CN110469301A - 一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置，其包括模型主体，模型主体内置井筒，含温度压力测点，用于模拟稠油油层储层条件，并提供注热条件下注入采出过程的场所以及监测不同阶段储层内温度压力变化；注入系统与模型主体连接，注入系统用于驱替流体注入高压反应釜前的驱替液体与注入液体隔离、气体增压以及泡沫的产生；背压系统采用回压系统，背压系统与注入系统连接，用于确保模型主体内部压力的稳定以及对内部气进行减压、收集；产出计量系统与模型主体连接，用于收集并计量从模型主体内被驱替出来的液体；数据采集装置用于实时记录并存储模型主体内的温度压力测点，并形成数据图表用于实验分析。本发明能进行多种驱油方案的室内评价。

Description

一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置

技术领域

本发明涉及一种稠油油藏资源开采领域，特别是关于一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置。

背景技术

稠油油藏注采实验可以根据相似准则将油田现场的储层条件模拟转换为实验室条件下的模型参数，通过注入蒸汽、热水等热介质加热油藏，降低原油粘度，增强原油流动性，进而驱替原油，通过记录储层内部压力与温度变化特征，表征注入流体在油藏内部的渗流以及运移情况，给出温度压力场图分布，模拟现场实际的开发效果。

在稠油油藏的注采过程中，由于地层结构较为复杂，原油粘度较高，实验条件为高温高压，因此对于模型的封闭性、耐高温耐高压性能提出了严格的要求，模型测量的准确性不高，因此以往注采实验装置往往存在以下问题。一是实验装置偏向完成一维与二维条件的小尺寸实验，重点关注采收率与驱油效率等可直接计量统计数据，对于模型内部的温度、压力检测以及渗流规律的反映不足，实验内容简单单一。二是由于稠油粘度较高，流动性极差，极易造成管线内部的粘堵，同时填砂模型又容易造成反应容器内部热流体的窜流，因此实验失败率高。三是以往实验维持储层内部的温度的稳定常采用烘箱以及外部加热带加热，占地面积巨大，且温度的维持稳定性较差，实验结果的可信度与准确性难以保证。四是以往实验装置针对一种热采方式单一井网条件的注采实验，实验的扩展性较差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置，该装置能够模拟不同驱替介质条件下、不同注采方式的水平井注采实验，还可模拟驱油体系在多孔介质中的渗流特性及驱油效率的影响。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置，其包括模型主体、注入系统、背压系统、产出计量系统和数据采集装置；所述模型主体为高压反应釜，内置井筒，含温度压力测点，用于模拟稠油油层储层条件，并提供注热条件下注入采出过程的场所以及监测不同阶段储层内温度压力变化；所述注入系统与所述模型主体连接，所述注入系统用于驱替流体注入高压反应釜前的驱替液体与注入液体隔离、气体增压以及泡沫的产生；所述背压系统采用回压系统，所述背压系统与所述注入系统连接，用于确保所述模型主体内部压力的稳定以及对内部气进行减压、收集；所述产出计量系统与所述模型主体连接，用于收集并计量从所述模型主体内被驱替出来的液体；所述数据采集装置用于实时记录并存储所述模型主体内的温度压力测点，并形成数据图表用于实验分析。

进一步，所述模型主体采用填砂模型，共开设有6个水平井布置位置，并在各所述水平井布置位置处设置有侧压管线。

进一步，所述模型主体中反应釜外部包裹有加热套进行加热，该加热套采用全尺寸柔性加热套。

进一步，所述模型主体中含206个温度测点，36个压力测点。

进一步，所述注入系统包括气瓶、注入泵、第一活塞容器、第二活塞容器、气体增压泵和空气压缩机；所述第一活塞容器和第二活塞容器均作为中间容器，所述第一活塞容器用于存储注入的气体，所述第二活塞容器用于存储注入的液流体；所述气瓶作为气源输入气体，所述气瓶的输出端与所述空气压缩机连接，通过所述空气压缩机将气体进行初步压缩后传输至所述气体增压泵，所述注入泵的输出端与所述第一活塞容器和第二活塞容器的输入端连接，所述第一活塞容器和第二活塞容器的输出端与所述气体增压泵的输出端连接后，与所述模型主体内的侧压管线输入端连接；所述气体增压泵将所述气瓶传输至的低压气体压缩为高压气体，给所述第一活塞容器输出的气体补充压力。

进一步，所述注入系统包括泡沫发生器，所述泡沫发生器包括具有搅拌功能的腔体和设置在腔体内的多孔板；所述腔体内装有泡沫剂，与所述多孔板配合使用产生泡沫油。

进一步，所述多孔板选择60目、100目、150目或200目的孔板。

进一步，所述气体增压泵采用SITEC GBD系列气气双头型增压泵。

进一步，所述背压系统采用背压阀，所述背压阀设置在所述气体增压泵的输出端。

进一步，所述产出计量系统采用产出计量量筒，所述产出计量量筒与所述模型主体内的侧压管线输出端连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明不仅可以模拟不同驱替介质条件下、不同注采方式的水平井注采实验，还可以模拟驱油体系在多孔介质中的渗流特性及驱油效率的影响，进行多种驱油方案的室内评价。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明提供一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置，其包括模型主体8、注入系统、背压系统、产出计量系统和数据采集装置10。模型主体8为高压反应釜，内置井筒，含温度压力测点，用于模拟稠油油层储层条件，并提供注热条件下注入采出过程的场所以及监测不同阶段储层内温度压力变化。注入系统与模型主体8连接，注入系统用于驱替流体注入高压反应釜前的驱替液体与注入液体隔离、气体增压以及泡沫的产生。背压系统采用回压系统，背压系统与注入系统连接，用于确保模型主体8内部压力的稳定以及对内部气进行减压、收集。产出计量系统与模型主体8连接，用于收集并计量从模型主体8内被驱替出来的液体；数据采集装置10用于实时记录并存储模型主体8内的温度压力测点，并形成数据图表用于实验分析。

上述实施例中，模型主体8采用填砂模型，共开设有6个水平井布置位置9，并在各水平井布置位置9处设置有侧压管线，可进行多井不同井网的优化模拟。实验时根据实验方法确定井型与井网形式，安装好井筒。随后需要按照实验参数包括地层渗透率、孔隙度等进行填砂种类的选择与填砂体积的计算，将砂子均匀的填充到模型主体8中，进行地层的模拟。

上述各实施例中，模型主体8的内腔尺寸为1000mm*500mm*300mm，模型主体8最高温度为350℃，模型主体8最大工作压力为10MPa，设计压力为15MPa，安全系数1.5。

模型主体8可对大尺寸地层模型进行准确模拟，包括地层内部的温压条件。模型主体8能进行旋转，包括正转和反转，从而模拟不同地层倾角下的地质条件。模型主体8内腔进行镀镍处理，同时涂抹工业缝合剂粗糙化处理，有效防止自然侵蚀以及反应釜内流体窜流，可进行SAGD实验、CO₂复合SAGD模型实验、泡沫驱实验、化学剂驱替实验等多功能多规格实验。

上述各实施例中，模型主体8中反应釜耐高温、耐高压，反应釜外部包裹有加热套进行加热，该加热套采用全尺寸柔性加热套，有效减少实验装置占地面积，增加实验便捷性。

上述各实施例中，模型主体8中含206个温度测点，36个压力测点，可对地层内温度和压力场进行三维实时监测。温度测点每层最多可布置45个，共布置5层，总点数225个，可以时刻探测储层不同位置不同层位在不同时刻的温度、压力值，并将探测的温度、压力值传输到数据采集系统10中进行记录处理。

上述各实施例中，注入系统包括气瓶1、注入泵2、第一活塞容器3、第二活塞容器5、气体增压泵4和空气压缩机12。其中，第一活塞容器3和第二活塞容器5均作为中间容器，第一活塞容器3用于存储注入的气体，第二活塞容器5用于存储注入的液流体，容器流体的注入采用交替自动切换，可连续进行注入，两者容积均为2000ml，最高工作压力20MPa，润湿金属材料为316L不锈钢，密封件为氢化丁腈橡胶组合，耐温耐腐蚀，活塞为自封式结构。

气瓶1作为气源输入气体，气瓶1的输出端与空气压缩机12连接，通过空气压缩机12将气体进行初步压缩后传输至气体增压泵4，经空气压缩机12压缩后的气体压力超过气体增压泵4所需要的入口压力，为气体增压泵4的进一步增压做准备。注入泵2的输出端与第一活塞容器3和第二活塞容器5的输入端连接，第一活塞容器3和第二活塞容器5的输出端与气体增压泵4的输出端连接后，与模型主体8内的侧压管线输入端连接；气体增压泵4将气瓶1传输至的低压气体压缩为高压气体，给第一活塞容器3输出的气体补充压力，保证实验进行时气体有充足的能量，避免长期储存高压气体的潜在危险，提高系统的整体安全性。其中，空气压缩机12的流量为0.465m³/min。

在一个优选的实施例中，在需要模拟泡沫油的注采实验中，注入系统还包括泡沫发生器6，可模拟泡沫油生产及驱替。泡沫发生器6为类似于带搅拌功能的活塞容器，其包括具有搅拌功能的腔体和设置在腔体内的多孔板；腔体内装有泡沫剂，与多孔板配合使用产生泡沫油。泡沫发生器6的工作压力为0～15MPa，多孔板可选择更换60目、100目、150目、200目的不同孔板，模拟不同孔喉道，搅拌速度为0～500r/min，采用高强磁力搅拌机构搅拌。

优选的，气体增压泵4采用SITEC GBD系列气气双头型增压泵。

上述各实施例中，背压系统可以采用背压阀11，用于控制回压，进而确保回压能保持稳定，保证驱替速度缓慢。背压阀11设置在气体增压泵4的输出端。

上述各实施例中，产出计量系统采用产出计量量筒7，产出计量量筒7与模型主体8内的侧压管线输出端连接。由于稠油特殊的物性，采用手动分离采出的油与水，称重计量从而得到产油量和产水量。

上述各实施例中，侧压管线采用φ6管线，防止稠油粘堵。

上述各实施例中，数据采集装置10用来收集从模型主体8测量传输的压力、温度值，数据采集装置10包括标准机柜、工控主机、采集控制箱、采集处理器和显示部分。通过整体机柜可实现不同模块的整合，通过工控主机和采集控制箱、采集处理器，以及外围电路等整体处理系统参数。显示部分用于显示整体流程和各个测点的状态，并显示数据和图表。数据实时采集，实时保存，记录数据的时刻，便于实验分析。采集系统配备UPS，防止意外断电带来的损失，提高安全性。计算机通过总线与数据采集装置10连接，通过实时分析压力和温度等信号，并发出指令，同时采集压力和温度结果等，同时绘制出系统的图形和计算出相关数据表格。收集数据，与预测结果对比，并且可提出下步建议，警示安全操作。整理最终数据并形成原始数据报表及各类曲线。

本实施例中的数据采集装置10，利用无纸记录仪记录热力注采试验中的温度数据和压力数据，提高了实验效率和采集数据的准确性，大大减小了模拟实验结果中人为因素的影响。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种用于大尺度模型下稠油热采三维注采模拟装置，其特征在于：包括模型主体、注入系统、背压系统、产出计量系统和数据采集装置；所述模型主体为高压反应釜，内置井筒，含温度压力测点，用于模拟稠油油层储层条件，并提供注热条件下注入采出过程的场所以及监测不同阶段储层内温度压力变化；所述注入系统与所述模型主体连接，所述注入系统用于驱替流体注入高压反应釜前的驱替液体与注入液体隔离、气体增压以及泡沫的产生；所述背压系统采用回压系统，所述背压系统与所述注入系统连接，用于确保所述模型主体内部压力的稳定以及对内部气进行减压、收集；所述产出计量系统与所述模型主体连接，用于收集并计量从所述模型主体内被驱替出来的液体；所述数据采集装置用于实时记录并存储所述模型主体内的温度压力测点，并形成数据图表用于实验分析。

2.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于：所述模型主体采用填砂模型，共开设有6个水平井布置位置，并在各所述水平井布置位置处设置有侧压管线。

3.如权利要求1或2所述模拟装置，其特征在于：所述模型主体中反应釜外部包裹有加热套进行加热，该加热套采用全尺寸柔性加热套。

4.如权利要求1或2所述模拟装置，其特征在于：所述模型主体中含206个温度测点，36个压力测点。

5.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于：所述注入系统包括气瓶、注入泵、第一活塞容器、第二活塞容器、气体增压泵和空气压缩机；所述第一活塞容器和第二活塞容器均作为中间容器，所述第一活塞容器用于存储注入的气体，所述第二活塞容器用于存储注入的液流体；

所述气瓶作为气源输入气体，所述气瓶的输出端与所述空气压缩机连接，通过所述空气压缩机将气体进行初步压缩后传输至所述气体增压泵，所述注入泵的输出端与所述第一活塞容器和第二活塞容器的输入端连接，所述第一活塞容器和第二活塞容器的输出端与所述气体增压泵的输出端连接后，与所述模型主体内的侧压管线输入端连接；所述气体增压泵将所述气瓶传输至的低压气体压缩为高压气体，给所述第一活塞容器输出的气体补充压力。

6.如权利要求5所述模拟装置，其特征在于：所述注入系统包括泡沫发生器，所述泡沫发生器包括具有搅拌功能的腔体和设置在腔体内的多孔板；所述腔体内装有泡沫剂，与所述多孔板配合使用产生泡沫油。

7.如权利要求6所述模拟装置，其特征在于：所述多孔板选择60目、100目、150目或200目的孔板。

8.如权利要求5所述模拟装置，其特征在于：所述气体增压泵采用SITEC GBD系列气气双头型增压泵。

9.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于：所述背压系统采用背压阀，所述背压阀设置在所述气体增压泵的输出端。

10.如权利要求1所述模拟装置，其特征在于：所述产出计量系统采用产出计量量筒，所述产出计量量筒与所述模型主体内的侧压管线输出端连接。