CN107448194A - 一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置 - Google Patents

一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置 Download PDF

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CN107448194A CN201710753720.9A CN201710753720A CN107448194A CN 107448194 A CN107448194 A CN 107448194A CN 201710753720 A CN201710753720 A CN 201710753720A CN 107448194 A CN107448194 A CN 107448194A
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王明波
李罗鹏
孙晓东
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    • E21B47/06—Measuring temperature or pressure

Abstract

本发明涉及一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置。包括流体供给系统、节流控制系统、油水渗流模拟系统、数据采集系统、加热保温系统，所述流体供给系统外安装加热保温系统，流体供给系统通过流控制系统向油水渗流模拟系统提供原油和类地层水，所述油水渗流模拟系统上安装数据采集系统。有益效果是：本发明可以模拟水平井底油水两相流动的实际情况，根据现场采油量及测定的含水率，在地面水平井段油水渗流模拟系统模拟不同出水井段的渗流及环空流动，测量压力变化情况，与现场测定的压力变化进行比较分析，确定出水层段，为现场找水提供依据。

Description

一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置
技术领域
本发明涉及一种石油开采模拟装置，特别涉及一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置。
背景技术
目前，水平井生产一般都是全射孔开采，油田开发后期面临严重的出水问题，特别是注水驱油开采中后期，主力产油层含水率较高。如何挖掘剩余潜力解决水平井出水问题是油田开发工作面临的一个重要课题，而其中确定出水层段是其重要前提。
水平井井底流场包括垂直方向的油水渗流与水平方向的油水两相流动，水平井不同的出水井段形成的井底流场不同，不同的出水位置其流场压降不同，通过测定不同井段中心点的压力，统计压力变化规律，可以确定出水井段。如何确定流场压力变化规律是本领域研究的难题，通常通过实验的方法，压降的实验研究尚处于起步阶段。石油大学多相流实验室，设计和建造了内径为25.7mm，长52m的水平不锈钢多相流实验环道，尝试性地利用稠油（50℃时，粘度为1314.89mPa.s，密度为958.05kg/m3）与水进行了油-水两相流流型和压降实验，该实验系统的不足之处是不能模拟实际的水平井底渗流过程，无法分析出水位置，且不符合现场实际的环空流动。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置，模拟水平井底油水两相流动的实际情况，测定不同出水井段的压降变化，为现场水平井找水提供压降数据。
本发明提到的一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置，包括流体供给系统、节流控制系统、油水渗流模拟系统、数据采集系统、加热保温系统，所述流体供给系统外安装加热保温系统，流体供给系统通过流控制系统向油水渗流模拟系统提供原油和类地层水，所述油水渗流模拟系统上安装数据采集系统；所述流体供给系统按照实验要求为节流控制系统提供定流量的原油，并根据现场来配置类地层水，所述节流控制系统根据实验要求控制不同管道流量，所述油水渗流模拟系统模拟井底不同井段的渗流过程及环空流动，所述数据采集系统对水平井段内油水两相流动压力参数进行采集和监控，所述加热保温系统保证实验在设定的恒定温度下进行。
优选的，上述油水渗流模拟系统包括四个模拟的生产井段，包括PW-1生产井段（15-1）、PW-2生产井段（15-2）、PW-3生产井段（15-3）、PW-4生产井段（15-4），可以模拟水平井段内油水两相流动；其中，每个模拟生产井段的结构相同，在PW-1生产井段（15-1）的下侧设有IW-1注液孔（13-1），上侧设有GV-1排气孔（16-1），在PW-1生产井段（15-1）的内侧设有DG-1多孔材料（17-1），油或水通过IW-1注液孔（13-1）进入PW-1生产井段（15-1），DG-1多孔材料（17-1）模拟地层环境，实验过程中通过GV-1排气孔（16-1）排出空气。
优选的，上述数据采集系统包括四个压力表：PG-1压力表（14-1），PG-2压力表（14-2），PG-3压力表（14-3），PG-4压力表（14-4），四个压力表分别安装在四个生产井段上，测量对应的生产井段后方的压力，并计算压降。
优选的，上述流体供给系统包括储水桶（1）、储油桶（2）、水泵（3）、油泵（4），其中，所述储水桶（1）通过水泵（3）、CV-W节流阀（5-1）、RF-W流量计（6-1）连接到SF-W五通分流器（7-1），四个出口分别与SV-W1球形阀（8-1），SV-W2球形阀（8-2），SV-W3球形阀（8-3），SV-W4球形阀（8-4）相连；所述储油桶（2）通过油泵（4）、CV-O节流阀（5-2）、RF-O流量计（6-2）连接到SF-O五通分流器（7-2），四个出口分别与SV-O1球形阀（9-1），SV-O2球形阀（9-2），SV-O3球形阀（9-3），SV-O4球形阀（9-4）相连。
优选的，上述加热保温系统包括伴热带（20）、温控开关（21）和电源（22），在储水桶（1）和储油桶（2）的外侧包敷伴热带（20），并通过温控开关（21）和导线连接到电源（22）。
优选的，上述SV-W1球形阀（8-1）通过BV-W1单向阀（10-1）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O1球形阀（9-1）通过BV-O1单向阀（11-1）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）；
所述SV-W2球形阀（8-2）通过BV-W2单向阀（10-2）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O2球形阀（9-2）通过BV- O2单向阀（11-2）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）。
优选的，上述SV-W3球形阀（8-3）通过BV-W3单向阀（10-3）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O3球形阀（9-3）通过BV- O3单向阀（11-3）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）；SV-W4球形阀（8-4）通过BV-W4单向阀（10-4）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O4球形阀（9-4）通过BV- O4单向阀（11-4）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）。
优选的，上述水平井段油水渗流模拟系统（12）包括主管道（23）和油管（18），主管道（23）内腔设有油管（18），使油管（18）与主管道（23）之间形成环空（19）。
本发明的有益效果是：本发明可以模拟水平井底油水两相流动的实际情况，根据现场采油量及测定的含水率，在地面水平井段油水渗流模拟系统模拟不同出水井段的渗流及环空流动，测量压力变化情况，与现场测定的压力变化进行比较分析，确定出水层段，为现场找水提供依据。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的水平井段油水渗流模拟系统的结构示意图；
附图3是本发明的加热保温系统的结构示意图；
附图4是本发明的实验流程框图；
图1中：储水桶1、储油桶2、水泵3、油泵4，CV-W节流阀5-1，CV-O节流阀5-2，RF-W流量计6-1，RF-O流量计6-2，SF-W五通分流器7-1，SF-O五通分流器7-2，SV-W1球形阀8-1，SV-W2球形阀8-2，SV-W3球形阀8-3，SV-W4球形阀8-4，SV-O1球形阀9-1，SV-O2球形阀9-2，SV-O3球形阀9-3，SV-O4球形阀9-4，BV-W1单向阀10-1，BV-W2单向阀10-2，BV-W3单向阀10-3，BV-W4单向阀10-4，BV-O1单向阀11-1，BV- O2单向阀11-2，BV- O3单向阀11-3，BV- O4单向阀11-4，水平井段油水渗流模拟系统12。
图2中：IW-1注液孔13-1，IW-2注液孔13-2，IW-3注液孔13-3，IW-4注液孔13-4，PG-1压力表14-1，PG-2压力表14-2，PG-3压力表14-3，PG-4压力表14-4，PW-1生产井段15-1，PW-2生产井段15-2，PW-3生产井段15-3，PW-4生产井段15-4，GV-1排气孔16-1，GV-2排气孔16-2，GV-3排气孔16-3，GV-4排气孔16-4，DG-1多孔材料17-1，DG-2多孔材料17-2，DG-3多孔材料17-3，DG-4多孔材料17-4，油管18，环空19、主管道（23）。
图3中：伴热带20，温控开关21，电源22。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提到的一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置，包括流体供给系统、节流控制系统、油水渗流模拟系统、数据采集系统、加热保温系统，所述流体供给系统外安装加热保温系统，流体供给系统通过流控制系统向油水渗流模拟系统提供原油和类地层水，所述油水渗流模拟系统上安装数据采集系统；所述流体供给系统按照实验要求为节流控制系统提供定流量的原油，并根据现场来配置类地层水，所述节流控制系统根据实验要求控制不同管道流量，所述油水渗流模拟系统模拟井底不同井段的渗流过程及环空流动，所述数据采集系统对水平井段内油水两相流动压力参数进行采集和监控，所述加热保温系统保证实验在设定的恒定温度下进行。
参照附图2，油水渗流模拟系统包括四个模拟的生产井段，包括PW-1生产井段15-1、PW-2生产井段15-2、PW-3生产井段15-3、PW-4生产井段15-4，可以模拟水平井段内油水两相流动；其中，每个模拟生产井段的结构相同，在PW-1生产井段15-1的下侧设有IW-1注液孔13-1，上侧设有GV-1排气孔16-1，在PW-1生产井段15-1的内侧设有DG-1多孔材料17-1，油或水通过IW-1注液孔13-1进入PW-1生产井段15-1，DG-1多孔材料17-1模拟地层环境，实验过程中通过GV-1排气孔16-1排出空气。油水混合物通过IW-1注液孔进入PW-1生产井段，DG-1多孔材料模拟地层环境，GV-1排气孔在实验过程中空气排出后关闭，环空流动模拟水平生产井井底，所述四个水平生产井段注入不同含水率的油水混合物来模拟不同出水位置的水平井段。
其中，上述数据采集系统包括四个压力表：PG-1压力表14-1，PG-2压力表14-2，PG-3压力表14-3，PG-4压力表14-4，四个压力表分别安装在四个生产井段上，测量对应的生产井段后方的压力，并计算压降。
参照附图1，流体供给系统包括储水桶1、储油桶2、水泵3、油泵4，其中，所述储水桶1通过水泵3、CV-W节流阀5-1、RF-W流量计6-1连接到SF-W五通分流器7-1，四个出口分别与SV-W1球形阀8-1，SV-W2球形阀8-2，SV-W3球形阀8-3，SV-W4球形阀8-4相连；所述储油桶2通过油泵4、CV-O节流阀5-2、RF-O流量计6-2连接到SF-O五通分流器7-2，四个出口分别与SV-O1球形阀9-1，SV-O2球形阀9-2，SV-O3球形阀9-3，SV-O4球形阀9-4相连。所述储水桶为实验提供足够的水，所述储油桶为实验提供足够的原油，在实验过程中，所述水泵从所述的储水桶中泵抽定流量的根据现场配置的类地层水，所述水泵通过管路与所示储水桶相连，所述油泵从所述的储油桶中泵抽定流量的原油，所述油泵通过管路与所示储油桶相连。
另外，所述节流控制系统包括两个节流阀：CV-W节流阀、CV-O节流阀，两个流量计：RF-W流量计、RF-O流量计，两个四通分流器：SF-W五通分流器、SF-O五通分流器，八个球形阀：SV-W1球形阀、SV-W2球形阀、SV-W3球形阀、SV-W4球形阀、SV-O1球形阀、SV-O2球形阀、SV-O3球形阀、SV-O4球形阀，八个单向阀：BV-W1单向阀、BV-W2单向阀、BV-W3单向阀、BV-W4单向阀、BV-O1单向阀、BV- O2单向阀、BV- O3单向阀、BV- O4单向阀，四个三通阀：TV-1三通阀，TV-2三通阀，TV-3三通阀，TV-4三通阀，所述CV-W节流阀连接水泵，所述CV-O节流阀连接油泵，SF-W五通分流器入口与RF-W流量计相连，四个出口分别与SV-W1球形阀、SV-W2球形阀、SV-W3球形阀、SV-W4球形阀相连，SF-W五通分流器入口与RF-W流量计相连，四个出口分别与SV-W1球形阀、SV-W2球形阀、SV-W3球形阀、SV-W4球形阀相连，SF-O五通分流器入口与RF-O流量计相连，四个出口分别与SV-O1球形阀、SV-O2球形阀、SV-O3球形阀、SV-O4球形阀相连，四个球形阀分别对应连接四个单向阀，BV-W1单向阀与BV-O1单向阀分别连接TV-1三通阀两个入口，同样其他单向阀组对与三通阀相连，所述三通阀出口分别与所述注液孔。
所述节流控制系统中，通过观察RF-W流量计读数，调节CV-W节流阀达到实验需要的总水流量，通过观察RF-W流量计读数，调节CV-W节流阀达到实验需要总原油流量。
参照附图3，加热保温系统包括伴热带20、温控开关21和电源22，在储水桶1和储油桶2的外侧包敷伴热带20，并通过温控开关21和导线连接到电源22。
参照附图1，SV-W1球形阀8-1通过BV-W1单向阀10-1连接到水平井段油水渗流模拟系统12，SV-O1球形阀9-1通过BV-O1单向阀11-1连接到水平井段油水渗流模拟系统12；
所述SV-W2球形阀8-2通过BV-W2单向阀10-2连接到水平井段油水渗流模拟系统12，SV-O2球形阀9-2通过BV- O2单向阀11-2连接到水平井段油水渗流模拟系统12。
另外，SV-W3球形阀8-3通过BV-W3单向阀10-3连接到水平井段油水渗流模拟系统12，SV-O3球形阀9-3通过BV- O3单向阀11-3连接到水平井段油水渗流模拟系统12；SV-W4球形阀8-4通过BV-W4单向阀10-4连接到水平井段油水渗流模拟系统12，SV-O4球形阀9-4通过BV- O4单向阀11-4连接到水平井段油水渗流模拟系统12。
所述节流控制系统中，所述SV-W1球形阀8-1与所述SV-O1球形阀控制所述PW-1生产井段的渗流情况，渗油或者渗水，当所述SV-W1球形阀开启而所述SV-O1球形阀关闭时，所述PW-1生产井段渗水，即井段完全出水，当所述SV-W1球形阀关闭而所述SV-O1球形阀开启时，所述PW-1生产井段渗油，即井段未出水，其他水平井段渗流过程类似，通过控制不同的球形阀来模拟不同井段的出水情况。
优选的，上述水平井段油水渗流模拟系统12包括主管道23和油管18，主管道23内腔设有油管18，使油管18与主管道23之间形成环空19。
参照附图4，本发明提到的一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置的使用方法，包括以下步骤：
1）制定实验方案，确定实验出水井段；
2）根据实验方案要求的含水率、总流量分别计算原油与类地层水流量；
3）根据实验出水层段调节球形阀开关情况，不同实验情况球形阀的开关情况不同；
4）根据实验方案设定温控开关，接通电源；
5）待温控开关断开后分别打开油泵与水泵；
6）根据流量计读数调整节流阀达到预定流量；
7）通过油水排空水平井段油水渗流模拟系统水平模拟段中的空气；
8）空气排空后，关闭水平井段油水渗流模拟系统排气孔；
9）待流动稳定后读取各压力表数据并记录；
10）关闭水泵、油泵，准备下一组实验。
根据图4是本发明实验流程图，确定实验方案，正常工况下，水平井采油量约为20-30m3/天，即为14-20L/min，根据现场需要本次实验方案假设总流量为20 m3/天，即为13.9L/min，表1为该总排量下不同含水率下水泵3与油泵4排量。
表1不同含水率下油泵与水泵排量
假设水平井深1500m，地温梯度为4℃/100m，设定实验温度为60℃。储水桶1和储油桶2的储量为2000L，满足一天的试验量，储水桶1和储油桶2的底部开有直径32mm的孔，可以与管道连接。表2为列举了部分不同出水井段阀门工作位置，通过实验模拟不同出水井段的压力变化结合现场所测压力可以推测现场出水井段，为进一步堵水工作奠定基础。
表2不同出水井段阀门工作位置
根据表2的实验情况，以实验15为例，在含水率为70%情况下，模拟PW-1生产井段15-1出水井段流动情况，其他井段未出水，因此将SV-W1球形阀8-1、SV-O2球形阀9-2、SV-O3球形阀9-3以及SV-O4球形阀9-4打开，将SV-W2球形阀8-2、SV-W3球形阀8-3、SV-W4球形阀8-4以及SV-O1球形阀9-1关闭，调整好各球形阀门后，实验开泵之前，根据实验方案设定温控开关21为60ºC，接通电源22，伴热带20对储水桶1和储油桶2加热，待温控开关21断开，温度达到60ºC后，打开水泵3与油泵4，分别观察RF-W流量计6-1与RF-O流量计6-2读数，调整CV-W节流阀5-1与CV-O节流阀5-2，使RF-W流量计6-1读数为9.73 L/min，即水流量为9.73 L/min，保持RF-O流量计6-2读数为4.17 L/min，即原油流量为4.17 L/min，待GV-1排气孔16-1、GV-2排气孔16-2、GV-3排气孔16-3及GV-4排气孔16-4有液体流出后，表示系统内空气已被排空，关闭各排气孔，待流动稳定后分别读取PG-1压力表14-1、PG-2压力表14-2、PG-3压力表14-3以及PG-4压力表14-4数据并记录；可以获取总流量20 m3/天，出水率为70%，出水井段为PW-1生产井段15-1的压力变化情况。关闭水泵、油泵，准备下一轮实验。
本发明能够根据现场采油量及测定的含水率，在地面模拟不同出水井段的压力变化情况，与现场测点的压力变化进行比较分析，确定出水层段。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：包括流体供给系统、节流控制系统、油水渗流模拟系统、数据采集系统、加热保温系统，所述流体供给系统外安装加热保温系统，流体供给系统通过流控制系统向油水渗流模拟系统提供原油和类地层水，所述油水渗流模拟系统上安装数据采集系统；所述流体供给系统按照实验要求为节流控制系统提供定流量的原油，并根据现场来配置类地层水，所述节流控制系统根据实验要求控制不同管道流量，所述油水渗流模拟系统模拟井底不同井段的渗流过程及环空流动，所述数据采集系统对水平井段内油水两相流动压力参数进行采集和监控，所述加热保温系统保证实验在设定的恒定温度下进行。
2.根据权利要求1所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述油水渗流模拟系统包括四个模拟的生产井段，包括PW-1生产井段（15-1）、PW-2生产井段（15-2）、PW-3生产井段（15-3）、PW-4生产井段（15-4），可以模拟水平井段内油水两相流动；其中，每个模拟生产井段的结构相同，在PW-1生产井段（15-1）的下侧设有IW-1注液孔（13-1），上侧设有GV-1排气孔（16-1），在PW-1生产井段（15-1）的内侧设有DG-1多孔材料（17-1），油或水通过IW-1注液孔（13-1）进入PW-1生产井段（15-1），DG-1多孔材料（17-1）模拟地层环境，实验过程中通过GV-1排气孔（16-1）排出空气。
3.根据权利要求2所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述数据采集系统包括四个压力表：PG-1压力表（14-1），PG-2压力表（14-2），PG-3压力表（14-3），PG-4压力表（14-4），四个压力表分别安装在四个生产井段上，测量对应的生产井段后方的压力，并计算压降。
4.根据权利要求1所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述流体供给系统包括储水桶（1）、储油桶（2）、水泵（3）、油泵（4），其中，所述储水桶（1）通过水泵（3）、CV-W节流阀（5-1）、RF-W流量计（6-1）连接到SF-W五通分流器（7-1），四个出口分别与SV-W1球形阀（8-1），SV-W2球形阀（8-2），SV-W3球形阀（8-3），SV-W4球形阀（8-4）相连；所述储油桶（2）通过油泵（4）、CV-O节流阀（5-2）、RF-O流量计（6-2）连接到SF-O五通分流器（7-2），四个出口分别与SV-O1球形阀（9-1），SV-O2球形阀（9-2），SV-O3球形阀（9-3），SV-O4球形阀（9-4）相连。
5.根据权利要求1所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述加热保温系统包括伴热带（20）、温控开关（21）和电源（22），在储水桶（1）和储油桶（2）的外侧包敷伴热带（20），并通过温控开关（21）和导线连接到电源（22）。
6.根据权利要求4所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述SV-W1球形阀（8-1）通过BV-W1单向阀（10-1）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O1球形阀（9-1）通过BV-O1单向阀（11-1）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）；
所述SV-W2球形阀（8-2）通过BV-W2单向阀（10-2）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O2球形阀（9-2）通过BV- O2单向阀（11-2）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）。
7.根据权利要求4所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述SV-W3球形阀（8-3）通过BV-W3单向阀（10-3）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O3球形阀（9-3）通过BV- O3单向阀（11-3）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）；SV-W4球形阀（8-4）通过BV-W4单向阀（10-4）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12），SV-O4球形阀（9-4）通过BV- O4单向阀（11-4）连接到水平井段油水渗流模拟系统（12）。
8.根据权利要求6所述的水平井出水井段压力变化模拟试验装置，其特征是：所述水平井段油水渗流模拟系统（12）包括主管道（23）和油管（18），主管道（23）内腔设有油管（18），使油管（18）与主管道（23）之间形成环空（19）。
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