基于泡沫复合材料的新型非均质储层渗流电模拟系统方法技术领域
本发明关于油气渗流技术，属于油气田开发领域，特别涉及一种适用于非均质地
层复杂结构井渗流规律研究的电模拟系统及方法。
背景技术
储层非均质性普遍存在于各类油藏中，是影响油田开发动态和效果的重要因素，
因此进行油藏渗流机理研究和产能计算时，必须充分考虑非均质性的影响才能真正符合矿
场实际。
随着油气田开发技术的不断发展，越来越多的复杂结构井被应用于油气田生产
中，并取得了良好的效果。与直井相比，复杂结构井因其自身结构特点，可以有效扩大泄油
面积，增加单井产能，进而减少开发井数，提高油田经济效益。复杂结构井的渗流规律相比
直井而言更加复杂，目前对于复杂结构井渗流机理的相关研究越来越多。
电模拟实验广泛应用于油气渗流领域，它是利用水电相似原理，建立电模拟模型，
在相似于油藏的容器中注满电解质，然后安装正负两极，根据油井边界和油藏边界条件形
成类似边界，即可形成相当于储层内渗流场的电流场，进而类似地研究油气渗流规律。现有
电模拟系统组成如图1所示，主要包括：稳压电源—1、电流表—2、电压表—3、电解质—4、井
模型—5、和铜板—6等，其中该电解质槽—4是由4个侧板和1个底板所组成，侧板或者底板
的材质可以是金属，如图中所示的铜板—6。该实验装置操作简单、成本低、周期短，在油气
渗流领域应用广泛，但存在以下问题：第一，现有实验装置采用均匀盐水溶液为导电介质只
能模拟流体在均质地层流动，无法模拟流体在非均质复杂多孔介质中渗流，模拟结果往往
误差较大。第二，模拟复杂结构井的电极材料与电解质水溶液接触面积较大，随着测量时间
的推移，电解质水溶液的电化学反应越来越强烈，甚至在电极附近出现大量气泡或沉淀，导
致模拟电极附近电场极度不稳定，测量数据误差较大。第三，随着电化学反应不断发生，溶
液温度不断增加，溶液电导率发生改变。这些问题降低了电模拟实验的精确性，制约了电模
拟实验在实际问题中的应用。
近年来，导电性高分子的研究取得了长足的发展。以乙炔炭黑(ACET)为导电填料，
聚乙烯(PE)等高聚物为基体，偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂，过氧化二异丙苯(DCP)为交联
剂，采用开炼共混—模压发泡制备的聚乙烯导电泡沫复合材料，兼具有机高分子材料的力
学性能及半导体和金属的导电性能，受到人们的重视。聚乙烯导电泡沫复合材料的导电性
主要是由导电逾渗网络决定，其室温导电机理是导电粒子相互接触而形成三维导电网络和
量子隧道效应，体积电阻率可在10Ω～108Ω·cm之间调整。聚乙烯导电泡沫复合材料密度
小、强度高、重量轻、易加工成各种复杂的形状，而且发泡倍率可调、化学稳定性好、制作成
本低，在电子工业中的应用日趋广泛，引起了学术界和工业界的广泛兴趣。
发明内容
本发明的目的在于，将导电泡沫复合材料作为导电介质引入电模拟实验中来代替
传统的盐水溶液，以解决现有导电介质存在的上述技术问题，并提供一种新型非均质地层
渗流电模拟系统及方法。
本发明所提供的复杂结构井渗流规律的电模拟系统包括：
导电泡沫复合材料模型，用于充当导电介质；
铜制细探针；
铜板，用于模拟供给边界；
多种复杂结构井铜制模型；
该电模拟系统还包括：电压表和电流表(可以连接铜制细探针)，可调压的直流电
源。
本发明所述的导电泡沫复合材料模型形状不受限制，作为优选可以是长方体型来
模拟单向渗流模型和圆柱体型来模拟径向渗流模型。
本发明所述的导电泡沫复合材料有两种基本结构，开孔结构如图2所示，闭孔结构
如图3所示。闭孔结构泡沫材料，气泡孤立地分散在聚合物中，作为基体的聚合物是连续相。
开孔结构泡沫材料，聚合物中的气泡间可以连通，泡体中的气相和聚合物都是连续相，这与
油藏渗流机理极为相似。在本发明中将不导电的气泡空腔来模拟实际渗流过程中的岩石骨
架，将导电的交联高分子材料来模拟实际渗流过程中的岩石孔隙喉道，采用开孔结构或闭
孔结构模拟油藏不同区域的复杂渗流情况。真实油藏渗流情况如图4所示，采用导电泡沫复
合材料进行电模拟实验与真实渗流情况更相符。
所述导电泡沫复合材料具有一定的弹性和可压缩性，可以使用铜制细探针直接插
入导电泡沫复合材料内部进行测量，可以进行三维测量。
所述导电泡沫复合材料可通过水热法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法或模板法制
备得到。
所述的铜制细探针直径约1mm，下端包有一层绝缘皮，仅露出1mm铜制探针，如图5
所示。
与现有的电模拟装置相比，所述的基于导电泡沫复合材料的新型非均质地层渗流
电模拟系统具有以下优点：第一，使用了新型导电泡沫复合材料，利用该材料的微小空腔来
模拟岩石骨架，具有复杂连通结构的导电骨架来模拟复杂孔隙吼道，这种微观导电逾渗网
络可以模拟实际地层的复杂孔隙介质结构，从而在模拟微观非均质方面，与实际地层更相
似。第二，可以制备出多层圆柱环状导电泡沫材料紧密契合，制成平面非均质地层模型，从
而在模拟平面非均质方面，可以研究传统电模拟系统无法研究的平面非均质油藏模型。第
三，可以制备出多层圆柱环状导电泡沫材料紧密纵向排列，制成层间非均质地层模型，从而
在模拟层间非均质方面，与实际地层更相似。第四，消除了现有电模拟实验中电解质溶液与
电极材料发生电解反应的现象，制备方法简单、成本低，测量方法简单，可使用自动化测量
设备，极大提高了电模拟实验的精确性。第五，提供一种可以有效研究非均质地层复杂渗流
规律的实验方法。
附图说明
图1所示为现有技术所提供的电模拟实验装置示意图；
图2所示为以开孔结构为基本结构的导电泡沫复合材料；
图3所示为以闭孔结构为基本结构的导电泡沫复合材料；
图4所示为真实油藏岩石渗流模型；
图5所示为铜制细探针结构示意图；
图6所示为基于导电泡沫复合材料的新型非均质地层渗流电模拟系统；
图7所示为导电泡沫复合材料纵向非均质模型结构示意图；
图8所示为导电泡沫复合材料平面非均质模型结构示意图；
图9所示为导电泡沫复合材料模拟具有多个不同夹层的储层模型结构示意图；
具体实施方式
结合说明书附图来详细讲述本发明实施方式：
如图6所示，为本发明实施所提供的新型导电泡沫复合材料电模拟系统结构示意
图。该电模拟系统包括：导电泡沫复合材料模型、可调压的直流电源1、电流表2、开关3、模拟
复杂结构井4、铜板供给边界5、铜制细探针6、电压表7。
本发明装置工作流程：首先确定模拟油藏具体的参数的大小，根据油藏参数来进
行导电泡沫复合材料的制作，打开开关3开始测量，使用铜制细探针测量待测位置，记录各
待测点数据。
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施
例仅用于帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例一：
如图7所示，为导电泡沫复合材料层间非均质径向流模型结构示意图，其中1—模
拟井，2—电导率为孔隙度为厚度为的圆柱环状导电泡沫材料，3—电导率为孔隙度为厚度
为的圆柱环状导电泡沫材料，三者紧密契合，最外层加上模拟铜制边界，可以模拟层间非均
质油藏模型，在制备材料过程中通过改变乙炔炭黑在导电泡沫基体中的掺杂量可以模拟不
同渗流阻力的地层，通过改变发泡剂剂量可以模拟不同孔隙度的地层。打开开关，进行测量
并记录数据，即可研究层间非均质地层渗流规律。
实施例二：
如图8所示，为导电泡沫复合材料平面非均质径向流模型结构示意图，其中1—模
拟井，2—电导率为孔隙度为半径为的圆柱环状导电泡沫材料，3—电导率为孔隙度为半径
为的圆柱环状导电泡沫材料，三者紧密契合，最外层加上模拟铜制边界，可以模拟平面非均
质油藏模型，在制备材料过程中通过改变乙炔炭黑在导电泡沫基体中的掺杂量可以模拟不
同渗流阻力的地层，通过改变发泡剂剂量可以模拟不同孔隙度的地层。打开开关，进行测量
并记录数据，即可研究平面非均质地层渗流规律。
实施例三：
如图9所示，为导电泡沫复合材料模拟一口水平井开采具有多个不同地层的储层
模型结构示意图，其中1、5—模拟水平井，2—电导率为孔隙度为厚度为的导电泡沫材料，
3—电导率为孔隙度为厚度为的导电泡沫材料，4—电导率为孔隙度为厚度为的导电泡沫材
料，6—电导率为孔隙度为厚度为的导电泡沫材料，不同电导率孔隙度的各层模型通过电热
切割后可以与模拟复杂结构井紧密契合，最外层加上模拟铜制边界，可以模拟具有多个不
同夹层的油藏模型，在制备材料过程中通过改变乙炔炭黑在导电泡沫基体中的掺杂量可以
模拟不同渗流阻力的地层，通过改变发泡剂剂量可以模拟不同孔隙度的地层。打开开关，进
行测量并记录数据，即可研究水平井在层间非均质地层渗流规律。
本发明的有益效果在于，第一，制备方法简单，制作成本低，可制作复杂、不规则形
状的油藏区块。第二，导电泡沫复合材料内部可以分割成无数个小空腔，空腔大小和数量可
以根据所需模拟的油藏区块来进行变化，来研究传统电模拟系统无法研究的非均质油藏模
型。第三，传统电模拟只能模拟流体在地层中层流流动，新型导电泡沫复合材料电模拟系统
用绝缘气泡空腔来模拟岩石骨架，导电部分来模拟复杂孔隙吼道更符合石油在多孔介质中
的渗流机理，与实际油藏渗流情况相符，极大提高了电模拟实验的精确性。第四，导电泡沫
复合材料制成的油藏模型测量极为方便，可使用自动化测量设备测量。第五，消除了现有电
模拟实验中由于测量时间较长，电解质与电极材料发生电解反应的现象。第六，提供一种可
以有效研究非均质地层三维复杂渗流的实验方法。
以上对本发明的原理及实施方式进行了阐述，并提供了使用案例，对于本领域的
一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所
述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。