CN109057787A - 可控射孔位置物理模拟井筒实验装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，包括：彼此套设的内层井筒和外层井筒，在所述外层井筒上分布设置有一列射孔，在所述内层井筒上至少在三个方向上分别设置有单列射孔，所述单列射孔的数量小于或等于外层井筒上射孔的数量，所述外层井筒的射孔和内层井筒的单列射孔全部或部分对齐。本发明解决目前三维物理模拟实验中不同射孔方式下井筒模拟存在的问题，由此减少注入井与生产井所需井筒个数，避免多井筒容易混淆的问题，从而起到节约成本，增强物理模拟实验效果的作用，进一步通过物理模拟实验指导油气田开发。

Description

可控射孔位置物理模拟井筒实验装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置及其应用方法，属于石油工业油气田开发的技术领域。

背景技术

在油气藏开发过程中，研究油藏内部的流体在地层中的渗流机理及水驱特征时，物理模拟研究是一个很必要的手段。基于相似准则的三维物理模型，可以准确反映整个油藏或者部分油藏的实际地层形态，通过室内模拟实验，再现矿场实际生产制度，从而通过物理模拟实验结果指导油田开发与生产。在进行三维物理模拟时，为了尽可能的模拟矿场真实情况，再现油藏渗流特征，尤其分析油藏动态开采特征时，注入井筒与生产井筒的模拟都是必不可少的。为了模拟不同地层渗流特征或者增产机理，注入井筒与生产井筒需要在不同层位进行开窗射孔，因此在研究不同生产层位开发特征时，需要进行不同的射孔方式，为了模拟不同的射孔方式，需要制作多个注入井与生产井井筒。

但是，当生产层位较多时，需要的不同射孔段的井筒数量也会更多，且多个注入与生产井筒也存在着难以区分，高度与长度不一的缺点，由此造成物理模拟实验误差增大。为了解决物理模拟实验中不同射孔方式下的井筒个数问题，尽量减少井筒个数，减少实验误差，又能进行不同射孔方式物理模拟实验，因此需要设计一种可以控制射孔位置的物理模拟实验井筒。

综上，现有三维物理模拟实验中不同射孔方式下井筒模拟存在的问题包括：

(1)在进行不同层位生产开发物理模拟时，需要不同射孔方式的井筒，随着层数越多，所需要的井筒数量也越多；

(2)多层射孔共同开发时，在研究层间干扰，分层组合物理模拟实验时，需要的注入井筒和生产井筒数量更多；

(3)多井筒射孔方式容易混淆，难以区分，且多个井筒长度、高度等参数难以保证一致。

发明内容

本发明针对目前三维物理模拟实验中不同射孔方式下井筒模拟存在的问题，公开了一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置。

本发明还公开上述实验装置的应用方法。

发明概述：

首先，根据油田实际油藏情况，基于相似准则确定模拟井筒尺寸；

然后，基于油藏生产层数，确定注入井与生产井射孔位置及最多需要的射孔个数，根据射孔位置及射孔个数，对外层井筒进行钻孔；

进一步，根据物理模拟实验方案，确定需要对比分析的射孔层位及射孔个数，对内层井筒不同方位上进行钻孔，将内层井筒和外层井筒进行套设组合，通过旋转内层井筒，选定内层井筒射孔个数后，将内层井筒的射孔与外层井筒的射孔进行对齐，从而控制可以沟通模拟井筒外地层的射孔位置与射孔个数。

本发明解决目前三维物理模拟实验中不同射孔方式下井筒模拟存在的问题，设计出一种内外双层模拟井筒，该井筒外筒射开所有需要研究的地层，内层井筒至少在3个不同方向上分别设置具有不同数量和排布方式的射孔，用于射开不同层位的储层，最终通过内筒旋转，确定沟通地层的射孔个数，由此减少注入井与生产井筒个数，避免多数量的模拟井筒容易实验混淆，难以区分的问题。从而起到节约成本，增强物理模拟实验效果的作用。

本发明的技术方案如下：

一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，包括：

彼此套设的内层井筒和外层井筒，在所述外层井筒上分布设置有一列射孔，在所述内层井筒上至少在三个方向上分别设置有单列射孔，所述单列射孔的数量小于或等于外层井筒上射孔的数量，所述外层井筒的射孔和内层井筒的单列射孔全部或部分对齐。

根据本发明优选的，所述内层井筒上各个方向上的单列射孔的排列彼此不同。此设计的优点在于，本发明是通过在外层井筒设置射孔，将对应地层对应的射孔都设置完全，再通过调整内层井筒与外层井筒的相对转角，实现了不同单列射孔数量的改变，以适应不同的实验方式。因此，在所述内层井筒上各个方向上设置的单列射孔的数量和排列位置都不相同，大幅度增加了适应实验方式的数量，无需在实验设备中新增设管路，只需调整内层井管即可实现不同实验。

根据本发明优选的，所述内层井筒和外层井筒通过螺纹连接。

根据本发明优选的，所述内层井筒和外层井筒通过接管螺母连接。

根据本发明优选的，在所述内层井筒和外层井筒的上端表面均设置有射孔匹配提示窗口：在所述的外层井筒上端表面且与射孔角度相同的径向位置设置有一级提示标签；在所述的内层井筒上端表面且与单列射孔角度相同的径向位置分别设置有二级提示标签。此设计的优点在于，无需实验人员模糊调整内层井筒，只需通过将井筒上端的一级标签和要选择的二级标签冲齐即可，其中，二级标签中包括多个单列射孔对应的标签，因此，实验人员只需关注模拟井筒上端的标签是否对齐即可调整射孔的数量和位置，方便快捷。

根据本发明优选的，所述二级提示标签套设在所述一级提示标签上，所述二级提示标签为透明环形部件；在所述一级提示标签上设置有与射孔的数量相对应的圆圈图形；在所述二级提示标签上设置有与射孔的数量、位置相对应的点状图形，按照单列射孔分别设置在所述透明环形部件上。此设计的优点在于，采用套设结构的提示标签，便于实验人员在调整内层井筒时通过旋转透明环形部件，通过调整点状图形与圆圈图形对齐，使实验人员最为直观的对应调整实验射孔的位置和数量。

根据本发明优选的，所述外层井筒的射孔为长孔。

根据本发明优选的，所述外层井筒的射孔为长圆孔。

上述针对外层井筒的射孔的优点在于，内外井筒通过螺纹连接，通过螺纹旋转，确定沟通外界的射孔个数和位置，而长形孔可以给螺纹旋转留有一定余量，使螺纹在旋转一圈内，都能保证内层井筒孔眼通过所述外层井筒的射孔与外界连通。

根据本发明优选的，所述外层井筒的射孔为圆孔。

如上述实验装置的应用方法，包括，选择外层井筒和内层井筒：

1)确定模拟井筒上射孔的设置位置和最大射孔数量；根据所述设置位置和最大射孔数量选择外层井筒，使所述外层井筒上设置的射孔与上述位置和数量相适应；

基于油藏生产层数，确定注入井与生产井射孔位置及最多需要的射孔个数，根据射孔位置及射孔个数，对外层井筒进行钻孔；例如，所述外层筒钻孔个数为所研究的所有地层段。以研究3个地层为例，对外层筒进行设计，模拟井筒直径与长度根据相似准则比例设计，对于不同大小的三维物理模型，井筒直径不同，所设计的外层井筒示意图如图1所示；

2)基于不同实验方案确定需要射孔的位置和数量，对内层井筒进行设计：在内层井筒的至少三个方向上分别设置单列射孔，所述单列射孔的位置和射孔数量与实验方案所需的射孔的位置和数量相匹配。多种实验方案需要基于研究的地层层数、层间干扰、多层组合等多种因素，最终确定上述各个实验方式需要的射孔个数和射孔位置。

如上述实验装置的应用方法，还包括按照模拟实验调整模拟井筒的方法：

3)根据实验需要，将选择完毕后的外层井筒和内层井筒套设后，且布置在模拟地层实验装置内；

4)确定要进行的实验的名称及顺序；

5)按实验顺序调整内层井筒与外层井筒的相对转角，使内层井筒和外层井筒上的射孔匹配后适应当前实验的射孔位置和射孔数量；模拟地层实验和地层压力，分别进行实验。

本发明的优势在于：

本发明是基于相似准则确定模拟井筒尺寸；然后，基于油藏生产层数，确定注入井与生产井射孔位置及射孔个数，根据射孔位置及射孔个数，对外层井筒进行钻孔；之后，根据物理模拟实验方案，确定需要对比分析的射孔层位及射孔个数，对内层井筒不同方位上进行钻孔，组合内层井筒和外层井筒，通过旋转内层井筒方位，从而控制可以沟通井筒外的射孔位置与射孔个数。

本发明解决目前三维物理模拟实验中不同射孔方式下井筒模拟存在的问题，由此减少注入井与生产井所需井筒个数，避免多井筒容易混淆的问题，从而起到节约成本，增强物理模拟实验效果的作用，进一步通过物理模拟实验指导油气田开发。

附图说明

图1a是外层井筒的射孔示意图，其中所述射孔为长孔；

图1b是外层井筒的射孔示意图，其中所述射孔为长圆孔；

图1c是外层井筒的射孔示意图，其中所述射孔为圆孔；

图2是内层井筒多方向的射孔示意图；

图3、4是内层井筒的横截面示意图，在所述内层井筒的四个方向上均设置有射孔，其射孔根据水平位置分别命名为上部射孔、中部射孔和下部射孔；

在图3中，分别在内层井筒的4个方向设置射孔，由图顺时针方向依次分别设置下部射孔、上部与中部射孔、上部与下部均射孔、中部射孔；

在图4中，分别在内层井筒的3个方向设置射孔，由图顺时针方向依次分别设置上部中部与下部射孔、下部与中部射孔、上部射孔；

图3、4中，X代表下部射孔；SX代表上部与下部均射孔；SZ代表上部与中部射孔；Z代表中部射孔；S代表上部射孔；XZ代表下部与中部射孔；SZX代表上部、中部与下部均射孔；

图5是接管螺母的结构示意图；

图6是本发明实施例1中内层井筒与外层井筒螺纹连接装配示意图；

图7是本发明实施例2中内层井筒与外层井筒通过接管螺母连接示意图；

图8是本发明实施例2的射孔匹配提示窗口示意图；

图9是本发明实施例3的射孔匹配提示窗口示意图；

其中，1、外层井筒；1-1、一级提示标签；1-2、圆圈图形；

2、外层井筒上设置的射孔；

3、内层井筒；3-1、二级提示标签；3-2、点状图形；

4、内层井筒上设置的射孔。

图10是本发明应用例1中外层井筒射孔孔眼参数，其中所述射孔为长圆孔；

图11是本发明应用例1中内外井筒配套示意图；

图12是本发明应用例1中三维物理模拟实验示意图；

图13是可控制射孔位置物理模拟实验装置的应用流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。

在本发明中，物理模拟实验的目的是通过缩小后的物理模型再现或者尽可能再现实际地层形态，通过物理实验，直观的观测实际地层情况，分析渗流特征及含水率变化规律。物理实验的正确性依靠相似理论，因此在进行物理模型设计以前，需进行相似准则数计算，通过相似计算寻求物理模型与实际地层的相似性，反映实际地层形态，井筒的模拟也需要满足相似理论，通过相似理论计算确定井筒参数。

实施例1、

一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，包括：

彼此套设的内层井筒3和外层井筒1，在所述外层井筒1上分布设置有一列射孔2，在所述内层井筒3上至少在三个方向上分别设置有单列射孔4，所述单列射孔4的数量小于或等于外层井筒上射孔2的数量，所述外层井筒的射孔2和内层井筒的单列射孔4全部或部分对齐。

所述内层井筒3上各个方向上的单列射孔的排列彼此不同。

所述内层井筒和外层井筒通过螺纹连接。如图6所示，其中所述外层井筒的射孔为长圆孔，如图1b所示。

根据实际实验情况，本发明还可将所述外层井筒的射孔设计为长孔，如图1a所示，其目的就是为螺纹连接留出余量。

实施例2、

如实施例1所述的可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其区别在于，所述内层井筒3和外层井筒1通过接管螺母连接。如图7所示。

根据实际实验情况，本发明还可将所述外层井筒的射孔设计为圆孔，如图1c所示。

为了进一步增加内外井筒嵌套连接的固定程度，内外井筒连接部位通过螺纹连接，井筒上部通过接管螺母连接，从而固定内外井筒，连接输液管线，接管螺母示意图如图7所示。内外井筒直径的设计上，内部井筒直径略小于外部井筒直径，确保内层井筒可以顺利嵌套进外层井筒之中，且保证内外井筒之间孔隙较小，避免内外层井筒之间的流体窜流，内外井筒之间涂抹润滑油，保证井筒旋转顺畅。由于内外井筒上部通过螺纹连接，所以内层井筒上部螺纹直径略大于外层井筒直径，保证内层井筒螺纹可以和外层井筒螺纹完美啮合，其螺纹公称直径按照国家标准。

实施例3、

如实施例1所述的可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其区别在于，在所述内层井筒3和外层井筒1的上端表面均设置有射孔匹配提示窗口：在所述的外层井筒上端表面且与射孔角度相同的径向位置设置有一级提示标签1-1；在所述的内层井筒上端表面且与单列射孔角度相同的径向位置分别设置有二级提示标签3-1。如图8所示。

实施例4、

如实施例3所述的可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其区别在于，所述二级提示标3-1签套设在所述一级提示标签1-1上，所述二级提示标签3-1为透明环形部件；在所述一级提示标签1-1上设置有与射孔的数量相对应的圆圈图形1-2；在所述二级提示标签3-1上设置有与射孔的数量、位置相对应的点状图形3-2，按照单列射孔分别设置在所述透明环形部件上。如图9所示。

实施例5、

如上述实施例1-4所述实验装置的应用方法，包括，选择外层井筒1和内层井筒3：

1)确定模拟井筒上射孔的设置位置和最大射孔数量；根据所述设置位置和最大射孔数量选择外层井筒，使所述外层井筒上设置的射孔与上述位置和数量相适应；

基于油藏生产层数，确定注入井与生产井射孔位置及最多需要的射孔个数，根据射孔位置及射孔个数，对外层井筒进行钻孔；例如，所述外层筒钻孔个数为所研究的所有地层段。以研究3个地层为例，对外层筒进行设计，模拟井筒直径与长度根据相似准则比例设计，对于不同大小的三维物理模型，井筒直径不同，所设计的外层井筒示意图如图1b所示；

2)基于不同实验方案确定需要射孔的位置和数量，对内层井筒进行设计：在内层井筒的至少三个方向上分别设置单列射孔，所述单列射孔的位置和射孔数量与实验方案所需的射孔的位置和数量相匹配。多种实验方案需要基于研究的地层层数、层间干扰、多层组合等多种因素，最终确定上述各个实验方式需要的射孔个数和射孔位置。

还包括按照模拟实验调整模拟井筒的方法：

如图12所示，

3)根据实验需要，将选择完毕后的外层井筒和内层井筒套设后布置在模拟地层实验装置内；

4)确定要进行的实验的名称及顺序；

5)按实验顺序调整内层井筒与外层井筒的相对转角，使内层井筒和外层井筒上的射孔匹配后适应当前实验的射孔位置和射孔数量；模拟地层实验和地层压力，分别进行实验。

应用例1、

利用本发明实施例所记载的技术方案进行设计可控射孔位置井筒装置。根据油藏条件，进行相似设计，如图11所示，确定出井筒内径0.5cm，井筒长度为50cm，根据地层数，射孔两个层位，射孔位置分别在井筒深度25cm与40cm处，内筒射孔孔径0.1cm,外筒射孔孔眼参数如图10所示，基于本发明设计方法得出井筒参数。如表1所示。

表1可控射孔位置井筒参数表

内层井筒和外层井筒顶部通过接管螺母固定，必要时可以增加垫片。

接管螺母厚度大于内外筒组合后内筒剩余的螺纹长度，由此可以通过螺纹的旋转起到调节射孔个数和固定内外筒的作用。本应用例中接管螺母底部螺母高度1.5cm，螺纹为英制1/8规格。

运用本发明进行三维物理模拟实验，通过物理模拟实验模拟下部射孔、上部射孔和双层射孔情况下注采特征，以此分析不同射孔方式下的渗流特征。该实验注水井筒和生产井筒运用本发明设计的可控射孔位置井筒，通过旋转内外井筒的相对转角，控制实验射孔位置和射孔个数，不同射孔位置井筒装配示意图如图11所示，三维物理模拟装置示意图如图12所示。

Claims (10)

1.一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：

彼此套设的内层井筒和外层井筒，在所述外层井筒上分布设置有一列射孔，在所述内层井筒上至少在三个方向上分别设置有单列射孔，所述单列射孔的数量小于或等于外层井筒上射孔的数量，所述外层井筒的射孔和内层井筒的单列射孔全部或部分对齐。

2.根据权利要求1所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述内层井筒上各个方向上的单列射孔的排列彼此不同。

3.根据权利要求1所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述内层井筒和外层井筒通过螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述内层井筒和外层井筒通过接管螺母连接。

5.根据权利要求1所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，在所述内层井筒和外层井筒的上端表面均设置有射孔匹配提示窗口：在所述的外层井筒上端表面且与射孔角度相同的径向位置设置有一级提示标签；在所述的内层井筒上端表面且与单列射孔角度相同的径向位置分别设置有二级提示标签。

6.根据权利要求5所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述二级提示标签套设在所述一级提示标签上，所述二级提示标签为透明环形部件；在所述一级提示标签上设置有与射孔的数量相对应的圆圈图形；在所述二级提示标签上设置有与射孔的数量、位置相对应的点状图形，按照单列射孔分别设置在所述透明环形部件上。

7.根据权利要求1所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述外层井筒的射孔为长孔。

8.根据权利要求1所述的一种可控射孔位置物理模拟井筒实验装置，其特征在于，所述外层井筒的射孔为长圆孔。

9.如权利要求1-8任意一项所述实验装置的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括，选择外层井筒和内层井筒：

1)确定模拟井筒上射孔的设置位置和最大射孔数量；根据所述设置位置和最大射孔数量选择外层井筒，使所述外层井筒上设置的射孔与上述位置和数量相适应；

2)基于不同实验方案确定需要射孔的位置和数量，对内层井筒进行设计：在内层井筒的至少三个方向上分别设置单列射孔，所述单列射孔的位置和射孔数量与实验方案所需的射孔的位置和数量相匹配。

10.如权利要求9所述实验装置的应用方法，其特征在于，所述应用方法还包括按照模拟实验调整模拟井筒的方法：

3)根据实验需要，将选择完毕后的外层井筒和内层井筒套设后，且布置在模拟地层实验装置内；

4)确定要进行的实验的名称及顺序；

5)按实验顺序调整内层井筒与外层井筒的相对转角，使内层井筒和外层井筒上的射孔匹配后适应当前实验的射孔位置和射孔数量；模拟地层实验和地层压力，分别进行实验。