一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法技术

本发明专利技术公开一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，包括，S1：储层岩石物性及力学特性参数测试；S2：人工岩样制备及测试；S3：制备符合模拟开采场景的人工岩样；S4：岩样的地层条件还原；S5：岩样污染带的模拟与小型扩容膨胀试验；S6：扩容试验结果分析及扩容膨胀方程的建立；S7：扩容后破裂面（微裂缝）微观形态试验；S8：建立疏松砂岩储层扩容膨胀数学模型及数值模型。本发明专利技术通过地层条件的室内模拟实验与温度‑渗流‑应力耦合的数值模拟相结合的方法，模拟不同地层在不同注入条件下的应力‑应变及渗透率变化。建立注入参数与岩石应变、孔隙度、渗透率之间的数学模型，方便快速准确地为疏松砂岩注水扩容施工提供最佳优化方案和理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法
本专利技术涉及油气资源开发领域，特别是一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法。技术背景世界上的油气资源大约70%分布在砂岩地层中，该类地层在我国的海上和陆上分布范围广，油藏储量大，产量指标在油气田开发中占有重要地位。砂岩油藏具有独特的地质及物性特征，经常出现砂堵现象，从而造成井筒附近渗透率的下降，进而油井产量受到影响。特别的，对于我国海上砂岩油藏，多数油井开采过程中易出现砂堵现象，对油气井危害极大，造成油井减产或停产作业，甚至油井报废。砂堵已成为影响油藏产能的突出问题之一。注水扩容施工是缓解砂堵的一种解决方案，可到达缓解粉砂在井周堵塞污染的目的，同时注水扩容会在地层附近产生微裂缝，以改善储层物性和防止防砂层污染，进而可以提高产能。但现有技术中对注水膨胀扩容实验的探究不足，无法准确的预测不同地层条件下的最优的注水参数，更没有针对扩容参数的确定的优化分析，导致无法得到科学和实用的模型及结果来指导注水扩容施工。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术通过以下技术方案来实现，一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，包括以下步骤：S1：对储层岩石进行力学性质及物性参数的测试，得出所述岩石的粒度组成分布曲线、孔隙度、渗透率、应力-应变曲线和弹性参数；S2：制备出与所述储层岩石性质最吻合的人工岩样；S3：制备多个S2中所得的人工岩样，并将多个人工岩样分成若干组，每组包含两个人工岩样，在所述人工岩样的截面中心钻一井眼，下入模拟套管，用于模拟开采场景；S4：对S3中所得的人工岩样进行地层条件和污染带的模拟试验；S5：对S4中所得的人工岩样进行注水扩容膨胀室内模拟试验，得出扩容的最佳注水参数；S6：分析所述注水扩容膨胀室内模拟试验的结果并建立扩容方程；S7：对所述注水扩容膨胀室内模拟试验后形成的破裂面进行微观形态观察试验和分析；S8：根据所述岩石膨胀扩容方程及破裂面微观形态观察试验分析结果，建立一套数学模型，并作为建立数值模型的理论指导。进一步的，所述步骤具体包括如下内容：S1：储层岩石力学性质及物性参数的测试。试验测试目的层岩样的粒度，获得粒度组成分布曲线。试验测量岩样孔隙度、渗透率，并对对目的层岩样进行单/三轴抗压强度试验和单轴抗拉强度试验。通过试验得到的应力-应变曲线，分析得到储层岩石的弹性参数（包括弹性模量、泊松比、抗压强度、残余强度、体积应变、扩容率、剪胀角、内摩擦角、内聚力、抗剪强度等）；S2：制备出与所述储层岩石性质最吻合的人工岩样。依据S1中所得粒度组成分布曲线，制备多组各种粒度石英砂不同占比的岩样。试验测试所制岩样的物性参数和力学性质参数，包括岩样的孔隙度、渗透率、应力-应变曲线和弹性参数，分别与S1中所测储层岩石物性参数和力学性质参数做比较。分析得到一组与储层岩石物性最吻合的石英砂颗粒粒径占比情况。S3：制备符合开采场景的人工岩样。利用S2中所确定的最佳石英砂颗粒粒径配比，制备多组相同性质岩样。在岩样截面中心钻一微小井眼，下入模拟套管，在模拟套管底部均匀钻孔模拟真实地层射孔孔眼。S4：岩样的地层条件及污染带的模拟。从岩样顶部截面注入清水，注入压力为目的层孔隙压力，一直保持孔隙压力至试验结束。同时，为岩样设置地层温度。岩样污染带模拟是用放射性同位素示踪剂标记的粉砂混合物流体来模拟四组相同性质岩样中的每组两个岩样污染程度不同的情况。S5：进行注水扩容膨胀室内模拟试验。分别进行恒定压力的低流速扩容室内模拟试验、恒定流量的低流速扩容室内模拟试验、不同频率下的循环水压力扩容室内模拟试验，步骤如下：S51：向S4中所得的人工岩样的模拟井眼进行注水试验，所述试验分别在不同的注水参数下进行，所述注水参数包括注水压力、注水流量和注水频率；S52：根据人工岩样的应力应变和渗透率，分析出最佳注水压力、最佳注水流量和最佳注采时间比。其中，不同频率下的循环水压力扩容室内模拟试验分别在所述最佳注水压力和最佳注水流量的条件下进行。S6：扩容膨胀试验结果分析及扩容方程的建立。连续记录三类扩容膨胀试验结果，对扩容膨胀试验结果进行分析，确定注入参数与岩石应力-应变、渗透率之间的匹配关系，建立岩石膨胀扩容条件下的方程，为数学模型的建立提供基础理论指导。S7：扩容膨胀后破裂面（微裂缝）微观形态试验，利用计算机控制X光断层扫描技术观察三类扩容试验后岩样内部结构和不同污染程度岩样试验后的扩容区大小，得到微裂缝形态、位置的可视化描述等一系列观察结果，并对试验结果加以比较分析。S8：建立疏松砂岩储层注水扩容膨胀数学模型及数值模型。根据岩石膨胀扩容方程及破裂面微观形态观察试验分析结果，建立一套数学模型，并作为建立数值模型的理论指导。建立温度-渗流-应力耦合的水力扩容数值模型，试验结果和数值模型结果进行比较，互相验证。最后，应用模型对不同的目的层进行水力参数确定，通过改变注入参数，计算分析后得最佳的注水扩容膨胀方案。本专利技术的优点在于：（1）本实验方案立足于还原真实的地层条件：通过地层条件的室内模拟实验与温度-渗流-应力耦合的数值模拟相结合的方法，模拟不同地层在不同注入条件下的应力-应变及渗透率变化，使得实验环境和实际情况相吻合，保证了实验结果的准确性；（2）本实验方案采用破裂面观察实验对已建立的模型进行验证：建立注入参数与岩石应变、孔隙度、渗透率之间的数学模型，探寻具体的最佳注水压力、注水流量和注采时间比，并采用扩容破裂面的观察实验去验证和优化最佳注入参数，进一步确保模型的准确性；（3）本实验方案考虑到实际开采中的注水问题：本方案研究在最佳注水压力和最佳注水流量下，注入时间和采出时间的最佳比值，这样更符合油田实际情况，使得实验模型更具科学性和实用性。综上，本方案为注水扩容施工提供了最佳的优化方案和理论依据，可更方便快速准确地进行砂岩疏松施工。附图说明图1为本专利技术的试验中的应力-应变曲线图；图2为本专利技术的试验设备中测试岩心模具原理图；图3为本专利技术的试验中Φ100mm×100mm大岩样模型图；图4为本专利技术的试验设备中三轴岩石力学测试系统原理图；图5为本专利技术的试验中扩容前的粉砂污染模型图；图6为本专利技术的试验中轴向应力-应变关系和岩心渗透率-应变关系曲线；图7为本专利技术的试验中扩容后污染分布剖面图；图8为本专利技术的试验中扩容破裂面等高值线；图9为本专利技术的试验中微裂缝形态、位置的可视化描述图；图10-11分别为本专利技术的试验中试样颗粒胶结程度及孔缝分布表征图；图12为本专利技术建立的砂岩储层水力扩容几何模型图；图13为本专利技术中模型计算结果部分截图；图14为本专利技术的实验结果中孔隙度随注入时间的变化曲线；图15为本专利技术的实验中不同角度有效应力的变化曲线；图16为本专利技术的实验流程图。图2中：21-上夹持盘，22-岩心模具本体，23-下夹持盘，24-岩心压杆；图3中：31-模拟套管，32-模拟孔眼；、图4中：101-储油罐，102-轴压泵，103-轴压控制装置，201-空气压缩泵，202-储气罐，203-恒温恒压装置，301-活塞，302-高压釜体，303-进气口，304-排气口，305-岩心夹持器，306-自粘密封带，307-第一橡胶密封垫，308-全直径岩心，309-岩心中孔，310-第二橡胶密封垫，401-进口压力显示及传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对储层岩石进行力学性质及物性参数的测试，得出所述岩石的粒度组成分布曲线、孔隙度、渗透率、应力‑应变曲线和弹性参数；S2：制备出与所述储层岩石性质最吻合的人工岩样；S3：制备多个S2中所得的人工岩样，并将多个人工岩样分成若干组，每组包含两个人工岩样，在所述人工岩样的截面中心钻一井眼，下入模拟套管，用于模拟开采场景；S4：对S3中所得的人工岩样进行地层条件和污染带的模拟试验；S5：对S4中所得的人工岩样进行注水扩容膨胀室内模拟试验，得出扩容的最佳注水参数；S6：分析所述注水扩容膨胀室内模拟试验的结果并建立扩容方程；S7：对所述注水扩容膨胀室内模拟试验后形成的破裂面进行微观形态观察试验和分析；S8：根据所述岩石膨胀扩容方程及破裂面微观形态观察试验分析结果，建立一套数学模型，并作为建立数值模型的理论指导。

【技术特征摘要】
1.一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对储层岩石进行力学性质及物性参数的测试，得出所述岩石的粒度组成分布曲线、孔隙度、渗透率、应力-应变曲线和弹性参数；S2：制备出与所述储层岩石性质最吻合的人工岩样；S3：制备多个S2中所得的人工岩样，并将多个人工岩样分成若干组，每组包含两个人工岩样，在所述人工岩样的截面中心钻一井眼，下入模拟套管，用于模拟开采场景；S4：对S3中所得的人工岩样进行地层条件和污染带的模拟试验；S5：对S4中所得的人工岩样进行注水扩容膨胀室内模拟试验，得出扩容的最佳注水参数；S6：分析所述注水扩容膨胀室内模拟试验的结果并建立扩容方程；S7：对所述注水扩容膨胀室内模拟试验后形成的破裂面进行微观形态观察试验和分析；S8：根据所述岩石膨胀扩容方程及破裂面微观形态观察试验分析结果，建立一套数学模型，并作为建立数值模型的理论指导。2.如权利要求1所述的一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：S21：根据S1中得出的所述岩石的粒度组成分布曲线，制备多组各种粒度石英砂不同占比的人工岩样；S22：测试得出S21中所述各组人工岩样的孔隙度、渗透率、应力-应变曲线和弹性参数，并分别与S1中所测储层岩石的力学物性参数做比较；S23：分析得到一组与储层岩石性质最吻合的石英砂颗粒粒径占比情况的人工岩样。3.如权利要求1所述的一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，其特征在于，在S4中，所述地层条件模拟包括模拟目的层岩石的孔隙压力和地层温度，具体操作如下：分别从各组的人工岩样的顶部截面注入清水，直至注入压力达到目的层孔隙压力，并一直保持孔隙压力至试验结束；同时，给各组的人工岩样设置地层温度。4.如权利要求1或3所述的一种注水扩容膨胀施工参数优选的实验方法，其特征在于，在S4中，所述污染带模拟试验的具体操作如下：在承受所述孔隙压力的各组人工岩样的模拟井眼中，注入粉砂混合物流体，所述粉砂混合物流体采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱海燕，唐煊赫，王衡，刘清友，陶雷，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51