CN105781509B - 一种平板填砂模型渗流实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平板填砂模型渗流实验系统，包括填砂模型实体单元、电阻采集单元、压力场采集装置、测量单元、阀门单元、计算机、流体管线、填砂管、真空泵、蠕动泵、电极点、电阻数据采集器、电桥仪；所述填砂模型实体单元包括模型腔体、模型盖板、固定螺栓、密封件；填砂模型实体单元垂直安放，蠕动泵分别通过水平井井眼阀门和注水井阀门连接填砂模型实体单元，填砂模型实体单元的模型腔体上设有井眼，井眼连接电极点，并最终连接到电桥仪，产出井阀门连接油水两相计量杯。本发明能精确测量并模拟地层电阻率的变化并实现二维电阻成像，通过压力采集，有效进行压力场数据，分析并模拟水平井与垂直井的分布对地层产油效率的影响。

Description

一种平板填砂模型渗流实验系统

技术领域

本发明涉及一种平板填砂模型渗流实验系统，属于油田开发领域。

背景技术

目前，我国大部分油田都进入了二次采油甚至三次采油，随着油田的开采，油层本身能量不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，一般进行注水开发，为提高注水开发效果，往往需要进行水驱油实验。

各油田区块的地下构造和储层物性存在差异，对于注水开发的具体方式和注采设备等一系列参数的设定需要进行详细的分析和研究；出于安全及成本因素的考虑，水驱油实验一般不直接在开采的油田上进行实验，而是通过在填砂模型中进行实验，来分析注水开发过程中地层的变化从而进一步研究得到所需的数据，因此，研发能真实模拟地层和精确采集数据的填砂模型对于了解水驱油效果有很大的意义。

目前，国内外对此类装置进行了研发，并取得一定成果，如申请号为201120069208.0的《一种用于驱油实验的可视化平面填砂模型》、申请号为201410632491.1的《一种用于驱油实验的可视化平面填砂模型》、申请号为201320621506.5的《一种用于驱油的平面可视化填砂模型》、申请号为201310335169.8的《一种模拟注水过程中油干层对驱油效率影响的装置》等，上述科研成果，均能在一定程度上实现模拟地层和采集数据，但仍然存在一些问题：1、不能精确模拟地层电阻率的变化；2、不能进行分块压力场数据采集；3、无法模拟水平井与垂直井的分布对地层夹层产油效率的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种平板填砂模型渗流实验系统，它是通过以下技术方案实现的：

一种平板填砂模型渗流实验系统，包括填砂模型实体单元、注入单元、电阻采集单元、压力场采集装置、测量单元、阀门单元、计算机、流体管线、填砂管、真空泵；所述填砂模型实体单元包括模型腔体、模型盖板、固定螺栓、密封件、砂粒；注入单元为蠕动泵，所述蠕动泵为LabUIP高精度智能蠕动泵；所述电阻采集单元包括电极点、控制电路、电阻数据采集器；测量单元包括LCR数字电桥仪、压力显示仪表、单相流量计量天平、油水两相计量杯；阀门单元包括水平井井眼阀门、注水井阀门、产出井阀门；填砂模型实体单元垂直安放，蠕动泵分别通过水平井井眼阀门和注水井阀门连接填砂模型实体单元，填砂模型实体单元的模型腔体上设有井眼，井眼连接电极点，并最终连接到LCR数字电桥仪，产出井阀门连接油水两相计量杯；计算机连接并控制注入单元、压力场采集装置、电阻采集单元、测量单元、阀门单元。

进一步的，所述填砂模型实体单元主体为凹形模型腔体，模型腔体上下两侧设有通过支架螺栓连接的支架；模型腔体面板上设有64个井眼，采用8×8的排布方式均布于模型腔体面板上，模型腔体内部均匀安装有64个电极点，控制电路连接并控制64个电极点的工作，电阻数据采集器采集电极点数据并汇聚到LCR数字电桥仪；模型腔体左侧从上到下设有均匀分布的5个水平井井眼阀门，模型腔体底部从左到右设有均匀分布的5个注水井阀门，水平井井眼阀门和注水井阀门通过流体管线分别连接蠕动泵；各水平井井眼阀门之间和各注水井阀门之间都通过三通阀连接流体管线；所述64个电极点上总共设有8组压力传感器，通过8点压力采集，能有效进行压力场数据分析，采集点最多可扩展到32点；模型腔体顶部设有3个产出井阀门，顶部产出井阀门也可作为附加注水井阀门使用；水平井井眼阀门均连接水平分液管线，产出井阀门连接垂直分液管线；所述模型腔体边框端面设有螺栓孔，模型盖板通过固定螺栓连接在模型腔体上，模型腔体和模型盖板的接触面采用密封件进行压紧密封；模型腔体内填充砂粒。

所述填砂模型实体单元的长宽高尺寸为500mm×500mm×30mm，最大承压能力为0.1MPa，模型腔体边框材料为304不锈钢，模型腔体面板和模型盖板材料为有机玻璃；LCR数字电桥仪采集范围为50Hz～100KHz。

电极点材料为304不锈钢，控制电路为8套集成电路板组成，电源采用DC5V，电阻数据采集器上设有RS485转USB信号输出口。

进一步的，所述蠕动泵，其使用的是1.6mm或2.5mm的蠕动泵管，其流速调控范围在1mL/min～1300mL/min。

进一步的，所述填砂管内部填充砂粒，入口连接真空泵，出口连接油水两相计量杯，进口流体管道和出口流体管道上均设置压力显示仪表。

进一步的，所述填砂管在注水实验完成后，取出填砂管，将其一端连接真空泵，并通过真空泵抽干真空。

进一步的，所述填砂管材料为有机玻璃，最大承载质量不超过3kg。

进一步的，所述单相流量计量天平用于测量油水两相计量杯内流体质量和填砂管抽真空实验前后的质量差。

本发明的有益之处在于：

1.本发明通过采用8×8共64组电极点，能精确测量并模拟地层电阻率的变化，并实现二维电阻成像；

2.通过8点压力采集，能有效进行压力场数据分析，采集点最多可扩展到32点；

3.能分别模拟水平井与垂直井的分布对地层夹层产油效率的影响；

4.能测量砂体的液体孔隙度与液体渗透率，进一步优化实验数据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为填砂模型实体单元垂直结构示意图主视图；

图3为填砂模型实体单元垂直结构示意图左视图；

图4为填砂模型实体单元水平结构示意图左视图；

图5为填砂管抽真空示意图；

图6为填砂管质量测量示意图。

图中：1-计算机，2-LCR数字电桥仪，3-蠕动泵，4-压力显示仪表，5-三通阀，6-填砂模型实体单元，7-油水两相计量杯，8-单相流量计量天平，9-支架，10-填砂盖板，11-产出井阀门，12-腔体，13-水平井井眼阀门，14-注水井阀门，15-垂直分液管线，16-模型腔体，水17-平分液管线，18-井眼，19-支架螺栓，20-模型盖板，21-电极点，22-盖板固定螺栓，23-填砂管，24-压力传感器，25-真空泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种平板填砂模型渗流实验系统，包括填砂模型实体单元6、注入单元、电阻采集单元、压力场采集装置、测量单元、阀门单元、计算机1、流体管线、填砂管23、真空泵；所述填砂模型实体单元6包括模型腔体16、模型盖板20、固定螺栓22、密封件、砂粒12；注入单元为蠕动泵3，所述蠕动泵3为LabUIP高精度智能蠕动泵；所述电阻采集单元包括电极点21、控制电路、电阻数据采集器；测量单元包括LCR数字电桥仪2、压力显示仪表3、单相流量计量天平8、油水两相计量杯7；阀门单元包括水平井井眼阀门13、注水井阀门14、产出井阀门11；填砂模型实体单元6垂直安放，蠕动泵3注入装置分别通过水平井井眼阀门13和注水井阀门14连接填砂模型实体单元6，填砂模型实体单元6的模型腔体16上设有井眼18，模型腔体16中均布设有64个电极点21，并通过设置于模型腔体16上接口将采集线路汇总，最终连接到LCR数字电桥仪2，产出井阀门11连接油水两相计量杯7；计算机1连接并控制注入单元、压力场采集装置、电阻采集单元、测量单元、阀门单元。所述64个电极点21上总公共设有8组压力传感器24，通过8点压力采集，能有效进行压力场数据分析，采集点最多可扩展到32点；所述蠕动泵3，其使用的是1.6mm或2.5mm的蠕动泵管，其流速调控范围在1mL/min～1300mL/min。

如图2所示，所述填砂模型实体单元6主体为凹形的模型腔体16，模型腔体16上下两侧设有通过支架螺栓19连接的支架9，在运输的时候可拆卸掉支架用以节约空间；模型腔体16面板上设有64个井眼，采用8×8的排布方式均布于模型腔体16面板上，井眼18中均安装有电极点21，控制电路连接并控制64个电极点21，电阻数据采集器采集电极点数据并汇聚到LCR数字电桥仪2；模型腔体16左侧从上到下设有均匀分布的5个水平井井眼阀门13，模型腔体16底部从左到右设有均匀分布的5个注水井阀门14，水平井井眼阀门13和注水井阀门14通过流体管线分别连接蠕动泵；各水平井井眼阀门13之间和各注水井阀门14之间都通过三通阀5连接流体管线；模型腔体16顶部设有3个产出井阀门11，顶部的产出井阀门11也可作为附加注水井阀门14使用；水平井井眼阀门13均连接水平分液管线17，产出井阀门11连接垂直分液管线15；所述模型腔体16边框端面设有螺栓孔，模型盖板20通过固定螺栓22连接在模型腔体16上，模型腔体16和模型盖板20的接触面采用密封件进行压紧密封；模型腔体16内填充砂粒12。填砂模型实体单元6的长宽高尺寸为500mm×500mm×30mm，最大承压能力为0.1MPa，模型腔体16边框材料为304不锈钢，模型腔体16面板和模型盖板20材料为有机玻璃；LCR数字电桥仪2采集范围为50Hz～100KHz。电极点21材料为304不锈钢，控制电路为8套集成电路板组成，电源采用DC5V，电阻数据采集器上设有RS485转USB信号输出口。

所述填砂管23材料为有机玻璃，最大承载质量不超过3kg。填砂管23内部填充砂粒12，入口连接蠕动泵3，出口连接油水两相计量杯7，进口流体管道和出口流体管道上均设置压力显示仪表4。填砂管23在注水实验完成后，取出填砂管23，将其一端连接真空泵25，并通过真空泵25将填砂管23抽干真空。单相流量计量天平8用于测量填砂管23在抽真空实验前后的质量差。

实施例1、

填砂模型实体单元6竖直放置实验：

将填砂模型实体单元6水平放置，打开模型盖板20，连接好模型腔体16面板上的电极点21，将60目的沙粒均匀铺置在模型腔体16中，盖好模型盖板20。竖立起填砂模型实体单元6，将水平井井眼阀门13或者注水井阀门14通过三通阀5与真空泵25相连，将填砂模型实体单元6中的空气抽空，然后关闭水平井井眼阀门13或者注水井阀门14，再与蠕动泵1连接，打开阀门进行实验，蠕动泵可以使得注入水流速在1mL/min到1300mL/min之间变化，在实验中提供不同的注水压力。实验开始时打开注水井阀门14，将蠕动泵1注入流速调至合适流速，向填砂模型实体单元6中注入填加染色剂的实验油，等到模型腔体16中全部充满油后，静置一段时间，使得装置压力稳定。打开水平井井眼阀门13和产出井阀门11，将注入剂换成水，改变蠕动泵3注入流速到合适流速，进行水驱油实验。同时连接模型腔体16与LCR数字电桥仪2和计算机1，测量模型腔体16面板中电极点21的电阻率变化，并通过计算机1记录测量数据。测量数据包括了电极点21的电阻率及压力。电极点21的电阻率可以通过计算机软件生成电阻率平面分布图，在不同时间点，可以观测到油水界面的变化情况。同时模型盖板20为有机玻璃板，可以观察染色油的在垂直方向上的流动变化，结合电阻率的平面分布图，更加准确了解油水运动情况。在实验过程中还需要记录注入油、水的体积和产出的油、水的体积，以此计算出采收率和含水率，对不同的填砂模型的最终采收率和含水率进行比较分析得出相应结论。

实施例2、

填砂模型实体单元6水平放置实验：

将填砂模型实体单元6水平放置，打开模型盖板20，连接好模型腔体16面板上的电极点21，将60目的沙粒均匀铺置在模型腔体16中，盖好模型盖板20。将水平井井眼阀门13、注水井阀门14与蠕动泵3连接进行实验。调节注入流体流速，在实验中提供不同的注水压力。实验开始时打开注水井阀门14，将蠕动泵3注入流速调至合适流速，向填砂模型实体单元6中注入填加染色剂的实验油，等到模型腔体16中全部充满油后，静置一段时间，使得装置压力稳定。打开水平井井眼阀门13，将注入剂换成清水，改变蠕动泵3注入流速到合适流速，进行平面水驱油实验。同时连接模型腔体16与LCR数字电桥仪2、计算机1，测量模型腔体16中电极点21的电阻率变化，并通过计算机1记录测量数据。测量数据包括了电极点21的电阻率及压力。电极点21的电阻率可以通过计算机软件生成电阻率平面分布图，在不同时间点，可以观测到油水界面的变化情况。同时模型盖板20为有机玻璃板，可以观察染色油的在水平面上的流动变化，结合电阻率的平面分布图，更加准确了解油水运动情况。在实验过程中还需要记录注入油、水的体积和产出的油、水的体积，以此计算出采收率和含水率，对不同的填砂模型的最终采收率和含水率进行比较分析得出相应结论。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不局限于上述方式，在不脱离本发明原理的前提下，还能进一步改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，包括填砂模型实体单元、注入单元、电阻采集单元、压力场采集装置、测量单元、阀门单元、计算机、流体管线、填砂管、真空泵；所述填砂模型实体单元包括模型腔体、模型盖板、固定螺栓、密封件、砂粒；注入单元为蠕动泵，所述蠕动泵为Lab UIP高精度智能蠕动泵；所述电阻采集单元包括电极点、控制电路、电阻数据采集器；测量单元包括LCR数字电桥仪、压力显示仪表、单相流量计量天平、油水两相计量杯；阀门单元包括水平井井眼阀门、注水井阀门、产出井阀门；填砂模型实体单元垂直安放，蠕动泵分别通过水平井井眼阀门和注水井阀门连接填砂模型实体单元，填砂模型实体单元的模型腔体上设有井眼，电极点均布于模型腔体内部，各电极点线路汇集并通过设置于模型腔体上的接口连接到LCR数字电桥仪，产出井阀门连接油水两相计量杯；计算机连接并控制注入单元、压力场采集装置、电阻采集单元、测量单元、阀门单元。

2.根据权利要求1所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述填砂模型实体单元主体为凹形模型腔体，模型腔体上下两侧设有通过支架螺栓连接的支架；模型腔体面板上设有64个井眼，采用8×8的排布方式均布于模型腔体面板上，模型腔体内部均匀安装有64个电极点，控制电路连接并控制64个电极点的工作，电阻数据采集器采集电极点数据并汇聚到LCR数字电桥仪；模型腔体左侧从上到下设有均匀分布的5个水平井井眼阀门，模型腔体底部从左到右设有均匀分布的5个注水井阀门，水平井井眼阀门和注水井阀门通过流体管线分别连接蠕动泵；各水平井井眼阀门之间和各注水井阀门之间都通过三通阀连接流体管线；所述64个电极点上总共设有8组压力传感器，通过8点压力采集，能有效进行压力场数据分析；模型腔体顶部设有3个产出井阀门，顶部产出井阀门也可作为附加注水井阀门使用；水平井井眼阀门均连接水平分液管线，产出井阀门连接垂直分液管线；所述模型腔体边框端面设有螺栓孔，模型盖板通过固定螺栓连接在模型腔体上，模型腔体和模型盖板的接触面采用密封件进行压紧密封；模型腔体内填充砂粒。

3.根据权利要求2所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述填砂模型实体单元的长宽高尺寸为500mm×500mm×30mm，最大承压能力为0.1Mpa，模型腔体边框材料为304不锈钢，模型腔体面板和模型盖板材料为有机玻璃；LCR数字电桥仪采集范围为50Hz～100KHz。

4.根据权利要求2所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，电极点材料为304不锈钢，控制电路为8套集成电路板组成，电源采用DC5V，电阻数据采集器上设有RS485转USB信号输出口。

5.根据权利要求1所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述蠕动泵，其使用的是1.6mm或2.5mm的蠕动泵管，其流速调控范围在1mL/min～1300mL/min。

6.根据权利要求1所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述填砂管内部填充砂粒，入口连接真空泵，出口连接油水两相计量杯，进口流体管道和出口流体管道上均设置压力显示仪表。

7.根据权利要求6所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述填砂管在注水实验完成后，取出填砂管，将其一端连接真空泵，并通过真空泵抽干真空。

8.根据权利要求6所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述填砂管材料为有机玻璃，最大承载质量不超过3kg。

9.根据权利要求1或6所述的一种平板填砂模型渗流实验系统，其特征在于，所述单相流量计量天平用于测量油水两相计量杯内流体质量和填砂管抽真空实验前后的质量差。