專利名稱：油藏物理模型井筒內(nèi)置方法
油藏物理模型井筒內(nèi)置方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于油氣田開發(fā)領(lǐng)域中油藏滲流物理實(shí)驗(yàn)方法研究，特別是指一種油藏物 理模型井筒內(nèi)置方法，其是針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)井滲流和開發(fā)過程的研究；同時適用于其它與多 孔介質(zhì)滲流現(xiàn)象有關(guān)的研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在油藏物理模擬中，不可避免的需要制作滿足實(shí)驗(yàn)要求的井筒模型，特別由于復(fù) 雜結(jié)構(gòu)井在油氣田開發(fā)中的普及應(yīng)用，給油藏模型井筒制作技術(shù)提出了更高的要求。復(fù) 雜結(jié)構(gòu)井通過增大油氣藏的泄油面積來提高油氣井產(chǎn)量，是未來油氣藏開發(fā)井型的發(fā)展趨 勢，其滲流過程和規(guī)律一直是人們關(guān)注的問題，并希望能夠通過物理模擬手段開展深入研 究。但是，此前尚未發(fā)現(xiàn)較成功的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井油藏物理模擬研究報(bào)道，原因之一是實(shí)驗(yàn)室在 現(xiàn)有條件下難以制作滿足油藏模擬要求的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒模型。
井筒制作與物理模型制作方法關(guān)系密切。目前，建立油氣藏物理模型主要有兩種 方法其一是人造模型，包括燒結(jié)模型、膠結(jié)模型、填砂模型，原理是把選定的砂子在一定的 工藝條件下做成一定形狀的滲流介質(zhì)巖體。其二是選用地層露頭。人造模型中井筒制作主 要有兩種方法，一是在物理模型介質(zhì)制作好之后，進(jìn)行鉆孔得到井筒；二是在介質(zhì)制作過程 之前，預(yù)先把金屬管埋入砂子當(dāng)中。用地層露頭巖體制作的物理模型，主要是采用鉆孔的方 法制作井筒。在人造模型和天然地層露頭模型中采用鉆孔的方法制作井筒存在兩個問題， 一是在鉆孔過程中可能會出現(xiàn)微小裂縫，影響模型物性參數(shù)分布，甚至導(dǎo)致模型無法使用， 此方法對鉆孔工藝要求高；二是在現(xiàn)有技術(shù)條件下很難制作出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的井筒，如多分支 井、魚骨刺井等復(fù)雜結(jié)構(gòu)井。預(yù)先埋入金屬管制作井筒的方法存在兩個問題，一是對金屬管 的材料質(zhì)量要求比較高，且金屬管鉆眼成本較高，制作復(fù)雜井型井筒結(jié)構(gòu)工藝繁瑣；二是金 屬管在介質(zhì)制作壓實(shí)過程中會發(fā)生變形、孔眼堵塞等問題，且金屬管的位置相對于預(yù)期設(shè) 定位置會發(fā)生偏移，從而影響油水運(yùn)動規(guī)律。
基于以上分析，現(xiàn)有的井筒制作方法均存在一定的缺陷，不能完全滿足人們研究 的需要，特別是針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)井型。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提出一種油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其能夠改善或 者克服現(xiàn)有井筒制作方法的一項(xiàng)或多項(xiàng)缺陷，滿足研究的需要。
本發(fā)明的一種油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，該方法采用井筒離散化思想建 立井筒，其包括
井筒模型離散化首先設(shè)計(jì)出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭兴杈徒Y(jié)構(gòu)，然后根據(jù)離 散化原理，把所需井型的井筒劃分成多個用于制作滲流模型的小巖塊中的小井筒段；
物理模型井筒的制作根據(jù)離散化結(jié)果利用多個小巖塊制作該物理模型的井筒， 其是先在選定的小巖塊上鉆孔，形成分段井筒，再將小巖塊相互粘結(jié)形成大尺度模型，同時各分段井筒相互連接形成完整的井筒。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，不同井型井段的井筒模型離散方 式不同對于直井采用垂直段的離散方式，水平井筒采用水平段的離散方式，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu) 井采用垂直段、水平段和分支段組合的離散方式。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，物理模型井筒的制作步驟包括
井筒小巖塊尺寸、數(shù)量的確定；
小巖塊的選取、加工制備；
井筒小巖塊的鉆取；
井筒小巖塊的粘結(jié)。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，該方法是依據(jù)井筒離散方式、井筒 尺寸確定小巖塊的尺寸及所需小巖塊的數(shù)量。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，小巖塊的選取、加工制備包括以下 步驟
小巖塊的篩選選取符合物性參數(shù)要求的天然地層巖石，作為制作小巖塊的原材 料，天然巖石的材質(zhì)應(yīng)盡量均勻，以保證小巖塊的物性分布均勻；
制作小巖塊切割加工天然地層巖石制作小巖塊，小巖塊形狀為立方體。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，在制作小巖塊的過程中，各小巖塊 的任何邊長和角度的誤差都不超過0. 5%。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，井筒小巖塊的鉆取步驟包括首先 確定出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭芯膊糠值男r塊，篩選出的巖塊按照設(shè)計(jì)井型結(jié)構(gòu)以及模 型中所處位置來選擇合適的鉆孔方式對于物理模型中井筒的垂直段和水平段，為保證井 筒位置的對稱性和制作工藝的方便，鉆孔位置位于小巖塊的中心位置，即要求巖塊的進(jìn)口 點(diǎn)和出口點(diǎn)都位于巖塊的表面的中心；對于分支段，根據(jù)巖塊在物理模型所處的位置，按照 井筒軌跡設(shè)計(jì)鉆入和鉆出點(diǎn)在巖塊表面上的位置。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，在對形成分支段井筒的小巖塊進(jìn) 行鉆取時，是在小巖塊的下方墊設(shè)三角形墊塊，三角形墊塊的角度由巖塊進(jìn)入點(diǎn)的位置決定。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，小巖塊的粘結(jié)步驟中，是采用環(huán)氧 樹脂作為粘結(jié)劑將已鉆孔的小巖塊彼此粘結(jié)在一起，以構(gòu)成滿足實(shí)驗(yàn)要求的井筒。
如上所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其中，物理模型井筒制作過程包括以下 步驟
(1)依據(jù)井位部署位置及井筒在物理模型中的軌跡，并按照井筒離散方式要求，確 定出需要鉆孔的小巖塊，并進(jìn)行編號；
(2)對已編號的小巖塊，首先確定出需鉆孔的每個小巖塊的在其表面的鉆入點(diǎn)、鉆 進(jìn)角度以及鉆進(jìn)尺寸，然后利用鉆取設(shè)備進(jìn)行鉆孔；
(3)把鉆孔之后的小巖塊按照對應(yīng)的編號，采用環(huán)氧樹脂將已鉆孔的小巖塊彼此 粘結(jié)在一起；當(dāng)完成所有鉆孔小巖塊的粘結(jié)之后，可得到物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的井筒。
本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是
(1)本發(fā)明提供了一套技術(shù)方法，使人們利用物理模擬手段模擬和預(yù)測任意復(fù)雜井型的滲流和開發(fā)過程成為可能。
(2)本發(fā)明建立了“離散井筒模型”的概念和技術(shù)，其原理來自于離散化思想，屬于 原始創(chuàng)新技術(shù)。
(3)本發(fā)明的先進(jìn)性表現(xiàn)在如下方面大量具有不同鉆孔方位的小巖塊按照一定 的次序粘接，可以構(gòu)成任意形狀的井筒結(jié)構(gòu)；井筒制作與模型制作過程具有同步性；巖塊 鉆孔工藝能保證井筒制作的精度要求。
(4)本發(fā)明給出了定量化、可操作的的技術(shù)方法和實(shí)施步驟。
(5)本發(fā)明不僅適用于油田開發(fā)研究領(lǐng)域，還可以供其它與滲流現(xiàn)象有關(guān)的研究 領(lǐng)域使用和參考，例如煤礦瓦斯排采研究、水利工程研究等。


圖1為小巖塊組合形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)井井筒。
圖2A至圖2C為物理模型不同井段離散處理方法示意圖。
圖3A至圖3C為井筒小巖塊的不同鉆取方法。
圖4為復(fù)雜結(jié)構(gòu)井分支段小巖塊的鉆取方法。
具體實(shí)施方式
為了便于對本發(fā)明技術(shù)方案的準(zhǔn)確理解，下面對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明為一種油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，該方法采用井筒離散化思想建立井 筒，其主要包括井筒模型離散化以及物理模型井筒的制作兩大步驟，其中，井筒模型離散化 是首先設(shè)計(jì)出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭兴杈徒Y(jié)構(gòu)，然后根據(jù)離散化原理，把所需井型的 井筒劃分成多個用于制作滲流模型的小巖塊中的小井筒段；物理模型井筒的制作是根據(jù)離 散化結(jié)果利用多個小巖塊制作該物理模型的井筒，其是先在選定的小巖塊上鉆孔，形成分 段井筒，再將小巖塊相互粘結(jié)形成大尺度模型，同時各分段井筒相互連接形成完整的井筒。 本發(fā)明采用井筒離散化思想建立了一種新的井筒制作方法，將大量具有不同鉆孔方位的小 巖塊按照一定的次序粘接，可以構(gòu)成任意形狀的井筒結(jié)構(gòu)；井筒制作與模型制作過程具有 同步性；巖塊鉆孔工藝能保證井筒制作的精度要求。
本發(fā)明的井筒制作方法是以離散化油藏物理模型為基礎(chǔ)的。首先依據(jù)物理模擬中 井型和井筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，在指定巖塊中按照一定方式鉆孔得到小井筒段，再將小井筒 段所在巖塊按照一定順序粘接就可以組成完整的井筒。井筒的組合方式如圖1所示。
不同井型井段的井筒模型離散方式不同對于直井采用垂直段的離散方式，水平 井筒采用水平段的離散方式，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)井采用垂直段、水平段和分支段組合的離散方 式。
優(yōu)選地，物理模型井筒的制作步驟主要包括確定井筒小巖塊的尺寸、數(shù)量；選 取、加工制備小巖塊；鉆取井筒小巖塊；以及粘結(jié)井筒小巖塊以形成井筒模型。
單個小巖塊具有不同的鉆孔方式(孔眼位置和方向)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)井型及小巖 塊在模型中所處的位置，就可以形成具有不同井型和不同井段長度的井筒。
采用特殊的鉆孔加工技術(shù)，對井筒穿過的小巖塊進(jìn)行處理。井型設(shè)計(jì)和井位選取 時保證井筒在小巖塊內(nèi)部穿過，避免在巖塊之間平行于巖塊表面穿行，以免給工藝過程帶來不便。
經(jīng)鉆孔的小巖塊之間用選定的膠液(如環(huán)氧樹脂)相粘結(jié)，按照預(yù)定的順序連結(jié)在一起。
因?yàn)樯鲜鲇筒啬Ｐ椭芯彩怯扇舾蓚€小井段粘接組合而成的，井筒的形式和各種 參數(shù)是由小巖塊的鉆孔方式?jīng)Q定的，所以可稱作離散化井筒。
為了對本發(fā)明有更進(jìn)一步的準(zhǔn)確理解，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對本發(fā)明的油 藏物理模型井筒內(nèi)置方法的一具體制作實(shí)施方法進(jìn)行詳細(xì)說明
(一 )井筒模型離散化
首先設(shè)計(jì)出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭兴杈徒Y(jié)構(gòu)，然后根據(jù)離散化原理，把所需 井型的井筒劃分成多個用于制作滲流模型的小巖塊中的小井筒段。每個小巖塊的鉆孔方位 由井型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格塊所處的位置決定。不同井型井段的井筒模型離散不同，對于直井采用 垂直段的離散方式，水平井筒采用水平段的離散方式，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)井采用垂直段、水平段 和分支段組合的離散方式。如圖2A至圖2C所示。
由于物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭芯驳某叨扔尚r塊的尺寸、小巖塊的數(shù)量和小巖塊鉆取方 式?jīng)Q定，因此，利用本發(fā)明可以制作任意尺度大小和任意井型的物理模擬井筒模型。
( 二)井筒小巖塊的尺寸、數(shù)量
依據(jù)井筒離散方式及井筒尺寸確定小巖塊的合適的尺寸及對應(yīng)的所需小巖塊的數(shù)量。
(三)小巖塊的選取、加工制備
首先篩選符合物性參數(shù)要求的天然地層巖石，作為制作小巖塊的原材料。天然巖 石的材質(zhì)應(yīng)盡量均勻，以保證小巖塊的物性分布均勻。
然后切割加工天然地層巖石制作小巖塊。為了保證質(zhì)量，小巖塊形狀最好是嚴(yán)格 的立方體，較佳地，任何邊長和角度的誤差都不超過0. 5%。
(四)井筒小巖塊的鉆取
首先確定出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭芯膊糠值男r塊，篩選出的巖塊按照設(shè)計(jì)井 型結(jié)構(gòu)、模型中所處位置選擇合適的鉆孔方式。
對于物理模型中井筒的垂直段和水平段，小巖塊的鉆取方法相對較簡單，采用常 規(guī)井筒鉆取設(shè)備，鉆取方式如圖3A、圖;3B所示。為保證井筒位置的對稱性和制作工藝的方 便，鉆孔位置位于小巖塊的中心位置，即要求巖塊的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)都位于巖塊的表面的 中心。
對于分支段，小巖塊的鉆取方式相對復(fù)雜，巖塊的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)都不再是位于 巖塊的表面的中心，而是根據(jù)巖塊在物理模型所處的位置，按照井筒軌跡設(shè)計(jì)鉆入和鉆出 點(diǎn)在巖塊表面上的位置，鉆取方式如圖3C所示。鉆孔工藝技術(shù)如圖4所示，本實(shí)施例是在 小巖塊10下方一面墊設(shè)三角形墊塊20，由該圖可知，巖塊進(jìn)入點(diǎn)的位置由下部三角形墊塊 的角度決定，因此，當(dāng)小巖塊的鉆入點(diǎn)確定后，需要選擇合適角度的三角形墊塊20。本實(shí)施 例中，小巖塊10被定位固定在支撐面(含墊塊20)及巖塊固定裝置30之間，巖塊鉆取設(shè)備 100的鉆頭101即可由既定的巖塊進(jìn)入點(diǎn)垂直向下鉆孔，從而形成所需的分支段。通過以上 的方法可得到具有任意鉆孔方位的小巖塊，由此可以制作出在三維空間任意方向的分支井 段。
(五)井筒小巖塊的粘結(jié)
采用特定的粘結(jié)劑(環(huán)氧樹脂)將已鉆孔的小巖塊彼此粘結(jié)在一起，構(gòu)成滿足實(shí) 驗(yàn)要求的井筒。
在本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，井筒的制作步驟還包括利用對小巖塊編號的方式來 方便井筒的制作，具體為
(1)依據(jù)井位部署位置及井筒在物理模型中的軌跡，并按照(一)中的井筒離散方 式，確定需要鉆孔的小巖塊，然后進(jìn)行編號；
(2)對已編號的小巖塊，確定出需鉆孔每個小巖塊的在巖塊表面的鉆入點(diǎn)、鉆進(jìn)角 度以及鉆進(jìn)尺寸，按照(四)中井筒小巖塊的鉆取方法鉆孔；
(3)把鉆孔之后的小巖塊按照對應(yīng)的編號，按(五)中的粘接方式按照一定的次序 粘接，當(dāng)完成所有鉆孔小巖塊的粘結(jié)之后，可得到物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的井筒。
雖然本發(fā)明已以具體實(shí)施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利 保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋的范疇。
權(quán)利要求
1.一種油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，該方法采用井筒離散化思想建立井 筒，其包括井筒模型離散化首先設(shè)計(jì)出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭兴杈徒Y(jié)構(gòu)，然后根據(jù)離散化 原理，把所需井型的井筒劃分成多個用于制作滲流模型的小巖塊中的小井筒段；物理模型井筒的制作根據(jù)離散化結(jié)果利用多個小巖塊制作該物理模型的井筒，其是 先在選定的小巖塊上鉆孔，形成分段井筒，再將小巖塊相互粘結(jié)形成大尺度模型，同時各分 段井筒相互連接形成完整的井筒。
2.如權(quán)利要求1所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，不同井型井段的井 筒模型離散方式不同對于直井采用垂直段的離散方式，水平井筒采用水平段的離散方式， 對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)井采用垂直段、水平段和分支段組合的離散方式。
3.如權(quán)利要求1所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，物理模型井筒的制 作步驟包括井筒小巖塊尺寸、數(shù)量的確定；小巖塊的選取、加工制備；井筒小巖塊的鉆取；井筒小巖塊的粘結(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，該方法是依據(jù)井筒 離散方式、井筒尺寸確定小巖塊的尺寸及所需小巖塊的數(shù)量。
5.如權(quán)利要求3所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，小巖塊的選取、加工 制備包括以下步驟小巖塊的篩選選取符合物性參數(shù)要求的天然地層巖石，作為制作小巖塊的原材料，天 然巖石的材質(zhì)應(yīng)盡量均勻，以保證小巖塊的物性分布均勻；制作小巖塊切割加工天然地層巖石制作小巖塊，小巖塊形狀為立方體。
6.如權(quán)利要求5所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，在制作小巖塊的過 程中，各小巖塊的任何邊長和角度的誤差都不超過0. 5%。
7.如權(quán)利要求3所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，井筒小巖塊的鉆取 步驟包括首先確定出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭芯膊糠值男r塊，篩選出的巖塊按照設(shè)計(jì) 井型結(jié)構(gòu)以及模型中所處位置來選擇合適的鉆孔方式對于物理模型中井筒的垂直段和水 平段，為保證井筒位置的對稱性和制作工藝的方便，鉆孔位置位于小巖塊的中心位置，即要 求巖塊的進(jìn)口點(diǎn)和出口點(diǎn)都位于巖塊的表面的中心；對于分支段，根據(jù)巖塊在物理模型所 處的位置，按照井筒軌跡設(shè)計(jì)鉆入和鉆出點(diǎn)在巖塊表面上的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，在對形成分支段井 筒的小巖塊進(jìn)行鉆取時，是在小巖塊的下方墊設(shè)三角形墊塊，三角形墊塊的角度由巖塊進(jìn) 入點(diǎn)的位置決定。
9.如權(quán)利要求3所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，小巖塊的粘結(jié)步驟 中，是采用環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑將已鉆孔的小巖塊彼此粘結(jié)在一起，以構(gòu)成滿足實(shí)驗(yàn)要求 的井筒。
10.如權(quán)利要求1所述的油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，其特征在于，物理模型井筒制作 過程包括以下步驟(1)依據(jù)井位部署位置及井筒在物理模型中的軌跡，并按照井筒離散方式要求，確定出 需要鉆孔的小巖塊，并進(jìn)行編號；(2)對已編號的小巖塊，首先確定出需鉆孔的每個小巖塊的在其表面的鉆入點(diǎn)、鉆進(jìn)角 度以及鉆進(jìn)尺寸，然后利用鉆取設(shè)備進(jìn)行鉆孔；(3)把鉆孔之后的小巖塊按照對應(yīng)的編號，采用環(huán)氧樹脂將已鉆孔的小巖塊彼此粘結(jié) 在一起；當(dāng)完成所有鉆孔小巖塊的粘結(jié)之后，可得到物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的井筒。
全文摘要
一種油藏物理模型井筒內(nèi)置方法，該方法采用井筒離散化思想建立井筒，包括井筒模型離散化及物理模型井筒的制作，井筒模型離散化步驟是首先設(shè)計(jì)出油氣藏物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭兴杈徒Y(jié)構(gòu)，然后根據(jù)離散化原理，把所需井型的井筒劃分成多個用于制作滲流模型的小巖塊中的小井筒段；物理模型井筒的制作步驟是根據(jù)離散化結(jié)果利用多個小巖塊制作該物理模型的井筒，其是先在選定的小巖塊上鉆孔，形成分段井筒，再將小巖塊相互粘結(jié)形成大尺度模型，同時各分段井筒相互連接形成完整的井筒。本發(fā)明利用大量具有不同鉆孔方位的小巖塊按照一定的次序粘接，可以構(gòu)成任意形狀的井筒結(jié)構(gòu)；井筒制作與模型制作過程具有同步性；巖塊鉆孔工藝能保證井筒制作的精度要求。
文檔編號E21B43/30GK102031956SQ20101056027
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者丁祖鵬, 劉月田, 屈亞光, 涂彬 申請人:中國石油大學(xué)(北京)