断地被破坏，产生的相邻或相近的多个溶洞塌陷体，一定程度上通过角砾岩化带和裂缝扰动带相连接，这种连接的垮塌古溶洞体系构成了岩溶塌陷体[5-6]。由于该类塌陷堆积体结构的复杂特殊性，其复杂性必然会造成产能及动态变化规律的多样性，给勘探和开发带来了一定的难度，目前开发方式和效果尚有待进一步的研究和优化。1.2.2底水锥进研究现状油田实际生产中，国内外对于可能出现的底水锥进预防和控制十分重视，底水锥进的出现会导致油的产量的明显下降。所以，如何缓解和控制水的锥进，对于指导底水油藏的开发具有重要的意义，同时也是目前许多石油生产单位面临的重要问题与难点。针对于底水锥进的研究主要在临界产量、水锥形态和见水时间三个方面，国内外的研究者已经做了大量的研究工作[10-11]。以下是对部分前人所做研究的汇总：Muskat和Wyckoff[12]在基于油水界面上存在重力平衡以及不考虑水锥对油相压力分布的影响假设条件下，在1935年建立了一套基础底水锥进理论，计算出了临界产量。Mayer和Garder[13]在1954年推导出了临界产量的公式。1964年Cherici[14]利用电位模型预测水锥动态，并以垂向和水平渗透率无因次图表绘制实验结果。Sobocinski和Cornelius[15]1965年运用扇型填砂的有机玻璃模型进行实验，提出了见水时间的确定方法及突破曲线。1971年Bournazel和Jeanson[16]在提出的突破曲线的基础上进行了拟合，提出无因次曲线公式，并计算水油比。Schols[17]于1972年在做了大量锥进实验的基础上提出了临界产量计算公式。Byrne[18]等人于1973年，1975年运用数值模拟技术研究水油比的变化，得出产量的变化不会对水油比造成影响。Wheatly[19]在1985年在考虑水锥形态的影响下，提出了计算锥进剖面形态和临界产量的新方法。1986年Chaperon[20]推出了直井的计算公式，并考虑了生产井与油藏边界的距离。Abbas和Bass[21]在1988年结合实验方法、数值方法和解析方法对不同边界条件下的水锥动态进行了研究。1.3研究内容与方法1.4完成的工作量1.4.1完成的工作量完成实验共计17次，其中带有测试目的性的实验8次，测量目的性的实验共9次，成功获取实验数据16组。前8次实验主要以测试仪器和改进仪器为目的；后9次实验设计多组不同的单一因素变量，实验完成后对所获取的电子天平测量的每分钟产液量，压力数据进行整理及处理，研究不同条件对开发动态的影响，并进行分析。第二章实验介绍2.1物理模型设计的相似性2.1.1假设条件（1）储层物性：每次实验充填的大小基本一致碎石，介质孔隙度看做近似相等，且不考虑每次实验由于碎石介质堆积的随机性而造成的润湿性和渗透率等不同的影响。（2）储层边界：由有机质圆筒内壁作为模拟的储层边界，由圆筒中下部隔着的具有一定厚度的有机质筛网作为储层的下边界。（3）无原生气顶或小规模原生气顶。（4）实验开始前，打开仪器上部阀门，连通大气，使气压管液面平行。（5）实验过程中处于密封、室温环境。（6）注入速度与产出速度相等，即实验所用两泵泵速设置始终相等。（7）基于碳酸盐岩储集层中孔隙度较大、未充填的溶洞型垮塌堆积结构储层模型进行物理模拟，模拟其生产动态变化过程。（8）注水过程中，若忽略油层岩石及流体的膨胀，按照物质平衡的原则，无水产油期间生产井产出与注入水同体积的无水油。（9）模拟开采底水油藏生只钻开油层顶部时的情况，在井点附近地区，流线成直线向井点汇集（图2.1）。2.1.2物理模型实验建立的物理模型图如图2.2所示。模型所用容器为有机玻璃圆筒，以有机玻璃作为边界模拟封闭条件，物理模型示意图如图所示。高度为1cm，外径为1cm，内径为1cm，圆筒内底部放置一高度为1cm的金属架，上面架一个具有一定厚度的均匀筛网，筛网边缘与圆筒内壁紧贴。圆筒上下部钻直径约0.8cm的孔各一个，接上阀门，外接长软管，用泵夹住软管以设置的泵速提供稳定的流速。图2.2实验物理模型图塌陷储集体空间的流动完全不同于砂岩油藏多孔介质的流动，且其垮塌堆积具有随机性和复杂性，根本无法实现，从下到上属于直线流-平面径向流-球面向心流-直线流的流动方式。2.2实验流程实验流程包括了实验设备的制作与改进、实验步骤。为模拟底水锥进下的垮塌堆积型油藏开发过程。用泵提供注水的动力。通过中间容器提供充足的底水。实验过程中，用气压管根据U型管原理测量模型流动时从下到上压力的变化。实验用水是于池塘取水样，使用量筒和电子天平测得实验用水密度为1.02g/ml；实验所用模拟油为食用油，经量筒和电子天平测得模拟油密度为0.935g/ml；实验温度为室温23oC。2.2.1实验设备将实验装置连接完成，待实验准备工作完成后，实验装置实物图及示意图如下所示：图2.1实验装置实物图实验所用的设备有：BT/OL系列流量型智能蠕动泵（2台）、电子天平（1个）、桶（4个）、气压管（18根）、软管（2根）、2L水瓶（8个）、2000ml（+-20ml）大量筒、50ml（+-0.5ml）小量筒、250ml烧杯（2个）、针管、抹布、锡箔纸、大量灰岩（碎石，取样于建筑修建材料）、池塘水、食用油、有机玻璃圆筒、电脑。蠕动泵（图2.2）：采用彩色液晶和触摸屏技术，操作界面简单，直观明了。图2.2蠕动泵实物图及显示面板该该列泵主要适用于流量传输控制，用户可根据自己的需要设置流量。采用了智能温控技术，降低风扇噪音。对于本实验具有很好的适用性且满足实验对仪器功能上的要求：本泵实现了简单的定量传输，流量范围：0.0001-720毫升/分钟，工作转速：0.1-150转/分钟，可设定流量范围较大，符合本实验设计的流量范围。在液体流动过程中，液体只与软管发生接触。可适用于传输含有大量气体的液体或粘性液体。可达到很高的精度，适用于精确计量和定量给料。具有正反，启停，全速功能，实验过程中可方便调整与泵连接的软管中液体流动方向和泵的状态。泵的模式分为4中：内控模式，脚踏模式，电流模式和电压模式。本实验使用模式为内控模式，即通过按键和触摸屏控制泵的操作。泵购置回来后，将泵放置在一个水平桌面上，后部距离障碍物保持一定的距离，具体的安装及调整步骤如下：安装YZ15泵头：把泵头扁轴对准驱动器联轴器的凹槽推入，转动泵头使泵头螺丝孔与驱动器泵头支架螺丝孔对准，将泵头与泵头支架贴合，将两条固定螺丝穿入泵头的固定孔拧紧；安装软管：板动泵头扳杆，打开泵头，将软管平顺地放入泵头内并拉直，向反方向板动扳杆到水平位置，软管即安装完成；电源连接：将电源线插头插入实验所用排插里即可；泵头设定和软管设定：点击进入系统设置菜单，里面会有校正向导和常用参数设置图标，点击进入常用参数设置界面，选择泵头选择项，选择泵头型号为YZ(T)15，点击完成，然后选择软管选择项，选择软管型号为16#。流量校正：通过量筒对实际传输的液体称量，完成驱动器流量的校正。在首次开机或连续工作时间较长后需进行流量校正工作。具体操作如下：启动泵，将软管中充满液体停止泵，点击进入校正向导界面，系统显示当前要校正的软管型号，流量和液量，其中流速是指传输液体的速度，液量是指传输液体的体积。选择10毫升/分作为要测试的流量，点击下一步，准备好合适的量筒，按一下启停健，蠕动泵开始传输液体，等待蠕动泵传输完成后自动停止，通过人眼观察量筒中液体体积，记录其数值，重复上述过程，称量多次传输的液体，将其数值填入测试1，测试2，测试3中，注意单位是否正确，点击下一步进入校正计算界面。如果想重新修改测试流量，点上一步，重新输入数值即可。电子天平：用以测量产出液体的质量。先通过调整天平四个角落的座，使气泡居中即天平平衡。电子天平与电脑相连接，可以通过天平软件来记录固定间隔时间的数据。将容器放在天平上用以盛放排出的液体，即可开始称量。有机玻璃圆筒（图2.3A）：圆筒材质属于有机玻璃，下部由金属支架支撑，将一圆形有机玻璃筛网紧贴圆筒内壁置于金属支架上，上覆较密金属丝筛网。以有机玻璃为分界可将圆筒分为上下两部分，上部用于填充介质模拟储层及储层边界，且上部用盖子及密封圈密封好；下部可看做提供底水的水箱。底部和下部盖子均设计有阀门，可手动控制阀门开关与蠕动泵配合以控制液体流进及流出。通过用水充满圆筒筛网以下部分测量圆筒下部体积为5727.57ml，以充满仪器上半部分水的体积为准，测得圆筒上部体积为30173.38ml。当圆筒中充满碎石时，充满筛网以上部分孔隙体积用水量即为孔隙体积10406.61ml。得到孔隙度为34.49%。图2.3有机玻璃圆筒结构实物图准备好有机玻璃细管，用小刀将其切割成约3cm短管14根，17cm上管1根。将有机玻璃圆筒背面均匀钻孔15个，最下方的孔钻于有机玻璃筛网下方1cm处，用胶水将17cm管固定在孔中，管伸进圆筒内部中心处，出露圆筒外约2.7cm。其他14个孔则分布在筛网上方，用胶水将其与14根短管分别固定，出露圆筒外约2.7cm。每根出露在外的有机玻璃管部分与气压管通过浅黄色半透明软管相连接（图2.3B）。气压管（图2.4A）：气压管通过管中气体的压缩膨胀来测量压力大小。气压管并排放置于透明有机玻璃板上的卡槽中，卡槽通过螺丝紧紧固定于有机玻璃板上。气压管共有三个口，上口通过浅黄色软管与上方电板相连接，电板采集信息后转换并传递至压力显示器（图2.4B），由于压力显示器的通信口未知，无法直接连接电脑记录并导出数据，所以采用摄像头摄像的方式采集数据，后用软件进行数据提取。另外一个开口可通过开关控制与大气的连通，ABAB图2.4压力测试装置软管：浅黄色半透明软管，外径6mm。水瓶：于超市购买，规格一样。先用记号笔对每个瓶子进行编号，编号1-8，通过电子天平称量每个瓶子的重量，每个瓶子对应的重量汇总见表1.1：表2.1水瓶重量编号12345678重量/g50.6950.7850.9950.5250.4850.6350.6850.57可见8个水瓶重量相差不大，在实验中排液量较大时，需要进行换瓶操作，由于事先进行了编号，计算时可消除各个水瓶不同重量造成的误差。水瓶在实验完成后用清水清洗，然后倒放在垫好的纸上，待水瓶干后可供后面的实验使用。2.2.2实验设计本实验共设计9组测量实验（表2.2），编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I。以不同的实验条件分别研究介质填充情况、泵速、原始含油量对垮塌堆积型底水油藏的生产动态的影响。表2.2实验参数实验组序号介质填充情况原始含油量（g）泵速（ml/min）A未填充2185.6360B未填充2919.0160C未填充3807.560D均一介质2786.8615E均一介质3065.9330F均一介质2570.8960G模拟遮挡物2306.5715H模拟遮挡物2512.1730I模拟遮挡物2502.1560已知量：水的密度待测量：各测点压力大小；每分钟出液量。每组实验中用电子天平测量了每分钟产液量，电子天平与电脑相连接，用电脑中的天平软件控制时间间隔采集每分钟产液量。通过实验中每分钟产液量的变化观察突变点，此时液体密度发生变化导致产液量发生急剧变化，由此判断见水时间。已知实验用水和模拟油的密度，可计算出见水后每分钟产出液的含水率，进而探索不同条件下含水率变化规律。实验通过气压管测量各个测点的压力，获取物理模拟实验中各个测点的压力变化数据。结合压力变化数据判断见水时间。2.2.3实验步骤本实验步骤包括实验准备阶段、正式实验阶段、实验处理阶段。实验前准备阶段包括材料准备、称油、装入介质、装水、通水排气、注油、补油、气压管液面平行、剩油称量。正式实验阶段包括开始水驱油和记录天平及压力数据。实验后处理阶段包括清洗仪器和整理及处理数据。实验流程图示意图如图1.2所示。图1.2实验步骤图实验准备阶段：（1）材料准备：在建筑工地取样灰岩碎石，人工筛选出混合较少杂质的优质灰岩，用大桶将取回的灰岩进行存放，先用清水进行浸泡，在室内浸泡3-4天，以清洗其中部分杂质，随后倒出大桶中的水。于池塘取天然水4桶，加入经过清水清洗后的碎石中，加入CaCO3，在室内浸泡3天，以备实验使用，并用塑料袋将桶封住上方开口，以防液体散失。实验具体过程（图1.3）：称油：将电子天平调整气泡居中，称量8个2L水瓶的质量，记录数据A1,A2等，称量4个空桶的质量，记录数据B2,B3,等。由于电子天平称量上限为2200g左右，分多次称量油，盛放于已知质量的空桶中，所称量油的总质量即为每次称量油质量的总和。装入介质：将大红桶子的部分碎石转移至实验所用容器，直至填满至容器顶部。装水：关闭下阀门，打开每根气压管，与大气相通。用桶将实验前准备的天然水倒入实验容器中，直至水面升高到圆筒较高部位，换用200ml烧杯继续加水至液面与圆筒上部界限平齐，盖上盖子，用螺丝紧紧固定。通水排气：左泵软管与上部阀门相接，右泵与下阀门相接用铁丝环绕固定。打开上、下阀门，左右泵均调为顺时针方向旋转，泵速调至120ml/min，仪器两端软管分别放入装着实验用水的桶中。打开两泵开关，将软管中气泡排出。注油：打开上阀门，调整泵的方向为逆时针方向，泵速调至120ml/min左泵软管另一头用下石头捆绑，沉于油桶底部，打开左泵开关，向圆筒中泵入油，泵入一定油量后，关闭阀门。补油：此时圆筒上部会存在少量气体甚至是小段气柱，由于本实验并未计量产气量，需将容器尽量用液体充满，以防止产气造成实验误差，将上部软管缓慢与上阀门分离，用针筒在所剩油存放的桶中吸油，并注入圆筒中，多次重复操作直至容器中无气泡。气压管液面平行：此时每根气压管处于打开状态，整个仪器与大气相通，每根气压管中的液面相互平行。剩油称量：将电子天平去皮归零，将剩余油的桶放在电子天平上进行称量，记录重量，实验前称量的总油量加桶的重量减去剩余油及桶的重量即为圆筒中所加入的油的重量。正式实验阶段：开始水驱油：关闭气压管管口，将上阀门与左泵软管重新紧密连接好，确保仪器处于密封状态。在天平上放置一个已知质量的水瓶，上软管管口悬置于水瓶瓶口1-3cm处，开启电脑天平数据记录软件，开启压力显示屏，左右泵都调至顺时针旋转，左右泵速在每次实验中泵速相等，分别设置为60ml/min，30ml/min，15ml/min，同时打开上下阀门，开启左右泵，从下阀抽水，上阀排液。记录数据：在电脑使用天平数据记录软件前，需输入对应的正确端口号，点击开始实验，点击保存数据，软件开始自动保存数据，这里软件默认每隔10s进行记录天平数据，在上软管中气泡几乎全部被排出即相对稳定后，改为每隔60s进行记录，按enter健后生效，待实验完成后，点击结束实验，将电脑桌面上生成的文件用移动硬盘拷贝出来。压力数据由压力显示屏获取，由于本实验中压力显示屏的通信接口未知，导致无法用电脑导出其中的压力数据，所以采取摄像软件对整个实验过程中压力数据的变化进行录屏，并用FreeVediotoJPGconventer软件截取每分钟压力录屏中的图片，后手动汇总每张图片中的压力数据至excel表中。注意：在实验过程中会由于水瓶中液体装满后需换瓶，记录换瓶时天平数值C。实验后处理阶段：（1）清洗仪器：实验结束后，关闭天平软件及录屏软件，确保数据已保存。关闭左右泵，打开气压管管口，将上软管与上阀缓慢分离，打开瓶盖。带上手套后，用手将仪器中碎石取出至桶中，放入清水进行浸泡，待1天后，用抹布将上表面浮出的油清理出来。向仪器中加入洗洁精，用清水猛冲产生大量泡沫，后用抹布洗拭至内壁干净，再用清水冲洗2-3遍，用干抹布将仪器盖子及圆筒擦拭干。（2）整理及处理数据：将所得原始天平数据及压力数据进行汇总整理，用水驱曲线法计算可采储量。2.2.4实验注意事项（1）实验开始前确定每根气压管封闭和圆筒上下阀门均打开。（2）每次称量前一定要检查天平气泡居中，不然会造成较大的称量误差。（3）换瓶时需要手动记录换瓶前的重量，与换瓶前软件自动记录的最后一分钟产液量进行换算，消除换瓶时的误差。（4）不可用蓝色塑料桶装油，需用白色桶装油。因为长时间用蓝桶存放油，油会从桶中渗透而出。第三章实验结果分析实验开始后，处于无水产油阶段，通过底水上侵的明显现象可判断见水时间，进而对见水后的含水率进行计算与分析。3.1实验数据整理及处理方法本实验采集了压力数据和天平的重量数据，压力数据通过对压力数据显示屏录屏获取，后使用FreeVideotoJPGConverter软件（图3.1左）将视频转换成每间隔一分钟截取的照片，并手动输入excel（图3.1右）中进行整理、成图。图3.1压力数据的获取及整理通过用电脑与电子天平相连接，通过电脑上的天平软件（图3.1左）控制采集周期记录天平重量数据，得到原始天平重量数据（图3.2右）。图3.2天平重量数据的获取及整理去除前一分钟内较不稳定数据，提取出排出气泡后的每间隔1分钟的天平数据，相邻两数据相减即为每分钟出液量，单位为g/min。由于泵本身流量不是绝对稳定的，在无水产油期，每分钟产液量并不是一个定值，出现上下波动的情况，且无水期时间较长。笔者在计算每分钟产出液体中油的含量的水的含量时，基于无水产油期无水产出，同时依据见水时间每分钟产液量随时间变化特征明显，先判断出见水时间，则见水前产液量等于产油量，减少了泵本身流量不稳定对实验造成的误差影响。对于见水后的天平数据，泵速已知，假设泵的流速稳定及每分钟产出液体积一定，同时已知每分钟产出液重量，油的密度和实验用水的密度已测得，使用用的模拟油密度为0.935g/ml，实验用水的密度为1.02g/ml。可分别根据式3.1和式3.2计算出含水体积和含油体积。(式3.1)(式3.2)式中：——每分钟产液总体积；——每分钟产液总质量。计算出含水体积和含油体积后，则可计算出水的质量、油的质量、含水率等数值。3.2产液量变化情况判断见水时间本实验针对于未充填的溶洞塌陷堆积体结构类型。根据流体力学理论，两相界面处的油水速度因油水的黏度存在差异,相同压差下,水流速度大于油流速度,水具有超越油相优先进入井筒的能力,即产生水锥。同时,因油水密度差产生的重力分离作用,又抑制水锥的产生和发展。3.2.1未填充介质时产液量变化情况根据未填充介质时三组实验记录的每分钟产液量数据，绘制每分钟产出液量随时间变化关系图（图3.3）。图3.3每分钟产液量速时间变化关系图由图3.3可明显看出，未填充介质时，泵速及其他条件相同时，实验中每分钟产液量随时间的变化情况可大致分为三个阶段：稳定期，上升期和平稳期。圆筒中原始含油越大，经历的稳定产油期越长；而三次实验每分钟产液量上升期时长基本相等，时长5-7min；当圆筒中油的含量剩余较少时，含水率已经达到较高水平，每分钟产液量基本不再增加，且随时间呈现较为平稳的波动趋势。由于每次实验时长不一，为比较不同时间相同对应时段的产液量随时间变化特征，对三组实验的时间进行无因次量纲处理，并绘制每分钟产液量与时间的无因次量的变化关系图（图3.4）。图3.4每分钟产液量随无因次量时间的变化关系据图3.4显示，三组实验每分钟产液量随时间的变化趋势基本一致。在早期稳定段呈现“拱”形，即稳定段中前几分钟每分钟产液量处于较低水平，短时间后产液量有所增加并维持在该值的一定上下范围内进行波动，在上升段前，经提高的产液量水平又会恢复至实验初始产液量水平。上升段中产液量随时间急剧上升。3.2.2填充均一介质时产液量变化情况填充均一介质时，由于泵速不同时，每分钟产出液量明显不在同一水平，且稳定期即无水产油期明显不同，需经无因次化处理，比较在产出过程中每一阶段不同泵速时的产液量变化规律，如图3.5所示。图3.5无因次化后均一介质产液量变化规律从图中可以看出，三条不同泵速的曲线变化趋势大致可以分为三个阶段：较为平稳阶段、陡增阶段和波动阶段。较为平稳阶段中，泵速为15ml/min的曲线每分钟产液量虽一直在上下轻微波动，但基本维持在同一水平上，而泵速为30ml/min和60ml/min时，每分钟产液量呈现出“拱”形，即该阶段起始和结束时产液量较低，中间经历了产液量小幅度的提升且维持在这一水平；陡增阶段三条曲线产液量短时间内迅速增加，陡增段相对于平稳段较短；波动阶段是指每分钟产液量达到较高水平后，此后处于波动期，由于波动期实验时间不长，导致波动期特征不明显，可考虑延长实验时间以探索第三阶段产液量变化特征。3.2.3填充模拟遮挡物时产液量变化情况在均一介质填充容器的基础上，以大石块模拟遮挡物，分别以450斜置于容器中上部和中下部，泵速为15ml/min、30ml/min、60ml/min进行实验，将时间和泵速分别进行无因次化处理，得到无因次量a，b。得到的每分钟产液量随时间的变化情况，如图3.6所示。图3.6无因次化后不同泵速下产液量变化情况上图中显示，三种曲线大致可分为三个阶段。第一阶段三条曲线基本维持在一定水平上下波动，没有出现未填充介质和填充均一介质时的“拱”形变化特征，可能是由于实验模拟的断层放置在容器中改变了流体流动过程中的流动方式，起到阻隔液体流动的作用，进而导致产液量在第一阶段无法增加；第二阶段表现我产液量的急剧上升；第三阶段产液量已达一定高度，并处于较不稳定的波动状态的特征。3.2.4产液量变化情况综合分析上文已经分别分析了三种不同填充介质情况时的产液量变化特征，将其变化特征归纳在下表3.1中：表3.1产液量变化特征汇总表实验组序号介质填充情况原始含油量（g）泵速（ml/min）产液量变化特征第一阶段第二阶段第三阶段A未填充2185.6360“拱”形上升期波动期B未填充2919.0160“拱”形上升期波动期C未填充3807.560“拱”形上升期波动期D均一介质2786.8615无“拱”型上升期波动期E均一介质3065.9330“拱”形上升期波动期F均一介质2570.8960“拱”形上升期波动期G模拟遮挡物2306.5715无“拱”型上升期波动期H模拟遮挡物2512.1730无“拱”型上升期波动期I模拟遮挡物2502.1560无“拱”型上升期波动期据表3.1显示，9组实验产液量变化特征基本保持一致，可大致分为三个变化阶段。在第二阶段都变现为急剧上升的上升期，第三阶段都处达到较高的产液量，且维持在这一水平上下波动，波动较为剧烈。但在第一阶段产液量出现了两种不同的变化特征。一种是“拱”形变化特征，即初始值和终值略低，中间维持在略高的水平上下波动；另一种一直维持在一定的水平上下波动。实验A、B、C、E、F在第一阶段表现出“拱”形的变化特征，而D、G、H、I未表现出“拱”形的变化特征。其中产生“拱”形的实验组实验条件为未填充介质或填充均一介质但泵速较大，说明这种变化特征差别的产生可能是因为渗流阻力较小和流速较大导致的。该实验结果具有一定的可信度，但仍需多次重复实验加以验证。3.2.5见水时间判断实验中见水模拟油田见水，代表着无水产油期的结束，可通过9组实验中产液量的急剧上升（图3.7）来体现，是因为见水后，产出液体密度发生了改变，液体从无水变成了油水，密度变大，出液量处于上升期，上升期起始时间即为见水时间。图3.7产液量变化情况对照图每组实验见水时间与实验可控泵速、介质、原油含量息息相关。同时也要注意实验不可控因素和其他因素的影响，如电压不稳定、仪器疏堵问题等。根据每组实验产液量开始急剧上升处判断出见水时间，统计在下表3.2中。表3.2产液量变化判断见水时间统计表实验组序号介质填充情况原始含油量（g）泵速（ml/min）见水时间（min）A未填充2185.636035B未填充2919.016045C未填充3807.56059D均一介质2786.8615181E均一介质3065.933091F均一介质2570.896035G模拟遮挡物2306.5715144H模拟遮挡物2512.173076I模拟遮挡物2502.156035据表3.1显示，见水时间随泵速增加明显减短，原始含油量增加会延后见水时间。见水时间不同，底水上侵情况也会随之不同，进而结合多种因素得出临界产量和底水突破时间的数学模型。结合实验结果，可考虑调整开采速度针对不同原始含油的储层来达到控制无水产油期的目的。笔者进行实验中并未比较其他条件相同时介质填充情况对见水时间的影响，可在后续实验中加以探索。3.3压力曲线判断见水时间上文已介绍根据每分钟产液量变化特征来判断见水时间的方法，底水上侵过程中不仅具有产液量变化的特征，同时液体密度的改变也会导致压力的变化特征改变。可根据压力变化趋势突变点来判断见水时间。将9组实验压力曲线放在一起观察其变化特征，并判断见水时间。图3压力曲线据图3可知，根据压力变化特征判断见水时间统计如下表。3.3.1未填充介质时产液量变化情况3.4不同条件下含水变化规率实验比较了未填充介质时不同原始含油量条件下泵速为60ml/min时含水率随见水后时间的变化情况，对比了填充均一大小介质，填充大石块（模拟遮挡物）两种情况下不同泵速15ml/min、30ml/min、60ml/min见水后含水率随见水后时间的变化规律。3.2.1未填充介质含水变化情况圆筒中未填充介质时，设置泵速为60ml/min，研究泵速一定和其他条件相同时，不同原始含油量对含水率变化随见水后时间变化规律的影响，实验设置参数见表3.1中前三组实验参数，原始含油量分别为3807.5、2919.01、2185.63。由于实际实验过程中，向圆筒中注油经过了泵注油和针管注油两次注油，往往难以达到其他几组实验原始含油相同的条件，故设原始含油量不同，其他条件相同进行了三组实验，以探讨不同原始含油量对含水率的变化情况的影响。这三组实验所得天平数据，经处理后，含水率随见水时间的变化情况如图3.1所示。图3.1不同原始含油量对含水率变化情况的影响3.2.2填充均一介质含水变化情况填充均一大小介质时，分别进行了不同泵速15ml/min、30ml/min、60ml/min情况下的三组实验，不同泵速下含水率随见水后时间的变化规律如下图3.2所示。图3.2均质填充介质不同流速时含水率随时间的变化情况图3.3含模拟遮挡物不同流速时含水率随时间的变化情况3.5无水采收率剩余油分布3.6实验误差分析由于实验方法是实验设备的不完善，环境因素和人为因素等限制，实验测量值和真值之间总是存在着一定的差异，在数值上表现为误差。为评定实验数据的准确性，减小实验测量值与真值之间的差值，通过误差分析，认清实验误差的来源及其对实验所测数据的影响，使我们可事先确定可能导致较大误差的因素，进而设法减少甚至排除这些因素对实验数据的影响，进一步改进实验方案。3.6.1实验误差分类进行实验的过程中，不可避免地会存在着各方面的误差，笔者将本实验操作过程中存在的误差进行了分类整理，根据误差的性质及其产生的原因，将其分为了系统误差、偶然误差和过失误差三种。系统误差一种恒定的误差，由某些固定不变的因素引起的误差，如实验仪器和实验方法不够完善或测量技术上收到限制等。表现为在相同条件下，该误差的偏向和大小在多次测量下保持相同的特征。本实验产生的系统误差来源主要有：气压管密封性不好造成压力测量值偏低。实验中液体从圆筒-软管-塑料瓶产出并称量的过程存在一定的延时性。两泵未经完好校准偶然误差偶然误差具有随机性。由各种偶然因素影响产生，且无法控制。偶然误差总是存在的，表现为有时偏大，有时偏小的特征，大量测量时随机误差服从统计规律，多服从正态分布。不过可以选择多次测量取平均值的方式来达到减小偶然误差的目的，偶然误差无法被消除。本实验产生的偶然误差来源主要有：（1）部分与气压管连接的软管被气体或堆积的杂质堵住，导致测量不准确。（2）由于气压管与圆筒相互连通，气压管中水柱的高低变化会导致圆筒中液体体积的改变，从而可能导致产液量的略微偏高。（3）三分管处分叉处。流速较大时，液体更趋向于从较粗的软管流动，而不会向气压管方向流动。（4）泵提供液体流动的能量不够稳定。导致每分钟产液量测量值不准。（5）实验过程中若有气体产出，由于只对产出液重量进行称量，无法计量该情况下液体体积。过失误差又称粗差。指明显超出规定条件预期下的误差。该误差可以规避。处理数据时应将其剔除。多由于人为操作不当导致的误差。本实验产生的过失误差来源主要有：（1）称量过程中部分油溢出到地上或粘附在手上导致的误差。（2）实验过程中由于圆筒上部盖子密封不够紧密，导致油溢出产生的测量误差。（3）实验所用取样介质含少许水泥，与模拟的地层不完全符合，后续实验中可通过人为筛选减小该原因造成的误差。（4）电子天平仪器本身存在的称量误差以及人为操作不当导致的称量误差。（5）由于残余油会附着在仪器上，难以清洗，清洗不够干净会导致下次实验原始含油比称量的略微偏大。3.6.2实验结果误差估算及评定方法在相同条件，由于无水采油期产出液只含油，且泵速一定，可将算术平均值作为无水采油期间每分钟产液量真值的最佳估计。通过计算该期间每分钟产液量测量值的算术平均偏差、标准差等进行误差的估算并加以评定。对九组实验分别进行计算。算术平均值算术平均值可通过下式（式3.1）进行计算：（3.1）式中：对九组实验无水采油期的测量数据分别进行计算，并以计算的算数平均值作为真值的最佳估计。利用算术平均偏差、标准差评定其可靠性。算术平均偏差算术平均偏差即为各测量值与算术平均值差的平均值。计算表达式如下（式3.2）：（3.2）测量结果可表示为：标准差算术平均值、算术平均偏差、标准差计算结果统计在表3.1中：表3.1误差估算表实验组序号介质填充情况原始含油量（g）泵速（ml/min）算术平均值算术平均值偏差标准误差A未填充2185.636058.790.340.39B未填充2919.016059.110.290.39C未填充3807.56058.380.330.4D均一介质2786.861514.520.0820.096E均一介质3065.933029.020.190.24F均一介质2570.896058.230.330.59G模拟遮挡物2306.571514.420.0820.093H模拟遮挡物2512.173028.70.150.18I模拟遮挡物2502.156057.530.280.34据表3.1,可知，在未填充介质时，三种不同原始含油量条件下标准误差基本相等，说明原始含油量大小对无水采油期每分钟产出油量的影响较小。泵速越大，误差越大3.7本章小结3.8实验不足与改进方法实验不足主要在于未考虑多组实验填充介质时由于填充的随机性导致的不同的润湿性和渗透率。本实验使用的油一种黏度的油，使用不同黏度的油进行实验，可探讨黏度对实验结果的影响。因为本实验过程中所设泵速较大，且同时使用的油粘度较低，渗流阻力较小，因此见水后含水率急剧上升，调整实验流速，将泵速适当调小，如可控制泵流速在5ml/min、15ml'/min、25ml/min、35ml/min、45ml/min分别使用低黏度及高黏度油继续进行实验。设计多组单因素变量实验，分别以介质填充情况、油的黏度、流动速度、原始成藏时含油量为变量，获取压力数据和产液量数据。获取压力数据和产液量数据从每间隔1分钟获取改为每间隔30s获取一次数据，减小记录数据时间间隔，进而观察绘制的曲线特征，。购买染色剂，通过将水染色，观察实验过程中水锥形态的变化。致谢我要感谢在我完成论文过程中提供帮助的人。首先，我要感谢我的导师潘琳教授，他耐心的指导，宝贵的建议和不断的鼓励让我顺利完成了这篇论文。他严谨的学术精神和谦虚豁达的性格在学术和生活上都给了我很大的启发。在我完成论文的整个过程中，他给了我很多帮助和建议，这使我的成就成为可能。同时，我要向所有在这所大学教育我的老师们表达我诚挚的感谢。他们的指导开阔了我的视野，他们富有启发性的教学为我完成这篇论文打下了坚实的基础，对我未来的职业生涯和学术研究都具有很大的价值。我还要深深感谢我的师兄师姐们和同学们。是他们的帮助让我得以完成了那些难以独立完成的任务。他们在精神上给了我很大的支持和鼓励。我也要感谢作者们，他们的书和文章给了我写这篇论文的灵感。最后，我想表达我特别感谢