CN103924962B - 一种径向流驱替模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种径向流驱替模拟装置，它包括：一扇形型腔，在外部设一注入阀门，在内部设一筛管，在扇板设多个出水嘴，在扇形型腔的外部设置一储液桶，储液桶底端装一计量天平，在盖板的顶面设置有一平衡压加压阀，平衡压加压阀的出口通过一贯穿盖板的导管连通至密封垫处，在底板的底面间隔设置多个导压管，每一导压管的底部分别连接有一测压传感器；一计量泵，并联连接三个工作液容器，其出口连接一注液总管，注液总管末端设置一三通接头，其一个出口连接注入阀门，另一个连接平衡压加压阀，三通接头与注入阀门之间有一压力计，三通接头与平衡压加压阀之间有一泄压阀，注液总管上有一储能器和另一泄压阀，盖板顶端有另一压力计，其测量端贯穿盖板后与密封垫接触；以及一数据采集及控制系统。

Description

一种径向流驱替模拟装置

技术领域

本发明涉及一种驱替模拟装置，特别是关于一种用于模拟注水井注入过程中储层堵塞状况的径向流驱替模拟装置。

背景技术

对于天然能量不足的油田，开发进入中后期时，为保障油田的开发效果，需采取一定的措施对地层能量进行补充。利用注水井进行“以水驱油”是实现这一目的的重要手段。因受注水水质、地层结垢等因素的影响，目前很多注水井在注水过程中出现了比较严重的地层堵塞问题，导致井口注入压力升高，注水量下降，配注指标难以实现，造成地层能量亏空，影响了油田的正常生产。

为保障注水井的有效注入，常规做法是对注水井进行定期酸化作业，以解除地层堵塞。然而，常规酸化作业不能够从根本上解决注水井堵塞的问题，随着酸化作业轮次的增多，酸化有效期会逐渐变短，并且频繁的酸化作业会严重影响平台的正常生产。因此，有必要对注水井的注入能力和堵塞机理进行系统的研究，为注水井的长效解堵提供指导。传统方法采用物模或者数模手段来研究注水井的堵塞机理，并对堵塞半径进行模拟和预测。但是，传统方法所采用的一维线性流短岩心驱替设备无法模拟三维径向流驱替过程，其实验过程与实际注水作业差别较大，对于判断因注水水质造成的污染半径指导意义较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够对不同注水制度和注水水质进行模拟并对驱替全过程中注水压力、注水量和岩心渗透率进行测量的三维径向流驱替模拟装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，它包括：一扇形型腔，其由两肋板、一扇板、一底板和一盖板围成，所述扇形型腔内部填充有砂体，所述盖板与两所述肋板、所述砂体之间设置有一密封垫，所述底板与两所述肋板、所述砂体之间设置有另一密封垫，在位于两所述肋板外部的连接处设置一注入阀门，在位于两所述肋板内部的连接处设置一与所述注入阀门相连通的筛管，在所述扇板的外侧沿其弧长方向间隔设置多个与所述扇形型腔内部连通的出水嘴，在所述扇形型腔内设置一与所述扇板贴合的筛网，在所述扇形型腔的外部设置一储液桶，各所述出水嘴通过管路和一出口流量计与所述储液桶连接，所述储液桶的底端装有一计量天平，在所述盖板的顶面设置有一平衡压加压阀，所述平衡压加压阀的出口通过一贯穿所述盖板的导管连通至密封垫处，在所述底板的底面沿所述扇形型腔的等分线间隔设置多个贯穿所述底板伸入砂体的导压管，且相邻两所述导压管之间的间隔由所述扇形型腔的圆心向外依次增大，每一所述导压管的底部分别连接有一测压传感器；一计量泵，其进口通过管路并联连接三个工作液容器，其出口连接一注液总管，所述注液总管末端设置一三通接头，所述三通接头的一个出口通过管路连接所述注入阀门，所述三通接头的另一个出口通过管路连接所述平衡压加压阀，在所述三通接头与所述注入阀门之间的管路上设置有一压力计，在所述三通接头与所述平衡压加压阀之间的管路上连接有一泄压阀，在所述注液总管上连接有一储能器和另一泄压阀，在所述扇形型腔盖板顶端设置有另一压力计，所述另一压力计的测量端贯穿所述盖板后与所述密封垫接触；以及一数据采集及控制系统，其分别电连接所述出口流量计、所述计量天平以及各所述测压传感器。

所述扇形型腔的扇形圆心角为45°～360°，所述平衡压加压阀设置在所述盖板的等分线上，并靠近盖板4的形心。

所述扇形型腔的扇形圆心角为90°。

所述盖板和底板通过多个均匀分布在盖板边缘且位于所述扇形型腔外部的螺栓垂直拉紧，以固定在所述扇形型腔上。

所述导压管的顶部设有一防堵滤网。

所述计量泵电连接一变频器，所述变频器电连接一控制器，在所述注液总管靠近所述计量泵的出口处设置一压力传感器，所述压力传感器电连接所述控制器，所述控制器还电连接所述数据采集及控制系统。

所述底板的底面设置一承重万向轮和两定向轮，所述承重万向轮和两所述定向轮呈三角形分布，且所述承重万向轮靠近所述底板的扇形圆心并位于等分线上；所述盖板顶面设置两个或两个以上吊钩，在所述肋板和扇板上分别设置至少一个的吊钩。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用大尺寸扇形型腔结构，结合圆心注入-扇板排出式的流道设计，可最大程度地模拟实际注入井注入过程中地层内的径向流驱替过程。2、本发明采用盖板与通槽组合式设计，便于实验前砂体的充填及实验后砂体的取样及移除。3、本发明沿流动方向以等压差距离方式布置多个压力传感器，压力传感器入口端通过导压管与砂体垂向中部处相连，可实现对砂体不同位置处压力的监测。4、本发明上盖板装有平衡压加压阀，使部分实验流体能够到达上盖板与密封垫之间，可避免实验时因设备受内压变形导致砂体与设备间形成间隙引起窜流而影响流体在砂体内的流动。本发明可用于以研究驱替过程中流量、压力、渗透率变化等参数为目的的驱替模拟实验。

附图说明

图1是本发明扇形型腔俯视示意图；

图2是图1中A-A向剖视图；

图3是本发明的工作连接原理图；

图4是本发明测压传感器放大示意图；

图5是本发明承载万向轮和定向轮结构示意图；

图6是本发明承载万向轮和定向轮位置分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～图3所示，本发明包括一由两肋板1和一扇板2围成的扇形通槽，扇形通槽的底部和顶部分别紧固一扇形的底板3和盖板4以围成一扇形型腔，且扇形型腔内部填充有砂体。盖板4与两肋板1、砂体之间设置有一耐油耐温耐压的密封垫6（如硅胶材质密封垫），底板与两肋板、砂体之间设置有另一密封垫7，两密封垫6、7保证了扇形型腔内部与外界环境的密封性。在位于两肋板1外部的连接处设置一注入阀门8，在位于两肋板1内部的连接处设置一与注入阀门8相连通的筛管9，用于将砂体与注入阀门8阻隔开以防止注入阀门8堵塞，筛管9可根据实验要求进行更换。在扇板2的外侧沿其弧长方向间隔设置多个与扇形型腔内部连通的出水嘴10。在扇形型腔内设置一与扇板2贴合的筛网11，以防止砂体进入出水嘴10导致堵塞。

在扇形型腔的外部设置一储液桶12，扇形型腔上的各出水嘴10通过管路和一出口流量计14与储液桶12连接。储液桶12的底端装有一计量天平13。在盖板4的顶面设置有一平衡压加压阀15，平衡压加压阀15的出口通过一贯穿盖板4的导管连通至密封垫6处。在底板3的底面沿扇形型腔的等分线间隔设置多个贯穿底板3伸入砂体的导压管17，且相邻两导压管17之间的间隔由扇形型腔的圆心向外依次增大。每一导压管17的底部分别连接有一测压传感器16，测压传感器16通过导压管17对砂体内部的压力进行测量。

在扇形型腔的外部设置一计量泵19，计量泵19的进口通过管路并联连接三个工作液容器20，计量泵19的出口连接一注液总管21，注液总管21末端设置一三通接头22，三通接头22的一个出口通过管路连接注入阀门8，三通接头22的另一个出口通过管路连接平衡压加压阀15。在三通接头22与注入阀门8之间的管路上设置有一压力计23，在三通接头22与平衡压加压阀15之间的管路上连接有一泄压阀24。在注液总管21上连接有一储能器25和另一泄压阀26。在扇形型腔盖板4顶端设置有另一压力计27，该压力计27的测量端贯穿盖板4后与密封垫6接触。

本发明还包括一数据采集及控制系统28，数据采集及控制系统28分别电连接出口流量计14、计量天平13以及各测压传感器16。

上述实施例中，盖板4和底板3通过多个均匀分布在盖板4（或底板3）边缘且位于扇形型腔外部的螺栓5垂直拉紧，以固定在扇形型腔上。螺栓5预紧后可在加压时抵消螺栓5的变形，起到拉紧盖板4的作用。

上述实施例中，如图4所示，导压管17的顶部设有一防堵滤网18，防止砂体堵塞导压管17而影响测量。

上述实施例中，扇形型腔的扇形圆心角可以为45°～360°。

上述实施例中，扇形型腔的扇形圆心角可以为90°。

上述实施例中，计量泵18可以电连接一变频器29，变频器29电连接一控制器30，并且可以在注液总管21靠近计量泵19的出口处设置一压力传感器31，压力传感器31电连接控制器30，控制器30还电连接数据采集及控制系统27。

上述实施例中，平衡压加压阀14设置在扇形盖板4的等分线上，并靠近盖板4的形心。

上述实施例中，如图5、图6所示，可以在扇形型腔底板3的底面设置一承重万向轮32和两定向轮33，以便扇形型腔的移动。其中，承重万向轮32和两定向轮33呈三角形分布，且承重万向轮32靠近扇形圆心并位于等分线上。

上述实施例中，可以在盖板4顶面设置两个或两个以上吊钩34，便于帮助吊装打开或盖上扇形型腔的盖板4。此外，在肋板1和扇板2上也可以分别设置至少一个的吊钩34，便于扇形型腔的整体吊装。

本发明的使用过程如下：

1）连接本发明所述装置各个部件（参照图1～3及实施例）；

2）在扇形型腔内填满预先选定的砂体后，盖上密封垫6并通过螺栓5将盖板4固定在扇形型腔上；

3）开启计量泵18，自工作容器19抽取实验流体，经注液总管20通过注入阀门8注入扇形型腔，部分流体通过三通接头21到达平衡压加压阀后进入上盖板4与密封垫6之间，用于实验过程中为砂体提供上覆压。经注入阀门8进入扇形型腔的流体充满筛管9后，以径向流方式在砂体内部均匀向扇板2方向推进，至筛网11后，通过均匀安置在扇板2上的出水嘴10流出型腔。实验过程中测压传感器15实时测量压力数据。出口流量计13实时测量流出型腔流体流量，电子天平12实时测量流出型腔流体质量。出口流量计13、计量天平12以及各测压传感器15测量的数据经数据采集及控制系统28实时采集并分析，得出砂体不同位置处的渗透率及总渗透率。数据采集及控制系统28通过控制器29，可实现对计量泵18泵压及排量的设定。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，它包括：

一扇形型腔，其由两肋板、一扇板、一底板和一盖板围成，所述扇形型腔内部填充有砂体，所述盖板与两所述肋板、所述砂体之间设置有一密封垫，所述底板与两所述肋板、所述砂体之间设置有另一密封垫，在位于两所述肋板外部的连接处设置一注入阀门，在位于两所述肋板内部的连接处设置一与所述注入阀门相连通的筛管，在所述扇板的外侧沿其弧长方向间隔设置多个与所述扇形型腔内部连通的出水嘴，在所述扇形型腔内设置一与所述扇板贴合的筛网，在所述扇形型腔的外部设置一储液桶，各所述出水嘴通过管路和一出口流量计与所述储液桶连接，所述储液桶的底端装有一计量天平，在所述盖板的顶面设置有一平衡压加压阀，所述平衡压加压阀的出口通过一贯穿所述盖板的导管连通至密封垫处，在所述底板的底面沿所述扇形型腔的等分线间隔设置多个贯穿所述底板伸入砂体的导压管，且相邻两所述导压管之间的间隔由所述扇形型腔的圆心向外依次增大，每一所述导压管的底部分别连接有一测压传感器；

一计量泵，其进口通过管路并联连接三个工作液容器，其出口连接一注液总管，所述注液总管末端设置一三通接头，所述三通接头的一个出口通过管路连接所述注入阀门，所述三通接头的另一个出口通过管路连接所述平衡压加压阀，在所述三通接头与所述注入阀门之间的管路上设置有一压力计，在所述三通接头与所述平衡压加压阀之间的管路上连接有一泄压阀，在所述注液总管上连接有一储能器和另一泄压阀，在所述扇形型腔盖板顶端设置有另一压力计，所述另一压力计的测量端贯穿所述盖板后与所述密封垫接触；以及

一数据采集及控制系统，其分别电连接所述出口流量计、所述计量天平以及各所述测压传感器。

2.如权利要求1所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述扇形型腔的扇形圆心角为45°～360°，所述平衡压加压阀设置在所述盖板的等分线上，并靠近盖板的形心。

3.如权利要求2所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述扇形型腔的扇形圆心角为90°。

4.如权利要求1或2或3所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述盖板和底板通过多个均匀分布在盖板边缘且位于所述扇形型腔外部的螺栓垂直拉紧，以固定在所述扇形型腔上。

5.如权利要求1或2或3所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述导压管的顶部设有一防堵滤网。

6.如权利要求4所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述导压管的顶部设有一防堵滤网。

7.如权利要求1或2或3或6所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述计量泵电连接一变频器，所述变频器电连接一控制器，在所述注液总管靠近所述计量泵的出口处设置一压力传感器，所述压力传感器电连接所述控制器，所述控制器还电连接所述数据采集及控制系统。

8.如权利要求4所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述计量泵电连接一变频器，所述变频器电连接一控制器，在所述注液总管靠近所述计量泵的出口处设置一压力传感器，所述压力传感器电连接所述控制器，所述控制器还电连接所述数据采集及控制系统。

9.如权利要求5所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述计量泵电连接一变频器，所述变频器电连接一控制器，在所述注液总管靠近所述计量泵的出口处设置一压力传感器，所述压力传感器电连接所述控制器，所述控制器还电连接所述数据采集及控制系统。

10.如权利要求1所述的一种径向流驱替模拟装置，其特征在于，所述底板的底面设置一承重万向轮和两定向轮，所述承重万向轮和两所述定向轮呈三角形分布，且所述承重万向轮靠近所述底板的扇形圆心并位于等分线上；所述盖板顶面设置两个以上吊钩，在所述肋板和扇板上分别设置至少一个的吊钩。