[发明专利]水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置及方法

权利要求书

1.水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，包括可视化模拟容器外壳，所述可视化模拟容器外壳前端面和后端面上设置有可视窗，所述可视化模拟容器外壳顶部设置有密封顶盖，所述可视化模拟容器外壳底部设置有密封底盖；所述密封顶盖上设置有注水管路和采出管路；所述可视化模拟容器外壳内部设置有饱和人造岩心；

所述注水管路与一注入模拟井的顶部连通，所述采出管路与一采出模拟井的顶部连通，所述注入模拟井伸入所述饱和人造岩心；所述采出模拟井伸入所述饱和人造岩心；

所述密封顶盖上设置有伸入所述饱和人造岩心的注入端毛管束、中间毛管束和采出端毛管束；

所述注入端毛管束、所述中间毛管束和所述采出端毛管束均包括设置于所述密封顶盖前端的第一管组和设置于所述密封顶盖后端的第二管组；

所述第一管组包括并列设置的第一毛细管、第二毛细管和第三毛细管；所述第二管组包括并列设置的第四毛细管、第五毛细管和第六毛细管；所述第一毛细管、所述第二毛细管和所述第三毛细管的管径为1.0mm，所述第四毛细管、所述第五毛细管和所述第六毛细管的管径为1.5mm；

所述第一毛细管和所述第四毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的底部；所述第二毛细管和所述第五毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的下部三分之一处，所述第三毛细管和所述第六毛细管的底端延伸至所述饱和人造岩心的上部三分之一处。

2.根据权利要求1所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述饱和人造岩心与所述密封顶盖和所述密封底盖之间均设置有密封层。

3.根据权利要求2所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述密封层为环氧树脂层。

4.根据权利要求1所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置，其特征在于，所述注入端毛管束设置于所述密封顶盖长度方向四分之一处，所述中间毛管束设置于所述密封顶盖长度方向的中部，所述采出端毛管束设置于所述密封顶盖长度方向四分之三处。

5.基于权利要求1-4任一项所述的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、装置组装与密封测试实验，其实验过程如下：

S101、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水至淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部，装填饱和人造岩心，在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S102、密封测试：打开注入控制阀、采出控制阀，利用注水管路向饱和人造岩心中缓慢升压注水1h；然后，静置一段时间；除采出管路的出口、注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束的上端面以外，观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏；

步骤S2、装置驱替实验，其实验过程如下：

S201、注入油：通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中注入油，直至饱和人造岩心中油相饱和度达到初始含油饱和度数值，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

S202、注水驱替：通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中缓慢升压注水，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟，分析毛细管中环面油水置换、均匀驱替上升现象的临界情况；

S203、泄压取出饱和人造岩心：依次去除密封顶盖、饱和人造岩心顶部的密封层、饱和人造岩心、注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束，清洗注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管；

步骤S3、更换饱和人造岩心且在不同注入流体特征下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S301、不同注入流体粘度的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注入流体的粘度，通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中缓慢升压注入流体，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现驱替过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟；

S302、不同注入流速的水驱过程毛细管差异重力分异模拟：重复步骤S101-S102、步骤S201，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试，注入油；改变注水流速，通过注水管路和注入模拟井，以一定流速向饱和人造岩心中注水，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，实现水驱过程不同位置、不同管径的毛细管中发生的差异化重力分异现象模拟；

步骤S4、更换饱和人造岩心且在不同地层流体粘度条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：S401、注入不同粘度的油：重复步骤S101-S102，更换新的饱和人造岩心，进行装置组装与密封测试；通过注水管路和注入模拟井，向饱和人造岩心中注入不同粘度的原油，直至饱和人造岩心中油相饱和度达到初始含油饱和度数值，然后，静置一段时间；观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

S402、重复步骤S202，进行注水驱替，观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况；

步骤S5、更换饱和人造岩心且在不同饱和人造岩心孔隙度、渗透率、裂缝发育条件下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：S501、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水、淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部；装填不同孔隙度、渗透率的饱和人造岩心，或装填含裂缝的饱和人造岩心，在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S502、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，分析裂缝对水驱过程毛细管差异重力分异的影响；

步骤S6、更换饱和人造岩心且在隔夹层遮挡下的水驱过程毛细管差异重力分异模拟实验，其实验过程如下：

S601、装置组装：连接可视化模拟容器外壳与密封底盖，在可视化模拟容器外壳的内侧底部铺设密封层，向可视化模拟容器外壳内部倒置蒸馏水、淹没密封层，观察是否渗漏；如无渗漏发生，将注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束、注入模拟井、采出模拟井放置于可视化模拟容器外壳内部；装填含隔夹层的饱和人造岩心，隔夹层可通过石英砂逐层铺设、放置隔夹层、继续逐层铺设的方式实现；在饱和人造岩心上部铺设密封层，连接可视化模拟容器外壳与密封顶盖，连接注入模拟井与注水管路，连接采出模拟井与采出管路；

S602、密封测试与装置驱替：重复S102、步骤S201-S202,观察可视化模拟容器外壳的顶底部是否发生渗漏,观察注入端毛管束、中间毛管束、采出端毛管束中油水界面位置和上升情况，分析隔夹层遮挡对水驱过程毛细管差异重力分异的影响。