[發明專利]模擬不同充填狀態溶洞的方法與物理模擬試驗系統

在審

• 申請號: 202010117581.2
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN113376354A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 呂心瑞;孫建芳;丁炎志;張強勇;鄔興威;魏荷花;李紅凱;韓科龍;解麗慧
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;何嬌

本申請提供了一種模擬不同充填狀態溶洞的方法，其中，根據目標溶洞形狀采用受控抗壓材料制作溶洞模擬體，然后制作包裹溶洞模擬體的模型體，由溶洞模擬體在模型體內形成的空腔模擬目標溶洞。溶洞模擬體能夠在特定條件下維持其結構形態并具有一定的承壓能力，這樣可以對溶洞模擬體進行造型，使溶洞模擬體的形狀與目標溶洞的形狀保持一致。在模型體內控制受控抗壓材料液化，并將其從模型體中取出，在模型體內部形成一個空腔用于模擬溶洞。根據上述的模擬不同充填狀態溶洞的方法，本申請還提供了一種模擬不同充填狀態溶洞的物理模擬試驗系統。本發明制作出的模型與實際溶洞應力狀態十分接近，可以為溶洞研究提供可靠數據。

技術領域

本發明涉及地質力學模型試驗技術領域，更具體地說，特別涉及一種模擬不同充填狀態溶洞的方法以及一種模擬不同充填狀態溶洞的物理模擬試驗系統。

背景技術

塔河油田奧陶系縫洞型碳酸鹽巖油藏具有復雜特殊性，油藏埋藏深，不同類型的大型溶洞是主要的儲集空間，這些溶洞存在形態各異、充填特征不同等特征。埋藏后各溶洞體接受的上覆地層重力不同，水力改造程度不同，垮塌后膠結程度不同，形成了溶塌充填型儲層復雜的儲層類型，因此，研究溶洞垮塌對油井產量的影響成為當務之急。

然而，面對深部溶洞，傳統理論方法難以勝任，數值模擬困難重重，現場原位試驗條件受限且費用昂貴，相比之下，物理力學模型試驗以其形象、直觀、真實的特性成為研究深部地下工程的重要手段。研究油藏溶洞的穩定性問題已成為石油領域的一個重要突破口，而如何模擬不同充填狀態溶洞來進行穩定性分析是采用物理模型試驗方法所遇到的關鍵問題。

目前，國內外有關充填油藏溶洞物理模型試驗的研究現狀如下：

一種是，在模具內澆筑原材料最后將表面修平成形，用來模擬腔體的水平截面，該模具只能用來進行平面應變問題的研究無法進行內埋洞室的成腔；

一種是，利用卯榫結構將組合式木模搭建成相應洞型，形成后將木模一一抽出形成空腔，這種方法成本較高，且洞型不易控制，受限較大；

一種是，將充填介質放置于高壓容器底部模擬充填狀態的模型試驗方法，該方法單純考慮了充填介質，忽略了溶洞周邊圍巖的影響，與實際溶洞的應力狀態不符；

一種是，由有機玻璃板組合形成簡單溶洞與裂縫系統，利用所形成的溶洞與裂縫系統進行試驗，在其試驗過程中，當縫洞系統中注滿油后，由平流泵向其中一個模擬溶洞的底部進行注水，從其上部進行采油，這種方法只能模擬簡單水驅油現象，且無法承壓，無法適應不同充填狀態的需求；

一種是，制作模型，然后利用水泵將模型中預制的可溶鹽抽出形成空腔模擬無充填型溶洞，該方法只適合于無充填空洞，且抽出可溶鹽形成的豎直管道無法消除，相當于人為制造了貫通裂縫，對于試驗結果有較大影響；

一種是，制備模型，在模型中設置預制的硅膠袋，利用硅膠袋模擬水溶洞內壓的變化，該方法中，只能模擬滿充填水狀態下的溶洞，對于無充填或部分充填油藏溶洞以及充填固體介質溶洞無法模擬。

通過對上述現狀的分析，現有技術存在的問題主要為：現有的充填油藏溶洞單純考慮了充填介質，忽略了溶洞周邊圍巖的影響，與實際溶洞的應力狀態不符；現有的充填油藏溶洞成腔技術只能用來進行平面應變問題的研究無法進行內埋洞室的成腔；現有的充填油藏溶洞只能模擬簡單水驅油現象，且無法承壓，無法適應不同充填狀態的需求；現有的充填油藏溶洞技術人為制造了貫通裂縫，對于試驗結果有較大影響，使用的方法只能滿足單一需求，對于復雜的充填情況時無法模擬。

綜上所述，如何提供一種與實際溶洞應力狀態較為接近的建模方法，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容