CN111364959B - 一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置及模拟方法。模拟装置包括油管、套管、套管堵头、井口机构以及排水管，油管为中空结构且油管的管壁透明，油管的一端位于套管内，油管的另一端与井口机构连接；套管的管壁透明，位于套管内的油管与套管之间形成有环空，套管在具有开口的一端管壁上开设有环空注入口，套管的所述另一端端部管壁上开设有进液口和进气口；套管堵头设置在所述开口内；所述井口机构包括相对设置的第一开口和第二开口，以及与第一开口的开口方向垂直的第三开口，所述第一开口与油管所述的另一端连接；出水管设置在油管和套管的外侧。本发明的模拟装置和方法能够对泡沫排水采气工艺进行优化。

Description

一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，更具体地讲，涉及一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置及模拟方法。

背景技术

泡沫排水采气工艺技术是通过地面设备向井内注入泡排剂，并通过产生的泡沫将井筒内液体带出，实现气井正常生产。该工艺是目前应用于气田最为广泛，成本最低的排水采气工艺，而加注工艺主要通过投药筒、平衡罐、柱塞泵等工艺方式，而所加注的泡排剂都是从油管或者油套环空进入。

该工艺看似简单，但是不同的气井产液量、产气量差别较大，泡排剂的加注方式、加注时机不同对排水采气工艺效果影响较大。在目前国内大部分有水气藏而言，要实现气井携液生产，需要从药剂、工艺方式等方面进行优化，需要考虑从油管投棒、油套环空注剂或者油管注剂方式等哪种方式更利于泡沫携液，还需要考虑加注过程与开关井时间关系，特别是气井停产后，要通过泡排工艺复产时候还要掌握注剂、投棒与开井时间的关系，因此通过室内模拟入手，以达到工艺最优化，最终实现气井精细化的泡沫排水采气。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够较为准确模拟泡排工艺的模拟实验方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，所述装置可以包括油管、套管、套管堵头、井口机构以及排水管，其中，所述油管为中空结构且油管的管壁透明，所述油管的一端位于所述套管内，所述油管的另一端与所述井口机构连接；所述套管具有一端开口，另一端封闭的中空结构，所述套管的管壁透明，位于所述套管内的油管与所述套管之间形成有环空，所述套管在具有开口的一端管壁上开设有环空注入口，套管的所述另一端端部管壁上开设有进液口和进气口；所述套管堵头设置在所述套管的开口内，用于封堵所述环空；所述井口机构包括相对设置的第一开口和第二开口，以及与第一开口的开口方向垂直的第三开口，所述第一开口与油管所述的另一端连接，所述第二开口和第三开口均为开合式开口；所述出水管设置在油管和套管的外侧，所述出水管的一端与井口机构连通，另一端设置有排液口。

本发明的另一方面提供了一种泡沫排水采气模拟方法，所述模拟方法可以使用以上所述的泡沫排水采气装置进行模拟，所述模拟方法可以包括模拟开井状态和关井状态的泡沫排水采气过程，其中，模拟开井状态的泡沫排水采气过程包括：打开第三开口，分别通过所述进气口和进液口持续注入气体和液体，打开第二开口，从所述环空注入口注入预定计量泡排剂，观察泡排剂在环空中的流动情况，记录所述泡排剂达到环空内液面时间并记录所述泡排剂在油管内的起泡高度以及预定时间内从排液口排出的携液量；从所述环空注入口注入清水，对油管和套管进行清洁；改变环空注入口注入的泡排剂浓度，重复所述从所述环空注入口注入预定计量泡排剂至对油管和套管进行清洁的过程，记录不同浓度下的排液口排出携液量，观察不同浓度下泡排剂的携液量效果；模拟关井状态的泡沫排水采气过程包括：停止进气口的气体注入，关闭第二开口，从所述环空注入口注入预定计量的泡排剂，观察泡排剂在环空中的流动情况并记录泡排剂达到环空内液面时间；当所述泡排剂与装置内液体混合后，从进气口注入气体，打开第三开口，观察在装置底部的泡排剂起泡情况及油管内泡沫携液情况，记录不同时间下从排液口排出的携液量；停止从所述进气口注入气体，关闭第二开口，从油管注入泡排剂，观察泡排剂在油管内的流动情况，记录泡排剂达到油管内液面的高度以及观察油管内的起泡情况；调整泡排剂加入浓度，重复所述打开第三开口，分别通过所述进气口和进液口持续注入气体和液体步骤至所述观察泡排剂在油管内的流动情况，记录泡排剂达到油管内液面的高度以及观察油管内的起泡情况步骤，分别记录从排液口排除的携液量，观察不用浓度下的泡排剂携液效果；关闭第三开口，打开第二开口并从第二开口投入泡排棒，观察泡排棒下落到油管底部的反应，然后打开第三开口，观察开井时机及泡排棒起泡效果，并记录排液口排出携液量，观察携液效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明的模拟装置和方法能够得到加入泡沫剂、泡排棒的携液效果，能够使泡沫排水采气工艺具有更合理的加注方式、开井时机，能够优化泡沫排水采气工艺；

(2)本发明的模拟方法和模拟装置能够模拟全井条件下气井的泡沫排水采气工艺，模拟接近实际泡沫排水采气过程。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明一个示例性实施例的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置示意图。

附图标记说明：

1-油管，2-套管，3-套管堵头，4-井口机构，5-排水管，6-环空注入口，7-转接盘，8-油管转接，9-底座，10-固定支架，2a-进液口，2b-进气口，4a-第一开口，4b-第二开口，4c-第三开口。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置及模拟方法。

图1示出了本发明一个示例性实施例的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置。其中，图1(a)为模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置正视图，图(b)为模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置剖视图。

本发明的一方面提供了一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置。在本发明的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置的一个示例性实施例中，如图1所示，所示装置可以包括油管1、套管2、套管堵头3、井口机构4以及排水管5。其中，

所示油管1和套管2可以竖直设置在地面上。所示油管1具有中空结构，两端开口。所示套管2具有一端开口，另一端封闭的中空结构。所示油管1的一端通过所述套管2的开口位于所示套管2内。所述油管1的另一端与所述井口机构4连接。为了便于观察所述油管1和套管2内注入泡排剂和泡排棒的变化及流动情况，所述油管1和套管2的管壁可以设置为透明。由于油管1的一段位于所示套管2中，所述位于套管2中的油管外壁与套管的内壁之间形成有环空。在所述套管2的管壁上开设有环空注入口6。如图1(a)所示，所述环空注入口6可以开设在所述套管2的开口处管壁上。所述泡排剂能够通过所述环空注入口6加入所述环空中。在所述套管2的底部开设有进液口2a和进气口2b，能够分别向所述油管和套管内注入液体和气体。

所述套管堵头3可以设置在所述套管2的开口内。所述套管堵头3与所述套管开口适配。所述套管堵头3能够防止所述环空内的液体和气体从开口流出。

所述井口机构4可以设置在所述油管1的上端。所述井口机构4可以设置为类三通的结构。所述井口机构4可以包括相对设置的第一开口4a、第二开口4b，以及与第一开口的开口方向垂直的第三开口4c。所述第一开口4a与所述油管1的上端连接。所述第二开口4b以及第三开口4c均能够打开或关闭。

所述出水管5沿油管和套管的轴向方向设置在套管的外侧。所述出水管5的一端与井口机构相通，另一端设置为排液口。

在本实施例中，所述装置还可以包括转接盘7、油管转接8以及固定支架10。所述油管可以由多根相互连通的子油管构成。所述套管可以由多根相互连通的子套管构成。所述转接盘7可以设置在两根子套管的连接处，用于连接子套管并能够与固定套管的固定支架10连接，以便于套管的固定。所述油管转接设置在相邻两根子油管之间，用于连接相邻两根子油管。

在本实施例中，所述装置还可以包括底座9，所述底座9设置在所述套管的下端，便于装置的安装固定。

在本实施例中，所述装置还可以包括油管直通11。油管直通11可以设置在相邻两根油管之间用于连接油管并保持固定。

在本实施例中，所述装置还可以包括与第二开口适配的第二开闭阀、与第三开口相适配的第三开闭阀、与所述进液口相适配的进液阀以及与所述进气口相适配的进气阀。所述第二开闭阀、第三开闭阀、进液阀和进气阀均能对其对应的开口进行开闭。

在本实施例中，所述装置还可以包括投棒器。所述投棒器可以与所述第二开口连接，用于向所述油管中注入泡排棒。

在本实施例中，所述装置还可以包括油套管活接。所述油套管活接可以设置在所述套管的开口处，用于连接所述油管和套管。

在本实施例中，所述装置还可以包括气体流量计和液体流量计。所述气体流量计可以计量从所述进气口注入的气体流量。所述液体流量计可以计量从所述进液口注入的液体流量。

在本实施例中，所述装置还可以包括压力表。所述压力表能够对注入套管内的液体压力进行测试以防止注入压力过大而损坏油管。

在本实施例中，所述装置还可以包括计量筒。所述计量筒可以用于计量从所述排水管排除的液体流量。

在本实施例中，所述装置还可以包括拍照录像装置。所述拍张录像装置可以用于对整个模拟过程进行记录。

在本实施例中，所述油管和套管的材质可以为透明的PVC材质。

在本实施例中，所述装置的总高可以为12米～30米之间。套管的高度可以在5米以上，油管的高度可以在10米以上。例如，本发明装置的高度可以为18米，套管的高度可以为6米，油管的高度可以为12米。所述油管和套管的直径可以根据实际模拟量进行调整。例如，套管可以使用PVC透明材料，内径可以设置为100毫米，外径可以设置为110毫米。油管可以使用PVC透明材料，内径可以设置为62毫米，外径可以设置为73毫米。

在本实施例中，所述油管和套管的外壁上均可以设置有刻度，便于观察泡排剂和泡排棒的起泡高度及流动形态。

本发明的另一方面提供了一种泡沫排水采气模拟方法。所述模拟方法可以利用如上所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置进行模拟。所述模拟方法模拟的泡排剂可以从油管和环空注入，泡排棒可以通过油管投入，保持油管和环空内具有一定的液面高度和气量。在本发明的泡沫排水模拟方法的一个示例性实施例中，所述模拟方法可以模拟井筒的开井状态和闭井状态的泡沫排水采气过程。所述开井状态可以是指所述装置的第三开口处于打开状态并持续性的分别从进液口和进气口注入液体和气体，所述关井状态是指所述装置的第三开口处于关闭状态，间歇性的注入液体和气体。所述液体(水)和气体可以按照不同的气液比注入所述装置内。这里的气液比可以根据实际模拟的气井现场进行确定。具体地，所述模拟方法可以包括：

在开井状态下可以包括：

A、保持持续注入气体和液体，打开第二开口，从所述环空注入口内注入一定量的泡排剂，观察泡排剂在环空内的流动情况，记录泡排剂达到液面的时间，并记录泡排剂在油管内的起泡高度和携液效果以及记录出水管在预定时间段内的出水量(携液量)；上述泡排剂的加入量可以根据实际需要模拟现场的气油比、加入的泡排剂的性能进行确定。

B、从所述环空注入口注入清水，对油管和套管进行清洁；

C、改变从环空注入口注入的泡排剂浓度，重复步骤A和B，记录不同浓度下的排液口排出携液量，观察不同浓度下泡排剂的携液量效果。

在关井状态下，模拟油管及环空的泡排剂注入，可以包括：

S01，停止注入气体，关闭第二开口，从环空注入口注入预定计量的泡排剂，观察泡排剂在环空内的流动情况及达到环空内液面位置的时间；

S02，在泡排剂与液体混合后，注入气体，打开第三开口，观察底部泡排剂的起泡情况以及油管内泡沫的携液情况，记录在不同时间下的排水管排除的液体量(携液量)；

S03，停止注入气体，关闭第二开口，从油管注入泡排剂，观察泡排剂在油管流动情况以及达到油管液面的时间、起泡情况；

S04，调整加入的泡排剂浓度，重复步骤S01～S03，观察不同浓度下的泡排剂携液效果。

在关井状态下，模拟泡排棒加入，具体地，

在关井状态下，关闭第三开口，打开第二开口向所述油管内投入泡排棒，观察泡排棒下落到油管底部的反应，然后打开第三开口，观察开井时机及泡排剂起泡、携液效果。对于开井时机表示在泡排棒下落后，等待多久开井合适的时间。开井太快可能泡排棒还没有反应，开井太晚了产生的泡沫可能又破裂了达不到携液效果，所以开井时机需要确定合适的开井时机。

在本实施例中，所述模拟方法还可以包括利用拍照录像设备对开井状态模拟过程和关井状态模拟过程进行全程录像，并对重要现象进行拍照。例如，可以利用无人机进行拍照录像。

在本实施例中，可以在开井模拟完成后，从所述环空注入口中注入清水对油管和套管壁进行清洗。

以上，根据上述模拟方法可以模拟泡排剂和泡排棒的加入，能够根据在开井状态和关井状态下，分别对比油管投棒、油套环空注剂和油管注剂方式的携液效果，确定合适的加入方式。根据泡排棒的在油管内的反应情况确定合适的开井时机，能够优化泡沫排水采气工艺。

例如，按照现场气田某气井连续生产日产气量为0.5万方，日产水1方，水气比为2方/万方。模拟开井状态下，从环空加入5L泡排剂，泡排剂浓度5％，可以看到泡排剂沿着套管壁下落速度快，大约2分钟达到油管底部。当泡排剂与套管内液体混合后，迅速起泡，出现泡沫携液现象，并将液体带出套筒进入计量桶。但在关井状态下从环空注入相同的起泡剂时，下落速度较慢，大约15分钟到达井底，开井后又出现上述现象。通过模拟可以看出开井或关井状态下，从环空注入液体下落速度差异大，因而在井底起泡时间不同，说明在现场作业时，关井状态下注入起泡剂后不能迅速开井，需待泡排剂与液体混合充分后才能实现泡沫排水采气效果。

另外，在关井状态下投入泡排棒后，并没有马上出现泡沫，迅速开井时也没有出现泡沫，在9分钟左右后开井(注入气体)才出现泡沫携液现场。说明泡排棒不同于液体泡排剂能迅速与液体混合产生泡沫，需要考虑泡排棒溶解速度才能发挥泡排棒作用。同时，当气量降低后，井筒内泡沫不连续，液体存在滑脱现场，又重新流到井底了，说明当气井产气量降低，水气比增加后，泡沫排水采气工艺不能实现排水采气效果。

综上所述，本发明的模拟装置和方法能够模拟全井筒条件下气井的泡沫排水采气工艺，能够模拟实际泡排工艺的各种注入方式，同时结合拍照录像实现对井筒内药剂的流动、注入变化、起泡后的流体流态进行观察，根据本发明的模拟方法能够得到泡沫剂、泡排棒的携液效果和泡沫排水采气工艺的合理加注方式、开井时机，能够优化泡排工艺方式。尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述装置包括油管、套管、套管堵头、井口机构以及排水管，其中，

所述油管为中空结构且油管的管壁透明，所述油管的一端位于所述套管内，所述油管的另一端与所述井口机构连接；

所述套管具有一端开口，另一端封闭的中空结构，所述套管的管壁透明，位于所述套管内的油管与所述套管之间形成有环空，所述套管在具有开口的一端管壁上开设有环空注入口，套管的所述另一端端部管壁上开设有进液口和进气口；

所述套管堵头设置在所述套管的开口内，用于封堵所述环空；

所述井口机构包括相对设置的第一开口和第二开口，以及与第一开口的开口方向垂直的第三开口，所述第二开口与油管所述的另一端连接，所述第二开口和第三开口均为开合式开口，所述装置还包括与所述第二开口适配的第二开闭阀，与所述第三开口适配的第三开闭阀，所述第二开闭阀对其对应的第二开口进行打开或关闭，所述第三开闭阀对其对应的第三开口进行打开或关闭，泡排棒能够在打开第二开口的情况下投入所述油管内；

所述排水管设置在油管和套管的外侧，所述排水管的一端与井口机构连通，另一端设置有排液口。

2.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述装置还包括投棒器，所述投棒器与所述第二开口连接，用于向所述油管内投入泡排棒。

3.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述装置还包括与所述环空注入口适配的环空注入阀、与所述进液口适配的进液阀、以及与所述进气口适配的进气阀。

4.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述套管的高度在5米以上，所述油管的高度在10米以上，所述油管和套管的外壁均设置有刻度。

5.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述装置还包括气体流量计、液体流量计以及计量筒，所述气体流量计用于计量从所述进气口进入的气体量，所述液体流量计用于计量从所述进液口进入的液体量，所述计量筒用于计量所述排液口排出的液体量。

6.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述装置还包括记录装置，所述记录装置用于对泡沫排水采气过程进行拍照录像。

7.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述套管由多根相互连通的子套管构成，所述装置还包括转接盘和固定支架，所述转接盘设置于相邻两根子套管之间并与所述固定支架连接。

8.根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置，其特征在于，所述油管由多根相互连通的子油管构成，所述装置还包括油管直通和/或油管转接，用于连接相邻两根子油管。

9.一种根据权利要求1所述的模拟井筒注剂与投棒的泡沫排水采气装置的泡沫排水采气模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括模拟开井状态和关井状态的泡沫排水采气过程，其中，所述开井状态是指所述装置的第三开口处于打开状态并持续性的分别从进液口和进气口注入液体和气体，所述关井状态是指所述装置的第三开口处于关闭状态，间歇性的注入液体和气体；

模拟开井状态的泡沫排水采气过程包括：

打开第三开口，分别通过所述进气口和进液口持续注入气体和液体，打开第二开口，从所述环空注入口注入预定计量泡排剂，观察泡排剂在环空中的流动情况，记录所述泡排剂达到环空内液面时间并记录所述泡排剂在油管内的起泡高度以及预定时间内从排液口排出的携液量；

从所述环空注入口注入清水，对油管和套管进行清洁；

改变环空注入口注入的泡排剂浓度，重复所述从所述环空注入口注入预定计量泡排剂至对油管和套管进行清洁的过程，记录不同浓度下的排液口排出携液量，观察不同浓度下泡排剂的携液量效果；

模拟关井状态的泡沫排水采气过程包括：

停止进气口的气体注入，关闭第二开口，从所述环空注入口注入预定计量的泡排剂，观察泡排剂在环空中的流动情况并记录泡排剂达到环空内液面时间；

当所述泡排剂与装置内液体混合后，从进气口注入气体，打开第二开口和第三开口，观察在装置底部的泡排剂起泡情况及油管内泡沫携液情况，记录不同时间下从排液口排出的携液量；

停止从所述进气口注入气体，关闭第三开口，从油管注入泡排剂，观察泡排剂在油管内的流动情况，记录泡排剂达到油管内液面的高度以及观察油管内的起泡情况；

调整泡排剂加入浓度，重复停止进气口的气体注入，关闭第二开口，从所述环空注入口注入预定计量的泡排剂，至所述观察泡排剂在油管内的流动情况，记录泡排剂达到油管内液面的高度以及观察油管内的起泡情况步骤，分别记录从排液口排除的携液量，观察不用浓度下的泡排剂携液效果；

关闭第三开口，打开第二开口并从第二开口投入泡排棒，观察泡排棒下落到油管底部的反应，然后打开第三开口，观察开井时机及泡排棒起泡效果，并记录排液口排出携液量，观察携液效果。

10.根据权利要求9所述的泡沫排水采气模拟方法，其特征在于，对所述开井状态泡沫排水采气过程以及关井状态泡沫排水采气过程进行模拟还包括对其模拟过程进行拍照录像。

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