CN102587894B - 水平井渗流实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟和研究水平井周围地层向水平井筒渗流的水平井渗流实验装置。它能清楚展现自然界无法观测到的水平井渗流状况，并分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流的影响。其技术方案：主体支架安在底座上，主体支架下部安有流入端支架和流出端支架；渗流观察板安在主体支架中部，渗流观察板中部安有渗流槽，渗流槽内的管流腔插有水平段模拟井筒；储水罐安在主体支架下部中间，高压气泵与储气罐安在主体支架下部流入端；注入管线组安在渗流观察板的流入端，每根注入管线接有示踪剂注入盒；水平段模拟井筒用可视连接筒和柔性连接筒连接垂直段模拟井筒。本发明用于分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流的影响。

Description

水平井渗流实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟和研究水平井周围地层向水平井筒渗流的物理模型，同时分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流的影响的水平井渗流实验装置。

背景技术

水平井技术于1928年提出，40年代付诸实施，就成为一项非常有前途的油气田开发、提高采收率的重要技术。到了80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用，并由此形成一股研究水平井技术、应用水平井技术的高潮。现如今，水平井渗流理论及产能评价方法研究水平井钻井技术已日趋完善，并以此为基础发展了水平井各项配套技术。目前，国外水平井技术的发展主要有以下两大特点：一、水平井技术由单个水平井向整体井组开发、多底井、多分支水平井转变，水平井具有多种类型，有普通的单支水平井、平面分支水平井、多层分支水平井、穿过一个或多个产层的三维多目标分支水平井等；二、应用欠平衡钻井技术，减少钻井液对油层的浸泡和损害，加快机械钻速，简化井下矛盾，使水平井、多底井、多分支井在较简化的完井技术下就可以达到高产。

近些年，水平井技术己经在石油工业得到了迅速发展，日益普及整个石油工业。我国的油气藏大多为中低渗透油气藏，而且薄层油气藏居多，大部分油田处于中后期开发，水平井技术正在成为我国油田经济有效的开发方式。

对于薄油层，水平井多适用于单一薄层的开采，利用“阶梯型水平井”还可以实现多层同时开采;对于低渗透储层油藏，水平井可以增加泄油面积，同时减少了油藏开发所必需的总井数，有利于降低成本；在高渗透储层油藏中，直井井筒中渗流速度很高，应用水平井可以降低渗流速度从而减轻或避免高产时天然气的紊流;在开发中后期应用提高采收率方法时，特别是在应用加热方法时，应用水平井可以增加与油层的接触面积，提高吸水能力，从而提高开发效果;对于海上油田，钻水平井是唯一降低海洋钻井成本的方法，因为海上钻井成本的降低只能靠减小必需的开发井数来实现，海上钻水平井不仅减小了必需的开发井数，而且增加了在同一平台上可以开采的油层面积，毫无疑问，钻水平井在总体上大大地降低了海上油田开发成本。随着钻井技术的提高，水平井的应用会越来越广泛。

国内外众多学者已经对水平井渗流理论与产能评价进行了比较系统的研究，但是由于井身结构以及油藏地质特征的复杂性，还有许多问题值得进一步深入研究。在水平井渗流理论及压力动态研究方面，试井技术是油气田开发的关键技术之一，通过水平井试井技术，建立合适的水平井试井解释模型和解释方法，得到油气藏重要的参数，以此对油气藏进行综合评价，这对油田的开发具有非常重要的指导意义。目前由于水平井渗流的复杂性(油藏及边界的复杂性和井结构的复杂性)，水平井的渗流理论研究还不够完善，需要进一步研究。

在研究油气层水平井渗流时，往往采用数学方法，但数学方法比较抽象，初学者难于理解。故而采用模拟方法来研究复杂条件下的油气层流体渗流规律。其中物理模拟是常采用的方法，但建立水平井渗流的实物模型耗资巨大，难于操作与管理，因此有必要加强实验室的科学研究和实践教学，以补充水平井渗流的实物模型的不足。

本发明用于模拟和研究水平井周围地层向水平井筒稳定渗流的物理模型，清晰展现自然界无法观测到的水平井渗流状态，同时分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流的影响。

经文献调研，在模拟水平井渗流及分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流影响的方面未发现与水平井渗流实验装置相关的思路、产品、工艺设计方法和理论基础研究的报道。

发明内容

本发明的目的是：为了提供一种模拟和研究水平井周围地层向水平井筒稳定渗流的物理模型，清晰展现自然界无法观测到的水平井渗流状态，同时分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流的影响，特提供一种水平井渗流实验装置。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：水平井渗流实验装置由主体支架、渗流观察板、高压气泵、储水槽、水泵、计算机、数据采集卡、渗流槽、水平段模拟井筒和摄像机组成。

其结构特征是：主体支架安装在底座上面，主体支架的下部流入端安装有流入端支架，主体支架的下部流出端安装有流出端支架；渗流观察板安装在主体支架的中部，用注入端固定螺钉和流出端固定螺钉将渗流观察板左右两边固定在主体支架上；渗流观察板的流出端设有导向槽，流出端固定螺钉卡在导向槽内。渗流观察板中部安装有渗流槽，渗流槽内部的管流腔插有水平段模拟井筒，密封橡胶圈密闭渗流槽出口内壁与水平段模拟井筒外壁的空隙；渗流观察板上面安装有照明灯架，每个照明灯架内设置有照明灯，照明灯架环绕于渗流槽的外侧；储水槽安装在主体支架下部中间，在储水槽中装有水泵，水泵出口接液相恒压阀，水泵出口端与液相恒压阀间安装有液相压力传感器和液相止回阀；高压气泵与储气罐安装在主体支架下部的流入端，高压气泵安装在储气罐支架之下，储气罐安装在储气罐支架之上；高压气泵出口端与气泵止回阀连接，再与储气罐相接，储气罐出口端连接气相恒压阀，在储气罐出口端与气相恒压阀间安装有气相压力传感器和气相止回阀；液相恒压阀和气相恒压阀接出管线汇合后与流入止回阀和流入压力传感器连接，再与注入管线组的入口端连接；注入管线组安装在渗流观察板的流入端，每根注入管线另接有示踪剂注入盒，注入管线组的注入管线出口与渗流槽的渗流槽入口一一对应；水平段模拟井筒的出口端用两段可视连接筒和三段柔性连接筒连接垂直段模拟井筒，水平段模拟井筒出口处安装有水平井筒跟端压力传感器；垂直段模拟井筒顶部安装有流出压力传感器，垂直段模拟井筒顶部出口与储水槽相连接，垂直段模拟井筒顶部出口与储水槽间安有流出恒压阀和流出止回阀；在距离渗流观察板背面5-7m处，设置有摄像机支架，摄像机支架上安装有摄像机；计算机与数据采集卡安装在主体支架下部的流出端，数据采集卡安装在计算机支架之下，计算机安装在计算机支架之上；水平井渗流实验装置内各压力传感器与数据采集卡用数据线连接，数据采集卡再与计算机连接，摄像机直接与计算机用数据线连接。

本发明的特征在于：

水泵以恒压方式工作，保证液相恒压阀的流入端压力高于流出端压力两倍以上。

水平井渗流实验装置的流入端连接有液相恒压阀和气相恒压阀，流出端压力连接有流出恒压阀，恒压阀能保持装置的流入、流出端压力的相对稳定，并通过调节恒压阀打开压力来调节流经恒压阀流体的流量。

渗流观察板由PVC硬质塑料制成，塑料颗粒透光率为96-98%，渗流观察板的厚度为5-6cm。

渗流观察板的流出端设有导向槽，流出端固定螺钉卡在导向槽内。通过改变流出端固定螺钉在导向槽内的位置，可以调节渗流观察板与水平方向的夹角，以此模拟水平井段的倾斜程度。

渗流观察板上面安装有6-9个照明灯架，每个照明灯架内设置有3个照明灯，照明灯架环绕于渗流槽的外侧。

安装在渗流观察板流入端的注入管线组有7-13根注入管线，注入管线的数目为奇数，注入管线的数目与渗流槽入口的数目相同。每根注入管线连接的示踪剂注入盒内充满试验用示踪剂，示踪剂选用水不溶性有机物，为偶氮颜料、酞菁颜料或喹吖啶酮颜料中的一种。

渗流槽紧贴于渗流观察板之上，制作渗流槽的材料为PVC硬质塑料，由1个管流腔和2个渗流腔构成，管流腔位于渗流槽的中间，横截面形状为矩形，管流腔内无填充物；渗流腔位于渗流槽的上下两边，横截面形状为圆心角为4.5°的扇形，渗流腔内填充有PVC硬质塑料颗粒，管流腔与上下渗流腔的交会处安装有渗流隔板，渗流隔板的作用是保证流体顺利由渗流腔流入管流腔，且防止渗流腔内的PVC硬质塑料颗粒进入管流腔；渗流槽紧贴于渗流观察板的渗流腔壁为渗流观察壁，紧贴于渗流观察板的管流腔壁为管流观察壁；渗流槽的入口端设置有7-13个渗流槽入口，渗流槽入口的数目与注入管线组的注入管线数目相同。

水平段模拟井筒与垂直段模拟井筒之间的连接部分，使用两段可视连接筒与三段柔性连接筒交替连接。水平段模拟井筒、可视连接筒、柔性连接筒和垂直段模拟井筒的横截面积应保持一致。

水平段模拟井筒的横截面为矩形，水平段模拟井筒的外壁与渗流槽的管流腔契合。管流腔内的水平段模拟井筒外壁设有均匀渗流细孔，保证管流腔内流体均匀渗入。根据模拟水平井的完井方式不同，更换不同的水平段模拟井筒。水平段模拟井筒包含有裸眼完井模拟井筒、割缝衬管完井模拟井筒、射孔完井模拟井筒、砾石充填完井模拟井筒。

裸眼完井模拟井筒由封闭隔板、密封圈、模拟环空、模拟井周围地层构成，模拟井周围地层内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟井周围地层内的模拟环空外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层内流体均匀渗入，模拟环空内无填充物，封闭隔板和密封圈封闭模拟井周围地层与模拟环空出口之间的空隙。

割缝衬管完井模拟井筒由封闭隔板、密封圈、模拟环空、模拟井周围地层、环空密封圈、模拟衬管、模拟扶正器构成，模拟井周围地层内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟井周围地层内的模拟环空外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层内流体均匀渗入，模拟环空内无填充物；封闭隔板和密封圈封闭模拟环空与模拟井周围地层间的空隙，模拟衬管的上下两侧有6-12组细缝，模拟衬管与模拟环空间设有5-7个模拟扶正器，模拟扶正器保证模拟衬管位于模拟环空的中间位置，环空密封圈封闭模拟环空与模拟衬管出口之间的空隙。

射孔完井模拟井筒由封闭隔板、密封圈、模拟环空、模拟井周围地层、环空密封圈、模拟衬管、模拟射孔构成，模拟井周围地层内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟环空外壁封闭，模拟井周围地层内流体无法渗入，模拟环空内无填充物，模拟衬管与模拟环空间设有10-20个模拟射孔，模拟射孔连通模拟衬管与模拟井周围地层，并伸入模拟井周围地层内部，封闭隔板和密封圈封闭模拟环空与模拟井周围地层间的空隙。

砾石充填完井模拟井筒由封闭隔板、密封圈、模拟环空、模拟井周围地层、环空密封圈、模拟衬管、模拟扶正器、模拟预充填砾石绕丝筛管构成，模拟井周围地层内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟井周围地层内的模拟环空外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层内流体均匀渗入，模拟环空内无填充物；模拟衬管外部套有模拟预充填砾石绕丝筛管，模拟预充填砾石绕丝筛管外壁设有均匀渗流细孔，模拟预充填砾石绕丝筛管与模拟衬管之间填充PVC硬质塑料颗粒，模拟预充填砾石绕丝筛管与模拟环空间设有5-7个模拟扶正器，模拟扶正器保证模拟预充填砾石绕丝筛管位于模拟环空的中间位置；封闭隔板和密封圈封闭模拟环空与模拟井周围地层间的空隙。

本发明装置遵循相似模拟的原则。

（1）几何相似

本发明装置和自然界渗流区域中所有的长度元素成比例。即自然界渗流区域长度与渗流模型长度的比值、自然界渗流区域宽度与渗流模型宽度的比值，以及自然界渗流区域厚度与渗流模型厚度的比值相等。

（2）动力相似

本发明装置和自然界渗流中相应液体质点所受到的力的性质相同，且保持一定比例。由于自然界的渗流绝大部份为层流，模型中的渗流亦保持层流。

（3）边界条件一致

本发明装置的渗流板的上下渗流腔的横截面形状均为圆心角为4.5°的扇形，各模拟了水平井360°周围地层的1/80，实验流体在其中运动的规律是与在360°井中运动的规律是一致的。

（4）运动规律相似

本发明装置和自然界渗流中相应液体质点的迹线相似，而且流体质点流经相应迹线段所需时间应成一定比例。本发明装置模拟了地层流体从水平井的四周流入水平井筒内，根据向渗流理论，当井的边界压力与井底流压恒定时，井的产量达到稳定状态，同时在油井的周围也会形成有规则的稳定的压降。当井的边界压力与井底流压发生改变时，井的产量及井周围的压降也会发生改变。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）模拟水平井周围地层向水平井筒稳定渗流的物理现象，直接观测水平井周围地层的渗流过程。（2）实现了实验液体的循环利用，节约了实验液体，降低了实验成本，保护环境；（3）模拟过程全数字化监测并记录，能总结水平井筒周围地层的渗流规律；（4）可用于分析不同水平井完井方式对水平井周围地层渗流的影响。

附图说明

图1 为本发明水平井渗流实验装置的结构示意图。

图2 为图1的A向视图。

图3 为图1的B向视图。

图4 为图1的C向视图。

图5 为本装置渗流槽的横截面结构示意图。

图6 为本装置水平段模拟井筒的裸眼完井模拟井筒的结构示意图。

图7 为本装置水平段模拟井筒的割缝衬管完井模拟井筒的结构示意图。

图8 为本装置水平段模拟井筒的射孔完井模拟井筒的结构示意图。

图9 为本装置水平段模拟井筒的砾石充填完井模拟井筒的结构示意图。

图10 为图6的D向视图。

图11 为图7的D向视图。

图12 为图8的D向视图。

图13 为图9的D向视图。

图1~图13中，1、主体支架，2、照明灯架，3、渗流观察板，4、注入管线组，5、示踪剂注入盒，6、流入端固定螺钉，7、流入压力传感器，8、流入止回阀，9、流入端支架，10、液相恒压阀，11、气相恒压阀，12、液相止回阀，13、液相压力传感器，14、气相止回阀，15、气相压力传感器，16、储气罐，17、气泵止回阀，18、储气罐支架，19、底座，20、高压气泵，21、储水槽，22、水泵，23、计算机支架，24、计算机，25、数据采集卡，26、流出端支架，27、渗流槽，28、流出止回阀，29、密封橡胶圈，30、水平段模拟井筒，31、柔性连接筒，32、水平井筒跟端压力传感器，33、流出端固定螺钉，34、导向槽，35、可视连接筒，36、流出恒压阀，37、垂直段模拟井筒，38、流出压力传感器，39、照明灯，40、摄像机支架，41、摄像机，42、渗流观察壁，43、渗流腔，44、渗流隔板，45、管流腔，46、管流观察壁，47、渗流槽入口，48、封闭隔板，49、密封圈，50、模拟环空，51、模拟井周围地层，52、环空密封圈，53、模拟衬管，54、模拟扶正器，55、模拟射孔，56、模拟预充填砾石绕丝筛管。

具体实施方式

以模拟水平方向呈5°夹角、分析水平气水井不同完井方式对水平井渗流影响的实验装置为例，结合附图对本发明作进一步说明。

参阅图1~图13。

裸眼完井模拟井筒由封闭隔板48、密封圈49、模拟环空50、模拟井周围地层51构成。模拟井周围地层51内填充有PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为0.5mm。模拟井周围地层51内的模拟环空50外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层51内流体均匀渗入，模拟环空50内无填充物。封闭隔板48和密封圈49封闭模拟井周围地层51与模拟环空50出口之间的空隙。

割缝衬管完井模拟井筒由封闭隔板48、密封圈49、模拟环空50、模拟井周围地层51、环空密封圈52、模拟衬管53、模拟扶正器54构成，模拟井周围地层51内填充有PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为0.5mm。模拟井周围地层51内的模拟环空50外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层51内流体均匀渗入，模拟环空50内无填充物。封闭隔板48和密封圈49封闭模拟环空50与模拟井周围地层51间的空隙。模拟衬管53的上下两侧有6组细缝，每组细缝长度为0.5m，宽度为0.1mm。模拟衬管53与模拟环空50间设有5个模拟扶正器54，模拟扶正器54保证模拟衬管53位于模拟环空50的中间位置。环空密封圈52封闭模拟环空50与模拟衬管53出口之间的空隙。

射孔完井模拟井筒由封闭隔板48、密封圈49、模拟环空50、模拟井周围地层51、环空密封圈52、模拟衬管53、模拟射孔55构成，模拟井周围地层51内填充有PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为0.5mm。模拟环空50外壁封闭，模拟井周围地层51内流体无法渗入，模拟环空50内无填充物。模拟衬管53与模拟环空50间设有15个模拟射孔55，模拟射孔55连通模拟衬管53与模拟井周围地层51，并伸入模拟井周围地层51内部。封闭隔板48和密封圈49封闭模拟环空50与模拟井周围地层51间的空隙。

砾石充填完井模拟井筒由封闭隔板48、密封圈49、模拟环空50、模拟井周围地层51、环空密封圈52、模拟衬管53、模拟扶正器54、模拟预充填砾石绕丝筛管56构成。模拟井周围地层51内填充有PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为2mm。模拟井周围地层51内的模拟环空50外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层51内流体均匀渗入，模拟环空50内无填充物。模拟衬管53外部套有模拟预充填砾石绕丝筛管56，模拟预充填砾石绕丝筛管56外壁设有均匀渗流细孔，模拟预充填砾石绕丝筛管56与模拟衬管53之间填充PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为2mm。模拟预充填砾石绕丝筛管56与模拟环空50间设有5个模拟扶正器54，模拟扶正器54保证模拟预充填砾石绕丝筛管56位于模拟环空50的中间位置。封闭隔板48和密封圈49封闭模拟环空50与模拟井周围地层51间的空隙。

主体支架1安装在底座19之上。主体支架1的流入端和流出端下部分别安装有流入端支架9和流出端支架26。渗流观察板3安装在主体支架1的中部，注入端固定螺钉6和流出端固定螺钉33将渗流观察板3固定于主体支架1上。渗流观察板3由PVC硬质塑料制成，塑料颗粒透光率为96%，渗流观察板3的厚度为6cm。渗流观察板3的流出端设有导向槽34，流出端固定螺钉33卡在导向槽34内。通过改变流出端固定螺钉33在导向槽34内的位置，可以调节渗流观察板3与水平方向的夹角，以此模拟水平井段的倾斜程度。渗流观察板3安装有9个照明灯架2，每个照明灯架2内置3个照明灯39，照明灯架2环绕于渗流槽27的外侧。储水槽21安装在主体支架1下部中间，储水槽21中装有水泵22，水泵22以恒压方式工作，水泵22出口接液相恒压阀10，水泵22出口端与液相恒压阀10间安装有液相压力传感器13和液相止回阀12。液相恒压阀10能保持阀的流出端压力的相对稳定，并通过调节液相恒压阀10打开压力来调节流经液相恒压阀10流体的流量。高压气泵20与储气罐16安装在主体支架1下部的流入端，高压气泵20安装于储气罐支架18之下，储气罐16安装于储气罐支架18之上。高压气泵20出口端与气泵止回阀17连接，再与储气罐16相接，储气罐16出口端接气相恒压阀11，储气罐16出口端与气相恒压阀11间安装有气相压力传感器15和气相止回阀14。气相恒压阀11能保持阀的流出端压力的相对稳定，并通过调节气相恒压阀11打开压力来调节流经气相恒压阀11流体的流量。液相恒压阀10和气相恒压阀11接出管线汇合后与流入止回阀8和流入压力传感器7连接，再与注入管线组4的入口端连接。注入管线组4安装在渗流观察板3的流入端，注入管线组4有7根注入管线，注入管线的数目与渗流槽入口47的数目相同。每根注入管线连接有示踪剂注入盒5，示踪剂注入盒5内充满试验用示踪剂，示踪剂选用水不溶性有机物，为偶氮颜料、酞菁颜料或喹吖啶酮颜料中的一种。渗流槽27紧贴于渗流观察板3之上，制作渗流槽27的材料为PVC硬质塑料，由1个管流腔45和2个渗流腔43构成，管流腔45位于渗流槽27的中间，横截面形状为矩形，管流腔42内无填充物。渗流腔43位于渗流槽27的上下两边，横截面形状为圆心角为4.5°的扇形，渗流腔43内填充有PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为0.5mm。管流腔45与上下渗流腔43的交会处安装有渗流隔板44，渗流隔板44的作用是保证流体顺利由渗流腔43流入管流腔45，且防止渗流腔43内的PVC硬质塑料颗粒进入管流腔45。渗流槽27紧贴于渗流观察板3的渗流腔43壁为渗流观察壁42，紧贴于渗流观察板3的管流腔43壁为管流观察壁46。渗流槽27的入口端开有7个渗流槽入口47，渗流槽入口47的数目与注入管线组4的注入管线数目相同。水平段模拟井筒30的横截面为矩形，水平段模拟井筒30的外壁与渗流槽27的管流腔45契合。管流腔45内的水平段模拟井筒30外壁设有均匀渗流细孔，保证管流腔45内流体均匀渗入。水平段模拟井筒30为裸眼完井模拟井筒，由封闭隔板48、密封圈49、模拟环空50、模拟井周围地层51构成。模拟井周围地层51内填充有PVC硬质塑料颗粒，塑料颗粒透光率为96%，硬度为摩氏硬度5，平均粒度为0.5mm。模拟井周围地层51内的模拟环空50外壁设有均匀渗流细孔，保证模拟井周围地层51内流体均匀渗入，模拟环空50内无填充物。封闭隔板48和密封圈49封闭模拟井周围地层51与模拟环空50出口之间的空隙。水平段模拟井筒30与垂直段模拟井筒37之间的连接部分，使用两段可视连接筒35与三段柔性连接筒31交替连接。水平段模拟井筒30、可视连接筒35、柔性连接筒31和垂直段模拟井筒37的横截面积应保持一致，水平段模拟井筒30出口处安装有水平井筒跟端压力传感器32。垂直段模拟井筒37顶部安装有流出压力传感器38，垂直段模拟井筒37顶部出口与储水槽21相连，垂直段模拟井筒37顶部出口与储水槽21间安有流出恒压阀36和流出止回阀28。在距离渗流观察板3背面5m处，设置有摄像机支架40，摄像机支架40上安装有摄像机41。计算机24与数据采集卡25安装在主体支架1下部的流出端，数据采集卡25安装于计算机支架23之下，计算机24安装于计算机支架23之上。水平井渗流实验装置内各压力传感器与数据采集卡25用数据线连接，数据采集卡25再与计算机24连接。摄像机41直接与计算机24用数据线连接。

启动设备前，检查设备软硬件无误，根据实验要求调节液相恒压阀10、气相恒压阀11和流出恒压阀36的打开压力。向示踪剂注入盒5注入实验用示踪剂，向储水槽21注入实验用水。接通电源，开启计算机24与摄像机41。调节流出端固定螺钉33与导向槽34位置，使渗流观察板3与水平方向的倾角达到实验要求。关闭所有阀门开启高压气泵20，当储气罐16达到实验要求压力后，开启水泵22。打开流入止回阀8、液相止回阀12、气相止回阀14和流出止回阀28。开启照明灯39，开始模拟水平井周围地层的渗流现象。模拟过程中，通过调节高压气泵20功率，保持循环管线各点压力稳定。计算机24记录实验开始至结束时间段内各个传感器测量到的装置各点压力值，实时采集摄像机41观测到的图像。实验完毕后，关闭高压气泵20与水泵22，排空储水槽21、储气罐16与渗流槽27内的流体。关闭计算机24与摄像机41。

Claims (5)

1.水平井渗流实验装置，由主体支架、渗流观察板、高压气泵、储水槽、水泵、计算机、数据采集卡、渗流槽、水平段模拟井筒和摄像机组成，其特征是：主体支架（1）安装在底座（19）上面，主体支架（1）的下部流入端安装有流入端支架（9），主体支架（1）的下部流出端安装有流出端支架（26）；渗流观察板（3）安装在主体支架（1）的中部，用流入端固定螺钉（6）和流出端固定螺钉（33）将渗流观察板（3）左右两边固定在主体支架（1）上；渗流观察板（3）的流出端设置有导向槽（34），流出端固定螺钉（33）卡在导向槽（34）内，渗流观察板（3）的中部安装有渗流槽（27），渗流槽（27）内部的管流腔（45）插有水平段模拟井筒（30），密封橡胶圈（29）密闭渗流槽（27）出口内壁与水平段模拟井筒（30）外壁的空隙；渗流观察板（3）上面安装有照明灯架（2），每个照明灯架（2）内设置有照明灯（39）；储水槽（21）安装在主体支架（1）下部中间，在储水槽（21）中装有水泵（22），水泵（22）出口连接液相恒压阀（10），水泵（22）出口端与液相恒压阀（10）间安装有液相压力传感器（13）和液相止回阀（12）；高压气泵（20）与储气罐（16）安装在主体支架（1）下部的流入端，高压气泵（20）安装在储气罐支架（18）之下，储气罐（16）安装在储气罐支架（18）之上；高压气泵（20）出口端与气泵止回阀（17）连接，气泵止回阀（17）再与储气罐（16）相连接，储气罐（16）出口端连接气相恒压阀（11），在储气罐（16）出口端与气相恒压阀（11）之间安装有气相压力传感器（15）和气相止回阀（14）；液相恒压阀（10）和气相恒压阀（11）接出管线汇合后与流入止回阀（8）和流入压力传感器（7）连接，流入压力传感器（7）再与注入管线组（4）的入口端连接；注入管线组（4）安装在渗流观察板（3）的流入端，每根注入管线另接有示踪剂注入盒（5），每根注入管线连接的示踪剂注入盒（5）内充满试验用示踪剂；注入管线组（4）的注入管线出口与渗流槽（27）的渗流槽入口（47）一一对应；水平段模拟井筒（30）的出口端用两段可视连接筒（35）和三段柔性连接筒（31）连接垂直段模拟井筒（37），水平段模拟井筒（30）出口处安装有水平井筒跟端压力传感器（32）；垂直段模拟井筒（37）顶部安装有流出压力传感器（38），垂直段模拟井筒（37）顶部出口与储水槽（21）相连接，垂直段模拟井筒（37）顶部出口与储水槽（21）之间安装有流出恒压阀（36）和流出止回阀（28）；在距离渗流观察板（3）背面5-7m处，设置有摄像机支架（40），摄像机支架（40）上安装有摄像机（41）；计算机（24）与数据采集卡（25）安装在主体支架（1）下部的流出端，数据采集卡（25）安装于计算机支架（23）之下，计算机（24）安装于计算机支架（23）之上；本实验装置内各压力传感器（7、13、15、32、38）用数据线与数据采集卡（25）相连接，数据采集卡（25）再与计算机（24）连接，摄像机（41）用数据线直接与计算机（24）相连接；水平段模拟井筒（30）包含有裸眼完井模拟井筒、割缝衬管完井模拟井筒、射孔完井模拟井筒或砾石充填完井模拟井筒；

所述渗流观察板（3）由PVC硬质塑料制成，塑料透光率为96-98%；

渗流槽（27）紧贴于渗流观察板（3）之上，是由1个管流腔（45）和2个渗流腔（43）构成，管流腔（45）位于渗流槽（27）的中间，横截面形状为矩形，管流腔（45）内无填充物；渗流腔（43）位于渗流槽（27）的上下两边，横截面形状为圆心角为4.5°的扇形，渗流腔（43）内填充有PVC硬质塑料颗粒；管流腔（45）与上下渗流腔（43）的交会处安装有渗流隔板（44）；渗流槽（27）紧贴于渗流观察板（3）的渗流腔（43）壁为渗流观察壁（42），渗流槽（27）紧贴于渗流观察板（3）的管流腔（43）壁为管流观察壁（46）；渗流槽（27）的入口端开有7-13个渗流槽入口（47），渗流槽入口（47）的数目与注入管线组（4）的注入管线数目相同。

2.根据权利要求1所述的水平井渗流实验装置，其特征是：渗流观察板（3）的厚度为5-6cm。

3.根据权利要求1所述的水平井渗流实验装置，其特征是：在渗流观察板（3）上面安装有6-9个照明灯架（2），每个照明灯架（2）内设置有3个照明灯（39），照明灯架（2）环绕于渗流槽（27）的外侧。

4.根据权利要求1所述的水平井渗流实验装置，其特征是：安装在渗流观察板（3）流入端的注入管线组（4）有7-13根注入管线，注入管线的数目为奇数，注入管线的数目与渗流槽入口（47）的数目相同；示踪剂为不溶于水的有机物，是用偶氮颜料、酞菁颜料或喹吖啶酮颜料中的一种。

5.根据权利要求1所述的水平井渗流实验装置，其特征是：所述的裸眼完井模拟井筒由封闭隔板（48）、密封圈（49）、模拟环空（50）、模拟井周围地层（51）构成，模拟井周围地层（51）内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟井周围地层（51）内的模拟环空（50）外壁设置有均匀渗流细孔，模拟环空（50）内无填充物，封闭隔板（48）和密封圈（49）封闭模拟井周围地层（51）与模拟环空（50）出口之间的空隙；割缝衬管完井模拟井筒由封闭隔板（48）、密封圈（49）、模拟环空（50）、模拟井周围地层（51）、环空密封圈（52）、模拟衬管（53）、模拟扶正器（54）构成，模拟井周围地层（51）内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟井周围地层（51）内的模拟环空（50）外壁设有均匀渗流细孔，模拟环空（50）内无填充物，封闭隔板（48）和密封圈（49）封闭模拟环空（50）与模拟井周围地层（51）之间的空隙，模拟衬管（53）的上下两侧有6-12组细缝，模拟衬管（53）与模拟环空（50）之间设有5-7个模拟扶正器（54），环空密封圈（52）封闭模拟环空（50）与模拟衬管（53）出口之间的空隙；射孔完井模拟井筒由封闭隔板（48）、密封圈（49）、模拟环空（50）、模拟井周围地层（51）、环空密封圈（52）、模拟衬管（53）、模拟射孔（55）构成，模拟井周围地层（51）内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟环空（50）外壁封闭，模拟井周围地层（51）内流体无法渗入，模拟环空（50）内无填充物，模拟衬管（53）与模拟环空（50）间设有10-20个模拟射孔（55），模拟射孔（55）连通模拟衬管（53）与模拟井周围地层（51），并伸入模拟井周围地层（51）内部，封闭隔板（48）和密封圈（49）封闭模拟环空（50）与模拟井周围地层（51）之间的空隙；砾石充填完井模拟井筒由封闭隔板（48）、密封圈（49）、模拟环空（50）、模拟井周围地层（51）、环空密封圈（52）、模拟衬管（53）、模拟扶正器（54）、模拟预充填砾石绕丝筛管（56）构成，模拟井周围地层（51）内填充有PVC硬质塑料颗粒，模拟井周围地层（51）内的模拟环空（50）外壁设有均匀渗流细孔，模拟环空（50）内无填充物，模拟衬管（53）外部套有模拟预充填砾石绕丝筛管（56），模拟预充填砾石绕丝筛管（56）外壁设有均匀渗流细孔，模拟预充填砾石绕丝筛管（56）与模拟衬管（53）之间填充PVC硬质塑料颗粒，模拟预充填砾石绕丝筛管（56）与模拟环空（50）间设有5-7个模拟扶正器（54），封闭隔板（48）和密封圈（49）封闭模拟环空（50）与模拟井周围地层（51）间的空隙。