CN107013193A - 一种模拟井下混相热流体采油实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟井下混相热流体采油实验装置，涉及石油开发领域，具体是一种用于模拟混相热流体采油的室内实验装置。其中实验装置包括注入系统、模拟系统、生产系统以及监控系统；本发明实验装置采用填砂箱装置作为模拟系统的主体，可有效模拟各种布井方式情况下井下混相热流体采油效果，采用不锈钢体制成的填砂箱，增加了工作强度，可模拟油层压力45Mpa，模拟油层温度达350℃；且本发明创造性的发明了一种可以用于模拟井下制造混相热流体采油方法的实验装置，填补了技术空白点。

Description

一种模拟井下混相热流体采油实验装置

技术领域

本发明涉及石油开发领域，尤其涉及一种模拟井下混相热流体采油实验装置，具体是一种用于模拟混相热流体采油的室内实验装置。

背景技术

三维模拟实验是提高石油采收率技术研发的重要手段，随着提高石油采收率新理念的不断提出，对于三维模拟实验装置提出了新的需求，包括：1)具备单独或同时注入多种驱替介质的能力；2)能够模拟高压油藏条件；3)能够模拟高温油藏条件；4)能够进行水平井开采油藏模拟；5)具备多通道、大容量数据采集系统；6)实验流程自动化控制程度高；7)具备强大的实验数据在线及后续处理功能；8)具备采出液自动分离、收集与计量系统。

井下自生混相热流体采油是一种较为新颖的采油技术，基于自生混相热流体采油方法的室内模拟实验装置并不完善，应用传统的室内实验设备进行模拟实验时会遇到很多问题，例如：1)不具备开展井下混相热流体采油研究的能力；2)不具备模拟井下高温高压的能力；3)系统自动化控制程度相对较低；4)稠油油藏采出液缺乏有效的自动收集手段；5)通常采用金属岩心管，金属管体很容易造成驱油过程中热量沿岩心管壁有限传递，从而使驱油过程失真。

有鉴于此，本发明人提出一种模拟井下混相热流体采油实验装置，以满足目前三维模拟实验装置的要求，并克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种模拟井下混相热流体采油实验装置，可模拟高温(350℃)、高压(45Mpa)地层，采用三维模拟方式，提供模拟混相热流体驱替方式，实验全程可实现自动化。

本发明实施例提供一种模拟井下混相热流体采油实验装置，包括注入系统、模拟系统、生产系统以及监控系统；其中所述注入系统与模拟系统相连接，所述模拟系统与所述生产系统相连接，所述监控系统分别与注入系统、模拟系统和生产系统相连接；所述注入系统用于生成模拟井下混相热流体并注入所述模拟系统；所述模拟系统用于模拟油藏压力和模拟油藏温度，并且将产出物排入所述生产系统；所述生产系统用于分析所述产出物中油、水比例及产液量，以及分析所述产出气组分；所述监控系统用于监控所述注入系统的注入量、注入温度、注入压力，同样监控所述模拟系统的模拟油藏压力和模拟油藏温度，并且记录所述生产系统所产生的数据。

优选的，本发明的注入系统包括增压装置、燃烧釜、蒸汽发生器、单向阀、水中间容器一、水中间容器二、氧化剂中间容器、燃料中间容器、原油中间容器、混相中间容器、连接管线；所述燃烧釜入口通过增压装置连接氧化剂中间容器和燃料中间容器，所述燃烧釜出口通过单向阀与所述混合中间容器入口相连接；所述蒸汽发生器入口与水中间容器一连接，所述水中间容器一与增压装置相连接，所述蒸汽发生器出口通过单向阀与所述混合中间容器入口相连接，所述混合中间容器出口通过单向阀与所述模拟系统入口相连接；所述石油中间容器入口与所述增压装置相连接，所述石油中间容器出口通过单向阀与所述模拟系统入口相连接，用作向模拟系统中饱和原油；所述水中间容器二入口与所述增压装置相连接，所述水中间容器二出口通过单向阀与所述模拟系统入口相连接，用作向模拟系统中进行水驱。

更优选的，所述增压装置可以是恒速泵组、恒流泵组、恒压泵组以及其他应用于室内实验的泵组。

更优选的，所述燃烧釜中注入氧化剂可以是空气、富氧气体、贫氧气体中的一种。

更优选的，所述燃烧釜中注入的燃料可以是天然气、甲烷、氢气、汽油、柴油以及其他燃料。

优选的，本发明的模拟系统包括反应容器、保温层、上盖板、模拟注入井口、模拟生产井口、测温装置、测压装置、饱和油入口、饱和油出口、模拟井筒、模拟地层砂体、模拟上覆岩层填充物；所述反应容器为规则凹槽型不锈钢容器，所述保温层位于所述反应容器外部及底部，所述上盖板位于所述反应容器上部并与反应容器形成密闭空间，所述模拟注入井口和所述模拟生产井口均位于上盖板上部，所述测温装置和测压装置接口位于上盖板上部，所述饱和油入口位于反应容器表面，所述饱和油出口位于饱和油入口方向的反应容器表面；所述模拟地层砂体位于反应容器下部，所述模拟上覆岩层填充物位于反应容器上部，模拟地层砂体与模拟上覆岩层填充物相接触，所述模拟井筒位于所述模拟地层砂体内部，所述测温装置和所述测压装置位于模拟地层砂体内部；所述注入系统中石油中间容器通过单向阀与所述模拟系统中饱和油入口相连接，通过增压装置向石油中间容器提供压力，使石油中间容器中的原油进入所述模拟地层砂体中进行饱和原油。

更优选的，所述反应容器为密闭长方体形状不锈钢体，其每个边的长度范围为1-2m，厚度范围为3-10cm，最高工作温度350℃，最高模拟油藏压力45Mpa。

更优选的，所述反应容器与所述上盖板之间设有密封环，用于增加模拟系统密封性，所述密封环材质为耐高温橡胶。

由于采用箱式模拟填砂容器，因此可以从侧翼加入多个饱和油入口和出口，使得在砂体中饱和油更为均匀；通过在模拟砂体中布置不同的模拟井网，可用于对实际油田中不同类型井网进行模拟，包括反五点法、反七点法、SAGD以及其他不同布井方式。

优选的，本发明的生产系统包括回压阀、气体收集中间容器、气体组分在线分析仪、液体收集中间容器、油水分离装置、采出油收集容器、采出水收集容器；所述回压阀入口与所述模拟生产井口通过管线连接，所述回压阀出口与气体收集中间容器和液体收集中间容器相连接，回压阀起到模拟地层压力作用；所述气体收集中间容器入口与所述回压阀相连接，所述气体收集中间容器出口与所述气体组分在线分析仪相连接，用于将所述模拟系统生产的产出气进行气体组分分析；所述液体收集中间容器入口与所述回压阀相连接，所述液体收集中间容器出口与所述油水分离装置入口相连接，所述油水分离装置出口与所述采出油收集容器和所述采出水收集容器相连接。

优选的，本发明的监控系统包括计算机和传输电缆，所述注入系统、模拟系统、生产系统通过传输电缆与计算机相连接，用以在实验过程中实时采集温度、压力、产出物流量和气体组分及其他数据，并实时储存。

实验装置工作时，所述注入系统中的混相中间容器、石油中间容器、水中间容器二放置于恒温箱内，所述模拟系统所有部件均放置于恒温箱内，通过所述恒温箱加热上述装置来模拟地层实际温度。

本发明实施例的一种模拟井下混相热流体采油实验装置有益效果是：1)创造性的发明了一种可以用于模拟井下制造混相热流体采油方法的实验装置，填补的技术空白点；2)本发明模拟系统为完全密闭的，所有实验过程均在模拟系统中进行，且注入系统连接有多个增压装置，模拟实验时注入量精确可控，不容易造成混相热流体窜流，实验结果精确度高；3)基于监测系统的应用，可有效采集实验中不同时间区段中温度、压力、产液量以及生成气体组分，可及时录入计算机中进行数模分析，用于将物理模拟实验结果与数值模拟实验结果相结合；4)反应容器为规则凹槽型不锈钢容器，耐高温、高压，最高模拟油藏温度350℃，压力45Mpa。5)实验过程可实现自动化控制、自动采集数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1为本发明实验装置的结构示意图。

图2为本发明注入系统详细结构示意图。

图3为本发明模拟系统详细结构示意图。

图4为本发明模拟系统侧视图。

图5为本发明模拟系统上盖板俯视图。

图6为本发明生产系统详细结构示意图。

附图标号：1、混相中间容器 2、燃烧釜 3、蒸汽发生器 4、水中间容器一 5、增压装置 6、单向阀 7、氧化剂中间容器 8、燃料中间容器 9、石油中间容器 10、水中间容器二11、反应容器 12、保温层 13、上盖板 14、饱和油入口 15、饱和油出口 16、螺栓孔 17、模拟注入井口 18、模拟生产井口 19、测温装置 20、测压装置 21、模拟井筒 22、模拟地层砂体23、模拟上覆岩层填充物 24、回压阀 25、气体收集中间容器 26、气体组分在线分析仪 27、液体收集中间容器 28、油水分离装置 29、采出油收集容器 30、采出水收集容器 100、注入系统 200、模拟系统 300、生产系统 400、监控系统

具体实施方式

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。

如图1所示，为本发明实验装置的结构示意图，该装置可以包括：注入系统100、模拟系统200、生产系统300以及监控系统400；其中所述注入系统100与模拟系统200相连接，所述模拟系统200与所述生产系统300相连接，所述监控系统400分别与所述注入系统100、所述模拟系统200和所述生产系统300相连接。

所述注入系统100用于生成模拟井下混相热流体并注入所述模拟系统200；所述模拟系统200用于模拟油藏压力和模拟油藏温度，并且将产出物送入所述生产系统300；所述生产系统300用于分析所述产出物中油、水比例及产液量，以及分析所述产出气组分；所述监控系统400用于监控所述注入系统的注入量、注入温度、注入压力，同样监控所述模拟系统的模拟油藏压力和模拟油藏温度，并且记录所述生产系统所产生的数据。

下面对上述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置进行进一步的描述：

如图2所示为注入系统详细结构示意图，本实施例中，所述注入系统100包括1、混相中间容器2、燃烧釜3、蒸汽发生器4、水中间容器一5、增压装置6、单向阀7、氧化剂中间容器8、燃料中间容器9、石油中间容器10、水中间容器二以及连接管线(图中未标出)。

所述燃烧釜2入口通过增压装置5连接氧化剂中间容器7和燃料中间容器8，所述燃烧釜2出口通过单向阀6与所述混合中间容器1入口相连接；所述蒸汽发生器3入口与水中间容器一4连接，所述水中间容器一4与所述增压装置5相连接，所述蒸汽发生器3出口通过单向阀6与所述混合中间容器1入口相连接，所述混合中间容器1出口通过单向阀6与所述模拟系统200入口相连接；所述石油中间容器9入口与所述增压装置5相连接，所述石油中间容器9出口通过单向阀6与所述模拟系统200入口相连接，用作向模拟系统中饱和原油；所述水中间容器二10入口与所述增压装置5相连接，所述水中间容器二10出口通过单向阀6与所述模拟系统200入口相连接，用作向模拟系统中进行水驱。

如图3所示为模拟系统详细结构示意图，本实施例中，所述模拟系统200包括11、反应容器12、保温层13、上盖板14、饱和油入口15、饱和油出口16、螺栓孔17、模拟注入井口18、模拟生产井口19、测温装置20、测压装置21、模拟井筒22、模拟地层砂体23、模拟上覆岩层填充物。

所述反应容器11为规则凹槽型不锈钢长方体形状容器，长2米，宽1米，高1米，所述保温层12位于所述反应容器11外部及底部，所述上盖板13位于所述反应容器11上部并与反应容器11形成密闭空间，所述模拟注入井口17和所述模拟生产井口18均位于上盖板13上部，所述测温装置19和测压装置20接口位于上盖板13上部，所述饱和油入口14位于反应容器侧面，所述饱和油出口15位于饱和油入口方向的反应容器侧面；所述模拟地层砂体23位于反应容器11内部以及模拟上覆岩层填充物23下部，所述模拟井筒21位于所述模拟地层砂体22内部，所述测温装置19和所述测压装置20位于模拟地层砂体22内部，所述注入系统100中石油中间容器9与所述模拟系统中饱和油入口14相连接，通过增压装置5向石油中间容器9提供压力，使石油中间容器9中的原油进入所述模拟地层砂体22中进行饱和原油。

如图4所示，饱和油入口14位于反应容器11侧面均匀分部，上盖板13与反应容器11通过螺栓孔16进行螺栓密封连接；如图5所示，模拟注入井口17、模拟生产井口18、测温装置19测压装置20及螺栓孔16位于上盖板表面。

如图6所示，为生产系统详细结构示意图，在本实施例中，所述的生产系统300包括24、回压阀25、气体收集中间容器26、气体组分在线分析仪27、液体收集中间容器28、油水分离装置29、采出油收集容器30、采出水收集容器。

所述回压阀24入口与所述模拟生产井口18通过管线连接，所述回压阀24出口与气体收集中间容器25和液体收集中间容器27相连接；所述气体收集中间容器25入口与所述回压阀24相连接，所述气体收集中间容器25出口与所述气体组分在线分析仪26相连接，用于将所述模拟系统生产的产出气进行气体组分分析；所述液体收集中间容器27入口与所述回压阀24相连接，所述液体收集中间容器27出口与所述油水分离装置28入口相连接，所述油水分离装置出口与所述采出油收集容器29和所述采出水收集容器30相连接。

在本实施例中，所述监控系统400包括计算机(图中未视)和传输电缆(图中未视)，所述测温装置19、测压装置20和气体组分在线分析仪26通过电缆与所述计算机相连接。

下面基于上述附图对应的一种模拟井下混相热流体采油实验装置对本发明实施例实验装置工作流程进行如下介绍，本发明实施例工作流程分为以下步骤：

步骤一：通过模拟系统200模拟实际地层，在反应容器11中装填1.5立方米的模拟地层砂体22铺平压实，填充0.5立方米模拟上覆岩层填充物23压实，所述模拟地层砂体22中设置两个模拟井筒21，模拟井筒按实际地层中油井一定比例缩小，且模拟井筒21水平段为筛管结构模拟实际水平井水平段，模拟井筒21呈重力泄油采油方式排布，并与模拟注入井口17、模拟生产井口18分别连接，通过螺栓孔16将上盖板13与反应容器11进行螺栓密封形成模拟地层空间，将模拟系统200放入恒温箱中，通过恒温箱模拟实际地层温度。

步骤二：通过注入系统100向模拟地层饱和原油，所述石油中间容器9与所述单向阀6通过管线连接至饱和油入口14，通过增压装置5向石油中间容器9提供压力，将石油中间容器9中的原油通过饱和油入口14注入模拟地层砂体22中，饱和原油体积0.45立方米，饱和原油完成后关闭饱和油出口15，通过饱和油入口14向模拟地层注入原油增压，通过测压装置20控制反应容器11内压达到3Mpa。

步骤三：通过注入系统100对模拟地层进行水驱，所述水中间容器二10与所述单向阀6通过管线连接至模拟注入井口17，通过增压装置5向水中间容器二10提供压力，将水中间容器二10中的水通过模拟注入井口17注入模拟地层砂体22中进行水驱，回压阀24与模拟生产井口18相连接，通过回压阀24提供一定回压模拟采油生产中的压力，水驱时采出液通过模拟生产井口18经由回压阀24流入液体收集中间容器27，并经由液体收集中间容器27流入油水分离装置28进行油水分离，经过分离后的油和水分别进入采出油收集容器29和采出水收集容器30，水驱至含水率98％时停止水驱。

步骤四：通过注入系统100对模拟地层进行混相热流体驱，将水中间容器二10与模拟注入井口17断开，将混相中间容器1与模拟注入井口17相连接，将氧化剂中间容器7中的氧化剂和燃料中间容器8中的燃料通过增压装置5加压注入燃烧釜2中进行燃烧，将水中间容器一4中的水通过增压装置5加压注入蒸汽发生器3中，通过蒸汽发生器3将水烧至蒸汽，将燃烧釜2生成的烟道气和蒸汽发生器3中形成的蒸汽注入混相中间容器1中进行混合，并经由混相中间容器1和模拟注入井口17注入至模拟地层砂体22中进行驱油，回压阀24与模拟生产井口18相连接，通过回压阀24提供一定回压模拟采油生产中的地层压力，混相热流体驱时采出液通过模拟生产井口18经由回压阀24流入液体收集中间容器27，并经由液体收集中间容器27流入油水分离装置28进行油水分离，经过分离后的油和水分别进入采出油收集容器29和采出水收集容器30，采出气通过模拟生产井口18经由回压阀24流入气体收集中间容器25中，并经由气体收集中间容器25流入气体组分在线分析仪26中进行气体组分分析，驱替至含水率98％时停止水驱。

上述步骤进行过程中，所述监控系统400通过测温装置19、测压装置20和气体组分在线分析仪26进行实时监测，并记录实验各个阶段具体参数，实验结束后可在采出油收集容器29中获得采出原油，通过计算可得出提高采收率数值，通过对比采出前和采出原油粘度可判断出混相热流体驱对原油降粘的效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述模拟井下混相热流体采油的实验装置包括注入系统、模拟系统、生产系统以及监控系统；

其中所述注入系统与模拟系统相连接，所述模拟系统与所述生产系统相连接，所述监控系统分别与所述注入系统、所述模拟系统和所述生产系统相连接；

所述注入系统用于生成模拟井下混相热流体并注入所述模拟系统；所述模拟系统用于模拟油藏压力和模拟油藏温度，并且将产出物排入所述生产系统；所述生产系统用于分析所述产出物中油、水比例及产液量，以及分析产出气的组分；所述监控系统用于监控所述注入系统的注入量、注入温度、注入压力，同时监控所述模拟系统的模拟油藏压力和模拟油藏温度，并且记录所述生产系统所产生的数据。

2.如权利要求1所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述注入系统包括增压装置、燃烧釜、蒸汽发生器、单向阀、水中间容器一、水中间容器二、氧化剂中间容器、燃料中间容器、原油中间容器、混相中间容器、连接管线；

所述燃烧釜入口通过增压装置连接氧化剂中间容器和燃料中间容器，所述燃烧釜出口通过单向阀与所述混合中间容器入口相连接；

所述蒸汽发生器入口与水中间容器一连接，所述水中间容器一与增压装置相连接，所述蒸汽发生器出口通过单向阀与所述混合中间容器入口相连接，所述混合中间容器出口通过单向阀与所述模拟系统入口相连接；

所述石油中间容器入口与所述增压装置相连接，所述石油中间容器出口通过单向阀与所述模拟系统入口相连接，用作向模拟系统中饱和原油；

所述水中间容器二入口与所述增压装置相连接，所述水中间容器二出口通过单向阀与所述模拟系统入口相连接，用作向模拟系统中进行水驱。

3.如权利要求2所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述增压装置可以是恒速泵组、恒流泵组、恒压泵组以及其他应用于室内实验的泵组。

4.如权利要求2所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述燃烧釜中注入氧化剂可以是空气、富氧气体、贫氧气体中的一种。

5.如权利要求2所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述燃烧釜中注入的燃料可以是天然气、甲烷、氢气、汽油、柴油以及其他燃料。

6.如权利要求1所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述模拟系统包括反应容器、保温层、上盖板、模拟注入井口、模拟生产井口、测温装置、测压装置、饱和油入口、饱和油出口、模拟井筒、模拟地层砂体、模拟上覆岩层填充物；

所述反应容器为规则凹槽型不锈钢容器，所述保温层位于所述反应容器外部及底部，所述上盖板位于所述反应容器上部并与反应容器形成密闭空间，所述模拟注入井口和所述模拟生产井口均位于上盖板上部，所述测温装置和测压装置接口位于上盖板上部，所述饱和油入口位于反应容器表面，所述饱和油出口位于饱和油入口方向的反应容器表面；

所述模拟地层砂体位于反应容器下部，所述模拟上覆岩层填充物位于反应容器上部，模拟地层砂体与模拟上覆岩层填充物相接触，所述模拟井筒位于所述模拟地层砂体内部，所述测温装置和所述测压装置位于模拟地层砂体内部；

所述注入系统中石油中间容器通过单向阀与所述模拟系统中饱和油入口相连接，通过增压装置向石油中间容器提供压力，使石油中间容器中的原油进入所述模拟地层砂体中进行饱和原油。

7.如权利要求6所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述反应容器为密闭长方体形状不锈钢体，其每个边的长度范围为1-2m，厚度范围为3-10cm，最高工作温度350℃，最高模拟油藏压力45Mpa。

8.如权利要求1所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述生产系统包括回压阀、气体收集中间容器、气体组分在线分析仪、液体收集中间容器、油水分离装置、采出油收集容器、采出水收集容器；

所述回压阀入口与所述模拟生产井口通过管线连接，所述回压阀出口与气体收集中间容器和液体收集中间容器相连接，回压阀起到模拟地层压力作用；

所述气体收集中间容器入口与所述回压阀相连接，所述气体收集中间容器出口与所述气体组分在线分析仪相连接，用于将所述模拟系统生产的产出气进行气体组分分析；

所述液体收集中间容器入口与所述回压阀相连接，所述液体收集中间容器出口与所述油水分离装置入口相连接，所述油水分离装置出口与所述采出油收集容器和所述采出水收集容器相连接。

9.如权利要求1所述的一种模拟井下混相热流体采油实验装置，其特征在于，所述监控系统包括计算机和传输电缆，所述注入系统、模拟系统、生产系统通过传输电缆与计算机相连接，用以在实验过程中实时采集温度、压力、产出物流量和气体组分及其他实验数据，并实时储存。