CN103512608A - 水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置及方法，涉及一种石油热采模型实验装置及使用方法。它解决了现有高温高压蒸汽驱模型维压方法存在的实验装置体积大、操作繁琐、模型本体灵活性差、易导致实验失败、实验模式单一等多种缺陷和问题。它包括模型本体，设有与压板连接的活塞机构，活塞机构包括活塞、活塞杆和设有通孔的压力腔，活塞机构位于围护侧板与压板对应的端面内或位于围护侧板周围。该装置通过恒压泵给活塞机构的压力腔升压等操作，可实现维持定压不变操作；也可通过设置恒压泵的进泵、退泵，实现维压实时可调节。本发明具有性能可靠、多实验模式、实验精度高和操作方便等优点，主要用于水平井蒸汽驱三维物理模型实验。

Description

水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置及方法

技术领域

本发明涉及石油热采物理模型实验装置，特别涉及一种蒸汽驱三维物理模型维压装置。本发明还涉及这种装置的使用方法。

背景技术

现有的高温高压蒸汽驱三维物理模型采取的维压方法主要有两种：一种是把加工成固定尺寸的模型本体置于高压舱中，高压舱中充满一定压力的氮气来实现维压；第二种是把模型本体加工成圆柱形，通过活塞式上盖和弧顶内的气体或液体来实现维压。第一种方式的显著缺点主要有三点：一是由于高压舱的存在，造成实验装置体积过于庞大，实验操作繁琐，需要的操作人员较多，实验准备周期太长；二是模型本体灵活性差，需要多种尺寸的模型本体才能满足不同实验要求，且在进行高压实验时，模型本体在高压舱中容易产生局部应力集中，造成边角刺漏，影响实验结果；三是所有温度压力传感元件都要通过高压舱引出，更易于损坏，且更换和调试麻烦，增加了实验准备周期和数据录取不准确的风险。第二种方式的显著缺点主要有三点：一是由于采用上盖内的活塞硬顶，易造成活塞错位和油缸损坏，同时在弧顶内注入气体，也易造成弧顶内气体和油层内气体窜流，导致实验失败；二是该维压模式只能使活塞固定在同一位置且采用手动操作，实验模式单一，无法实现油层厚薄的调整；三是缺少数据监测点，无法监测维压舱内压力、温度的变化。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有蒸汽驱三维物理模型维压技术存在的不足，提供一种新的蒸汽驱三维物理模型维压装置及使用方法。

本发明的目的可通过如下技术方案来实现：

该蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置, 包括设有模型本体，所述的模型本体包括压板和围护侧板，设有与所述的压板连接的活塞机构，所述的活塞机构包括活塞、活塞杆和压力腔，所述的压力腔设有通孔，所述的活塞机构位于所述的围护侧板与所述的压板对应的端面内或位于所述的围护侧板周围。设置与所述的压板连接的活塞机构的作用是通过所述的活塞机构的活塞在压力腔中的位置变化，带动所述的压板相对所述的围护侧板移动，从而实现对模型本体内油藏的压力调节和实现对该油藏压力的维压。所述的压力腔通孔的作用是使所述的压力腔能够实现与其外部空间连通。所述的活塞机构位于所述的围护侧板与所述的压板对应的端面内或位于所述的围护侧板周围的作用是通过所述的活塞机构减少已有技术的活塞机构对模型本体内部的实验产生的不利影响。所述的活塞机构可以为1个独立活塞机构，也可以包括2个或2个以上独立活塞机构。所述的独立活塞机构是指包括有独立的对外连接通孔的活塞压力腔的机构。所述的活塞机构可以是相对于所述的压板和所述的围护侧板独立的构成部件，也可以是与设置于所述的压板上或所述的围护侧板上构成机构组合而成的机构，还可以是所述的压板上的构成机构和所述的围护侧板上设置的构成机构组合而成的机构。

对于没有连接恒压泵的该蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置的使用方法可以包括以下步骤：（一）将所述的活塞机构的压力腔通过该压力腔的通孔、管道与恒压泵相连接；（二）开启所述的恒压泵给所述的活塞机构的压力腔升压，直至所述的活塞机构的压力腔的压力达到所需的维压压力值。所述的步骤（一）的作用是使所述的恒压泵通过管道、所述的通孔与所述的活塞压力腔连接，为所述的压力腔提供压力源和调节模型本体内油藏的压力。所述的步骤（二）的作用是实现使所述的活塞机构的压力腔内部压力达到预定的维压压力值。所述的该蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置的使用方法的步骤（二）可以为一次升压过程使所述的活塞机构的压力腔内部压力达到预定的维压压力值，也可以包括2次或2以上设置所述的恒压泵的压力值并进行相应的给所述的活塞机构的压力腔进行升压的过程，即通过多次升压才使所述的活塞机构的压力腔内部压力达到预定的维压压力值。使所述的步骤（二）包括2次或2次以上升压过程, 即通过多次升压后使所述的活塞机构的压力腔的压力达到所需的维压压力值,能够防止发生当油藏模拟压力较大时一次完成升压因压力在短时间内变化过大而对该装置造成损害的情况。所述的步骤（二）最好包括2次升压过程，第二次升压过程在前次升压过程完成且在所述的活塞机构的压力腔压力平衡后再进行。因为将全部升压过程分2次完成且第二次升压在第一次升压完成并在所述的活塞机构的压力腔压力平衡后再进行，一般情况下已能起到防止当油藏模拟压力较大时一次完成升压对该装置造成损害的情况发生的作用，并且还能减少不必要的升压次数和节省升压时间，具有简化、方便操作等优点。对于没有连接恒压泵的该三维物理模型维压装置的使用方法还可以包括以下步骤：（一）将所述的活塞机构的压力腔通过该压力腔的通孔、管道与恒压泵相连接；（二）设置所述的恒压泵的进泵、退泵，调整压板位置，实时调节维压压力。所述的步骤（一）的作用是使所述的恒压泵通过管道、所述的通孔与所述的活塞压力腔连接，为所述的压力腔提供压力源和调节模型本体内油藏的压力。所述的步骤（二）的作用是为了保证模拟油藏压力更接近真实性，通过恒压泵的进泵、退泵功能，达到维压压力实时可调节的目的。

本发明的目的还可以通过如下技术方案来实现：

所述的活塞机构包括多个独立活塞机构。设置多个与所述的压板连接的独立活塞机构的作用是使所述的压板承受拉力的连接点增加，从而提高压板承受压力的能力，并便于模型本体的结构设计。所述的多个独立活塞机构是指2个或2个以上的独立活塞机构。所述的多个独立活塞机构沿所述的围护侧板周边均匀分布。所述的多个独立活塞机构沿所述的围护侧板周边均匀分布的作用是在通过增加压板与所述的活塞机构各连接点提高所述的压板承受压力的能力同时，均衡所述的压板与所述的活塞机构的连接点承受的拉力，从而增加所述的各连接点运动的同步性和所述的压板整体移动的平稳性。所述的多个独立活塞机构在所述的围护侧板与所述的压板对应的端面内沿所述的围护侧板周边均匀分布。将所述的多个独立活塞机构设置于在所述的围护侧板与所述的压板对应的端面内并沿所述的围护侧板周边均匀分布的作用是在使所述的压板与所述的活塞机构的各连接点均衡承受的拉力同时，相对于将所述的活塞机构设置于所述的围护侧板周围能够简化结构设计及方便加工制造和操作。所述的压板包括外层压板体和内层压板体，所述的内层压板体的边沿构形与所述的围护侧板内侧周边构形相配合。将所述的压板分为外层压板体和内层压板体的作用是便于进行压板结构设计，所述的压板的内层压板体为承压主体层，外层压板体的构形可根据需要进行构形设计。使所述的内层压板体的边沿构形与所述的围护侧板内侧周边构形相配合的作用是使所述的内层压板体边沿面与所述的围护侧板的内侧面能够接触紧密，以实现较好的密封效果。所述的压板包括上压板和下压板，所述的围护侧板的周边构形为方形，所述的活塞机构的20个独立活塞机构在所述的围护侧板与所述的上压板对应的端面内沿所述的围护侧板的方形周边每边均匀分布5个，所述的下压板与所述的围护侧板之间固定连接。将所述的压板设计为上、下压板的作用是便于对压板进行不同的功能设计，方便装置的安装组合。所述的围护侧板的周边构形为方形具有方便模型本体结构布局设计和操作的优点。所述的活塞机构的20个独立活塞机构在所述的围护侧板与所述的上压板对应的端面内沿所述的围护侧板的方形周边每边均匀分布5个具有在使所述的上压板与所述的活塞机构的各连接点能够均衡承受拉力同时，既能够满足多数实验的需要，又能够实现便于模型本体结构设计的优点。将所述的下压板与所述的围护侧板固定连接有利于提搞装置内部空间的密闭性和减少影响实验结果准确性的不利因素。所述的围护侧板外设有支架。所述的支架的作用是对模型本体起支撑固定作用。所述的活塞机构的压力腔的通孔处设有连接机构。所述的通孔连接机构的作用是方便外部设备在所述的通孔处与所述的活塞机构的压力腔实现连接。在所述的活塞机构外设有与所述的压力腔的通孔相连接的恒压泵。设置所述的恒压泵的作用是为所述的压力腔提供恒定压力和实现对所述的压力腔的压力调整，并提高蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置整体性和使用的便利性。所述的恒压泵的维压压力Pv与模型内部模拟油藏压力Pm存在线性关系：Pv=KPm。这样设计维压压力Pv与模拟油藏压力Pm的关系能够根据模拟油藏维压压力Pm方便地计算设置所述的恒压泵的维压压力值Pv。

对于设置有恒压泵的本发明的蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置的使用方法可以包括以下步骤：开启所述的恒压泵给所述的活塞机构的压力腔升压，直至所述的活塞机构的压力腔的压力达到所需的维压压力值。所述的步骤的作用是实现使所述的活塞机构的压力腔内部压力达到预定的维压压力值。前述的步骤可以为一次升压过程使所述的活塞机构的压力腔内部压力达到预定的维压压力值，也可以包括2次或2以上设置所述的恒压泵的压力值并进行相应的给所述的活塞机构的压力腔进行升压的过程，即通过多次升压才使所述的活塞机构的压力腔内部压力达到预定的维压压力值。使前述的步骤包括2次或2次以上升压过程, 即通过多次升压后使所述的活塞机构的压力腔的压力达到所需的维压压力值,能够防止发生当油藏模拟压力较大时一次完成升压因压力在短时间内变化过大而对该装置造成损害的情况。前述的步骤最好包括2次升压过程，第二次升压过程在前次升压过程完成且在所述的活塞机构的压力腔压力平衡后再进行。因为将全部升压过程分2次完成且在所述的活塞机构的压力腔压力平衡后再进行，一般情况下已能起到有效防止当油藏模拟压力较大时一次完成升压对该装置造成损害的情况发生的作用，并且还能减少不必要的升压次数和节省升压时间，具有简化、方便操作等优点。对于设置有恒压泵的本发明的蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置的使用方法还可以包括以下步骤：设置所述的恒压泵的进泵、退泵，调整压板位置，实时调节维压压力。该步骤的作用是为了保证模拟油藏压力更接近真实性，通过恒压泵的进泵、退泵功能，实现维压压力实时可调节。

本发明的有益效果：由于采用了所述的压板、所述的压板连接支撑体和它们之间的活塞机构等构成部件，能够通过所述的活塞机构与所述的压板和所述的压板连接支撑体存在的连接关系及通过对其压力腔内活塞压力调整实现对本发明的蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置内的维压压力值的调整，在结构上取消了气体高压舱结构，因而避免了气体高压舱带来的各种使用弊端，同时由于没有上盖内活塞结构并不需要向弧顶内注入气体，因而不存在发生气体窜流情况及其对实验产生不利影响的可能，并且由于所述的活塞在所述的压力腔内可以移动并能够由其外部的给压机构对所述的压力腔内的压力方便地实现压力调整，从而消除了活塞式上盖和弧顶内的气体或液体来实现维压存在的缺陷；特别是当给压机构选用恒压泵时，恒压泵自身具有压力检测装置，随时检测模型内部模拟油藏的压力变化，以提供相应的维压压力和减小压力波动，既可以实时调节，也可以根据实验要求设定一维压定制，直到模拟油藏的压力达到相应的压力值。所以，本发明具有结构简单、性能可靠、实验模式多、维压方式灵活、实验精度高和操作维护方便等优点。

附图说明：

图1为本发明实施例的构成示意图；

图2为本发明实施例的活塞机构局部剖面示意图。

图中 1、外层压板体，2、内层压板体，3、活塞机构，4、支架，5、围护侧板，6、管道，7、恒压泵，8、活塞杆，9、压力腔，10、活塞, 11、上压板,12、下压板。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本实施例的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，包括模型本体，所述的模型本体包括压板和围护侧板5，所述的压板包括上压板11和下压板12，设有与所述的上压板11连接的活塞机构3，所述的活塞机构3包括20个独立的活塞机构，所述的每个独立活塞机构包括活塞10、活塞杆8和压力腔9，所述的压力腔9设有通孔，所述的围护侧板5的周边构形为方形，所述的20个独立活塞机构在所述的围护侧板5与所述的上压板11对应的端面内沿所述的围护侧板5的方形周边每边均匀分布5个，所述的下压板12与所述的围护侧板5之间固定连接，所述的上、下压板11，12包括外层压板体1和内层压板体2，所述的内层压板体2的边沿构形与所述的围护侧板5内侧周边构形相配合，所述的围护侧板5外设有支架4，所述的活塞机构3的压力腔9的通孔处设有连接机构，在所述的活塞机构3外设有恒压泵7，所述的恒压泵7通过管道6与所述的压力腔9连接。

本实施例的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置维压范围在0-7Mpa，恒压泵7的维压压力Pv与模型内部模拟油藏压力Pm存在线性关系：Pv=KPm。将实验各装置连接好，假设油藏模拟压力为Pm，启动恒压泵7，设定维压压力Pv，发出运行指令，恒压泵7将液体（蒸馏水）通过管道6注入所述的活塞机构3的压力腔9，随着压力腔内的液体的上升，推动活塞杆8向下运行，带动上压板11向下移动，致使上压板11作用于模型本体内油藏的压力逐渐增加，当Pv=KPm时恒压泵7停止向压力腔9中注入液体，恒压泵7处于维压状态，这个过程是升压进泵过程。当油藏压力Pm降低，恒压泵7启动，所述的活塞机构3的压力腔9中的液体返回恒压泵，所述的活塞杆8上移，上压板11上移，直至达到新的平衡，这就是退泵过程。恒压泵7通过进泵或退泵过程实现模型本体的维压，以至于实现压力可调的功能。

在实验过程中，根据模拟实验方案的要求不同，有时要求模型本体内部油藏压力为一定值Pm。实现此功能有两种方法：

第一种：此时恒压泵7直接设置为Pv=KPm，恒压泵7启动进泵给所述的活塞机构3的压力腔9升压，直至所述的压力腔9的压力达到预定值Pv，停止进泵，进入维压状态；同时启动整个模拟系统，油藏在注入端不断注入蒸汽或者热水的作用下压力逐渐上升直至 Pm ，在此过程中恒压泵7始终处于维压状态。此种方法适用于油藏模拟压力小于3Mpa时。

第二种：当油藏模拟压力Pm大于3Mpa时，为了避免模型内部压力在短时间内压力变化过大，要分步完成。假定模拟油藏压力为Pm将升压进泵过程分为两步，第一步通过恒压泵7进泵升压将所述的活塞机构3的压力腔9内的压力升压至即Pv=3K，此时模拟油藏压力对应的压力为3Mpa。待压力平衡后，再设置恒压泵7的维压值为需要的维压压力值，再进行一次进泵升压过程，最终压力平衡，维压目的实现。

不同压力调节的实现：本实施例的装置针对水平井蒸汽驱三维物理模型的维压，在实验过程中由于模拟油藏要注入蒸汽、热水等，模拟油藏的压力在逐渐升高；随着产出液的产出，模拟油藏压力又会逐渐降低，为了保证模拟油藏压力更接近真实性，通过恒压泵7的进泵、退泵功能调整上压板位置，可实现维压压力实时可调节。

Claims (10)

1.水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，包括模型本体，所述的模型本体包括压板和围护侧板，其特征是设有与所述的压板连接的活塞机构，所述的活塞机构包括活塞、活塞杆和压力腔，所述的压力腔设有通孔，所述的活塞机构位于所述的围护侧板与所述的压板对应的端面内或位于所述的围护侧板的周围。

2.如权利要求1所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的活塞机构包括多个独立活塞机构。

3.如权利要求2所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的多个独立活塞机构沿所述的围护侧板周边均匀分布。

4.如权利要求3所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的多个独立活塞机构在所述的围护侧板与所述的压板对应的端面内沿所述的围护侧板周边均匀分布。

5.如权利要求1、 2 、3或4所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是在所述的活塞机构外设有与所述的压力腔的通孔相连接的恒压泵。

6.如权利要求1、 2 、3或4所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的压板包括外层压板体和内层压板体，所述的内层压板体的边沿构形与所述的围护侧板内侧周边构形相配合。

7.如权利要求6所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的压板包括上压板和下压板，所述的围护侧板的周边构形为方形，所述的活塞机构的20个独立活塞机构在所述的围护侧板与所述的上压板对应的端面内沿所述的围护侧板的方形周边每边均匀分布5个，所述的下压板与所述的围护侧板之间固定连接。

8.如权利要求7所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的围护侧板外设有支架。

9.如权利要求6所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是所述的活塞机构的压力腔的通孔处设有连接机构。

10.如权利要求9所述的水平井蒸汽驱三维物理模型可调式维压装置，其特征是在所述的活塞机构外设有与所述的压力腔的通孔相连接的恒压泵，恒压泵的维压压力Pv与模型内部模拟油藏压力Pm存在线性关系：Pv=KPm。

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