CN106014366B - 一种可模拟同井注采的室内装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可模拟同井注采的室内装置及使用方法。其特征在于：所述装置由填砂箱组、若干同井注采井筒、若干注水井筒、若干采油井筒、若干电泵以及若干水动力开关构成；其中，制备好的填砂箱组中间预留井筒空间的底部与同井注采井筒、注水井筒以及采油井筒底部连通；油泵与同井注采井筒内筒底部相连接，五个水泵与其外筒底部呈正五边形连接，水泵连接软管，软管另一头连接位于不同回注层的五个回注水槽上的水动力开关。利用该装置可实现降低同井注采井筒采出液含水率、合理分层配注以及增加周围受效油井的产油量，本案提出了实现前述功能的相应方法。

Description

一种可模拟同井注采的室内装置及使用方法

技术领域：

本发明是一种用于进行同井注采物理模拟的实验装置及方法。

背景技术：

目前大部分注水开发油田都进入了高含水期，注水利用率低，为了提高注水利用率，开展同井注采技术研究。为了研究同井注采对注水开发油田的有益效果，需要进行现场试验，验证其开发效果。但是现场试验的成本较高，周期较长，同井注采实施过程较复杂，无法在短期内得出同井注采的开发效果。

发明内容：

为了解决背景技术中提到的难以通过同井注采现场试验得到其开发效果的问题。本发明提供了一种室内实验装置，利用该实验装置可以模拟同井注采井底的油水分离以及将分离水回注地层的过程。同时，本发明给出了利用该装置实现降低同井注采井筒采出液含水率的方法、合理分层配注的方法以及增加周围受效油井的产油量的方法。

本发明的技术方案是：该种可模拟同井注采的室内装置，所述装置由注水装置、电泵控制装置、压力显示装置以及流量监测装置、方形的填砂箱组、若干同井注采井筒、若干注水井筒、若干采油井筒、若干电泵以及若干水动力开关构成；

填砂箱组包含六个油层，第一至第五层为层间间矩和厚度均相同的前五层，层间渗透率不同，用于模拟实际地层中的层间非均质性，第六层与前五层的层间间矩不同，但层的厚度与前五层相同，层间渗透率值不同于前五层；所述若干同井注采井筒、若干注水井筒与若干采油井筒一同置于填砂箱组预留的空间内，其排列方式为五点法排列；填砂箱组已完成饱和油、加压的过程；

所述同井注采井筒采用如下结构，同井注采井筒内壁紧贴五个空心管式回注水槽，回注水槽分别嵌于填砂箱组前五层，同井注采井筒底部连接至填砂箱组第六层顶部；同井注采井筒底部为留有六个电泵口的密封板，其中同井注采井筒内筒连接中间电泵口，同井注采外筒连接五个外围电泵口；中心电泵通过中间电泵口连接至同井注采井筒的内筒底部，五个外围电泵分别通过五个外围电泵口连接至同井注采井筒外筒底部，五个外围电泵的泵口都紧贴有超滤膜；所述注水井筒底部与填砂箱组第六层底部相连接，其在第六层的井筒内壁上紧贴空心管式回注水槽，回注水槽内嵌于第六层，水槽壁上均匀分布四个水动力开关；

所述采油井筒，其内壁在每一层都紧贴一个环形储油槽，每个储油槽上内侧都开有孔眼，输油软管分别与每一层的储油槽上的孔眼相连接；

所述水动力开关的大部分插入回注水槽内；所述水动力开关分为三段，每段均为杯体，第一段为底部封闭、顶部敞口的空心杯体，底部位于回注水槽内，顶部内嵌第二段空心杯体，第二段空心杯体顶、底部均敞口，其底部内嵌于第一段空心杯体，底部内嵌第三段空心杯体，第三段空心杯体底部敞口、顶部封闭，顶部内嵌一个压力传感器，压力传感器下部连接一个弹簧，弹簧另外一头连接第一段空心杯体底部；三个杯体构成了一个密闭空间；

注水装置与所有注水井筒的顶部连接；电泵控制装置与所有同井注采井筒内的电泵连接；压力显示装置与所有同井注采井筒中水动力开关内的压力传感器相连接；流量监测装置与所有采油井井筒顶部连接，与所有同井注采井筒内筒的顶部连接。

利用前述装置可以降低同井注采井筒采出液含水率，具体步骤如下：

1)向注水井筒注水，开启同井注采中心电泵，计量同井注采井筒的产液量、产油量，计算含水率；

2)在同井注采井筒采出液含水率达到95％时，开启同井注采外筒五个外围电泵，并把同井注采内筒的电泵输入功率调低；

3)计量同井注采井筒产液量、产油量，计算含水率；将同井注采前、后含水率值相减，得到降低的含水率值。

此外，利用前述装置可以进行合理分层配注，具体步骤如下：

1)读取同井注采井筒内水动力开关中，压力传感器的压力值，将其换算成水动力开关流量；

本步骤中水动力开关流量由如下公式确定：

Q＝F×A/k

式中：Q——水动力开关流量；

F——压力传感器压力；

A——水动力开关第一段杯体底面积；

k——弹簧劲度系数。

2)根据填砂箱组五个回注层不同的渗透率值，计算得到不同的地层系数值，按地层系数，将每层回注水量劈分；

3)分别调节五个外围电泵的输入功率，同时分别读取五个水动力开关的压力值，当压力值对应的流量与每层劈分的回注水量一一对应时，停止调节泵的输入功率。

另外，利用前述装置可以增加周围受效油井的产油量，具体步骤如下：

1)向注水井筒注水，开启同井注采中心电泵，读取采油井筒每一层的产油量，计算总产油量

2)同井注采井筒采出液含水率达到95％时,开启其井筒外围电泵，将同井注采内筒的电泵输入功率调低，读取采油井筒每一层的产油量，计算总产油量；

3)将前两步得到的两个总产油量的值相减，得到周围受效井的产油量的增量。

本发明具有如下有益效果：本发明所提供的装置能够进行普通的水驱油室内实验，也能够在高含水期，进行同井注采室内实验。利用本装置以及本发明所提供的方法能够降低同井注采井筒采出液含水率、合理分层配注的以及增加周围受效油井的产油量。

附图说明：

图1填砂箱组立体图。

图2同井注采井筒结构图。

图3注水井筒结构图。

图4采油井筒结构图。

图5水动力开关结构图。

图6实验装置连接图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1至图5所示，该种进行同井注采物理模拟的实验装置，其独特之处在于：所述装置由方形的填砂箱组1、若干同井注采井筒2、若干注水井筒3、若干采油井筒4、若干电泵7以及若干水动力开关8构成。

所述的填砂箱组1，其包含六个油层，其中前五层5，每一层的厚度都相同，渗透率值各不相同，用于模拟实际地层中的层间非均质性；第六层6的厚度与前五层5一样，渗透率值不同于前五层；若干同井注采井筒2、若干注水井筒3与若干采油井筒4一同置于填砂箱组预留的空间内，其排列方式为五点法排列；填砂箱组已完成饱和油、加压的过程。

所述的同井注采井筒2，内壁紧贴五个空心管式回注水槽9，回注水槽9分别嵌于填砂箱组前五层5，同井注采井筒2底部连接至填砂箱组第六层6顶部；同井注采井筒2底部为留有六个电泵口的密封板10，其中同井注采井筒内筒11连接中间电泵口12，同井注采外筒13连接五个外围电泵口14；中心电泵15通过中间电泵口12连接至同井注采井筒的内筒11底部，五个外围电泵16分别通过五个外围电泵口14连接至同井注采井筒外筒13底部，五个外围电泵的泵口都紧贴有超滤膜17。

所述的注水井筒3，其底部与填砂箱组第六层6底部相连接，其在第六层的井筒内壁上紧贴空心管式回注水槽18，回注水槽内嵌于第六层，水槽壁上均匀分布四个水动力开关19。

所述的采油井筒4，其内壁在每一层都紧贴一个环形储油槽21，每个储油槽上内侧都开有孔眼22，输油软管分别与每一层的储油槽上的孔眼22相连接。

所述水动力开关8，其大部分插入回注水槽9内；水动力开关分为三段，每段均为杯体，第一段23为底部封闭、顶部敞口的空心杯体，底部位于水槽内，顶部内嵌第二段24空心杯体，第二段空心杯体顶、底部均敞口，其底部内嵌于第一段空心杯体，底部内嵌第三段空心杯体，第三段25空心杯体底部敞口、顶部封闭，顶部内嵌一个压力传感器26，压力传感器下部连接一个弹簧27，弹簧另外一头连接第一段空心杯体底部；三个杯体构成了一个密闭空间。

如图6所示，该种进行同井注采物理模拟的实验装置，还包括注水装置28、电泵控制装置29、压力显示装置30以及流量监测装置31；其中，注水装置28与所有注水井筒的顶部连接(以其中一个水井井筒为例)；电泵控制装置29与所有同井注采井筒内的电泵连接(以其中一个同井注采井筒为例)；压力显示装置30与所有同井注采井筒中水动力开关8内的压力传感器相连接(以其中一个同井注采井筒为例)；流量监测装置31与所有采油井井筒顶部连接(以其中一个采油井筒为例)，与所有同井注采井筒内筒的顶部连接(以其中一个同井注采井筒为例)。

利用前述装置进行实验，需要注意以下内容：

同井注采井筒底部在填砂箱组的第六层连接的六个电泵，其轴功率可通过如下公式计算。

P_shaft＝Q×H×ρ/(367.2×η)

式中：P_shaft——轴功率；

Q——泵流量；

H——泵扬程；

ρ——吸入液密度；

η——泵效。

由于泵的吸入流量与吸入液密度有关，泵的扬程是泵的固有参数，泵效与泵的结构及固定的下泵深度有关，故扬程及泵效是定值；因此轴功率是吸入液密度的函数；由于泵的实际输入功率可以通过电泵控制装置进行改变，故可以通过改变泵的输入功率，对可吸入液的最大密度进行控制。将中心电泵的输入功率调低，使其低于井底产出液的密度，周围五个水泵的功率设置为将水吸入的功率，由于水泵的泵口有超滤膜，故水泵只能吸水，同时中心油泵又能吸入剩下的油、水，从而六个电泵可以实现油水分离的功能。

同井注采井筒在前五个层均紧贴有薄水槽，水槽均开设一个进水口，进水口里面均内嵌一个水动力开关。当分离出的水通过软管输送至各层的水动力开关处时，由于水的压力作用，对水动力开关施加一个压力，通过第一段杯体的底部，将该压力传至水动力开关内的弹簧，造成弹簧收缩，使得水动力开关向水槽内部收缩。当水压等于回注层的地层压力时，水动力开关内的弹簧受的力与地层压力相等，此时，水动力开关收缩至与水槽内径等长的长度，若水压再增大，分离水就能进入水槽，形成注水通道，实现分离水回注各层的功能。

同井注采井筒内五个外围电泵开启后，由于此时泵的扬程一定，回注液体均为水，故回注液流量确定，泵效不变，故改变泵的输入功率，就可以改变泵的吸入量从而改变分层注水量；由于水动力开关受到水压作用，使得其向里缩进，且泵的吸入量越大，其缩进量越大，因此造成的回注水通道也越大；同时，水动力开关缩进越大，其内的弹簧顶部的压力传感器受到的力越大，由于弹簧顶部的压力感应器连接至压力监测装置，通过该装置，能够实时地监测水动力开关所受到的回注水水压，故可以通过几何尺寸及流量与轴功率之间的相关关系式，计算此时的回注水流量，从而达到监测流量及控制流量的功能。

注水井筒在第六层紧贴有一个注水槽，注水槽上均匀分布四个注水孔，注水孔内嵌有水动力开关，当注入水压大于第六层的地层压力时，注入水的压力使得水动力开关内的弹簧收缩，从而形成注入水通道，实现注水的功能。

本实验装置的具体使用步骤及方法如下：

1)开启注水装置，向注水井筒中注水，当井筒底部水压大于填砂箱组第六层的地层压力后，第六层的水动力开关由于受到水压而收缩，形成水流通道，水开始注入第六层；同时，采油井筒开始采油，其前五层均为封闭弹性开采，第六层为水驱采油，使用流量监测装置，分别计量采油井筒对应各层的产液量、产油量；同时，开启同井注采井筒内筒在第六层的中心电泵，第六层开始生产，通过流量监测装置，计量第六层产液量、产油量，计算含水率。

2)当同井注采井筒在第六层的含水率达到95％时，开启第六层井筒外筒其他五个电泵，并且将中心电泵的输入功率调低；此时，由于其他五个电泵泵口的超滤膜，使得他们只吸入采出液中的水，使得采出液中剩下的油、水的总密度降低，又由于中心电泵的输入功率变低，其能吸入的液体的密度上限值下降，故中心电泵只吸入密度较小的油、水产出液；记录此时同井注采井筒产液量、产油量，计算含水率。

3)同井注采井筒外筒的五个水泵吸入的水通过软管输送至填砂箱组前五层各个小层的水槽上的水动力开关处，由于水压的作用，水动力开关收缩，当水压大于各层地层压力时，水动力开关让出水流通道，分离水回注各层；水动力开关中的弹簧将水的压力传给弹簧顶部的压力传感器，通过压力监测装置实时监测水压，计算此时各层的回注水量，并通过电泵控制装置，调节各个水泵的输入功率，使得各层的回注水流量与各层按地层系数劈分得到的结果一致；使用流量监测装置，计量此时的采油井筒内各层的产液量、产油量。

4)用同井注采之前的同井注采井筒采出液含水率，减去同井注采之后的同井注采井筒采出液含水率，分析同井注采对降低采出液含水率的效果。

5)用同井注采之后的采油井筒各层的产油量之和，减去同井注采之前的各层产油量之和，得到同井注采井对周围油井的增油量，分析同井注采对周边油井的增油效果。

下面说明本实施例的实验效果。

本填砂装置以大庆油田某水驱开发区块为原型，其井网形式为五点法井网，按1:10000的比例缩放，前五层的渗透率比值为1.05:1.1:1.2:1.28:1.3；其中，向注水井筒内注水后，同井注采井筒和采油井筒第六层的产液量均为1cm³/s，采油井筒前五层的产油量分别为：0.5、0.74、0.8、0.95、1.05cm³/s；

当同井注采井筒采出液含水率达到95％时，开启水泵，并进行油水分离，得到此时同井注采产出液的流量为0.20cm³/s，其中，油的流量为0.05cm³/s，因此水的流量为0.15cm³/s，故此时产出液含水率为75％，比起之前的95％，其含水率下降了20个百分点，达到了降低同井注采井筒采出液含水率的目的；

用电泵控制装置，调节五个水泵的输入功率，即时观测压力显示器上，每个水动力开关内的压力传感器对应的压力值；当五个压力传感器上的数值之比为1.05:1.1:1.2:1.28:1.3时，即对应五个回注层的地层系数比时，停止调节水泵的输入功率，此时达到了按地层系数劈分值，进行回注层合理配注的效果；

当五个回注层的回注水量之比与地层系数之比一致后，读取采油井筒前五层的产油量；此时，采油井筒前五层的产油量分别为：0.552、0.809、0.872、1.065、1.166cm³/s；将其与同井注采之前的数据进行对比，发现产油量的增加率分别为：10.4％、9.3％、9％、12.1％、11.1％，增加周边受效井的产油量。

Claims (4)

1.一种可模拟同井注采的室内装置，所述装置由注水装置、电泵控制装置、压力显示装置以及流量监测装置、方形的填砂箱组、若干同井注采井筒、若干注水井筒、若干采油井筒、若干电泵以及若干水动力开关构成；

填砂箱组包含六个油层，第一至第五层为层间间矩相同的前五层，层间渗透率不同，用于模拟实际地层中的层间非均质性，第六层与前五层的层间间矩不同，渗透率值不同于前五层；所述若干同井注采井筒、若干注水井筒与若干采油井筒一同置于填砂箱组预留的空间内，其排列方式为五点法排列；填砂箱组已完成饱和油、加压的过程；

所述同井注采井筒采用如下结构，同井注采井筒内壁紧贴五个空心管式回注水槽，回注水槽分别嵌于填砂箱组前五层，同井注采井筒底部连接至填砂箱组第六层顶部；同井注采井筒底部为留有六个电泵口的密封板，其中同井注采井筒内筒连接中间电泵口，同井注采外筒连接五个外围电泵口；中心电泵通过中间电泵口连接至同井注采井筒的内筒底部，五个外围电泵分别通过五个外围电泵口连接至同井注采井筒外筒底部，五个外围电泵的泵口都紧贴有超滤膜；所述注水井筒底部与填砂箱组第六层底部相连接，其在第六层的井筒内壁上紧贴空心管式回注水槽，回注水槽内嵌于第六层，水槽壁上均匀分布四个水动力开关；

所述采油井筒，其内壁在每一层都紧贴一个环形储油槽，每个储油槽上内侧都开有孔眼，输油软管分别与每一层的储油槽上的孔眼相连接；

所述水动力开关的大部分插入回注水槽内；所述水动力开关分为三段，每段均为杯体，第一段为底部封闭、顶部敞口的空心杯体，底部位于回注水槽内，顶部内嵌第二段空心杯体，第二段空心杯体顶、底部均敞口，其底部内嵌于第一段空心杯体，底部内嵌第三段空心杯体，第三段空心杯体底部敞口、顶部封闭，顶部内嵌一个压力传感器，压力传感器下部连接一个弹簧，弹簧另外一头连接第一段空心杯体底部；三个杯体构成了一个密闭空间；

注水装置与所有注水井筒的顶部连接；电泵控制装置与所有同井注采井筒内的电泵连接；压力显示装置与所有同井注采井筒中水动力开关内的压力传感器相连接；流量监测装置与所有采油井井筒顶部连接，与所有同井注采井筒内筒的顶部连接。

2.一种利用权利要求1中所述装置降低同井注采井筒采出液含水率的方法，该方法由以下步骤构成：

1）向注水井筒注水，开启同井注采中心电泵，计量同井注采井筒的产液量、产油量，计算含水率；

2）在同井注采井筒采出液含水率达到95%时，开启同井注采外筒五个外围电泵，并把同井注采内筒的电泵输入功率调低；

3）计量同井注采井筒产液量、产油量，计算含水率；将同井注采前、后含水率值相减，得到降低的含水率值。

3.一种利用权利要求1中所述装置进行合理分层配注的方法，该方法由以下步骤构成：

1）读取同井注采井筒内水动力开关中，压力传感器的压力值，将其换算成水动力开关流量；

本步骤中水动力开关流量由如下公式确定：

式中：Q——水动力开关流量；

F——压力传感器压力；

A——水动力开关第一段杯体底面积；

k——弹簧劲度系数；

2）根据填砂箱组五个回注层不同的渗透率值，计算得到不同的地层系数值，按地层系数，将每层回注水量劈分；

3）分别调节五个外围电泵的输入功率，同时分别读取五个水动力开关的压力值，当压力值对应的流量与每层劈分的回注水量一一对应时，停止调节泵的输入功率。

4.一种利用权利要求1中所述装置增加周围受效油井的产油量的方法，该方法由以下步骤构成：

1）向注水井筒注水，开启同井注采中心电泵，读取采油井筒每一层的产油量，计算总产油量；

2）同井注采井筒采出液含水率达到95%时,开启其井筒外围电泵，将同井注采内筒的电泵输入功率调低，读取采油井筒每一层的产油量，计算总产油量；

3）将前两步得到的两个总产油量的值相减，得到周围受效井的产油量的增量。