CN103615241A - 缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其包括有关于水槽、缝洞模型、注水、注气、图像采集、数据采集的模拟单元以及模拟油槽和三相分离器；水槽模拟单元包括立方体水槽、玻璃管和井筒；缝洞模型模拟单元包括溶洞模型和裂缝模型；注水模拟单元包括注水槽和水泵；注气模拟单元包括空气压缩机、储气罐、放空阀、排水过滤器和冷干机；图像采集模拟单元的粒子成像测试模块设于滑竿上并通过滑竿安装在支架上；数据采集模拟单元的压力变更器安装于井筒与缝洞模型模拟单元的连接处；三相分离器的输出端分别连接模拟油槽和注水槽，输入端连接于井筒。本发明结构设计简单、合理，能适时、直观且准确监测地层中流场及压力变化。

Description

缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统

技术领域

本发明涉及石油和地质油气田工程领域中关于油藏研究技术领域，尤其涉及一种缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统。

背景技术

物理模拟是认识油藏开发过程和研究流体流动规律的重要途径。缝洞型油藏与常规的油藏不同，溶洞是主要的储集空间，裂缝是主要的流动通道，基质基本没有储渗能力，并且缝洞储集体具有空间随机分布、配置关系复杂、形状尺度多样化等特点，给缝洞型油藏物理模型的制作带来了很大的困难。

申请号为201220267959.9的中国专利申请《缝洞型油藏独立溶洞单元物理模拟实验装置》，能够模拟缝洞的一些配置关系、充填物性等缝洞型油藏储集体特征。申请号为201220347521.0的中国专利申请《缝洞型碳酸盐岩油藏可视化仿真模拟实验装置》，能够以实际矿场的地质资料为依据，模拟地下储层结构；借助可视化处理，实验中可以实时监测油水流动规律。

现有技术的缺点：

1、现有装置没能考虑地层围压对缝洞储集体的影响；

2、现有装置中的储集体模型并不能满足大尺度、全三维的实际要求；

3、现有装置中的缝洞系统注水开发的注采位置单一；

4、现有装置不能根据油藏实际情况随意分布缝洞储集体的空间位置；

5、现有装置不能对地层中各点压力及流场变化进行实时的监测。

发明内容

为了解决以上问题，本发明是为了解决现有缝洞型油藏模拟实验装置不能满足大尺度、全三维的实际要求，不能实时、准确监测地层中各点的压力及流场变化而提出一种结构设计简单、合理，能实时、准确且直观的监测地层中各点的流场变化及压力变化的缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，包括水槽模拟单元以及与水槽模拟单元分别连接的缝洞模型模拟单元、注水模拟单元、注气模拟单元和模拟油槽；所述水槽模拟单元包括立方体水槽、玻璃管和井筒；所述玻璃管自所述立方体水槽的顶部向所述立方体水槽的内部插入；所述井筒一端插入所述立方体水槽内部，另一端伸出所述立方体水槽外部；所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端依次连接有节流阀、流量计和压力计；所述缝洞模型模拟单元包括溶洞模型和裂缝模型；所述溶洞模型装设于所述立方体水槽内部；所述裂缝模型穿设于相邻一对所述立方体水槽的内部且两端分别与所述相邻一对立方体水槽内部的裂缝模型连接导通；所述注水模拟单元包括注水槽及与所述注水槽连接的水泵；所述水泵的输出端依次连接有流量计和节流阀并连接于所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端；所述注气模拟单元包括空气压缩机、储气罐、放空阀、排水过滤器和冷干机；所述空气压缩机的空气输出端连接于所述储气罐的空气输入端且与所述储气罐的空气输入端之间还安装有节流阀；所述储气罐的一侧底端设有放空阀，空气输出端依次连接有节流阀、流量计和另一节流阀并连接于所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端；所述冷干机的两个输出端依次连接有节流阀和排水过滤器并连接于所述储气罐空气输出端的第一个节流阀两端；所述模拟实验系统还包括图像采集模拟单元以及与水槽模拟单元分别连接的数据采集模拟单元和模拟三相分离器；所述图像采集模拟单元匹配设置于所述立方体水槽的外侧，其包括可用于监测流体流场变化的粒子成像测试模块；所述数据采集模拟单元包括压力变更器，所述压力变更器安装于所述井筒的井底与所述缝洞模型模拟单元的连接处；所述三相分离器的输出端分别连接至所述模拟油槽和注水槽，输入端依次连接有流量计、节流阀和压力计并连接于所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端。

所述缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其中：所述粒子成像测试模块和压力变更器所采集的数据通过数据线传输至外置电脑。

所述缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其中：所述立方体水槽为透明的有机玻璃制成，其侧面设有可打开的开板；所述开板上设有孔眼；所述井筒顺着所述孔眼插入所述立方体水槽内部。

所述缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其中：所述溶洞模型和裂缝模型为根据地震测试资料还原的储集体三维模型；所述溶洞模型和裂缝模型中可填充沙粒或有机颗粒，用以模拟储集体充填情况以及所述溶洞模型和裂缝模型的渗透率。

所述缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其中：所述粒子成像测试模块为匹配安装于滑竿上的多个；所述滑竿滑动连接于位置与所述水槽模拟单元相适应的支架上。

有益效果：

本发明缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统结构设计简单、合理，能实时、准确且直观的监测地层中各点的流场变化及压力变化，其还具有以下优点：

（1）本发明是由立方体水槽连接而成的，每个立方体水槽均可多处开口，可根据实际需要，实现三维空间的任意组合；立方体水槽中放置的溶洞模型是根据全三维地质模型吸塑而成，也可自制不同形态、不同尺度的缝洞模型，如此便可满足缝洞储集体具有空间随机分布、形状尺度多样化的特点;

（2）本发明中所用的缝洞模型均由地震测试资料还原的全三维模型吸塑而成，与储集体的实际轮廓相符，所做实验对油田生产具有直接指导意义；

（3）本发明中立方体水槽内充满承压介质水，可模拟基质及上覆地层围压，与实际油藏相符，可模拟开发过程中围压对溶洞体的影响；

（4）本发明可研究裂缝—裂缝、裂缝—溶洞之间的流体交换、流体流动规律实验研究，可做不同缝洞组合、分布条件下不同流动状态转化条件的实验研究；

（5）本发明可研究油藏弹性能量开发、不同条件（开采位置、注水位置、注水压力、注水流量等）下注水开发等实验，实现了系统功能多样性和灵活性，且可重复利用，大大降低了实验成本；

（6）本发明在孔眼及模型的连接处安装了粒子成像测试系统和压力测试系统，可通过此系统观察、分析、研究变尺度流动的流场变化规律；

（7）本发明及所用模型均为透明材料，故可直接观察到油水在复杂缝洞系统中的真实流动状态，且可以实时监测地层中各点的压力变化和井口产量变化。

附图说明

图1为本发明缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统的整体结构示意图；

图2为本发明缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统的水槽系统中立方体水槽的主视图；

图3为本发明缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统的水槽系统中立方体水槽的侧视图。

具体实施方式

如图1至3所示，本发明缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，包括水槽模拟单元1以及与水槽模拟单元1分别连接的缝洞模型模拟单元2、注水模拟单元3、注气模拟单元4、图像采集模拟单元5、数据采集模拟单元6、模拟三相分离器7和模拟油槽8。

水槽模拟单元1包括立方体水槽11、玻璃管12和井筒13；该立方体水槽11的为透明的有机玻璃制成，可对其进行实时的观察；同时，该立方体水槽11上下两侧面及左右两个端面均设有可以打开的开板115，该开板115上设有孔眼116。由于该立方体水槽11拥有全方位的开口，所以可以根据需要实现水槽的空间任意组合。其中，本实施例中该立方体水槽11包括第一立方体水槽111、第二立方体水槽112、第三立方体水槽113和第四立方体水槽114；本实施例中该立方体水槽11呈长方体结构且呈台阶式空间布置，即该第一立方体水槽111按照长边水平布置，该第二立方体水槽112按照长边竖直立在该第一立方体水槽111顶部一侧，该第三立方体水槽113按照长边水平放置且一侧底部与该第二立方体水槽112顶部连接，该第四立方体水槽114按照长边竖直布置且一侧端面与该第三立方体水槽113一端面连接。

该玻璃管12连通在第四立方体水槽114上端，即由第四立方体水槽114顶部插入第四立方体水槽114内部，可通过调整液体在玻璃管12中的高度来改变水槽模拟单元1中的环空压力，用以模拟地层围压对储层的影响

井筒13顺着孔眼116插入立方体水槽11内部，即一端伸入立方体水槽11内部，一端伸出立方体水槽11外部；其中，该井筒13伸出立方体水槽11外部的一端依次连接有第一节流阀131、第一流量计132和第一压力计133。本实施例中该第一立方体水槽111上插设有两根井筒13，第二立方体水槽112上插设有一根井筒13，第三立方体水槽113上插设有三根井筒13，第四立方体水槽114上插设有一根井筒13。

缝洞模型模拟单元2匹配设于水槽模拟单元1内部，其包括溶洞模型21和裂缝模型22；该溶洞模型21包括第一溶洞模型211、第二溶洞模型212和第三溶洞模型213；该裂缝模型22包括第一裂缝模型221和第二裂缝模型222。该第一溶洞模型21位于整个缝洞模型模拟单元2的最底侧，即装设于水槽模拟单元1的第一立方体水槽111内，该第二溶洞模型212装设于水槽模拟单元1的第三立方体水槽113内，该第三溶洞模型213装设于水槽模拟单元1的第四立方体水槽114内。该第一裂缝模型221竖直穿设于水槽模拟单元1的第二立方体水槽112，其底端穿出第二立方体水槽112底部且伸入第一立方体水槽111内连接第一溶洞模型21，顶端穿出第二立方体水槽112顶部且伸入第三立方体水槽113内，使第一溶洞模型211与第二溶洞模型212连接导通；其中，该第二裂缝模型222一端伸入第三立方体水槽113内连接第二溶洞模型212，另一端伸入水槽模拟单元1的第四立方体水槽114内与第三溶洞模型213连接，使第二溶洞模型212与第三溶洞模型213连接导通，至此，该第一溶洞模型211、第二溶洞模型212和第三溶洞模型213彼此相互连通。其中，溶洞模型21和裂缝模型22所用的模型均来自于根据地震测试资料还原的储集体三维模型；同时，溶洞模型21和裂缝模型22中可填充沙粒或有机颗粒，用以模拟储集体充填情况以及溶洞模型21和裂缝模型22的渗透率。

注水模拟单元3设于水槽模拟单元1外部，其包括注水槽31及与注水槽31连接的水泵32；该水泵32的输出端连接于水槽模拟单元1的井筒13伸出立方体水槽11外部的一端。其中，该水泵32通过依次由第二流量计321、第二节流阀322、第一压力计133、第一流量计132、第一节流阀131连接组成的管线与井筒13伸出立方体水槽11外部的一端连接，因此，通过选择开、关不同管线上的节流阀，可以选择使用不同位置的井进行注采。

注气模拟单元4设于水槽模拟单元1外部，其包括空气压缩机41、放空阀42、储气罐43、排水过滤器44和冷干机45。该空气压缩机41一端通过管道连接储气罐43，在空气压缩机41与储气罐43之间还安装有第三节流阀46。该储气罐43一侧底端设有放空阀42，另一侧顶端与水槽模拟单元1的井筒13伸出立方体水槽11外部的一端连接，其中，该储气罐43是通过依次由第四节流阀431、第三流量计432、第五节流阀433、第一压力计133、第一流量计132、第一节流阀131连接组成的管线与井筒13伸出立方体水槽11外部的一端连接，因此，通过选择开、关不同管线上的节流阀，可以选择使用不同位置的井进行注采。其中，该冷干机45顶部两侧均依次通过第六节流阀451、排水过滤器44连接组成的管线连接于第四节流阀431两端。同时，通入储气罐42的气体可经过排水过滤器44和冷干机45进行干燥、净化，可以通过放空阀42对注气模拟单元4进行放空。

图像采集模拟单元5匹配设置于水槽模拟单元1的立方体水槽11的外侧，其包括多个粒子成像测试模块51，该多个粒子成像测试模块51均安装于滑竿52上并通过滑竿52安装在支架53上。其中，该滑竿52是滑动连接于支架53上，该支架53的位置与水槽模拟单元1的位置相适应，可以根据需要调整粒子成像测试模块51和滑竿52的位置，用以监测流体在模型连接、管道接口等地方的流场变化情况。

数据采集模拟单元6设于水槽模拟单元1内部，其包括压力变更器61，其中，该压力变更器61安装在每口井的井底和模型连接处，用以监测这些地方压力的微观变化。其中，粒子成像测试模块51和压力变更器61所采集的数据通过数据线传输到电脑。

三相分离器7设于水槽模拟单元1外部，其分别连接模拟油槽8和注水模拟单元3的注水槽31，同时还通过依次由第四流量计71、第七节流阀72和第二压力计73连接组成的管线连接至井筒13伸出立方体水槽11外部的一端，使实验中所产生的流体输送到三相分离器7，然后再经三相分离器7将油、气、水三相分离，水流入注水槽31，油流入模拟油槽8，气体则直接放空。

本发明工作原理：

（1）初始化状态

首先，根据实验需要对溶洞模型21进行填砂，对裂缝模型22填充有机物，放入立方体水槽11中，用支撑物固定，并将模型连接好，密封立方体水槽11的开板115。其次，拆开与第一立方体水槽111、第三立方体水槽113和第四立方体水槽114上面的井筒13直接相连的第一个节流阀之间的管线，并根据需要通过井筒13向每个溶洞模型21和裂缝模型22注入一定量的水，再注入一定量的油，模拟储集体原始填充情况，其中，是先对第一立方体水槽111内的第一溶洞模型211依次注入水、油，达到预定值之后，再将之前拆开的与第一立方体水槽111上的井筒13连接的管线重新连接好；然后，再对第三立方体水槽113内部的第二溶洞模型212依次注入水、油，再将之前拆开的与第三立方体水槽113上的井筒13连接的管线重新连接好；最后，对第四立方体水槽114内部的第三溶洞模型213依次注入水、油，再将之前拆开的与第四立方体水槽114上的井筒13连接的管线重新连接好。紧接着，通过玻璃管12向立方体水槽11中注入水，达到一定高度，模拟储集体围压；接着关闭所有节流阀，将整个模拟实验系统静置一定的时间，直至溶洞模型21和裂缝模型22中的油水不再自由流动为止。稳定之后，用压力变更器61读取溶洞模型21和裂缝模型22内各点压力，并将此压力作为油藏的初始压力。

（2）衰竭式开发模拟

将第七节流阀72打开，根据第四流量计71显示的流量调整第七节流阀72的打开程度，以恒定流量生产；第二压力计73监测井筒13的井口压力；到后期流量无法稳定的时候就将第七节流阀72完全打开，让其自喷，到无法自喷的时候，关闭第七节流阀72，模拟结束。

（3）注水开发（低注高采）模拟

开启水泵32，打开第二节流阀322，根据第一流量计132显示的数据调整第一节流阀131的打开程度，以恒定流量注入。当模型溶洞模型21和裂缝模型22内的压力达到预定值之后，关闭第一节流阀131，关闭水泵32，静置一段时间，待溶洞模型21和裂缝模型22内油水不再自由流动之后，再开启第七节流阀72，根据第四流量计71显示的流量调整第七节流阀72的打开程度，以恒定流量生产。到后期流量无法稳定的时候就将第七节流阀72完全打开，让其自喷；到无法自喷的时候，关闭第七节流阀72；再重复上面的步骤，继续开采，直到生产出的流体含水率达到一定值之后，不再重复上面步骤，模拟结束。

（4）注气开发模拟

开启空气压缩机41，调整注气压力，打开第五节流阀433，调整节第一流阀131的打开程度，以一定的流量往井筒13中注入气体。当模型内的压力达到预定值之后，关闭第一流阀131。将装置静置一段时间，待模型内油水不再自由流动之后，再开启第七节流阀72，根据第四流量计71显示的流量调整第七节流阀72的打开程度，以恒定流量生产。到后期流量无法稳定的时候就将第七节流阀72完全打开，让其自喷，到无法自喷的时候，关闭第七节流阀72，模拟结束。

整个实验过程中，各个管线上的压力计实时监测管线上的压力；各接口处的压力变更器61监测模型接口和井底的压力变化；粒子成像测试模块51监测模型中流体流场变化和剩余油分布情况，同时，实验中所得到的数据和图像均传输到电脑中。

本发明结构设计简单、合理，各个结构不仅安装简单、方便，而且操作简单，能实时、准确且直观的监测地层中各点的流场变化及压力变化，可被广泛应用于缝洞油藏的模拟实验，适于推广与应用。

以上实施例，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，包括水槽模拟单元以及与水槽模拟单元分别连接的缝洞模型模拟单元、注水模拟单元、注气模拟单元和模拟油槽；其特征在于：所述水槽模拟单元包括立方体水槽、玻璃管和井筒；所述玻璃管自所述立方体水槽的顶部向所述立方体水槽的内部插入；所述井筒一端插入所述立方体水槽内部，另一端伸出所述立方体水槽外部；

所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端依次连接有节流阀、流量计和压力计；

所述缝洞模型模拟单元包括溶洞模型和裂缝模型；所述溶洞模型装设于所述立方体水槽内部；所述裂缝模型穿设于相邻一对所述立方体水槽的内部且两端分别与所述相邻一对立方体水槽内部的裂缝模型连接导通；

所述注水模拟单元包括注水槽及与所述注水槽连接的水泵；所述水泵的输出端依次连接有流量计和节流阀并连接于所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端；

所述注气模拟单元包括空气压缩机、储气罐、放空阀、排水过滤器和冷干机；所述空气压缩机的空气输出端连接于所述储气罐的空气输入端且与所述储气罐的空气输入端之间还安装有节流阀；所述储气罐的一侧底端设有放空阀，空气输出端依次连接有节流阀、流量计和另一节流阀并连接于所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端；所述冷干机的两个输出端依次连接有节流阀和排水过滤器并连接于所述储气罐空气输出端的第一个节流阀两端；

所述模拟实验系统还包括图像采集模拟单元以及与水槽模拟单元分别连接的数据采集模拟单元和模拟三相分离器；

所述图像采集模拟单元匹配设置于所述立方体水槽的外侧，其包括可用于监测流体流场变化的粒子成像测试模块；

所述数据采集模拟单元包括压力变更器，所述压力变更器安装于所述井筒的井底与所述缝洞模型模拟单元的连接处；

所述三相分离器的输出端分别连接至所述模拟油槽和注水槽，输入端依次连接有流量计、节流阀和压力计并连接于所述井筒伸出所述立方体水槽外部的一端。

2.如权利要求1所述的缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其特征在于：所述粒子成像测试模块和压力变更器所采集的数据通过数据线传输至外置电脑。

3.如权利要求1所述的缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其特征在于：所述立方体水槽为透明的有机玻璃制成，其侧面设有可打开的开板；

所述开板上设有孔眼；所述井筒顺着所述孔眼插入所述立方体水槽内部。

4.如权利要求1所述的缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其特征在于：所述溶洞模型和裂缝模型为根据地震测试资料还原的储集体三维模型；

所述溶洞模型和裂缝模型中可填充沙粒或有机颗粒，用以模拟储集体充填情况以及所述溶洞模型和裂缝模型的渗透率。

5.如权利要求1所述的缝洞型油藏全三维仿真可视化驱替模拟实验系统，其特征在于：所述粒子成像测试模块为匹配安装于滑竿上的多个；

所述滑竿滑动连接于位置与所述水槽模拟单元相适应的支架上。

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