CN104033147A - 一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置 - Google Patents

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张烈辉
吴锋
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Abstract

本发明公开了一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,包括:水平井模拟井筒;裂缝系统;与裂缝系统连通的气液整合系统、供水系统、供油系统和供气系统;三相流量计,设有气相出口端,另有两个出口分别与供水系统和供油系统连通,入口与水平井模拟井筒连通。本发明所模拟的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置与实际情况相符,具有代表性,因而所做的实验对实际的生产具有很好的指导意义。

Description

一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置
技术领域
[0001] 本发明涉及低渗透油气田开发领域中水平井分段压裂研究所用的物理模拟实验装置,特别是一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置。
背景技术
[0002] 水平井分段压裂作为提高水平井开发效果的一项新技术,是高效开采低渗透油气藏的有效措施之一,在开发低渗透油气藏过程中有着很好的效果和广阔的前景。由于水平井井眼轨迹和直井不同,水平井钻遇地层与直井相比较为复杂,其井筒应力分布、裂缝渗流规律、温度场分布、产能预测方法、裂缝参数优化设计与直井压裂有很大不同。目前对水平井分段压裂技术的研究主要集中在水平井工艺和压裂液技术的研究,水平井的分段压裂耦合流动规律尚不清楚,制约了水平井分段压裂技术在低渗透油气藏的应用。
[0003] 申请号为201020624719.X的中国专利申请《油气水平井分段压裂管柱》。该装置包括井筒套管及布置在井筒套管内的采油/气管,井筒套管的管壁上径向设有若干个通孔,该通孔与油气层相对应。该装置可进行多段层的压裂改造,实现多段层合采。
[0004] 申请号为201120545924.1的中国专利申请《模组式水平井多相流动态模拟实验装置》。该装置结构包括支架、装置罐体、模拟井筒、压力机、防砂滤网、模拟射孔孔眼、移动脚轮。该装置可在实验室内地面模拟地下水平井射孔井储层产出情况、水平井多相流动态以及真实地层渗透、真实射孔条件下水平井内多相流的产出状况,实现变粘度、变流量、变流型、变方位动态模拟。
[0005] 申请号为201210163916.X的中国专利申请《压裂液在水平井段中流态的模拟实验装置及方法》。该装置包括:透明水平管路、密闭加热槽、加热器、拍摄设备、储液罐、供液泵、压力传感器、废液罐。该装置可以研究水平井段中的液体在水力压裂施工时采用的压裂液粘度和排量条件下的流动特征和流态。
[0006] 现有的实验装置均没有裂缝模拟系统,不能模拟油气水在低渗水平井分段压裂耦合流动规律,均不能实现对井筒流动状态、流型、裂缝与水平井井筒内流量、压降、压力及变质量流流场进行系统分析。
发明内容
[0007] 有鉴于此,本发明提供了一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,以实现模拟油气水在裂缝中的渗流与水平井井筒流动的耦合。
[0008] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0009] 一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,包括:
[0010]水平井模拟井筒,所述水平井模拟井筒均匀开设有射孔,所述水平井模拟井筒射孔两侧分别安装有压力变送器;
[0011] 裂缝系统,所述裂缝系统与水平模拟井筒射孔连通,所述裂缝系统中填充有支撑剂;[0012] 与所述裂缝系统连通的气液整合系统、供水系统、供油系统和供气系统;
[0013] 三相流量计,所述三相流量计设有气相出口端,另有两个出口分别与供水系统和供油系统连通,入口与水平井模拟井筒连通,所述三相流量计与水平井模拟井筒连通的管路上安装有流量计和控制阀。
[0014] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,所述水平井模拟井筒射孔一侧安装有粒子成像测试系统。
[0015] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,所述气液整合系统与所述裂缝系统均具有多个连通点。
[0016] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,所述裂缝系统各裂缝通道由管路连通,且管路中安装有控制阀组。
[0017] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,所述气液整合系统包括第一气液整合器、第二气液整合器、第三气液整合器、第四气液整合器和第五气液整合器,第一气液整合器与其余气液整合器依次串联的向裂缝系统方向连通的单向节流阀、压力计、流量计。
[0018] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,所述供水系统包括依次串联的水槽、水泵、稳压器、第一节流阀、压力计、涡轮流量计、第二节流阀和示踪剂注入盒,所述供水系统具有水槽的一端与所述三相流量计连通。
[0019] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,供油系统包括依次串联的油槽、油泵、稳压器、第一节流阀、压力计、涡轮流量计、第二节流阀和示踪剂注入盒,所述供油系统具有油槽的一端与所述三相流量计连通。
[0020] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,所述供气系统包括依次串联的压缩机、储气罐、带有自动排水器的过滤器、冷干机、第一节流阀、压力计、涡街流量计、第二节流阀和示踪剂注入盒,所述压缩机与所述储气罐之间安装有控制阀,所述储气te具有放空阀。
[0021] 优选地,在上述低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置中,其特征在于,带有自动排水器的过滤器为多个。
[0022] 从上述的技术方案可以看出,本发明提供的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置具有如下技术效果:
[0023] (I)本发明所模拟的水平井模拟井筒、裂缝系统与实际情况相符,具有代表性,因而所做的实验对实际的生产具有很好的指导意义;
[0024] (2)在实验过程中,可根据实际模拟的油气藏选择不同支撑剂并采用均质和非均质方式对裂缝系统填砂,分析不同支撑剂及不同填砂方式对流体渗流规律的影响;
[0025] (3)水平井模拟井筒射孔处的压力变送器和粒子成像测试系统及流入端流量计的安装,可以清晰反映流体流速及流量沿水平井井筒的分布,水平井模拟井筒内的压力分布以及产量变化,分析流体在裂缝及井筒耦合流动规律;
[0026] (4)本发明既可以单独研究油气水单相渗流及耦合,也可以研究油气、油水、气水两相渗流及耦合,还可以研究油气水三相渗流及耦合,具有多用性;
[0027] (5)水平井模拟井筒、等效水平井模拟井筒的高度可以调节,可以在一定范围内调整倾斜度,还可以改变模拟井筒形状,用以研究低渗水平井实际生产过程。附图说明
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029] 图1为本发明实施例提供的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置的结构示意图;
[0030] 图2为图1沿A-A面的裂缝系统左视图;
[0031] 图3为本发明实施例提供的水平井模拟井筒的的俯视图;
[0032] 图4为图3沿B-B面的左视图。
[0033] 附图说明:1.水平井模拟井筒,2.连通点,3.裂缝系统,4.射孔,5.支撑剂,6.压力变送器,20、28、41、47、51、55、59.压力计,7、8、9 控制阀组,10、48、52、56、60.流量计,U、33控制阀,12.三相流量计,13.气相出口端,14.油相出口端,15.水相出口端,16.水槽,17.水泵,18、26.稳压器,19、27、40.第一节流阀,21、29.涡轮流量计,22、30、43.第二节流阀,23、31、44.示踪剂注入盒,24.油槽,25.油泵,32.压缩机,34.放空阀,35.储气罐,36、38,39.带有自动排水器的过滤器,37.冷干机,42.气体涡街流量计,45.第一气液整合器,46、50、54、58.单向节流阀,49.第二气液整合器,53.第三气液整合器,57.第四气液整合器,61.第五气液整合器,62.粒子成像测试系统。
具体实施方式
[0034] 本发明公开了一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,以实现模拟油气水在低渗透油气藏中的裂缝与水平井模拟井筒流动的耦合。
[0035] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0036] 请参阅图1-图4,图1为本发明实施例提供的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置的结构示意图;图2为图1沿A-A面的裂缝系统左视图;图3为本发明实施例提供的水平井模拟井筒的的俯视图;图4为图3沿B-B面的左视图。
[0037] 本发明实施例提供的一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,包括水平井模拟井筒1、裂缝系统3、气液整合系统、供水系统、供油系统、供气系统和三相流量计12。
[0038] 其中,水平井模拟井筒I是由透明的有机玻璃管制成,便于对实验现象进行可视化观察。水平井模拟井筒开设有射孔,在射孔两侧分别安装有压力变送器,用来测量水平井模拟井筒中的渗流场和压力场的分布状况。
[0039] 水平井模拟井筒射孔一侧安装有粒子成像测试系统62,粒子成像测试系统62可以对井筒射孔周围的流动状态参数进行测试,在第一气液整合器流入端分别安装有示踪剂注入盒,通过示踪剂注入盒向流体中注入示踪粒子。粒子成像测试系统62不与流体直接接触,同时用脉冲激光片光照射所测流场的切面区域,通过成像记录系统摄取两次或者多次曝光的粒子图像,形成实验图像,再利用图像互相关方法分析图像,获得每一小区域中粒子图像的平均位移,由此确定流场切面上整个区域的二维速度。
[0040] 裂缝系统3由两块具有一定厚度的正方形有机玻璃板制成,其中裂缝通道与水平模拟井筒射孔4连通,裂缝通道中填充有支撑剂5,通过对不同裂缝通道填充不同支撑剂和选用不同填砂方式,模拟实际地层裂缝系统的非均质性。裂缝系统各裂缝通道之间由管路连通,且管路中安装有控制阀组。
[0041] 气液整合系统包括第一气液整合器45、第二气液整合器49、第三气液整合器53、第四气液整合器57和第五气液整合器61,第一气液整合器45与与其余气液整合器依次串联的向裂缝系统方向连通的单向节流阀、压力计、流量计。
[0042] 气液整合系统与裂缝系统均具有多个连通点2,且多个连通点沿裂缝系统正方形有机玻璃板四周均匀布置。气液整合系统与裂缝系统连通点一一对应连通。
[0043] 供水系统、供油系统和供气系统与第一气液整合器45连通,三相流量计12设有气相出口端13,另有两个出口分别与供水系统和供油系统连通,入口与水平井模拟井筒I连通,且连通的管路上安装有流量计10和控制阀11。
[0044] 流体经三相流量计12后实现油气水分离,气体经气相出口端13放出,水经水相流出端15回流到水槽16中,油经油相流出端14回流到油槽24中。
[0045] 供水系统包括依次串联的水槽16、水泵17、稳压器18、第一节流阀19、压力计20、涡轮流量计21、第二节流阀22和示踪剂注入盒23,供水系统具有水槽16的一端与三相流量计12连通。
[0046] 供油系统包括依次串联的油槽24、油泵25、稳压器26、第一节流阀27、压力计28、涡轮流量计29、第二节流阀30和示踪剂注入盒31,供油系统具有油槽24的一端与三相流量计12连通。
[0047] 供气系统包括依次串联的压缩机32、储气罐35、带有自动排水器的过滤器、冷干机37、第一节流阀40、压力计41、气体润街流量计42、第二节流阀43和示踪剂注入盒44,压缩机32与储气罐35之间安装有控制阀33,储气罐35具有放空阀34,带有自动排水器的过滤器为多个。所通入的气体可经过带有自动排水器的过滤器和冷干机37进行干燥、净化,可以通过放空阀34对注气系统进行放空。
[0048] 本发明中的压力变送器、压力计、流量计、三相流量计和粒子成像测试系统都经过数据采集器将数据传入计算机,实验人员在电脑上对低渗水平井分段压裂耦合流动过程进行分析研究。水平井模拟井筒可根据实际油气藏模拟需要调整其倾斜角和形状。本发明中每个管线的气体、液体分别通过气体涡街流量计、涡轮流量计进行测量。
[0049] 油气田实际应用中,低渗水平井实施分段压裂后,产生的裂缝其连通方式包括连通和不连通。
[0050] 实施例一(裂缝彼此不连通):
[0051] 实验开始前,关闭控制阀组7、8、9,关闭单向节流阀46、50、55、59。实验开始时,打开压缩机32将压缩气体注入储气罐35中,压缩机32与储气罐35为联动装置,即储气罐压力小于设定值时,压缩机将自动开启对储气罐补气,保证实验气源的稳定,通过压力计41可记录供气系统实验所用的压力,通过气体涡街流量计42测定实验气体流量。开启水泵17和油泵25,将供水系统和供油系统的压力调制实验所需的压力,通过压力计20、28分别记录供水系统和供油系统实验所用的压力,通过稳压器18、26使管路中流体实验压力达到稳定值,通过涡轮流量计21、29分别测定供水系统和供油系统实验气体流量。流体进入第一气液整合器45达到稳定状态后,打开单向节流阀46、50、55、59。压力计47、51、55、59分别记录实验模拟地层压力,流量计48、52、56、60分别记录各支路中的流体流量。流体进入裂缝系统与水平井模拟井筒I中,水平井模拟井筒I上的压力变送器6监测井筒沿程压降,粒子成像测试系统62抓拍模拟水平井筒射孔周围流态,流量计10记录井筒总流量,流体流出井筒后进入三相流量计12,三相流量计分尚油水并记录油水流量,分尚后的油从油相出口端14流出,回收到油槽24中,水从水相出口端15流出回收到水槽16中,该实验模拟裂缝彼此不连通的低渗水平井分段压裂耦合的流体变质量流动规律。
[0052] 实施例二(裂缝彼此连通):
[0053] 实验开始前,关闭控制阀组7、8、9,关闭单向节流阀46、50、55、59。实验开始时,打开压缩机32将压缩气体注入储气罐35中,压缩机32与储气罐35为联动装置,即储气罐压力小于设定值时,压缩机将自动开启对储气罐补气,保证实验气源的稳定,通过压力计41可记录供气系统实验所用的压力,通过气体涡街流量计42测定实验气体流量。开启水泵17和油泵25,将供水系统和供油系统的压力调制实验所需的压力,通过压力计20、28分别记录供水系统和供油系统实验所用的压力,通过稳压器18、26使管路中流体实验压力达到稳定值,通过涡轮流量计21、29分别测定供水系统和供油系统实验气体流量。流体进入第一气液整合器45达到稳定状态后,打开控制阀组7、8、9,随后打开单向节流阀46、55。压力计47,55分别记录实验模拟地层压力,流量计48、54分别记录管路中的流体流量。流体进入裂缝系统3与水平井模拟井筒I中,水平井模拟井筒I上的压力变送器6监测井筒沿程压降,粒子成像测试系统62抓拍模拟水平井筒射孔周围流态,流量计10记录井筒总流量,流体流出井筒后进入三相流量计12,三相流量计分离油水并记录油水流量,分离后的油从油相出口端14流出,回收到油槽24中,水从水相出口端15流出回收到水槽16中,该实验模拟裂缝彼此连通的低渗水平井分段压裂耦合的流体变质量流动规律。
[0054] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,包括: 水平井模拟井筒(I),所述水平井模拟井筒(I)均匀开设有射孔(4),所述水平井模拟井筒射孔两侧分别安装有压力变送器(6); 裂缝系统(3),所述裂缝系统(3)与水平模拟井筒射孔(4)连通,所述裂缝系统中填充有支撑剂(5); 与所述裂缝系统连通的气液整合系统、供水系统、供油系统和供气系统; 三相流量计(12),所述三相流量计(12)设有气相出口端(13),另有两个出口分别与供水系统和供油系统连通,入口与水平井模拟井筒(I)连通,所述三相流量计(12)与水平井模拟井筒(I)连通的管路上安装有流量计(10)和控制阀(11)。
2.根据权利要求1所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,所述水平井模拟井筒射孔(4) 一侧安装有粒子成像测试系统(62)。
3.根据权利要求1所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,所述气液整合系统与所述裂缝系统(I)均具有多个连通点(2)。
4.根据权利要求1所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,所述裂缝系统各裂缝通道由管路连通,且管路中安装有控制阀组(7)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,所述气液整合系统包括第一气液整合器(45)、第二气液整合器(49)、第三气液整合器(53)、第四气液整合器(57)和第五气液整合器(61),第一气液整合器与其余气液整合器依次串联的向裂缝系统(3)方向连通的单向节流阀(46)、压力计(47)、流量计(48)。
6.根据权利要求1-4任一项所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,所述供水系统包括依次串联的水槽(16)、水泵(17)、稳压器(18)、第一节流阀(19)、压力计(20)、涡轮流量计(21)、第二节流阀(22)和示踪剂注入盒(23),所述供水系统具有水槽(16)的一端与所述三相流量计(12)连通。
7.根据权利要求1-4任一项所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,供油系统包括依次串联的油槽(24)、油泵(25)、稳压器(26)、第一节流阀(27)、压力计(28)、涡轮流量计(29)、第二节流阀(30)和示踪剂注入盒(31),所述供油系统具有油槽(24)的一端与所述三相流量计(12)连通。
8.根据权利要求1-4任一项所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,所述供气系统包括依次串联的压缩机(32)、储气罐(35)、带有自动排水器的过滤器、冷干机(37)、第一节流阀(40)、压力计(41)、涡街流量计(42)、第二节流阀(43)和示踪剂注入盒(44),所述压缩机(32)与所述储气罐(35)之间安装有控制阀(33),所述储气罐(35)具有放空阀(34)。
9.根据权利要求8所述的低渗水平井分段压裂耦合流动实验装置,其特征在于,带有自动排水器的过滤器为多个。
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