多孔介質示蹤劑微觀滲流仿真實驗研究

0油層特性調查和示蹤劑應用油藏工程的動態分析方法表明，跟蹤流跡輸入是測試井間、層之間、層內滲流參數、影響和油藏不均勻的重要手段。井間圖像檢測提供了獲取這些信息的能力。井間示蹤技術是一種直接測定油層特性的方法,通過井筒向油藏加入與被示蹤流體性能及狀態同步或者接近的物質(包括專用示蹤劑或其他可分辨的驅替流體),跟蹤注入流體在油層中運動的狀況,依據示蹤劑的開采動態研究油層特性;通過生產井檢測到的示蹤劑濃度產出曲線,反饋有關油層特性及開采現狀的信息[7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]。20世紀末玻璃激光刻蝕模型廣泛應用以來,已經為水氣兩相滲流機理、稠油泡沫驅和三元復合驅機理對比、礫巖油藏微觀水驅油特征等方面的研究提供了可靠的技術手段。國內外的示蹤劑實驗研究主要集中在篩選示蹤劑,確定示蹤劑擴散系數和不同非均質級別的滲流現象,目前尚缺少微觀孔道級別的滲流特征研究。本文利用玻璃仿真微觀模型,針對微觀孔道級別的示蹤劑滲流機理和運移特征,進行了注入示蹤劑段塞、聚合物驅和第2次水驅以及第2次注入示蹤劑段塞3組微觀可視化模擬實驗,直接觀察了多孔介質微觀傳質擴散過程和機理。認識示蹤劑在多孔介質中的傳播規律,對提高示蹤劑解釋準確程度具有重要指導意義。1實驗材料和設備1.1孔隙結構觀察和示蹤劑的配制1)實驗巖心切片:根據實際巖心的電鏡掃描,通過激光刻蝕得到的玻璃仿真微觀模型。尺寸5cm×5cm,滲透率10~50μm2,孔喉半徑30~200μm,孔隙體積約為0.149mL。2)示蹤劑:為了在實驗過程中便于觀察示蹤劑的滲流情況,用蒸餾水配制1%的藍色亞甲基藍溶液作為示蹤劑。3)聚合物:為了突出聚合物的封堵效果,選用相對分子質量為1800萬聚合物,溶液質量濃度為1000mg/L(用蒸餾水配制)。4)注入水:蒸餾水。1.2圖像采集板dcs實驗裝置如圖1所示,主要由微觀模型、QIZC泵、顯微鏡、成像系統、吊瓶等組成。1)實體顯微鏡:物鏡倍數0.32×,1×,2×;變焦范圍5~40倍;無級變焦;具備圖像分析系統接口(CCD接口)。2)計算機:最低配置為PD500,內存512M,硬盤120G,配備可讀寫光驅,以利于圖像及數據備份。3)圖像采集板:采用高精度彩色圖像采集卡(768×576),配置PCI插槽,采集的圖像為R,G,B三路,每路為8bit。4)彩色攝像頭:采用高性能工業級(或分析級)彩色CCD攝像頭,靶面一般選1/2或1/3in(1in=2.54cm),最低照度為3Lux,信噪比大于40dB,水平分辨率大于450線。工作溫度-10~50℃。2示蹤劑加入量實驗驅替速度0.016mL/min,溫度為常溫(25℃),步驟為:1)模型抽空飽和水,用稱重法測模型孔隙體積,進行第1次水驅(5.00PV);2)第1次注入示蹤劑段塞(5.00PV),模擬僅存在水相條件下,示蹤劑在微觀孔道中的運移過程;3)為更好地觀察示蹤劑的混合作用及是否存在與水相流度不同的物質(例如油),選擇注入封堵效果好的大分子聚合物(5.00PV);4)第2次水驅(2.00PV)及第2次注入示蹤劑段塞(5.00PV),模擬存在與水相流度不同物質(例如油)條件下,示蹤劑的微觀孔道運移過程。3結果3.1孔道級別對示蹤劑溶液擴散的影響水驅過程中注入示蹤劑段塞,由于存在濃度梯度,多孔介質中發生傳質擴散作用。第1次注入示蹤劑階段模型圖片見圖2。由圖2可以看出,由于多孔介質的非均質性,使得示蹤劑運移具有如下特征:1)示蹤劑運移方向上,質點滲流路線是1條彎曲度很高的曲線,表明實際滲流過程中,迂曲度較大,有助于多孔介質的傳質和擴散,且示蹤劑存在孔道級別上的“水動力滯留”,隨著注入的進行,示蹤劑將擴散到這些夾在稍大孔道中間的小孔道中(見圖2b)。2)示蹤劑先沿大孔隙和粗喉道向前突破,在孔道的交叉點顯出很強的混合作用,且不同方向上的傳質擴散速度不同,有相對主要的傳質擴散方向。但是相對于實際地層多孔介質,在微觀均質模型中,由于多孔介質的網絡結構,示蹤劑邊移動邊橫向傳質擴散。隨著時間推移,濃度前緣橫向擴展明顯,同時,隨著注入的繼續進行,示蹤劑前緣越來越不規則,“水動力滯留”現象逐步由單孔道級別擴展到多孔道級別。這說明隨著示蹤劑在多孔介質中的運移,其繞流規模有可能會越來越大(見圖2b—2d)。3)由于質量濃度差的存在,示蹤劑段塞形成明顯的傳質擴散前緣,且隨著注入過程的進行,示蹤劑的質量濃度前緣寬度逐步擴大,質量濃度梯度有減小的趨勢(見圖2b—2e)。4)由圖2d—2i可以觀察到明顯的多孔道級別上的“水動力滯留”。微觀非均質性造成了很強的繞流效應,但是隨著注入的繼續,分子擴散及機械彌散使水動力滯留區逐步被示蹤劑填充。3.2聚合物的分散和擴散作用注聚階段,由于聚合物溶液具有黏度大、相對分子質量大、水動力半徑大等特點,所以,在聚合物溶液驅替示蹤劑水溶液過程(見圖3)中,可以看到以下特征:1)聚合物存在明顯的不可入孔隙體積,包括較細的孔道和喉道。與水驅相比,聚合物溶液能夠形成更大尺寸的繞流區域,形成“水動力滯留”現象。同時,較細喉道的控制作用比水驅過程中要強很多,表現為示蹤劑在相當長一段時間內維持較高的質量濃度(見圖3b—3g)。2)與水驅對比,聚合物溶液流動過程中,微觀前緣較穩定,但是具有明顯的竄流通道特征,短期內橫向擴展的寬度小(見圖3b—3j)。3)聚合物對所用的示蹤劑形成了較強的吸附滯留作用,尤其是在較細的喉道處(見圖3h—3i)。4)圖3j—3l驗證了多孔介質傳質擴散中的“凝膠色譜效應”,顯示了小分子示蹤劑比大分子聚合物到達的范圍更大,其滲流速度會低于聚合物。5)大分子聚合物改善了主流通道上的非均質性,使驅替前緣更為穩定,但也造成了更多、更大尺寸上的繞流效應。3.3聚合物溶液殘留的影響在聚驅后的后續水驅過程中注入示蹤劑段塞,其傳質擴散規律與水驅過程中類似,但是也發現了一些不同特征(見圖4)。1)由于聚合物溶液滯留,造成聚驅后多孔介質多孔道級別的非均質性增強,表現為示蹤劑繞流的最大尺寸增加,繞流區邊緣示蹤劑傳質擴散能力降低。2)由于聚合物溶液的殘留,造成部分單孔道級別的傳質擴散也受到影響。3)由于“凝膠色譜效應”,隨著注入過程的延續,示蹤劑最終進入了幾乎所有的連通孔隙中。4壓力1)對于示蹤劑運移,微觀上具有不同尺寸級別的繞流效應,且隨著示蹤劑在多孔介質中的推進,繞流尺寸明顯增大。2)