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制造方法及图纸

本发明专利技术涉及的是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，其中重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进优化方法依次为注采渗流倾角可调式填砂物理模型设计、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、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、物理模型一元表面活性剂驱前缘及渗流物性参数获取、重力效应稳定驱替前缘去含油饱和度及变注采渗流倾角的稳定渗流技术界限划分与粘性指进控制能力优化。本发明专利技术解决了在现有表面活性剂驱油中，为了有效避免粘性指进，往往需向体系引入聚合物类流度控制剂而进一步增加了采油成本、并复杂化了地面注采工艺的问题。

Gravity fingering optimization method and device for controlling viscous fingering in surfactant flooding

The invention relates to an optimization method and device for viscous fingering in surfactant driven oil displacement by gravity effect control, in which the gravity effect control method for viscous fingering in surfactant flooding is, in turn, the physical model design of injection production and seepage angle adjustable sand filling, the surfactant solution displacement under gravity effect and the formation of microemulsion. The correlation of seepage velocity in the slug interface area, the relationship between the microemulsion slug and the seepage velocity in the interface area of the \oil wall\ area under the gravity effect, the physical model, the extraction of the front edge of the surfactant surfactant and the physical parameters of the seepage, the stability of the gravity effect, the displacement of the leading edge to the oil saturation, and the stable seepage technology for the seepage angle of the variable injection production. Division of operation limits and optimization of viscous fingering control capability. The invention solves the problem that in the existing surfactant flooding, in order to effectively avoid viscous fingering, it is often necessary to introduce polymer fluidity control agent into the system, thereby further increasing the oil production cost and complicating the surface injection and production process.

【技术实现步骤摘要】
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一、
：本专利技术涉及的是表面活性剂驱油中，解决流度控制剂缺失时，如何利用重力辅助效应来稳定驱替前缘、控制粘性指进行为，以及对重力辅助效应下表面活性剂采油井网部署方式如何进行优化的技术难题，具体涉及的是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。二、
技术介绍
：化学驱技术已在我国提高原油采收率方法应用所覆盖的储量中占到70％以上，尽管这其中以粘弹性聚合物驱的应用最为广泛，但随着聚合物驱提效极限的不断来临及复杂类型油藏的勘探开发，在油田储量、产量的良性循环及有序接替需求背景下，以能够降低油水界面张力、增加毛管数、启动残余油的表面活性剂作为一种化学驱油剂已经成为解决油田后期开发减缓、产量递减的主要应对措施(WangYefei(王业飞)，LiJiyong(李继勇)，ZhaoFulin(赵福麟)，PetroleumGeology&RecoveryEfficiency(油气地质与采收率)，2001，8(1)：67～69；WangGang(王刚)，WangDemin(王德民)，XiaHuifen(夏慧芬)，JuYe(鞠野)，LiuChunde(刘春德)，ActaPetroleiSinica(石油学报)，2007，28(4)：86～90；JunLu，AliGoudarzi，PeilaChen，DoHoonKim，MojdehDelshad，KishoreK.Mohanty，KamySepehrnoori，UpaliP.Weerasooriya，GaryA.Pope，JournalofPetroleumScienceandEngineering，2014，124:122-131)。除了辅以聚合物或碱来发挥流度控制与提高界面活性的协同作用外，一元表面活性剂驱油在近年来也与二元复合驱及三元复合驱一样吸引了三次采油领域的广泛关注和研究应用。该驱油技术在能够实现去含油饱和度的同时，具有大大简化地面工程注入系统和采出系统，节约复合驱中额外用剂成本，使采出液地面处理难度也相对减小的诸多优势。特别地，对于中、高渗透率油藏，在水驱或聚驱后挖潜盲端类残余油主要仍在于克服毛细管力、促进增溶、乳化与携带(ChenHailing(陈海玲)，ZhengXiaoyu(郑晓宇)，JiangQingzhe(蒋庆哲)，ModernChemicalIndustry(现代化工)，2013，33(3)：12～16；ZhouYazhou(周亚洲)，YinDaiyin(殷代印)，CaoRui(曹睿)，OilfieldChemistry(油田化学)，2016，33(2)：285～290)，因此，成熟的一元表面活性剂驱油技术依然是提高不可再生资源利用率、保障油田可持续发展、维护国家能源安全的三次采油核心技术之一。然而，一元表面活性剂驱油由于缺失了以聚合物为代表的流度控制剂，自身水溶液粘度又很低，在非均质油藏中的粘性指进行为将非常突出，进而造成多孔介质多相渗流过程中驱替前缘推进不稳定、直接影响其驱油效率的问题。尽管水平井技术的大规模高速发展及应用为重力辅助采油提供了方便和优越条件，在表面活性剂参与的复合驱方法中也有相关探索性研究(SiLeVan，BoHyunChon，Energies，2016，9(4)：244)，但对于表面活性剂驱油，如何发挥重力辅助效应来控制粘性指进、重力辅助效应发挥过程中的渗流参数界限如何确定、以及油藏地质条件变化下相应重力效应取代流度控制剂的采油井网部署方式如何优化仍是一项空白，也是一元表面活性剂驱油技术推广应用的一项难题和亟待应对的问题。而与此同时，一方面，由于超低界面张力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，超低界面张力表面活性剂体系与残余油的乳化必然会形成在一定程度上隔离驱替相与前端“油墙”的微乳液段塞，另一方面，能够减少油田地面投资、方便油田地面管理、适合于在老油井中侧钻而进行滚动开采的斜井技术已日趋成熟，这均为突破直井、水平井采油在渗流参数界限调整方面存在的局限、充分考虑微乳液段塞而借助重力效应来稳定表面活性剂驱油中的多相渗流特征、并形成其粘性指进行为的科学化控制方法提供了可能和工业应用的可行性。为此，专利技术一种利用重力效应来控制表面活性剂驱油中粘性指进行为的方法，并专利技术对此方法优化的试验装置，对于一元表面活性剂采油中钻井工程的设计、驱油方案的制定具有重要意义和参考价值，同时有益于促进高含水期油田一元表面活性剂驱降低残余油饱和度的工业化推广工作。三、
技术实现思路
：本专利技术的一个目的是提供重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进优化方法，本专利技术的另一个目的是提供重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进优化方法使用的装置，它用于解决在现有表面活性剂驱油中，为了有效避免粘性指进，往往需向体系引入聚合物类流度控制剂而进一步增加了采油成本、并复杂化了地面注采工艺的问题，尤其是解决水平井、斜井开发技术在利用重力效应稳定表面活性剂驱多相渗流的探索应用中，对重力稳定效应的发挥及其控制粘性指进行为缺少定量关联和描述的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种重力效应控制表面活性剂驱油中粘性指进优化方法：(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，再将所述填砂物理模型通过卡瓦置于翻转轴上，翻转轴一端连接可旋转轴承座，另一端相接于单头涡轮蜗杆减速机，旋转轴承座安装在支撑架上，角位移变送器通过输入法兰螺栓连接于单头涡轮蜗杆减速机上，利用具有高精度码盘的伺服电机驱动单头涡轮蜗杆减速机获得动力输出，填砂物理模型倾斜设置，填砂物理模型注入端在下、填砂物理模型采出端在上，对填砂物理模型进行不同程度旋转，实现填砂物理模型两端倾角的改变，借助连接于单头涡轮蜗杆减速机的角位移变送器来测量、控制注采渗流倾角，并由单头涡轮蜗杆减速机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，自填砂物理模型注入端至采出端，将填砂物理模型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：Vs-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；ρs为表面活性剂溶液密度，kg/m3；μs为表面活性剂溶液粘度，Pa.s；μe为微乳液粘度，Pa.s；ρe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，％；Ks为表本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：...

【技术特征摘要】
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：Vs-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；ρs为表面活性剂溶液密度，kg/m3；μs为表面活性剂溶液粘度，Pa.s；μe为微乳液粘度，Pa.s；ρe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，％；Ks为表面活性剂溶液相对渗透率；Ke为微乳液相对渗透率；Ms-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：Ve-o为微乳液段塞与形成“油墙”界面区域的渗流速度，m/s；ρe为微乳液密度，kg/m3；ρo为油相密度，kg/m3；μe为微乳液粘度，Pa.s；μo为油相粘度，Pa.s；μw为水相粘度，Pa.s；K为模型绝对渗透率，m2；φ为模型孔隙度，％；Ke为微乳液相对渗透率；Kro为油相相对渗透率；Krw为水相相对渗透率；Me-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ρo，μo，μw，ρs，μs，ρe，μe；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Vs-e及形成微乳液段塞与推进“油墙”界面区域的渗流速度Ve-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Vs-e和Ve-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·Vcrit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；Vcrit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...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟会影，尹洪军，杨庭宝，李园园，那雪芳，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23