王 坤，潘 嘉，高莉霞，田園媛，鄭 軍

(1.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，成都 610059;2.中石化華東石油局井下作業(yè)公司 非常規(guī)作業(yè)項(xiàng)目部，江蘇 泰州 225300)

過去對微觀驅(qū)油機(jī)理的研究都是基于微觀驅(qū)油模型，而模型的設(shè)計(jì)和制作大不相同。燕永利等對膠質(zhì)液體泡沫的微觀結(jié)構(gòu)研究是采用冷凍蝕刻電子顯微鏡技術(shù)［1］;李雪松等對多孔介質(zhì)中泡沫驅(qū)油微觀機(jī)理研究是運(yùn)用的孔隙介質(zhì)玻璃片［2］;裴海華等對稠油泡沫驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)微觀驅(qū)油機(jī)理對比研究是運(yùn)用的微觀仿真玻璃刻蝕模型［3］;趙玉武對低滲透油藏納微米聚合物驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和滲流機(jī)理研究是運(yùn)用的微觀填砂模型［4］。這些微觀模型都只能放置單一實(shí)驗(yàn)介質(zhì)(玻璃珠，石英砂)，在公開的文獻(xiàn)資料中還未見到運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)材料的微觀模型。本文將介紹運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)介質(zhì)在可視化微觀滲流模型的制作過程中進(jìn)行研究。

1 研究思路

盡管過去對微觀模型的研究取得了很多成果，但對于其中的微觀驅(qū)油機(jī)理問題還沒有完全解決，例如對于泡沫驅(qū)油的流變機(jī)理還存在較大爭議。一個可靠的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有利于觀測微觀驅(qū)油現(xiàn)象，解決微觀驅(qū)油機(jī)理問題，對于這一領(lǐng)域的研究有推動作用。本文的研究是在充分認(rèn)識與利用其他學(xué)者的研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)設(shè)計(jì)思路，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，最終形成了一套實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。最終的制作研究技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 砂巖微觀模型制作研究技術(shù)路線圖

2 模型的制作過程

在本次研究的初期，結(jié)合模型最終要達(dá)到的目的和效果，我們對模型的設(shè)計(jì)和制作材料做了較為詳細(xì)的調(diào)研。在調(diào)研過程中設(shè)計(jì)了一套較好的制作方案，同時篩選測試了制作材料;按照我們的設(shè)計(jì)方案，制作出了模型原型，經(jīng)過反復(fù)測試和改進(jìn)，最終制成了一套可以實(shí)現(xiàn)可視化微觀滲流模型。

2.1 模型的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)的初期，對模型的功能進(jìn)行了探討，確定了模型的用途。在這基礎(chǔ)上我們分部分對模型進(jìn)行設(shè)計(jì):1)對模型的內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了密封、更改試驗(yàn)介質(zhì)以及運(yùn)用顯微鏡或者高分辨率攝像頭觀察試驗(yàn)工程等功能;最后，運(yùn)用橡膠皮套來作為密封材料，把薄片卡在其中，放入外部模型中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可視化微觀滲流模型。2)對外部進(jìn)行設(shè)計(jì)時考慮的因素包括可微調(diào)、方便觀測、有一定的硬度、能對內(nèi)部施加一定的壓力、外觀協(xié)調(diào)等。據(jù)此我們設(shè)計(jì)出了外部模型。

結(jié)合既有的研究經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐論證反復(fù)設(shè)計(jì)修改，制作成模型設(shè)計(jì)圖，如圖2(a)所示。

圖2 微觀模型圖

2.2 模型的制作

依據(jù)原型圖的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行模型的試制。在這過程中我們簡化了設(shè)計(jì)圖紙，加工了一個初步模型進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)之后的模型在選擇密封介質(zhì)時再進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)之后我們選擇了RTV－2制模硅橡膠，基本符合了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求。模型實(shí)物圖如圖2(b)所示。

3 模型的驅(qū)油試驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備

材料:實(shí)驗(yàn)所用表面活性劑為 XHY－4(成都華陽興華化工廠產(chǎn));模擬油為煤油;實(shí)驗(yàn)用氣為氮?dú)?模擬地層水(礦化度為160 000 mg/L，CaCl2水型);泡沫體系:地層水+0.3XHY－4;玻璃珠;石英砂;巖心(磨成了厚度為0.20.3 mm);硅橡膠。

設(shè)備:微觀仿真模型、高精度壓力表、電子顯微鏡、微量注入泵、計(jì)算機(jī)一臺、泡沫發(fā)生器、高分辨率攝像頭一個、接頭若干。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法、步驟

利用電子顯微鏡和錄像系統(tǒng)來記錄泡沫驅(qū)替的整個過程，利用電子顯微鏡觀測處流體在玻璃珠、石英砂、真實(shí)巖心中的流動情況，能較好地對比分析真實(shí)的巖心資料。而錄像系統(tǒng)能夠清楚地記錄這一切，這為多人觀察和日后研究做好充分準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)流程如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)流程圖

實(shí)驗(yàn)步驟:

1)填充介質(zhì)置于有機(jī)玻璃片中，介質(zhì)可以是玻璃珠、石英砂、真實(shí)巖心和玻璃珠。石英砂粒度在0.10.8 mm為宜，真實(shí)巖心0.20.3 mm為宜。

2)將填好的有機(jī)玻璃片置于模型中，注入硅橡膠密封。

3)將密封的模型靜置，等硅橡膠凝固以后方可使用。

4)按實(shí)驗(yàn)流程圖(圖3)組裝實(shí)驗(yàn)儀器。

5)連接好模型與泡沫發(fā)生器，打開計(jì)算機(jī)、光源以及攝像頭。

6)打開平流泵，開通氣閥調(diào)節(jié)壓力。

7)注入原油(含油巖心可不注油)。

8)注入地層水(或泡沫或表面活性劑溶液)。

9)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并拍照、錄像。

10)關(guān)閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，拆卸實(shí)驗(yàn)裝置。

4 試驗(yàn)成果與認(rèn)識

1)設(shè)計(jì)制作的微觀模型能實(shí)現(xiàn)可視、密封和完成驅(qū)替等功能。

2)在此模型基礎(chǔ)之上開展了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，基本滿足實(shí)驗(yàn)要求，例如以不同充填介質(zhì)的水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)、泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)、表面活性劑驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

圖4 泡沫驅(qū)油試驗(yàn)

3)在水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，觀察到油滴由連續(xù)相變成不連續(xù)相，水滴由不連續(xù)相變成連續(xù)相這一相變過程，還觀察到了“水路”的形成;在泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中，觀察到了泡沫的產(chǎn)生、破滅、再生等現(xiàn)象(如圖4所示)。

5 結(jié)束語

可視化微觀模型的制作與研究的優(yōu)點(diǎn)如下:

微觀驅(qū)油裝置是近幾年油田實(shí)驗(yàn)室研究較多的一項(xiàng)科研項(xiàng)目，通過進(jìn)口高倍顯微鏡和可視模型，可直觀地觀察到油水在模型中的滲流情況和通過油驅(qū)水、水驅(qū)油、聚合物驅(qū)及其他化學(xué)驅(qū)后殘余油在模型中巖心內(nèi)分布情況。同時通過帶有接口的顯微鏡實(shí)時地把驅(qū)油時流體每一步流動情況輸入到微機(jī)中去，為研究驅(qū)油過程提供直觀的數(shù)據(jù)。微觀滲流的研究對研究地下流體的滲流規(guī)律、提高油氣采收率具有重要的意義。

項(xiàng)目研究微觀模型能實(shí)現(xiàn)模擬介質(zhì)的多樣性和介質(zhì)厚度的可調(diào)性，為研究在微觀狀態(tài)下流體在真實(shí)砂巖(或者模擬真實(shí)砂巖)孔隙中的賦存和流動狀態(tài)、研究微觀液－液、液－固作用機(jī)理提供了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜅l件，具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值。

［1］燕永利，張寧生，屈撐囤，等.膠質(zhì)液體泡沫的微觀結(jié)構(gòu)研究［J］.化學(xué)學(xué)報(bào)，2005(21):1944－1951.

［2］李雪松，王軍志，王曦.多孔介質(zhì)中泡沫驅(qū)油微觀機(jī)理研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2009(5):109－113.

［3］裴海華，葛際江，張貴才，等.稠油泡沫驅(qū)和三元復(fù)合驅(qū)微觀驅(qū)油機(jī)理對比研究［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010(1):53－56.

［4］趙玉武，王國鋒.納微米級聚合物調(diào)驅(qū)技術(shù)優(yōu)選及應(yīng)用［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(6):77－86.

［5］黃磊，李華斌，凌革，等.玻璃微珠充填介質(zhì)內(nèi)泡沫的微觀驅(qū)油機(jī)理［J］.石油化工應(yīng)用，2013(1):37－39.