CN110685668A - 一种稠油藏开采试验用模拟试样 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稠油藏开采试验用模拟试样，包括通过试验箱设置的模拟地层，以及由生产井和注气井构成双水平井；生产井和注气井分别包括生产筛管和注气筛管，生产筛管和注气筛管内均设有长管和短管；所述注气筛管包括用于设置长管和短管的注气主筛管，沿所述注气主筛管长度方向分布有多个注气分支筛管，注气主筛管与多个注气分支筛管形成鱼骨型结构。本发明通过在注气井的原注气筛管上增设分支筛管，以增大油层裸露面积、扩大蒸汽加热范围，提高单井产量和采收率，减少油田开发所需井数。为研究稠油藏或超稠油藏开采技术提供新的试验手段。本发明的试样既可用于SAGD技术的模拟试验，也可用于FUSE技术的模拟试验，并为FUSE技术的发展方向提供思路。
Description
技术领域
本发明涉及稠油藏开采技术，具体涉及一种稠油藏开采试验用模拟试样。
背景技术
我国稠油资源丰富，新疆、辽河、胜利、塔里木等油区均存在稠油开采。超稠油砂储层是一种特殊的油藏，稠油粘度极高，流动性极差，采用常规的油气开采技术难以高效地开发稠油油藏。加热油砂储层可以降低稠油粘度，增加其流动性，提高稠油开采效率，但常规蒸汽吞吐的方法开采稠油的效率极低，不能满足稠油开采的需求。于是蒸汽辅助重力泄油技术即SAGD技术运应而生，并逐步得到了广泛的应用。
SAGD技术在稠油储层中布置上下两口水平井，上部水平井为注汽井，下部水平井为生产井。通过向注汽井和生产井中注入高温蒸汽，进行蒸汽循环，加热储层，形成蒸汽腔。当注汽井与生产井间建立有效泄油通道后，达到转产需求时，注汽井依然持续注入蒸汽，生产井停止注汽并进入产油阶段。
随着技术的进步，针对常规SAGD技术存在的问题，学者们提出了SAGD快速预热启动技术即FUES技术，该技术通过短时间高压流体的注入，在SAGD井组的注气井和生产井之间产生高孔隙度、高渗透率的扩容区。该扩容区在竖向上连通注气井和生产井，沿水平井方向均匀分布。该技术的主要特点是，极大地缩短蒸汽循环时间，减少蒸汽使用量，提高初期采收率，增加水平井筒的动用率。
FUSE技术开采稠油是一个多场耦合条件下极为复杂的物理化学过程，其中包含水力扩容、热传导、多相流体渗流和热流固耦合等诸多科学问题。因此，需要对FUSE技术开采稠油中的各项科学问题进行系统性的研究，分析水力扩容增加油砂储层孔隙率、渗透性原理，揭示水力扩容击破低渗夹层、扩展扩容区的机理，为现场FUSE技术开采稠油施工方案的设计提供理论依据和技术支撑。
由于，FUSE技术是近10年内兴起的一种开采超稠油油藏的新技术，现场的实践经验较少，基础性的研究较弱。现阶段对FUSE技术开采稠油的研究几乎集中于现场施工经验的分析，鲜有学者对FUSE技术进行系统性的研究，分析水力扩容后油砂储层内蒸汽运移规律，特别是缺乏研究储层的非均质性(夹层)对FUSE技术影响的试验手段。但现有研究局限于水平井结构，较难获得突破，特别是对孔隙率和渗透性有直接影响的注气井结构。为此，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的就是针对现有稠油开采技术中模拟试样中结构单一的不足，提供一种稠油藏开采试验用模拟试样，该试样通过在注气井的原注气筛管上增设分支筛管，以增大油层裸露面积、扩大蒸汽加热范围，提高单井产量和采收率，减少油田开发所需井数。
为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。
一种稠油藏开采试验用模拟试样，包括通过试验箱设置的模拟地层，以及由生产井和注气井构成双水平井；生产井和注气井分别包括生产筛管和注气筛管，生产筛管和注气筛管内均设有长管和短管；所述注气筛管包括用于设置长管和短管的注气主筛管，沿所述注气主筛管长度方向分布有多个注气分支筛管，注气主筛管与多个注气分支筛管形成鱼骨型结构。
采用前述技术方案的本发明，注气筛管由主管和注气分支筛管形成组合构件，并且整体呈鱼骨型结构，其中，注气主筛管构成蒸汽供应和冷凝水排出的主通道，与现有技术中不设注气分支筛管的筛管相同，注气分支筛管用于增加蒸汽与储层的接触面积和增加蒸汽出气点；并通过鱼骨型结构均匀分布在储层设定区域，从而达到增大油层裸露面积、扩大蒸汽加热范围，提高单井产量和采收率，减少油田开发所需井数的目的。本发明的试样既可用于SAGD技术的模拟试验，也可用于FUSE技术的模拟试验，并为FUSE技术的发展方向提供思路。
优选的，所述注气主筛管呈多段结构，注气主筛管的相临段之间设有一所述注气分支筛管，两个相临段与对应注气分支筛管三者通过卡套式三通管接头连接。以使注气筛管整体形成可拆卸的多件组合结构，方便加工和重复利用，降低模拟试验成本。
优选的，所述生产筛管和注气筛管的筛孔均通过在管体上割缝形成。相对钻孔方式加工筛孔而言，加工效率更高，加工成本更低。
进一步优选的，所述割缝由纵向割缝和周向割缝组成。以形成网状分布结构，提高储层加热的均匀性。
进一步，所述生产筛管和注气筛管均采用不锈钢管制成。以利用不锈钢管的耐腐蚀特性，延长使用寿命，以便用于构建试样时重复利用，降低试验成本。
优选的，所述注气筛管内的长短和短管均通过焊接与注气主筛管固定连接。以确保连接牢固，且加工简单，降低制造成本。
优选的，所述模拟地层由下至上的底层、含夹层的油砂储层和盖层组成；所述生产筛管和注气筛管均埋设在含夹层的油砂储层中，生产筛管靠近底层，注气筛管位于生产筛管上方，且注气分支筛管朝向盖层方向延伸。以形成与储层实际构造相同的地质结构，确保试验结果与生产实际相吻合的试验目的要求；其中，注气分支筛管可竖直向上延伸，也可倾斜向上延伸。竖直向上延伸是指在过注气主筛管轴线的竖直平面按垂直于注气主筛管轴线的方向向上延伸；倾斜向上延伸，包括一种倾斜角度和两个倾斜角度的两种，一种倾斜角度是指与过注气主筛管轴线的竖直平面为对称平面向左右两侧倾斜；两个倾斜角度除与过注气主筛管轴线的竖直平面为对称平面向左右两侧倾斜外，还在该竖直平面内与注气主筛管轴线成一定夹角的倾斜。呈左右倾斜时，相邻注气分支筛管沿注气主筛管纵向依次交错；同一注气筛管的注气分支筛管也可采用倾斜和竖直的混合设置方式。实际生产时，需要施工装设注气分支筛管的倾斜井，分别通过竖直井和倾斜井设置注气分支筛管，在注气主筛管安装后，从竖直井或倾斜井下对应注气分支筛管，注气分支筛管通过主管上的卡套式三通接口与主管连接。
优选的，所述底层、夹层和盖层采用包括河沙、水泥和石膏的相似材料模拟；所述油砂储层中的含油砂层由原始地层取出的油砂或稠油饱和的石英砂模拟。其中，相似材料的河沙、水泥和石膏为主要材料，还包括粘合剂，以及根据岩芯性质需要强化某种特性的其他材料，以获得更加接近真实岩心的模拟试样；岩芯性质确定：在底层、夹层和盖层材料模拟前，需要在现场钻井过程中取出相应岩芯，采用单轴压缩试验测试夹层、盖层和底层三种地层岩芯的抗压强度、弹性模量和泊松比；采用三轴压缩试验测试三种地层岩芯的三轴抗压强度和剪胀性；采用巴西劈裂试验测试三种地层岩芯的抗拉强度。而含油砂层由原始地层取出的油砂模拟，不仅模拟真实，还可节省材料分析与配比环节，能够显著提高效率和降低成本。
优选的，所述箱体呈长方体结构；所述生产筛管和注气主筛管沿箱体长度方向设置；箱体端部设有用于长管和短管穿出的通孔，且短管穿出箱体的管段上设有针阀。以真实模拟实际生产情况的双水平井，并利用针阀进行扩容和蒸汽循环过程的憋压和冷凝水排放。
优选的，所述模拟地层与箱体内壁之间设有隔热棉和锡箔纸。以防止高温蒸汽加热试件箱体，烫伤试验人员，确保安全。
本发明的益效果是：通过在注气井的原注气筛管上增设分支筛管，以增大油层裸露面积、扩大蒸汽加热范围，提高单井产量和采收率，减少油田开发所需井数，为研究稠油藏或超稠油藏开采技术提供新的试验手段。本发明的试样既可用于SAGD技术的模拟试验，也可用于FUSE技术的模拟试验，并为FUSE技术的发展方向提供思路。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的前端结构示意图。
图3为本发明的前端圆孔布置结构示意图。
图4为本发明的结构示意俯视图。
图5为本发明中注气筛管的结构示意图。
图6为应用本发明的试样进行FUSE技术的模拟试验后形成裂缝网分布示意图。
图中附图标记与部件名称对应关系为：竖直压头1、第一水平压头2、竖直加载板3、隔热棉和锡箔纸4、模拟盖层5、温度传感器6、模拟夹层7、模拟油砂储层8、模拟底层9、生产筛管10、生产长管11、注汽长管12、生产短管13、注汽短管14、注汽筛管15、卡套式三通接头16、分支筛管17、箱盖18、第一水平加载板19、第二水平压头20、第二水平加载板21、裂缝22。
具体实施方式
下面结合附图对本发明型作进一步的说明，实施例是示例性的，仅用于揭示和解释本发明型，以便充分理解本发明型，但并不因此将本发明型限制在所述的实施例范围之内。
参见图1、图2、图3、图4、图5，一种稠油藏开采试验用模拟试样，包括通过试验箱设置并通过箱盖18封闭的模拟地层，以及由生产井和注气井构成双水平井；生产井和注气井分别包括生产筛管10和注气筛管，生产筛管10内设有生产长管11和生产短管13，注气筛管内均设有注汽长管12和注汽短管14；所述注气筛管包括用于设置注汽长管12和注汽短管14管的注气主筛管15，沿所述注气主筛管15长度方向分布有多个注气分支筛管17，注气主筛管15与多个注气分支筛管17形成鱼骨型结构。其中，注气主筛管15呈多段结构，注气主筛管15的相临段之间设有一所述注气分支筛管17，两个相临段与对应注气分支筛管17三者通过卡套式三通管接头16连接。
其中，所述生产筛管10和注气筛管均采用不锈钢管制成，且二者上的筛孔均通过在管体上割缝形成。生产筛管10、注气主筛管15和注气分支筛管17均为不锈钢管，不锈钢管均形成有割缝，这些割缝由纵向割缝和周向割缝组成。且生产筛管10和注气主筛管15两端均封闭，注气分支筛管17的自由端封闭。
其中，注气筛管的注气主筛管15内的注汽长管12和注汽短管14也采用不锈钢管；二者均通过焊接与注气主筛管15固定连接。同样，生产筛管10内设有生产长管11和生产短管13也采用不锈钢管；二者均通过焊接与生产筛管10固定连接。且注气主筛管15与生产短管13所采用的不锈钢管规格相同，长度基本相等或相等。
其中，模拟地层由下至上的模拟底层9、含模拟夹层7的模拟油砂储层8和模拟盖层5组成；所述生产筛管10和注气筛管均埋设在含模拟夹层7的模拟油砂储层8中，生产筛管10靠近模拟底层9，注气筛管位于生产筛管10上方，且注气分支筛管17朝向模拟盖层5方向延伸，并穿过模拟夹层7。其中，注气分支筛管17倾斜向上延伸，该倾斜向上延伸包括两个倾斜角度，一个倾斜角度是与过注气主筛管轴线的竖直平面为对称平面向左右两侧倾斜；除此之外，还包括在该竖直平面内与注气主筛管轴线呈一定夹角的倾斜；呈左右倾斜的相邻注气分支筛管17沿注气主筛管15纵向依次交错。而模拟底层9、模拟夹层7和模拟盖层5采用包括河沙、水泥和石膏的相似材料模拟；模拟油砂储层8中的含油砂层由原始地层取出的油砂或稠油饱和的石英砂模拟。其中，相似材料的河沙、水泥和石膏为主要材料，还包括粘合剂，以及根据岩芯性质需要强化某种特性的其他材料，以获得更加接近真实岩心的模拟试样；岩芯性质确定：在模拟底层9、模拟夹层7和模拟盖层5材料模拟前，需要在现场钻井过程中取出相应岩芯，采用单轴压缩试验测试夹层、盖层和底层三种地层岩芯的抗压强度、弹性模量和泊松比；采用三轴压缩试验测试三种地层岩芯的三轴抗压强度和剪胀性；采用巴西劈裂试验测试三种地层岩芯的抗拉强度。
其中，试验箱的箱体呈长方体结构；所述生产筛管10和注气主筛管的注气主筛管15均沿箱体长度方向设置；箱体的一端部设有分别用于注汽长管12和注汽短管14，以及生产长管11和生产短管13穿出的通孔，且注汽短管14和短管13穿出箱体的管段上设有针阀；生产长管11和注汽长管12里端接近生产筛管10和注气主筛管15的里端管底。模拟地层与箱体内壁之间设有隔热棉和锡箔纸4，相当于模拟地层被隔热棉和锡箔纸4包裹。箱体另一端设有穿过对应箱壁的第一水平压头2，第一水平压头2通过第一水平加载板19向模拟地层施加第一水平载荷；箱体的一侧壁上设有穿过对应箱壁的第二水平压头20，第二水平压头20通过第二水平加载板21向模拟地层施加第二水平载荷；箱盖18上设有穿过箱盖18的竖直压头1，竖直压头1通过竖直加载板3向模拟地层施加垂直载荷。为使载荷沿试样长度方向分布均匀，竖直压头1和第二水平压头20均应设置多个，并均匀分布；本实施例中均为4个。
模拟油砂储层8内分布有多个温度传感器6，用检测试验阶段的温度情况，箱体的一个侧面具有供各类传感器线缆穿设的多个通道。
本实施例中的注气分支筛管17，也可采用在过注气主筛管15的竖直平面内与注气主筛管15轴线成一定夹角倾斜而向上延伸；或者，垂直向上延伸。此时，多个注气分支筛管17的轴线均位于同一平面内。
参见图6，利用本试样，进行FUSE技术的模拟试验的水力扩容后，在模拟油砂储层8与注气筛管接触的区域形成有网状结构的裂隙22。
经试验验证，本发明的试样相对于现有技术的仅设置注气主筛管的试样，在进行FUSE技术模拟过程中，可明显缩短水力扩容和蒸汽循环时间，也可适当降低水力扩容的流体压力，为FUSE技术的进一步发展，提供了有益的思路。
本发明用于SAGD技术的模拟试验时，可缩短蒸汽循环时间，其具有显著的经济价值。
以上详细描述了本发明型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种稠油藏开采试验用模拟试样，包括通过试验箱设置的模拟地层，以及由生产井和注气井构成双水平井；生产井和注气井分别包括生产筛管和注气筛管，生产筛管和注气筛管内均设有长管和短管；其特征在于，所述注气筛管包括用于设置长管和短管的注气主筛管，沿所述注气主筛管长度方向分布有多个注气分支筛管，注气主筛管与多个注气分支筛管形成鱼骨型结构。
2.根据权利要求1所述的模拟试样，其特征在于，所述注气主筛管呈多段结构，注气主筛管的相临段之间设有一所述注气分支筛管，两个相临段与对应注气分支筛管三者通过卡套式三通管接头连接。
3.根据权利要求1所述的模拟试样，其特征在于，所述生产筛管和注气筛管的筛孔均通过在管体上割缝形成。
4.根据权利要求3所述的模拟试样，其特征在于，所述割缝由纵向割缝和周向割缝组成。
5.根据权利要求1所述的模拟试样，其特征在于，所述生产筛管和注气筛管均采用不锈钢管制成。
6.根据权利要求1所述的模拟试样，其特征在于，所述注气筛管内的长短和短管均通过焊接与注气主筛管固定连接。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的模拟试样，其特征在于，所述模拟地层由下至上的底层、含夹层的油砂储层和盖层组成；所述生产筛管和注气筛管均埋设在含夹层的油砂储层中，生产筛管靠近底层，注气筛管位于生产筛管上方，且注气分支筛管朝向盖层方向延伸。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的模拟试样，其特征在于，所述底层、夹层和盖层采用包括河沙、水泥和石膏的相似材料模拟；所述油砂储层中的含油砂层由原始地层取出的油砂或稠油饱和的石英砂模拟。
9.根据权利要求1～6中任意一项所述的模拟试样，其特征在于，所述箱体呈长方体结构；所述生产筛管和注气主筛管沿箱体长度方向设置；箱体端部设有用于长管和短管穿出的通孔，且短管穿出箱体的管段上设有针阀。
10.根据权利要求1～6中任意一项所述的模拟试样，其特征在于，所述模拟地层与箱体内壁之间设有隔热棉和锡箔纸。
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