可视化微观渗流模型的试验研究

王 坤 郑 军 高莉霞

(成都理工大学能源学院， 成都 610059)

随着流体渗流研究的深入，需要对地下孔隙中的流体流动情况作进一步的了解。结合前人的研究成果，运用多种流体介质(如：水，油，泡沫等)在多孔隙填充介质(如：玻璃珠，石英砂，真实岩心等)中渗流，结合制作的可视化微观渗流模型进行试验研究。试验结果表明：制作的可视化微观渗流模型达到了设计要求，该模型有助于观测地下流体渗流的情况，通过对比分析了解地层中流体的渗流情况，对油气的勘探、开发和油气采收率的提高有着重要的意义。

1 试验准备

1.1 模型设计制作

首先对模型的功能进行了探讨，针对模型的用途，设计了一套可视化微观渗流模型如图1所示，制作的实物如图2所示。

图1 可视化微观渗流模型设计图

图2 可视化微观渗流模型实物图

1.2 试验材料准备

试验材料：表面活性剂XHY-4，煤油，氮气，模拟地层水(矿化度为160 000 mgL，CaCl2水型)；泡沫体系：地层水+0.3 %XHY-4，玻璃珠，石英砂，岩心(磨成了厚度为0.2～0.3 mm)，凡士林，硅橡胶方形圈(将RTV-2制模硅橡胶和塑化剂按一定比例混合之后注入制作出的模具中凝固形成)。

试验设备：微观渗流模型一套，微量注入泵，泡沫发生器，高精度压力表，电子显微镜，计算机一台，高分辨率摄像头一个，接头若干。

2 试验内容

利用电子显微镜来观测各种流体介质(如：水，油，泡沫等)在各种孔隙介质(如：玻璃珠，石英砂，真实岩心等)中的驱替情况，同时运用录像系统来记录整个驱替过程，以便对比分析。

2.1 试验步骤

实验流程图如图3所示。

图3 实验流程图

试验步骤：(1)将不同的填充介质(如：玻璃珠，石英砂，真实岩心等)填充在两块有机玻璃片中，组装整个实验系统，以便进行试验，分别用各种流体介质(如：水，油，泡沫等)对不同的填充孔隙介质进行驱替试验，先用油驱替水，再用配制的地层水驱油，直到在观察系统中不再有油流动；(2)用配制的泡沫再次驱替孔隙中的油，直到不再有油被驱替为止，观察并记录整个驱替过程，重复以上过程。

2.2 试验过程及结果

2.2.1 水驱替试验

将抽真空后并饱和原油的有机玻璃片(中间夹有多孔隙介质)置于微观模型中，连接实验系统并将其打开，使配制好的地层水注入密封的有机玻璃片中，通过地层水驱替有机玻璃片中饱和的油，使油不断的从孔隙中渗流出去，通过电子显微镜观察到油滴由连续相变为不连续相，水滴由不连续相变成连续相，同时观察到“水路”的形成等现象(图4)，直到有机玻璃片之间孔隙中的油不再被水驱替为止，整个过程用录像系统记录，为注水开采时地下水流动的过程提供参考，为合理注水提供依据。

2.2.2 泡沫驱替试验

将泡沫体系接入实验体系，使泡沫注入被水驱替至油不再渗流出去的有机玻璃片中，在电子显微镜下观察这一阶段的实验现象，并用录像系统记录泡沫驱替油的过程，在泡沫驱油实验中，观察泡沫在多孔隙介质中的产生、破灭、再生和泡沫在多孔隙介质中的驱油特征(图5)。分析泡沫驱油的理论体系，改变实验条件再进行试验，从而选择最优的泡沫驱替方案。对比分析油田3次开采过程中的数据，对指导油气开发，提高采收率提供参考。

图4 真实岩心中的“水路”

图5 泡沫在多孔介质中的驱油特征

3 结 论

(1)可视化微观渗流模型符合设计要求 。

(2)通过微观渗流模型能较好地观察并了解流体的渗流情况。

(3)水驱替油的试验中可以调整水驱时的速度、压力，进而达到最佳的水驱效果，指导油田进行注水开采；而在泡沫驱油过程中，通过调节速度、压力和泡沫的浓度，为油田的3次开发提供参考数据。上述实验过程中的数据对指导油气开发，保护油藏，提高采收率有重要意义。

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