本發(fā)明涉及一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法，屬于石油與天然氣工程的技術領域。

背景技術：

物理法增產(chǎn)增注技術是指以不同的物理原理實現(xiàn)提高儲層滲透率的目的，其最大的優(yōu)點是對地層和環(huán)境無污染或污染遠小于化學法。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儲層的撕裂作用和解堵作用實現(xiàn)油氣水井的增產(chǎn)增注，現(xiàn)有的評價方法主要采用數(shù)值模擬和室內(nèi)模擬實驗兩大類方法。數(shù)值模擬方法是以實際模型為基礎進行適當簡化后得出的間接結果，與實際情況必然存在偏差。室內(nèi)模擬實驗目前只是通過室內(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試結果，但所得結果僅驗證了沖擊波對儲層的撕裂作用和解堵作用。而實際儲層是深埋地下上千米甚至幾千米，采用縮比模擬實驗所得的實驗結果外推到實際井筒中時誤差較大，而且實際加載到儲層的沖擊波是穿透套管和水泥環(huán)后才進入儲層的，與縮比的室內(nèi)模型直接施加沖擊波機理不同，無法驗證沖擊波經(jīng)過井筒液體、套管和水泥環(huán)衰的減后程度，無法評價井筒不同距離處的作用效果，無法驗證沖擊波是否會對套管和水泥環(huán)產(chǎn)生破壞，也無法驗證數(shù)值模擬結果的準確程度，不能準確評價物理法增產(chǎn)增注的作業(yè)效果。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明提供一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法。本發(fā)明利用儲層天然露頭巖心，設計制作等比例模擬井筒，模擬實際物理法增產(chǎn)增注環(huán)境。設計物理法增產(chǎn)增注措施作業(yè)時井筒不同距離處的壓力測試方法，分析沖擊波的作用距離及衰減規(guī)律；設計模擬井筒取芯方法，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)與提高儲層滲透能力的關系；確定強沖擊波導致地層破裂的類型及套管和水泥環(huán)損傷程度。通過直接模擬測試分析，得出實際井筒中物理法增產(chǎn)增注技術的作用機理及效果，并為數(shù)值模擬模型的修正提供依據(jù)。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法，包括：

1)制備模擬井筒試樣；

2)制備壓力測試取芯孔：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試取芯孔；

3)壓力測試實驗：

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

在所述模擬井筒試樣的外表面設置有應變片組；用于測定模擬井筒試樣表面處的物理沖擊波信號參數(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、且與壓力測試取芯孔相對的方向取芯，所述取芯的尺寸與所述相對壓力測試取芯孔的尺寸相適應。

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、在試樣主體軸向設置有模擬鉆井井眼、在所述模擬鉆井井眼依次套設有水泥環(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：利用儲層天然露頭巖石加工成圓柱體。

所述人工加工的試驗主體的方法為：按重量份數(shù)取1份API A級水泥，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，將套管與地層固結在一起，養(yǎng)護后形成模擬井筒試樣。參見圖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，制備多個壓力測試取芯孔。優(yōu)選的，所述壓力測試取芯孔的數(shù)量為6個。優(yōu)選的，所述壓力測試取芯孔的孔徑為30mm、深度分別為0.06Dmm、0.14Dmm、0.21Dmm、0.28Dmm、0.35Dmm、0.42Dmm，相鄰所述壓力測試取芯孔之間的夾角為30度。因制備壓力測試取芯孔而取下的巖心用于測試物理增產(chǎn)增注法實施之前的儲層物性。參見圖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度設置有應力傳感器：

當所述設置應力傳感器的位置與所述壓力測試取芯孔重合時，將所述應力傳感器設置在壓力測試取芯孔內(nèi)；

當所述設置應力傳感器的位置與所述壓力測試取芯孔不重合時，將所述應力傳感器設置在模擬井筒試樣表面。沿不同方向在6個壓力測試取芯孔內(nèi)部及表面分別粘貼7個應力傳感器，各個應力傳感器之間夾角30度,測定模擬井筒試樣外側圓柱表面處的物理沖擊波信號參數(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度設置有應變片組。一共設置12個應變片組，各個應變片組之間夾角30度,測定模擬井筒試樣外側圓柱表面處的物理沖擊波信號參數(shù)。參見圖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，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個取芯樣加工成滲透率評價實驗試樣和電鏡掃描試樣。參見圖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，模擬實際物理法增產(chǎn)增注作業(yè)環(huán)境，通過設計的壓力測試取芯孔可以直接測試物理法作業(yè)過程中的沖擊波隨距離的變化規(guī)律，通過設計的增產(chǎn)增注效果評價取芯方法可以評價增產(chǎn)措施實施前后儲層的滲透率變化以及儲層孔隙結構變化規(guī)律，試驗完成后可以分析物理法增產(chǎn)增注措施對套管和水泥環(huán)的破壞程度。從宏觀和微觀兩個方面揭示物理法增產(chǎn)增注機理、增產(chǎn)增注效果及對井筒安全的影響。

附圖說明

圖1模擬井筒試樣的整體結構俯視圖；

圖2模擬井筒試樣的整體結構的側面剖視圖；

圖3本發(fā)明中壓力測試取芯孔的制備示意圖；

圖4本發(fā)明中壓力測試實驗設置的示意圖；

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、壓力測試取芯孔；6、與所述壓力測試取芯孔相對設置的取芯孔。

圖6為本發(fā)明所述應用例中，實驗前的平均滲透率；

圖7為本發(fā)明所述應用例中，實驗后的平均滲透率；

圖8為本發(fā)明所述應用例中，實驗前的平均孔隙度；

圖9為本發(fā)明所述應用例中，實驗后的平均孔隙度；

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

具體實施方式

下面結合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細的說明，但不限于此。

如圖1-5所示。

在制作模擬井筒試樣之前，采用套管損傷檢測裝置,如磁粉探傷儀掃描套管，為評價物理法對套管的損傷程度提供基礎數(shù)據(jù)；

采用試樣損傷檢測裝置掃描固化養(yǎng)護后的模擬井筒試樣，為評價強沖擊波對試樣的損傷程度提供基礎數(shù)據(jù)。

實施例1、

一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法，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軸向設置有模擬鉆井井眼4、在所述模擬鉆井井眼4依次套設有水泥環(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：利用儲層天然露頭巖石加工成圓柱體；

2)制備壓力測試取芯孔：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，制備多個壓力測試取芯孔5。優(yōu)選的，所述壓力測試取芯孔5的數(shù)量為6個。優(yōu)選的，所述壓力測試取芯孔5的孔徑為30mm、深度分別為0.06Dmm、0.14Dmm、0.21Dmm、0.28Dmm、0.35Dmm、0.42Dmm，相鄰所述壓力測試取芯孔5之間的夾角為30度。因制備壓力測試取芯孔而取下的巖心用于測試物理增產(chǎn)增注法實施之前的儲層物性。參見圖2；

3)壓力測試實驗：

在步驟2)所述壓力測試取芯孔5的內(nèi)部設置應力傳感器；在所述模擬井筒試樣的外表面設置應力傳感器；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度設置有應力傳感器：

當所述設置應力傳感器的位置與所述壓力測試取芯孔5重合時，將所述應力傳感器設置在壓力測試取芯孔5內(nèi)；

當所述設置應力傳感器的位置與所述壓力測試取芯孔5不重合時，將所述應力傳感器設置在模擬井筒試樣表面。沿不同方向在6個壓力測試取芯孔內(nèi)部及表面分別粘貼7個應力傳感器，各個應力傳感器之間夾角30度,測定模擬井筒試樣外側圓柱表面處的物理沖擊波信號參數(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置有應變片組；用于測定模擬井筒試樣表面處的物理沖擊波信號參數(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度設置有應變片組。一共設置12個應變片組，各個應變片組之間夾角30度,測定模擬井筒試樣外側圓柱表面處的物理沖擊波信號參數(shù)。參見圖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)場實際使用的作業(yè)參數(shù)對試樣進行增產(chǎn)增注作業(yè)；實時采集、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、且與壓力測試取芯孔5相對的方向取芯，形成取芯孔6，所述取芯的尺寸與所述相對壓力測試取芯,5的尺寸相適應。

開展?jié)B透率評價實驗及電鏡掃描實驗，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)相關聯(lián)，研究物理法增產(chǎn)增注施工參數(shù)與提高儲層滲透能力的關系。

拆解模擬井筒試樣的套管，依據(jù)標準ASTM E213-2009《金屬管材超聲波檢驗的標準實施規(guī)范》，評價強物理法增產(chǎn)增注措施對套管的損傷程度。

實施例2、

如實施例1所述的一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法，其區(qū)別在于，所述試樣主體1為人工加工的試驗主體。

所述人工加工的試驗主體的方法為：按重量份數(shù)取1份API A級水泥，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，將套管與地層固結在一起，養(yǎng)護后形成模擬井筒試樣。參見圖1。

實施例3、

如實施例1所述的一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法，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，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個取芯樣加工成滲透率評價實驗試樣和電鏡掃描試樣。參見圖4。

實施例4、

如實施例1所述的一種油水井物理法增產(chǎn)增注效果評價模擬實驗方法，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。

應用例、

建立與室內(nèi)實驗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行脈沖致裂分析，獲得地應力、破裂半徑之間的對應關系。如圖10所示，修正前數(shù)值模擬不同地應力條件下的破裂半徑為3-6.5m；

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

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