本發(fā)明涉及一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法，屬于石油與天然氣工程的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

物理法增產(chǎn)增注技術(shù)是指以不同的物理原理實(shí)現(xiàn)提高儲(chǔ)層滲透率的目的，其最大的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地層和環(huán)境無(wú)污染或污染遠(yuǎn)小于化學(xué)法。目前所指的物理法包括超聲波、微波、水力振蕩低頻聲波和電脈沖產(chǎn)生的沖擊波。物理法主要依靠沖擊波對(duì)儲(chǔ)層的撕裂作用和解堵作用實(shí)現(xiàn)油氣水井的增產(chǎn)增注，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法主要采用數(shù)值模擬和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)兩大類方法。數(shù)值模擬方法是以實(shí)際模型為基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化后得出的間接結(jié)果，與實(shí)際情況必然存在偏差。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸皇峭ㄟ^(guò)室內(nèi)小型裝置直接作用圓片狀縮比小樣品上，雖然可以得出直接的測(cè)試結(jié)果，但所得結(jié)果僅驗(yàn)證了沖擊波對(duì)儲(chǔ)層的撕裂作用和解堵作用。而實(shí)際儲(chǔ)層是深埋地下上千米甚至幾千米，采用縮比模擬實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果外推到實(shí)際井筒中時(shí)誤差較大，而且實(shí)際加載到儲(chǔ)層的沖擊波是穿透套管和水泥環(huán)后才進(jìn)入儲(chǔ)層的，與縮比的室內(nèi)模型直接施加沖擊波機(jī)理不同，無(wú)法驗(yàn)證沖擊波經(jīng)過(guò)井筒液體、套管和水泥環(huán)衰的減后程度，無(wú)法評(píng)價(jià)井筒不同距離處的作用效果，無(wú)法驗(yàn)證沖擊波是否會(huì)對(duì)套管和水泥環(huán)產(chǎn)生破壞，也無(wú)法驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確程度，不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)物理法增產(chǎn)增注的作業(yè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明利用儲(chǔ)層天然露頭巖心，設(shè)計(jì)制作等比例模擬井筒，模擬實(shí)際物理法增產(chǎn)增注環(huán)境。設(shè)計(jì)物理法增產(chǎn)增注措施作業(yè)時(shí)井筒不同距離處的壓力測(cè)試方法，分析沖擊波的作用距離及衰減規(guī)律；設(shè)計(jì)模擬井筒取芯方法，分析井筒不同距離處試樣的滲透率改變程度，研究沖擊波參數(shù)與提高儲(chǔ)層滲透能力的關(guān)系；確定強(qiáng)沖擊波導(dǎo)致地層破裂的類型及套管和水泥環(huán)損傷程度。通過(guò)直接模擬測(cè)試分析，得出實(shí)際井筒中物理法增產(chǎn)增注技術(shù)的作用機(jī)理及效果，并為數(shù)值模擬模型的修正提供依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法，包括：

1)制備模擬井筒試樣；

2)制備壓力測(cè)試取芯孔：在所述模擬井筒試樣的外表面、且沿所述模擬井筒的徑向制備壓力測(cè)試取芯孔；

3)壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)：

在步驟2)所述壓力測(cè)試取芯孔的內(nèi)部設(shè)置應(yīng)力傳感器；在所述模擬井筒試樣的外表面設(shè)置應(yīng)力傳感器；

在所述模擬井筒試樣的外表面設(shè)置有應(yīng)變片組；用于測(cè)定模擬井筒試樣表面處的物理沖擊波信號(hào)參數(shù)；

4)增產(chǎn)增注效果分析取芯方法：

在所述模擬井筒試樣的外表面、且沿所述模擬井筒的徑向、且與壓力測(cè)試取芯孔相對(duì)的方向取芯，所述取芯的尺寸與所述相對(duì)壓力測(cè)試取芯孔的尺寸相適應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟1)中制備模擬井筒試樣的方法包括：試樣主體、在試樣主體軸向設(shè)置有模擬鉆井井眼、在所述模擬鉆井井眼依次套設(shè)有水泥環(huán)和套管。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述試樣主體為天然形成的試樣主體或人工加工的試驗(yàn)主體。優(yōu)選的，所述的試樣主體整體呈圓柱體：直徑D＝500-3000mm、高H＝500-1200m，所述模擬鉆井井眼為直徑245mm。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述天然形成的試樣主體為：利用儲(chǔ)層天然露頭巖石加工成圓柱體。

所述人工加工的試驗(yàn)主體的方法為：按重量份數(shù)取1份API A級(jí)水泥，質(zhì)量偏差為±1％；2份干壓裂砂，質(zhì)量偏差為±1％，粒徑為16目～30目；0.52份水，質(zhì)量偏差為±1％，混合并制備模擬井筒試樣。經(jīng)固化、養(yǎng)護(hù)后形成人造地層。

按照油田固井用水泥配比，將套管與地層固結(jié)在一起，養(yǎng)護(hù)后形成模擬井筒試樣。參見(jiàn)圖1。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟2)中，在模擬井筒試樣表面、且沿圓柱體中心線的120度的弧線上，制備多個(gè)壓力測(cè)試取芯孔。優(yōu)選的，所述壓力測(cè)試取芯孔的數(shù)量為6個(gè)。優(yōu)選的，所述壓力測(cè)試取芯孔的孔徑為30mm、深度分別為0.06Dmm、0.14Dmm、0.21Dmm、0.28Dmm、0.35Dmm、0.42Dmm，相鄰所述壓力測(cè)試取芯孔之間的夾角為30度。因制備壓力測(cè)試取芯孔而取下的巖心用于測(cè)試物理增產(chǎn)增注法實(shí)施之前的儲(chǔ)層物性。參見(jiàn)圖2。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟3)中，在模擬井筒試樣表面、且沿圓柱體中心線的180度的弧線上，每間隔30度設(shè)置有應(yīng)力傳感器：

當(dāng)所述設(shè)置應(yīng)力傳感器的位置與所述壓力測(cè)試取芯孔重合時(shí)，將所述應(yīng)力傳感器設(shè)置在壓力測(cè)試取芯孔內(nèi)；

當(dāng)所述設(shè)置應(yīng)力傳感器的位置與所述壓力測(cè)試取芯孔不重合時(shí)，將所述應(yīng)力傳感器設(shè)置在模擬井筒試樣表面。沿不同方向在6個(gè)壓力測(cè)試取芯孔內(nèi)部及表面分別粘貼7個(gè)應(yīng)力傳感器，各個(gè)應(yīng)力傳感器之間夾角30度,測(cè)定模擬井筒試樣外側(cè)圓柱表面處的物理沖擊波信號(hào)參數(shù)包括幅值、底寬、能量、次數(shù)等。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟3)中，在模擬井筒試樣表面、且沿圓柱體中心線的360度的弧線上，每間隔30度設(shè)置有應(yīng)變片組。一共設(shè)置12個(gè)應(yīng)變片組，各個(gè)應(yīng)變片組之間夾角30度,測(cè)定模擬井筒試樣外側(cè)圓柱表面處的物理沖擊波信號(hào)參數(shù)。參見(jiàn)圖3。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟4)中，在模擬井筒試樣的表面取芯數(shù)量為6個(gè)，取芯深度分別為0～0.06Dmm、0.06D+30～0.14Dmm、0.14D+30～0.21Dmm、0.21D+30～0.28Dmm、0.28D+30～0.35Dmm、0.35D+30～0.42Dmm。各取芯孔之間夾角30度，將6個(gè)取芯樣加工成滲透率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)試樣和電鏡掃描試樣。參見(jiàn)圖4。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟4)中，在模擬井筒試樣的表面取芯的取芯直徑為23-26mm。優(yōu)選的，取芯直徑為25.4mm。

本發(fā)明的有益效果：

發(fā)明以制作等比例模型為基礎(chǔ)，模擬實(shí)際物理法增產(chǎn)增注作業(yè)環(huán)境，通過(guò)設(shè)計(jì)的壓力測(cè)試取芯孔可以直接測(cè)試物理法作業(yè)過(guò)程中的沖擊波隨距離的變化規(guī)律，通過(guò)設(shè)計(jì)的增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)取芯方法可以評(píng)價(jià)增產(chǎn)措施實(shí)施前后儲(chǔ)層的滲透率變化以及儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，試驗(yàn)完成后可以分析物理法增產(chǎn)增注措施對(duì)套管和水泥環(huán)的破壞程度。從宏觀和微觀兩個(gè)方面揭示物理法增產(chǎn)增注機(jī)理、增產(chǎn)增注效果及對(duì)井筒安全的影響。

附圖說(shuō)明

圖1模擬井筒試樣的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2模擬井筒試樣的整體結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖；

圖3本發(fā)明中壓力測(cè)試取芯孔的制備示意圖；

圖4本發(fā)明中壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)置的示意圖；

圖5本發(fā)明中增產(chǎn)增注效果分析取芯方法示意圖；

在圖1-5中，D是試樣主體的直徑；R1是模擬鉆井井眼的直徑；R2是套管外徑；R3是套管內(nèi)徑；H是試樣主體的高度；1、試樣主體(用于模擬地層)；2、水泥環(huán)；3、套管；4、模擬鉆井井眼；5、壓力測(cè)試取芯孔；6、與所述壓力測(cè)試取芯孔相對(duì)設(shè)置的取芯孔。

圖6為本發(fā)明所述應(yīng)用例中，實(shí)驗(yàn)前的平均滲透率；

圖7為本發(fā)明所述應(yīng)用例中，實(shí)驗(yàn)后的平均滲透率；

圖8為本發(fā)明所述應(yīng)用例中，實(shí)驗(yàn)前的平均孔隙度；

圖9為本發(fā)明所述應(yīng)用例中，實(shí)驗(yàn)后的平均孔隙度；

圖10為本發(fā)明應(yīng)用例中，數(shù)值模擬參數(shù)修正前后模擬結(jié)果對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說(shuō)明，但不限于此。

如圖1-5所示。

在制作模擬井筒試樣之前，采用套管損傷檢測(cè)裝置,如磁粉探傷儀掃描套管，為評(píng)價(jià)物理法對(duì)套管的損傷程度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

采用試樣損傷檢測(cè)裝置掃描固化養(yǎng)護(hù)后的模擬井筒試樣，為評(píng)價(jià)強(qiáng)沖擊波對(duì)試樣的損傷程度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

實(shí)施例1、

一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法，包括：

1)制備模擬井筒試樣；所述制備模擬井筒試樣的方法包括：試樣主體1、在試樣主體1軸向設(shè)置有模擬鉆井井眼4、在所述模擬鉆井井眼4依次套設(shè)有水泥環(huán)2和套管3；所述試樣主體1為天然形成的試樣主體，所述的試樣主體1整體呈圓柱體：直徑D＝500-3000mm、高H＝500-1200m，所述模擬鉆井井眼4為直徑245mm；所述天然形成的試樣主體為：利用儲(chǔ)層天然露頭巖石加工成圓柱體；

2)制備壓力測(cè)試取芯孔：在所述模擬井筒試樣的外表面、且沿所述模擬井筒的徑向制備壓力測(cè)試取芯孔5；在模擬井筒試樣表面、且沿圓柱體中心線的120度的弧線上，制備多個(gè)壓力測(cè)試取芯孔5。優(yōu)選的，所述壓力測(cè)試取芯孔5的數(shù)量為6個(gè)。優(yōu)選的，所述壓力測(cè)試取芯孔5的孔徑為30mm、深度分別為0.06Dmm、0.14Dmm、0.21Dmm、0.28Dmm、0.35Dmm、0.42Dmm，相鄰所述壓力測(cè)試取芯孔5之間的夾角為30度。因制備壓力測(cè)試取芯孔而取下的巖心用于測(cè)試物理增產(chǎn)增注法實(shí)施之前的儲(chǔ)層物性。參見(jiàn)圖2；

3)壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)：

在步驟2)所述壓力測(cè)試取芯孔5的內(nèi)部設(shè)置應(yīng)力傳感器；在所述模擬井筒試樣的外表面設(shè)置應(yīng)力傳感器；在模擬井筒試樣表面、且沿圓柱體中心線的180度的弧線上，每間隔30度設(shè)置有應(yīng)力傳感器：

當(dāng)所述設(shè)置應(yīng)力傳感器的位置與所述壓力測(cè)試取芯孔5重合時(shí)，將所述應(yīng)力傳感器設(shè)置在壓力測(cè)試取芯孔5內(nèi)；

當(dāng)所述設(shè)置應(yīng)力傳感器的位置與所述壓力測(cè)試取芯孔5不重合時(shí)，將所述應(yīng)力傳感器設(shè)置在模擬井筒試樣表面。沿不同方向在6個(gè)壓力測(cè)試取芯孔內(nèi)部及表面分別粘貼7個(gè)應(yīng)力傳感器，各個(gè)應(yīng)力傳感器之間夾角30度,測(cè)定模擬井筒試樣外側(cè)圓柱表面處的物理沖擊波信號(hào)參數(shù)包括幅值、底寬、能量、次數(shù)等；

在所述模擬井筒試樣的外表面設(shè)置有應(yīng)變片組；用于測(cè)定模擬井筒試樣表面處的物理沖擊波信號(hào)參數(shù)；在模擬井筒試樣表面、且沿圓柱體中心線的360度的弧線上，每間隔30度設(shè)置有應(yīng)變片組。一共設(shè)置12個(gè)應(yīng)變片組，各個(gè)應(yīng)變片組之間夾角30度,測(cè)定模擬井筒試樣外側(cè)圓柱表面處的物理沖擊波信號(hào)參數(shù)。參見(jiàn)圖3；

在模擬井筒試樣的井筒內(nèi)灌滿清水,下入作業(yè)裝置到模擬試樣的中間線；以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的作業(yè)參數(shù)對(duì)試樣進(jìn)行增產(chǎn)增注作業(yè)；實(shí)時(shí)采集、記錄沖擊波參數(shù)；

4)增產(chǎn)增注效果分析取芯方法：在所述模擬井筒試樣的外表面、且沿所述模擬井筒的徑向、且與壓力測(cè)試取芯孔5相對(duì)的方向取芯，形成取芯孔6，所述取芯的尺寸與所述相對(duì)壓力測(cè)試取芯,5的尺寸相適應(yīng)。

開(kāi)展?jié)B透率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)及電鏡掃描實(shí)驗(yàn)，確定距套管井筒不同距離處，試樣的滲透率改變程度，并將物理法增產(chǎn)增注施工參數(shù)與樣品的物性參數(shù)相關(guān)聯(lián)，研究物理法增產(chǎn)增注施工參數(shù)與提高儲(chǔ)層滲透能力的關(guān)系。

拆解模擬井筒試樣的套管，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E213-2009《金屬管材超聲波檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)范》，評(píng)價(jià)強(qiáng)物理法增產(chǎn)增注措施對(duì)套管的損傷程度。

實(shí)施例2、

如實(shí)施例1所述的一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法，其區(qū)別在于，所述試樣主體1為人工加工的試驗(yàn)主體。

所述人工加工的試驗(yàn)主體的方法為：按重量份數(shù)取1份API A級(jí)水泥，質(zhì)量偏差為±1％；2份干壓裂砂，質(zhì)量偏差為±1％，粒徑為16目～30目；0.52份水，質(zhì)量偏差為±1％，混合并制備模擬井筒試樣。經(jīng)固化、養(yǎng)護(hù)后形成人造地層。

按照油田固井用水泥配比，將套管與地層固結(jié)在一起，養(yǎng)護(hù)后形成模擬井筒試樣。參見(jiàn)圖1。

實(shí)施例3、

如實(shí)施例1所述的一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法，其區(qū)別在于，在步驟4)中，在模擬井筒試樣的表面取芯數(shù)量為6個(gè)，取芯深度分別為0～0.06Dmm、0.06D+30～0.14Dmm、0.14D+30～0.21Dmm、0.21D+30～0.28Dmm、0.28D+30～0.35Dmm、0.35D+30～0.42Dmm。各取芯孔之間夾角30度，將6個(gè)取芯樣加工成滲透率評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)試樣和電鏡掃描試樣。參見(jiàn)圖4。

實(shí)施例4、

如實(shí)施例1所述的一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評(píng)價(jià)模擬實(shí)驗(yàn)方法，其區(qū)別在于，在步驟4)中，在模擬井筒試樣的表面取芯的取芯直徑為23-26mm。優(yōu)選的，取芯直徑為25.4mm。

應(yīng)用例、

建立與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相同尺寸及邊界條件的數(shù)值模型，采用CDEM軟件中固有的破裂模塊進(jìn)行脈沖致裂分析，獲得地應(yīng)力、破裂半徑之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如圖10所示，修正前數(shù)值模擬不同地應(yīng)力條件下的破裂半徑為3-6.5m；

進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)得出實(shí)驗(yàn)后砂巖試樣的破裂模式、外周界上典型位置的環(huán)向應(yīng)變及軸向應(yīng)變曲線。根據(jù)本發(fā)明的取芯方案，實(shí)驗(yàn)前后共取12個(gè)巖心進(jìn)行滲透率變化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前后滲透率、孔隙度變化結(jié)果如圖6-圖9所示，實(shí)驗(yàn)前的平均滲透率為1.99×10-3μm2，平均孔隙度為16.25％；實(shí)驗(yàn)后平均滲透率為2.59×10-3μm2，平均孔隙度為16.65％。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正數(shù)值模擬中本構(gòu)參數(shù)的范圍(如實(shí)驗(yàn)獲得的粘聚力、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度的期望值及方差等)及破裂模塊中的相關(guān)參數(shù)(巖體出現(xiàn)破裂的極限應(yīng)變值、極限應(yīng)力值等)。利用修正后的數(shù)值模擬軟件進(jìn)行實(shí)際油田作業(yè)效果分析，給出作業(yè)次數(shù)與破裂程度之間的關(guān)系。如圖10所示，修正后數(shù)值模擬不同地應(yīng)力條件下的破裂半徑為1.2-5m。