CN103161458B - 模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置及其专用模型系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置及其模型系统。所述模型系统包括一筒体，所述筒体的两端开口分别与上盖和活塞密封配合；所述活塞通过活塞固定压帽固定于所述筒体上；所述上盖上至少1个流体进出口，所述流体进出口延伸至所述筒体的腔体且与一井模型连接口相连接，所述井模型连接口用于连接井模型；所述筒体上设有至少一个数据采集接口，所述数据采集接口延伸至所述筒体的腔体；所述活塞固定压帽上设有液体入口，所述液体入口延伸至所述活塞与所述活塞固定压帽之间的腔体。本发明的实验装置能对气体改善蒸汽吞吐及蒸汽驱的增产机理和效果进行精确的实验研究，实验结果更真实可信，对稠油油藏进行气体辅助蒸汽热采开发具有重要指导意义。

Description

模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置及其专用模型系统

技术领域

本发明涉及一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置及其专用模型系统，属于油气田开发领域的室内物理模拟实验装置。

背景技术

原油粘度高成为制约稠油油田开发的主要影响因素，采用常规的技术难以经济有效地开发稠油油田，但是稠油的粘度对温度非常敏感，随着温度的上升粘度急剧下降，因此热采开发成为目前稠油开采的主要方式。由于蒸汽注入量和蒸汽的携热能力有限，导致油藏的加热半径有限，国内外理论和矿场试验研究都表明，蒸汽加上气体混注入地层是改善稠油油藏注蒸汽开采效果的有效方法。结合实际油藏条件，进行气体辅助蒸汽热力采油室内物理模拟，研究注气压力、注气量、气体组成、蒸汽干度和温度等相关参数对开发效果的影响，为该技术的现场应用提供理论支持。

目前在该方面的室内实验主要是利用高温高压PVT物性分析仪对气体在稠油中的溶解能力及不同气体对稠油物性的影响进行测定。驱替实验应用的也主要是一维填砂管实验，一维填砂管实验仅能模拟线性驱替实验，与现场的气体辅助蒸汽吞吐及后续转驱实际开发状况差别较大，实验结果借鉴意义不大。因此，需要研制出一种能在实验室内进行气体辅助蒸汽热力采油模拟的实验装置，用于研究在不同储层物性参数、流体性质、注入参数、井型及井距等条件下的气体辅助蒸汽热力采油开发情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置及其专用模型系统，本发明提供的实验装置既可以模拟气体辅助蒸汽驱热采开发方式，也可以模拟气体辅助蒸汽吞吐热采开发方式，可以用于气体辅助蒸汽热采的提高采收率机理研究，可以进行温度、注入速度、注气量、气体组成等注入参数及储层流体物性参数对油井产油量、产液量、采收率和油汽比等开发指标的影响研究，还可以为热采的井型和井距优化提供指导。

由于本发明在所述模型系统上还设计了一个井模型接口，因此本实验装置还可以对蒸汽辅助重力泄油的热采开发方式进行物理模拟。另外，本发明可以模拟不同储层厚度条件下的热采开发。

本发明所提供的一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的模型系统，包括一筒体，所述筒体的两端开口分别与上盖和活塞密封配合；所述活塞通过活塞固定压帽固定于所述筒体上；

所述上盖上至少1个流体进出口，所述流体进出口延伸至所述筒体的腔体且与一井模型连接口相连接，所述井模型连接口用于连接井模型；

所述筒体上设有至少一个数据采集接口，所述数据采集接口延伸至所述筒体的腔体；

所述活塞固定压帽上设有液体入口，所述液体入口延伸至所述活塞与所述活塞固定压帽之间的腔体。

上述的模型系统，所述筒体可为圆柱筒体。

上述的模型系统，所述筒体可由保温层和套设于所述保温层之外的金属层组成，以减少实验过程中的热损失。

上述的模型系统，所述活塞和所述上盖均通过O型圈与所述筒体密封配合，可防止流体或气体溢出至所述筒体外。

上述的模型系统，所述上盖与所述筒体可通过螺母相连接。

上述的模型系统，所述活塞上设有至少1个流体出口。

上述的模型系统，所述上盖上设有若干个所述流体进出口，以利用所述模型系统进行不同类型的模拟实验；

所述流体进出口呈周向均匀布置。

本发明还进一步提供了一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置，所述实验装置包括水容器、蒸汽发生器、电加热器、上述的模型系统、液体流量计、气体流量计、中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ和液体容器；

所述水容器的出口通过泵与所述蒸汽发生器的入口相连通；所述蒸汽发生器的出口与所述模型系统的流体进出口相连通，且所述模型系统为竖直放置，所述蒸汽发生器与所述模型系统之间设有压力表Ⅳ；

所述高压气瓶Ⅰ和所述高压气瓶Ⅱ均通过所述泵与所述中间容器Ⅰ相连通，所述中间容器Ⅰ的出口与所述电加热器的入口相连通；所述电加热器的出口与所述模型系统的流体进出口相连通，且所述压力表Ⅳ设于所述电加热器的出口处；

所述模型系统的流体进出口还依次与压力表Ⅵ、冷凝器和气液分离器相连通，所述气液分离器的气相出口与所述气体流量计相连通，所述气液分离器的液相出口依次与所述液体流量计和收集器皿相连通；

所述液体入口依次与压力表Ⅴ、所述中间容器Ⅱ、增压泵和所述液体容器相连通；

所述数据采集接口与数据采集器相连接，所述数据采集器包括温度传感器、压力传感器和数据采集装置。

上述的实验装置，所述泵具体可为驱替泵；

所述中间容器Ⅰ和所述中间容器Ⅱ均可为圆柱形，可用于提供稳定的一定流体，使得测试过程中保证稳定的流体进入所述模型系统，为模型系统提供一定的轴向压力。

上述的实验装置，所述蒸汽发生器与所述泵之间设有压力表Ⅰ；

所述中间容器Ⅰ与所述泵之间分别设有压力表Ⅱ和压力表Ш，所述压力表Ⅰ、压力表Ⅱ和压力表Ш均用于监测所述泵的压力。

本发明提供的模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的模型系统的形筒体可以充满模拟储层砂；模拟井通过连接口放置在箱体中；增压泵将液体容器中的液体注入模型系统，压实填砂模型；驱替泵将高压气瓶内的气体注入中间容器按一定比例混合后进入电加热器加热到一定温度后与蒸汽发生器出来的一定温度和干度下的水蒸汽一起注入到模型系统的注入井模型中，打开模型系统的生产井模型出口；实验装置测试模型系统内不同位置的压力和温度，流出气液混合物经气液分离器后分别计量流出油井的流体流量和气体流量，通过计算得到注入速度、注气量、注入压力、气体组成等注入参数与流体流量的关系曲线；本发明的实验装置能对气体改善蒸汽吞吐及蒸汽驱的增产机理和效果进行精确的实验研究，实验结果更真实可信，对稠油油藏进行气体辅助蒸汽热采开发具有重要指导意义。

附图说明

图1为本发明的模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的模型系统的结构示意图。

图2为本发明的模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的模型系统的俯视图。

图3为本发明的模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置的结构示意图。

图中各标记如下：1水容器、2驱替泵Ⅰ、3截止阀、4压力表Ⅰ、5蒸汽发生器、6高压气瓶Ⅰ、7高压气瓶Ⅱ、8驱替泵Ⅱ、9驱替泵Ш、10压力表Ⅱ、11压力表Ш、12中间容器Ⅰ、13电加热器、14压力表Ⅳ、15模型系统、16液体容器、17增压泵、18中间容器Ⅱ、19压力表Ⅴ、20数据采集器、21冷凝器、22压力表Ⅵ、23气液分离器、24液体流量计、25收集器皿、26气体流量计、27井模型连接口、28上盖、29流体进出口、30螺母、31圆柱筒体、32数据采集接口、33活塞固定压帽、34流体出口、35活塞、36保温套、37液体入口、38O型圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并局限于以下实施例。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的模型系统包括一个圆柱筒体31，该圆柱筒体31为双层结构，内层为保温套36，以减少实验过程中的热损失。该圆柱筒体31的两端开口分别与上盖28和活塞35密封配合，且均通过O型圈38密封配合；上盖28通过螺母30与圆柱筒体31进行固定连接，活塞35通过活塞固定压帽33与圆柱筒体31进行固定连接。在上盖28上设有17个流体进出口29，且这些流体进出口29在上盖28呈等间距的同心圆排列，如图2所示。流体进出口29延伸至圆柱筒体31的腔体且与一井模型连接口27相连接，该井模型连接口27用于连接井模型；圆柱筒体31上设有多个数据采集接口32，数据采集接口32延伸至圆柱筒体31的腔体内。在活塞固定压帽33上设有液体入口37，该液体入口37延伸至活塞35与活塞固定压帽33之间的腔体。在活塞35上设有1个流体出口。

如图3所示，本发明所提供的一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置包括水容器1、蒸汽发生器5、电加热器13、上述的模型系统15、液体流量计24、气体流量计26、圆柱形的中间容器Ⅰ12、圆柱形的中间容器Ⅱ18和液体容器16；水容器1依次与驱替泵Ⅰ、截止阀3、压力表Ⅰ4和蒸汽发生器5相连接，蒸汽发生器5的出口依次与截止阀3、压力表Ⅳ14、截止阀3和模型系统15的流体进出口29相连通，且模型系统15为竖直放置。高压气瓶Ⅰ6依次与驱替泵Ⅱ8、截止阀3、压力表Ⅱ10和中间容器Ⅰ12相连接，高压气瓶Ⅱ7依次与驱替泵Ш9、截止阀3、压力表Ш11和中间容器Ⅰ12相连接，该中间容器Ⅰ12的出口依次与截止阀3、电加热器13、截止阀3、压力表Ⅳ14、截止阀3和模型系统15的流体进出口29相连通。

该模型系统15的流体进出口29还依次与截止阀3、压力表Ⅵ22、冷凝器21和气液分离器23相连通，该气液分离器23的气相出口与气体流量计26相连通，其液相出口依次与液体流量计24和收集器皿25相连通。模型系统15上的液体入口37依次与截止阀3、压力表Ⅴ19、中间容器Ⅱ18、截止阀3、增压泵17和液体容器16相连通。模型系统15上的数据采集接口32与数据采集器20相连接，该数据采集器20包括温度传感器、压力传感器和数据采集装置，用于监测模型系统内的温度和压力。

上述的模型系统中，所设置的数据采集接口和所述流体进出口的个数可根据实际需要进行调控。

实验进行时，驱替泵将高压气瓶内的气体注入中间容器按一定比例混合后进入电加热器加热到一定温度后与蒸汽发生器出来的一定温度和干度下的水蒸汽一起注入到模型系统的注入井模型中，流体从生产井模型出口端流出，流出物质经过冷凝器和气液分离器后通过计量系统分别对产出的液体和气体进行精确计量。实验过程中，在模型系统中填完储层砂以后，增压泵将液体容器中的液体注入模型系统，通过活塞来压实填砂模型。实验过程中，压力表Ⅰ、压力表Ⅱ和压力表Ш分别监测驱替泵的压力，压力表Ⅳ测试模型注入端压力，压力表Ⅴ测试填砂模型的轴向压力，压力表Ⅵ测试出口端的压力，数据采集系统记录填砂模型中不同位置的压力和温度。通过控制不同气体注入量、注入端压力、蒸汽注入量、注入温度等相关注入参数，就可模拟出不同注入参数下的油井产量变化规律，并计算出温度、压力在填砂模型中的分布规律。

利用本发明装置可以对气体辅助蒸汽热力采油的油藏适应性进行研究，可以模拟排状井网、反五点井网、正五点井网等多种井网模式下的驱替开发，研究不同注入参数、不同储层物性、不同井距条件下油井的生产动态规律，为稠油油藏气体辅助蒸汽热采开发的现场应用奠定坚实的理论基础。

Claims (9)

1.一种模拟稠油油藏气体辅助蒸汽热力采油的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括水容器、蒸汽发生器、电加热器、模型系统、液体流量计、气体流量计、中间容器Ⅰ、中间容器Ⅱ和液体容器；

所述模型系统包括一筒体，所述筒体的两端开口分别与上盖和活塞密封配合；所述活塞通过活塞固定压帽固定于所述筒体上；所述上盖上至少1个流体进出口，所述流体进出口延伸至所述筒体的腔体且与一井模型连接口相连接，所述井模型连接口用于连接井模型；所述筒体上设有至少一个数据采集接口，所述数据采集接口延伸至所述筒体的腔体；所述活塞固定压帽上设有液体入口，所述液体入口延伸至所述活塞与所述活塞固定压帽之间的腔体；

所述水容器的出口通过泵与所述蒸汽发生器的入口相连通；所述蒸汽发生器的出口与所述模型系统的流体进出口相连通，且所述模型系统为竖直放置，所述蒸汽发生器与所述模型系统之间设有压力表Ⅳ；

高压气瓶Ⅰ和高压气瓶Ⅱ均通过所述泵与所述中间容器Ⅰ相连通，所述中间容器Ⅰ的出口与所述电加热器的入口相连通；所述电加热器的出口与所述模型系统的流体进出口相连通，且所述压力表Ⅳ设于所述电加热器的出口处；

所述模型系统的流体进出口还依次与压力表Ⅵ、冷凝器和气液分离器相连通，所述气液分离器的气相出口与所述气体流量计相连通，所述气液分离器的液相出口依次与所述液体流量计和收集器皿相连通；

所述液体入口依次与压力表Ⅴ、所述中间容器Ⅱ、增压泵和所述液体容器相连通；

所述数据采集接口与数据采集器相连接，所述数据采集器包括温度传感器、压力传感器和数据采集装置。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述筒体为圆柱筒体。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述筒体由保温层和套设于所述保温层之外的金属层组成。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述活塞和所述上盖均通过O型圈与所述筒体密封配合。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述上盖与所述筒体通过螺母相连接。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述活塞上设有至少1个流体出口。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述上盖上设有若干个所述流体进出口；

所述流体进出口呈周向均匀布置。

8.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述泵为驱替泵；

所述中间容器Ⅰ和所述中间容器Ⅱ均为圆柱形。

9.根据权利要求1或8所述的实验装置，其特征在于：所述蒸汽发生器与所述泵之间设有压力表Ⅰ；

所述中间容器Ⅰ与所述泵之间分别设有压力表Ⅱ和压力表Ш。