CN103527182B - 稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置，它包括岩心模型、支架、蒸汽发生器、温度压力检测系统、平流泵、中间容器；岩心模型内腔被分为冷凝水带和油水混合带，外部包覆着电加热保温装置，岩心模型的两侧还设置了温度检测接口和压力检测接口；岩心模型与支架上设置的中心转动轴连接；第一气瓶连接第一活塞容器，第一活塞容器连接至岩心模型上盖板处的压力接口；第二气瓶连接第二活塞容器，第二活塞容器通过蒸汽发生器连接至岩心模型侧面的冷凝水体入口处；第三活塞容器的上部出口连接中间容器，中间容器连接至岩心模型上盖板处的饱和油接口处；中间容器和第三活塞容器分别设置在恒温箱的高温区和低温区。本发明用于模拟稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异的渗流规律，实验结果更具实际指导意义。

Description

稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置

一、技术领域：

本发明涉及的是石油工程领域中一种用于室内模拟稠油垂向分异的实验装置，具体涉及的是稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置。

二、背景技术：

在油田稠油油藏立体开发实践中，重力泄水已显著改善了油藏的开发效果。重力作用在整个油藏开采过程中总是处处存在的，在某种主导驱动作用下，利用重力作用辅助生产，会获得更好的开发效果。

重力泄水辅助蒸汽驱是稠油立体开发方式的一种，即上水平井注汽，下水平井泄水，两直井采油的井网结构形式。其开采实质是通过水平井及竖直井组合实现油水（冷凝水）分采，采出蒸汽驱所形成的冷凝水的目的即增加蒸汽干度，增加蒸汽的热效率。稠油垂向分异即在诸多影响因素下油水体现出不同方向的运动规律，在重力和压力的复合作用下，油趋向于竖直井，水趋向于垂下方的水平井。而稠油垂向分异主要发生在蒸汽腔边缘的冷凝水带和油水混合带中。

为明确重力泄水辅助蒸汽驱泄水过程中重力与压力的复合作用下的泄水机理，可实验分析渗透率、粘度、横纵压力梯度、油层厚度、地层倾角等因素对稠油油水垂向分异的影响规律，揭示稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异机理。

三、发明内容：

本发明的目的是提供稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置，它用于研究冷凝水带及油水混合带内的油水分向渗流规律，揭示稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异机理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置包括岩心模型、支架、蒸汽发生器、温度压力检测系统、平流泵、中间容器；岩心模型是由不锈钢材质焊接而成的具有上盖板和下盖板的长方体，上盖板上布置饱和油接口和压力接口，下盖板上布置泄水接口，其内腔填装水泥和石英砂的混合物，并且其内腔被分为冷凝水带和油水混合带，冷凝水体的入口设置在岩心模型的一侧，岩心模型的另一侧设置油水混合带的出口，岩心模型外部包覆着电加热保温装置，岩心模型的两侧还设置了温度检测接口和压力检测接口；所述的岩心模型安装在支架上，与支架上设置的中心转动轴连接；

温度压力监测系统包括温度监测极子、压力监测极子、温度表、压力表，温度监测极子分别与岩心模型的温度检测接口连接，压力监测极子分别与岩心模型的压力检测接口连接；

第一气瓶连接第一活塞容器，第一活塞容器连接至岩心模型上盖板处的压力接口；第二气瓶连接第二活塞容器，第二活塞容器连接蒸汽发生器，蒸汽发生器连接至岩心模型侧面的冷凝水体入口处，蒸汽发生器与岩心模型连接的管线上分别安装有温度表和压力表；

第三活塞容器的上部出口连接中间容器，中间容器连接至岩心模型上盖板处的饱和油接口处，第三活塞容器的下部出口连接平流泵；中间容器设置在恒温箱的高温区，第三活塞容器设置在恒温箱的低温区。

上述方案中上盖板上布置1个饱和油接口和4个压力接口，下盖板上布置4个泄水接口。

上述方案中岩心模型内部有效空间是一个40×120×1200mm的长方体，能够承受2MPa高压和300℃高温。

有益效果：

1、本发明中岩心模型内部填料为高铝水泥与石英砂混合体，耐高温可更换，结构更接近实际岩心；岩心模型主体为矩形砂箱，外部包覆着保温层且具有电加热功能，温度范围为150℃，能够承受较高的压力可重复使用，节省实验耗费，方便填料填充，能有效地节省实验时间。

2、本发明设有温度及压力监测系统，可实时监测岩心模型内部及横纵压力梯度的变化规律，操作简单，数据监测准确。

3、本发明用于模拟稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异的渗流规律，岩心模型入口所在一侧的注入端可以模拟重力泄水辅助蒸汽驱过程中蒸汽腔边缘的冷凝水水体。实验可分析含油饱和度、密度差、粘度、横纵向渗透率、横纵向压力梯度、蒸汽腔倾角、蒸汽腔高度、冷水带及油水混合带宽度等参数对稠油垂向分异的影响规律，实验涉及到的影响因素全面，实验结果更具实际指导意义。

四、附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明中饱和油实验装置的结构示意图；

图3为本发明中岩心模型与支架连接关系的示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为图3的俯视图；

图6为本发明中岩心模型的结构示意图；

图7为本发明中岩心模型的俯视图。

1-岩心模型2-支架3-第一气瓶4-第一活塞容器5-第二气瓶6-第二活塞容器7-蒸汽发生器8-压力监测极子9-温度监测极子10-温度压力监测系统11-上盖板12-下盖板13-冷凝水带14-油水混合带15-冷凝水体入口16-油水混合带出口17-电加热保温装置18-转动轴19-第三活塞容器20-中间容器21-平流泵22-恒温箱23-饱和油入口阀24-泄水出口阀25-温度检测接口26-压力检测接口。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置包括岩心模型1、支架2、蒸汽发生器7、温度压力检测系统10、平流泵21、中间容器20；岩心模型1是由不锈钢材质焊接而成的具有上盖板11和下盖板12的长方体，上盖板11上布置1个饱和油接口和4个压力接口，下盖板12上布置4个泄水接口，其内腔填装水泥和石英砂的混合物，并且其内腔被分为冷凝水带13和油水混合带14，冷凝水体的入口设置在岩心模型1的一侧，岩心模型1的另一侧设置油水混合带的出口，岩心模型1外部包覆着电加热保温装置17，岩心模型1的两侧还设置了温度检测接口25和压力检测接口26，泄水接口处设置有泄水出口阀24；所述的岩心模型1安装在支架2上，与支架2上设置的中心转动轴18连接；岩心模型1可绕支架中心转动轴18旋转0-360度，岩心模型1与支架2的关系如图3、图4、图5所示。

由于岩心模型1为左右对称模型，两侧均可设置为冷凝水体的入口端和油水混合带的出口端，同时左右各出口均可设置为温度及压力检测点，实验分析纵向压力梯度对垂向分异的影响。岩心外敷设保温层及电加热系统，加热温度最高为150℃。模型上的这些接口在实验中用于安装连接注入及采出端、温度监测极子9、压力监测极子8及饱和油管线，以螺纹方式连接，不用时可用死堵封堵。

本发明中温度及压力监测系统包括、温度监测极子9、压力监测极子8、温度表、压力表，温度监测极子9分别与岩心模型1的温度检测接口连接，压力监测极子8分别与岩心模型的压力检测接口连接；本发明设有20个温度表及10个压力表，可实时观察监测岩心模型内、管线内的温度及压力变化情况及岩心模型横纵压力梯度变化规律。

第一气瓶3连接第一活塞容器4，第一活塞容器4连接至岩心模型上盖板11处的压力接口；第二气瓶5连接第二活塞容器6，第二活塞容器6连接蒸汽发生器7，蒸汽发生器7连接至岩心模型侧面的冷凝水体入口15处，蒸汽发生器7与岩心模型1连接的管线上分别安装有温度表和压力表；蒸汽发生器7采用ZQ-I型蒸汽发生器，ZQ-I型蒸汽发生器生成的蒸汽温度最高可设置300℃，需考虑蒸汽在传输过程中的保温（热量散失）问题，为设置充足的蒸汽腔边缘的冷凝水体提供保障。

参阅图2所示，第三活塞容器19的上部出口连接中间容器20，中间容器20连接至岩心模型上盖板11处的饱和油接口处，此处设置有饱和油入口阀23，第三活塞容器19的下部出口连接平流泵21；中间容器20设置在恒温箱22的高温区，第三活塞容器19设置在恒温箱22的低温区。第三活塞容器19、中间容器20、岩心模型1、平流泵21、恒温箱22构成了本发明装置中的饱和油实验装置，由高温及低温区两部分组成，其高温区最高可设置300℃，低温区的温度设置为0-150℃，为岩心模型饱和油提供保障。恒温箱22包括高温区（高温区温度可达300℃）和低温区（低温区的温度为0-150℃）。

岩心模型1内部有效空间是一个40×120×1200mm的长方体，主体采用不锈钢材质焊接而成，能够承受2MPa高压和300℃高温。岩心模型可旋转且具有外部电加热保温装置17，其上下盖板可以打开，用螺栓组装。该岩心模型1的特点在于其填装材质为水泥与石英砂混合物，按照渗透率和孔隙度的要求，选用不同目数的材质和压实程度进行填装，可以耐受高温和高压，孔渗精确度高，且水泥与石英砂的混合物孔、渗精确度高，制作方便；岩心模型的内表面需进行粗糙化处理，避免实验过程中流体沿表面发生窜流。通过简便精确的温度和压力的监测系统，可用于对稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异规律进行研究。

本发明中上述各气瓶为设置岩心入口（冷凝水水体边缘）的恒定压力提供保障。

室内物理模拟实验中对岩心模型的要求较高，必须具备耐高温高压，具有一等高度且可旋转，具有电加热及保温的特点，本发明同时兼顾了以上问题。

下面描述本发明的使用方法：

（1）三维岩心模型的制备

按照石英砂粒度、石英砂与高铝水泥的混合比例与渗透率、孔隙度的经验关系，根据油藏实际情况进行岩心模型加工制作。用螺栓将主体以及盖板进行组装，通过转动轴18将长方体岩心模型1垂直放置，组装好的二维模型参阅图6、图7所示。

（2）抽真空饱和水

将组装好的岩心模型应用真空泵将其抽真空3-5个小时，然后将配置好的地层水饱和至岩心模型中，根据岩心模型的体积和饱和至岩心内水的体积，计算岩心孔隙度。

（3）饱和油

按照如图2所示的实验流程将岩心模型1、平流泵21、第三活塞容器19（装满模拟油）、中间容器20连接好。中间容器20放置于恒温箱22内的高温区的目的是将模拟油进行加热，便于原油流动，同时开启电加热保温装置，保证岩心内部的温度。

（4）实验规律分析

按照如图1所示的试验流程将实验装置连接好，开启各个气瓶及温度及压力监测系统，计量各出口的含水率变化规律。根据实时记录的生产数据、温度及压力监测数据，分析含油饱和度、密度差、粘度、横纵向渗透率、横纵向压力梯度、蒸汽腔倾角、蒸汽腔高度、冷水带及油水混合带宽度等参数对稠油垂向分异的影响规律。

Claims (3)

1.一种稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置，其特征在于：这种稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置包括岩心模型（1）、支架（2）、蒸汽发生器（7）、温度压力监测系统（10）、平流泵（21）、中间容器（20）；岩心模型（1）是由不锈钢材质焊接而成的具有上盖板（11）和下盖板（12）的长方体，上盖板（11）上布置饱和油接口和压力接口，下盖板（12）上布置泄水接口，其内腔填装水泥和石英砂的混合物，并且其内腔被分为冷凝水带（13）和油水混合带（14），冷凝水体的入口设置在岩心模型（1）的一侧，岩心模型（1）的另一侧设置油水混合带的出口，岩心模型（1）外部包覆着电加热保温装置（17），岩心模型（1）的两侧还设置了温度检测接口（25）和压力检测接口（26）；所述的岩心模型（1）安装在支架（2）上，与支架（2）上设置的中心转动轴（18）连接，岩心模型（1）可绕支架中心转动轴（18）旋转0-360度；

温度压力监测系统（10）包括温度监测极子（9）、压力监测极子（8）、温度表、压力表，温度监测极子（9）分别与岩心模型的温度检测接口连接，压力监测极子（8）分别与岩心模型的压力检测接口连接；

第一气瓶（3）连接第一活塞容器（4），第一活塞容器（4）连接至岩心模型上盖板（11）处的压力接口；第二气瓶（5）连接第二活塞容器（6），第二活塞容器（6）连接蒸汽发生器（7），蒸汽发生器（7）连接至岩心模型侧面的冷凝水体入口（15）处，蒸汽发生器（7）与岩心模型（1）连接的管线上分别安装有温度表和压力表；

第三活塞容器（19）的上部出口连接中间容器（20），中间容器（20）连接至岩心模型上盖板（11）处的饱和油接口处，第三活塞容器（19）的下部出口连接平流泵（21）；中间容器（20）设置在恒温箱（22）的高温区，第三活塞容器（19）设置在恒温箱（22）的低温区。

2.根据权利要求1所述的稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置，其特征在于：所述的上盖板（11）上布置1个饱和油接口和4个压力接口，下盖板上布置4个泄水接口。

3.根据权利要求1所述的稠油重力泄水辅助蒸汽驱垂向分异实验装置，其特征在于：所述的岩心模型（1）内部有效空间是一个40×120×1200mm的长方体，能够承受2MPa高压和300℃高温。