CN103527185A - 水平井物理模拟实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平井物理模拟实验装置及其实验方法。本发明的实验装置由注入系统、水平井物理模拟装置、采出系统、数据分析收集系统组成。本发明应用实际岩心，可以对水平井不同开发方式进行动态模拟，模拟水平井在实际地层高温高压条件下衰竭开采、注气吞吐及注气驱替、分段射孔开采等开采过程，能够用于研究水平井不同开发方式对提高采收率的影响，为水平井油藏数值模拟及现场开发调整提供依据。

Description

水平井物理模拟实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及水平井物理模拟实验装置及其实验方法，属于石油开发实验技术领域，具体地说是一种在室内实验中模拟水平井开发的实验装置及其实验方法。

背景技术

目前，在石油开发实验技术领域，水平井开采物理模拟研究主要是应用三维物理模拟填砂模型对不同类型油气藏的水平井进行模拟开采实验。这种传统的实验模型装置使用均质填砂管，不能反映真实地层的非均质性和地层流体的物理性质和流动状态。申请号为201210182456.5的专利公开了一种水平井井下物理模拟试验装置，能够根据实验目的层的要求，选择充填材料配制后，填入模拟井筒与壳体之间，制成不同的模拟地层，实现不同实验目的层的实验研究。该装置的缺陷是充填材料只能近似模拟地层，与实际地层岩心物性很难一致，仍然不能够反映真实地层流体的物理性质和真实地层条件下的水平井开采状况，同时不能够模拟目前水平井开发中常用的分段射孔情况。

发明内容

本发明目的是克服上述现有技术中存在的采用充填材料制成的模拟地层与实际地层岩心物性一致性差，以及难以实现模拟水平井分段射孔的缺陷，提供一种水平井物理模拟实验装置,同时提供该实验装置的实验方法，为水平井的油藏数值模拟及现场开发调整提供依据。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供一种水平井物理模拟实验装置，该装置由注入系统、水平井物理模拟装置、采出系统、数据分析系统组成，其中：

注入系统由高压恒压恒速计量泵、配样装置组成，高压恒压恒速计量泵、配样装置通过管线和阀门串联至水平井物理模拟装置进口；配样装置由高温高压配样器、活塞中间容器通过连通阀并联连接。

水平井物理模拟装置由岩心夹持器、岩心、双层套管、油管、环压计量泵、恒温加热器组成，岩心为空心管状体，套接在双层套管外管壁上；双层套管上预留有渗流孔；油管插接在双层套管的中心孔内，在其管壁上开有渗流孔；岩心夹持器由三组单独的可调式恒温加热器包裹；岩心夹持器上开有加压孔，加压孔通过管线和阀连接至环压计量泵，水平井物理模拟装置出口通过管线和阀串联至采出系统。

采出系统由温控空气浴、高压观察窗、回压控制系统、三相分离器、电子天平、气体计量计组成。回压控制系统由回压调节器、高压氮气中间容器、回压调节高压计量泵串联组成。温控空气浴为中空箱状体，高压观察窗和回压调节器、高压氮气中间容器都位于温控空气浴中，高压观察窗一端通过温控空气浴外壁开孔由管线与水平井物理模拟装置出口串联，另一端通过管线与回压调节器串联。回压调节器再通过管线与三相分离器串联。气体计量计通过管线连接到三相分离器。电子天平用于计量三相分离器中流出物的液体重量。

数据分析系统由密度仪、气相色谱仪、计算机组成。密度仪用于测定产出液体的密度，气相色谱仪对产出气体进行组分测定，计算机对密度仪和气相色谱仪测定数据进行综合处理分析。

本发明还提供一种水平井物理模拟实验方法，所述实验方法包括如下步骤：

a）进行岩心准备：对全直径柱状真实岩心样品进行洗油、烘干，测定孔隙度和空气渗透率，再在岩心中部按实验要求钻固定直径的圆孔，然后按照每块岩心长度和渗透率，依布拉法则进行排序依次装入热缩管内，用胶套密封后装入岩心夹持器中;

b）建立油藏模型：先对岩心夹持器中岩心抽真空，然后通过注入系统将配制好的地层水注入到岩心夹持器中，对岩心进行饱和，接着用脱气原油驱替岩心中地层水，建立岩心的束缚水饱和度，再用配制的原始地层原油驱替脱气原油，将岩心饱和好地层原油，建立起水平井实验用油藏模型;

c）开展物理模拟实验：通过注入系统对油藏模型进行驱替，模拟水平井开发，通过移动两端油管调整渗流孔位置，使其与双层套管上渗流孔连通，实现模拟水平井分段射孔，进而实现水平井开发全过程的模拟；

d）进行数据采集：通过采出系统进行流动状态观察、产出物计量和数据采集；

e）进行数据分析：应用密度仪、气相色谱仪、计算机将采出系统获得的产出物和相关数据进行分析总结，得出产出油质量、密度、产出速度的变化、产出气的组分及各组分所占比例、驱替实验的温度、压力、采收率分析报告。

本发明的有益效果是：本发明使用天然岩心和真实地层流体，开展水平井衰竭开采、吞吐实验、分段开采及气驱提高采收率等研究。采用全直径天然岩心和实际地层流体模拟水平井开发，更加接近要模拟的油藏地下真实情况，模拟精度更高；通过移动油管使得油管上渗流孔与双层套管渗流孔连通，对分段射孔进行模拟，实现了在室内物理实验中对水平井分段开采的动态模拟；通过模拟水平井在高温高压地层条件下衰竭开采、注气吞吐及注气驱替等开发方式，研究水平井提高采收率的方法，为水平井提高采收率的油藏数值模拟及现场开发调整提供依据。

附图说明

图1为本发明的水平井物理模拟实验装置的示意图；

图2为本发明的水平井物理模拟装置的主视图；

图3为本发明的水平井物理模拟装置的侧视图。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步描述:

由图1可知，本发明由注入系统、水平井物理模拟装置、采出系统、数据分析系统组成，其中：

注入系统由高压恒压恒速计量泵2a、配样装置组成，高压恒压恒速计量泵2a、配样装置通过阀门2b和管线2f串联至水平井物理模拟装置进口1ｅ；配样装置由高温高压配样器2d、活塞中间容器2ｅ通过连通阀2ｃ并联连接至高压恒压恒速计量泵2a。

由图2和图3可知，水平井物理模拟装置由岩心夹持器1a、岩心1b、双层套管1c、油管、环压计量泵1g、恒温加热器组成，岩心1b为空心管状体，套接在双层套管1c外管壁上；双层套管1c上预留有渗流孔；油管插接在双层套管1c的中心孔内，在其管壁上开有渗流孔；岩心夹持器1a上包裹有可调式恒温加热器；岩心夹持器1a上开有加压孔1h，加压孔1h通过管线和阀连接至环压计量泵1g，水平井物理模拟装置出口1f通过管线和阀门串联至采出系统。

所述的油管分为三根，油管1ｄ1、油管1d2、油管1d3一字顺序排列，三根油管的管壁上均开有渗流孔，可进行三段射孔模拟实验。

参见图1，采出系统由温控空气浴3ａ、高压观察窗3ｂ、回压控制系统、三相分离器3ｆ、电子天平3ｈ、气体计量计3ｇ组成，回压控制系统由回压调节器3ｃ、高压氮气中间容器3ｄ、回压调节高压计量泵3ｅ串联组成；温控空气浴3ａ为中空箱状体，高压观察窗3ｂ和回压调节器3ｃ、高压氮气中间容器3ｄ都位于温控空气浴3ａ中，高压观察窗3ｂ一端通过温控空气浴3ａ外壁开孔由管线与水平井物理模拟装置出口1f串联，另一端通过管线与回压调节器3ｃ串联；回压调节器3ｃ通过管线与三相分离器3ｆ串联；气体计量计3ｇ通过管线连接到三相分离器3ｆ；电子天平3ｈ用于计量三相分离器3ｆ中流出物的液体重量。

数据分析系统由密度仪4ａ、气相色谱仪4ｂ、计算机4ｃ组成，计算机4ｃ分别通过密度仪4ａ、相色谱仪4ｂ连接至电子天平3ｈ和气体计量计3ｇ，并由计算机4ｃ对密度仪4ａ和气相色谱仪4ｂ测定数据进行综合处理分析。

本发明还提供一种水平井物理模拟实验方法，所述实验方法包括如下步骤：

a）进行岩心的准备：对若干块全直径柱状真实岩心1b进行洗油、烘干，测定孔隙度和空气渗透率，再在岩心1b中部按实验要求钻固定直径的圆孔，然后按照每块岩心长度和渗透率，依布拉法则进行排序依次装入热缩管内，组装成1米的长岩心，用胶套密封后装入岩心夹持器1a中。

b）建立油藏模型：先对岩心夹持器1a中岩心1b抽真空，然后根据模拟油藏的地层水矿化度配制地层水样品，通过高压恒压恒速计量泵2a将配制好的地层水注入到岩心夹持器1a中，用地层水样品对岩心1b进行饱和，接着用脱气原油驱替岩心1b中地层水，建立岩心1b的束缚水饱和度，再将高温高压配样器2d中配好的原始地层原油驱替脱气原油，当岩心1b出口流出的地层原油气油比连续检测五次保持稳定，且与所配制地层原油的气油比一致，可以认为岩心1b已经饱和好地层原油，从而建立起水平井实验用油藏模型。

c）开展物理模拟实验：应用建立好的油藏模型开展实验，模拟水平井开发过程。岩心1b用来模拟地层，岩心中心孔模拟水平井段，双层套管1c模拟水平井的双层套管，双层套管1c对应的射孔位置预留有渗流孔1j1、1j2、1j3。双层套管1c中放入3根油管1ｄ1、1d2、1d3，通过给双层套管加压实现双层套管1c与岩心1b间的密封以及油管1ｄ1、1d2、1d3与双层套管1c间的密封。油管1d2模拟射孔位置预留渗流孔1k2，油管ｄ1、1d3在模拟射孔错开的位置预留渗流孔1k1、1k3；岩心夹持器1a的温度由三组单独的可调式恒温加热器1m1、1m2、1m3来控制；岩心夹持器1a上开有加压孔1h，加压孔1h通过管线和阀连接至用来模拟上覆压力的环压计量泵1g；油藏模型建立后，通过注入系统对油藏模型进行驱替，模拟水平井开发，通过移动油管1ｄ1、1d3调整渗流孔1k1、1k3位置，模拟分段射孔开发过程；

d）进行数据采集：通过采出系统进行流动状态观察、产出物计量和数据采集。利用温控空气浴3ａ把采出部分保持在特定温度下，通过高压观察窗3ｂ可以在油藏压力和温度条件下观察岩心流出物的相态特征，回压控制系统由回压调节器3ｃ、高压氮气中间容器3ｄ和回压调节高压计量泵3ｅ组成，利用回压控制系统来控制系统的出口压力；实验过程中的流出物在油、水、气三相分离器3ｆ中分离，液体的重量由电子天平3ｈ称得，气体由气体计量计3ｇ计量。

e）进行数据分析：应用密度仪、气相色谱仪、计算机将采出系统获得的产出物和相关数据进行分析总结，得出实验结论，并对实验进行汇总处理。产出油通过密度仪4a测量密度，气体通过气相色谱仪4b进行组分分析，最终数据经过计算机4ｃ相应软件进行汇总处理，得出产出油质量、密度、产出速度的变化、产出气的组分及各组分所占比例、驱替实验的温度、压力、采收率分析报告。

Claims (5)

1.一种水平井物理模拟实验装置，由注入系统、水平井物理模拟装置、采出系统、数据分析收集系统组成，其特征在于：

所述的注入系统由高压恒压恒速计量泵（2a）、配样装置组成，高压恒压恒速计量泵（2a）、配样装置通过阀门（2b）和管线（2f）串联至水平井物理模拟装置进口（1ｅ）；配样装置由高温高压配样器（2d）、活塞中间容器（2ｅ）通过连通阀（2ｃ）并联连接至高压恒压恒速计量泵（2a）；

所述的水平井物理模拟装置由岩心夹持器（1a）、岩心（1b）、双层套管（1c）、油管、环压计量泵（1g）、恒温加热器组成，岩心（1b）为空心管状体，套接在双层套管（1c）外管壁上；双层套管（1c）上预留有渗流孔；油管插接在双层套管（1c）的中心孔内，在其管壁上开有渗流孔；岩心夹持器（1a）上由包裹有可调式恒温加热器；岩心夹持器（1a）上开有加压孔，加压孔通过管线和阀连接至环压计量泵（1g），水平井物理模拟装置出口（1f）通过管线和阀门串联至采出系统。

2.根据权利要求1所述的一种水平井物理模拟实验装置，其特征在于：所述的油管分为三根，油管（1d1）、油管（1d2）、油管（1d3）一字顺序排列，三根油管的管壁上均开有渗流孔。

3.根据权利要求1所述的一种水平井物理模拟实验装置，采出系统由温控空气浴（3ａ）、高压观察窗（3ｂ）、回压控制系统、三相分离器（3ｆ）、电子天平（3ｈ）、气体计量计（3ｇ）组成，其特征在于：回压控制系统由回压调节器（3ｃ）、高压氮气中间容器（3ｄ）、回压调节高压计量泵（3ｅ）串联组成；温控空气浴(3ａ)为中空箱状体，高压观察窗(3ｂ)和回压调节器(3ｃ)、高压氮气中间容器(3ｄ)都位于温控空气浴(3ａ)中，高压观察窗(3ｂ)一端通过温控空气浴(3ａ)外壁开孔由管线与水平井物理模拟装置出口(1f)串联，另一端通过管线与回压调节器(3ｃ)串联；回压调节器(3ｃ)再通过管线与三相分离器(3ｆ)串联；气体计量计(3ｇ)通过管线连接到三相分离器(3ｆ)。

4.一种用于如权利要求1所述的一种水平井物理模拟实验装置的水平井物理模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括如下步骤：

a)进行岩心准备：对全直径柱状真实岩心进行洗油、烘干，测定孔隙度和空气渗透率，再在岩心中部按实验要求钻固定直径的圆孔，然后按照每块岩心长度和渗透率，依布拉法则进行排序依次装入热缩管内，用胶套密封后装入岩心夹持器中；

b）建立油藏模型：先对岩心夹持器中岩心抽真空，然后通过注入系统将配制好的地层水注入到岩心夹持器中，对岩心进行饱和，接着用脱气原油驱替岩心中地层水，建立岩心的束缚水饱和度，再用配制的原始地层原油驱替脱气原油，将岩心饱和好地层原油，建立起水平井实验用油藏模型；

c）开展物理模拟实验：通过注入系统对油藏模型进行驱替，模拟水平井开发；

d）进行数据采集：通过采出系统进行流动状态观察、产出物计量和数据采集；

e）进行数据分析：应用密度仪、气相色谱仪、计算机将采出系统获得的产出物和相关数据进行分析总结，得出产出油质量、密度、产出速度的变化、产出气的组分及各组分所占比例、驱替实验的温度、压力、采收率分析报告。

5.根据权利要求4所述的一种水平井物理模拟实验方法，其特征在于：在开展物理模拟实验过程中，可通过移动双层套管内的两端油管调整渗流孔位置，使其与双层套管上渗流孔连通，模拟水平井分段射孔状态，进而模拟水平井开发的全过程。

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