CN112504919A - 测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测试油藏条件下气体‑蒸汽渗流传热的实验装置及方法，属于油气田开发工程技术领域。所述装置包括恒温箱、一维填砂模型、回压阀、蒸汽发生器、平流泵、气体流量计、高压气瓶、数据采集仪箱、驱替气液收集装置，平流泵通过管路与蒸汽发生器相连；蒸汽发生器、高压气瓶分别通过管路与一维填砂模型的进口相连；驱替气液收集装置通过管路与一维填砂模型的出口相连；数据采集仪箱通过线路与一维填砂模型上的传感器相连。本发明实验装置的测量方法为通过填砂管上三个监测点的温度以及压力的变化情况，探究气体在辅助蒸汽驱中的作用以及气体‑蒸汽渗流传热规律，具有模拟实际油藏条件真实、实验数据可靠的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置及方法，属于油气田开发工程技术领域。
技术背景
稠油是一种解决能源危机的低品位石油资源，稠油开采属于世界性难题，蒸汽吞吐尤其适用于地质条件复杂的稠油油藏，但目前稠油油藏经高轮次蒸汽吞吐后存在油藏压力降低、储层动用不均匀、汽窜等问题，气体辅助蒸汽能解决吞吐后期出现的此类问题。现阶段主要有氮气、CO2、烟道气等气体辅助蒸汽吞吐技术为后续技术储备及创新提供参考。
在常规蒸汽吞吐、SAGD等开发方式在开发过程中，随着生产开发的进行，汽腔热量散失逐渐增多，蒸汽热利用率逐渐降低。考虑到热量散失以及蒸汽热量利用率低问题，气体辅助蒸汽吞吐及气体辅助SAGD技术得到应用，改善了油藏开发效果。稠油油藏注蒸汽开发过程中加入非凝析气体具有较好的开发效果，能够起到扩大蒸汽波及范围，减少热损失，提高热量利用率的作用，表明非凝析气体的加入对蒸汽传热作用具有强化作用。气体辅助蒸汽驱能够解决常规蒸汽吞吐、SAGD等开发方式在超稠油油藏开后期所面临的诸多矛盾，为超稠油的开发提供有效的创新技术。但是气体辅助蒸汽驱油渗流传热规律与机理尚不明确。
发明内容
为了探究气体-蒸汽渗流传热规律与机理，本发明提供一种测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置及方法。
本发明采用的技术方案如下。
一种测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，包括恒温箱、一维填砂模型、回压阀、蒸汽发生器、平流泵、气体流量计、高压气瓶、若干数据采集仪箱、驱替气液收集装置。
所述一维填砂模型安装在恒温箱内；所述一维填砂模型包括承压筒；承压筒的径向内周表面上均匀敷设有隔热层；隔热层的内腔的前、后两侧各设有滤网；承压筒的内腔的前后两端各设有可密封承压筒的内腔的堵头，承压筒的前后两端各设有将堵头固定在其上的压阀；两堵头的一堵头上设有进口，另一堵头上设有出口；两堵头共设有至少三个传感器，传感器中至少有一个传感器的探头位于隔热层的内腔的前端，至少有一个传感器的探头位于隔热层的内腔的后端，至少有一传感器的探头位于隔热层的内腔的中部。
数据采集仪箱的数量与传感器的数量相同，各传感器分别通过线路与一数据采集仪箱相连。
平流泵通过管路与蒸汽发生器相连；蒸汽发生器通过管路与一维填砂模型的进口相连且所述管路上设有第一控制阀门；高压气瓶通过管路与一维填砂模型的进口相连且所述管路上设有气体流量计、第二控制控制阀门；驱替气液收集装置通过管路与一维填砂模型的出口相连且所述管路上设有回压阀。
作为优选技术方案，所述传感器为温度传感器或温度压力传感器。
作为优选技术方案，一维填砂模型的长度为60cm，传感器的探头分别位于隔热层的内腔的距离进口5cm、30cm和55cm的位置处。
作为优选技术方案，所述实验装置还包括两夹板，各滤网安装在一夹板上，两夹板分别通过堵头固定在隔热层的两端。
作为优选技术方案，蒸汽发生器的蒸汽最高温度为350℃，最大流量60mL/min；气体流量计的精度不小于0.1sccm。
作为优选技术方案，各数据采集仪箱通过线路与电脑相连。
作为优选技术方案，蒸汽发生器与平流泵之间的管路上设有第三控制阀门。
利用上述测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置进行实验的方法，包括下列步骤：
步骤1：一维填砂模型准备
准备填砂管并检查填砂管的密封性；向填砂管内装入砂形成填砂岩心管；向一维填砂管模型的隔热层的内腔里装入填砂岩心管，向填砂岩心管内注水使填砂岩心管达到饱和状态；对填砂岩心管进行抽真空，计算填砂岩心管的渗透率；由填砂管湿重、填砂管重量和砂重计算填砂岩心管的孔隙度，其中填砂管湿重为注入水的重量、装入砂的重量、填砂管的重量之和。
步骤2：模拟地层条件
将一维填砂模型放入恒温箱内放置一段时间；根据要模拟的地层的压力，通过回压阀设定回压，根据要模拟的地层的温度设定恒温箱温度，使一维填砂模型的承压筒内的温度、压力达到模拟地层温度、压力。
步骤3：气体注入
通过蒸汽发生器对一维填砂模型内的一维填砂模型进行蒸汽驱替，或者，通过蒸汽发生器、高压气瓶对一维填砂模型内的一维填砂模型进行蒸汽加气体驱替。
驱替过程中，通过数据采集仪箱得到各测试点的测试数据，描绘出不同气体、不同注入比例下填砂岩心管的测试数据的测试曲线。
作为优选技术方案，步骤1中，抽真空的时间不小于4h。
作为优选技术方案，步骤1中，所述向填砂管内装入砂是指向填砂管内装入石英砂。
作为优选技术方案，在步骤2中，放置的时间不小于4h。
本发明的有益效果是：能够满足不同温度、压力下不同介质传热规律的测试，实际模拟油藏条件。也能够满足蒸汽(+气体)不同注入方式、不同注入速度下不同介质传热规律研究。该装置可以通过温度压力数据采集箱采集数据，监测填砂管上三个监测点的温度变化以及压力的变化，可以反应岩心管内温度、压力的分布以及变化情况。
附图说明
图1是本发明测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置的结构示意图。
图2是一维填砂模型的结构示意图。
图3是实施例2的不同氮气注入比例下温度场分布对比结果图。
图4实施例2的不同氮气注入比例下温度场分布曲线对比图。
图5是实施例3的一个测温点温度随时间变化曲线图。
图6是实施例3的一个测温点温度随时间变化曲线图。
图7是实施例3的一个测温点温度随时间变化曲线图。
其中：恒温箱-1；一维填砂模型-2；承压筒-21；隔热层-22；滤网-23；堵头-24；压阀-25；进口-26；出口-27；传感器-28；传感器的探头-29；夹板-210；回压阀-3；蒸汽发生器-4；平流泵-5；气体流量计-6；高压气瓶-7；数据采集仪箱-8；驱替气液收集装置-9；电脑-10；第一控制阀门-11；第二控制控制阀门-12；第三控制阀门-13。
具体实施方式
下面结合一些实施例和说明书附图对本发明做详细说明，但是不限于此。
实施例1。如图1-2所示，一种测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，包括恒温箱1、一维填砂模型2、回压阀3、蒸汽发生器4、平流泵5、气体流量计6、高压气瓶7、三个数据采集仪箱8、驱替气液收集装置9。
一维填砂模型2安装在恒温箱1内；所述一维填砂模型2包括承压筒21；承压筒21的径向内周表面上均匀敷设有隔热层22；隔热层22的内腔的前、后两侧各设有滤网23；承压筒21的内腔的前后两端各设有可密封承压筒21的内腔的堵头24，承压筒21的前后两端各设有将堵头24固定在其上的压阀25；两堵头24的一堵头上设有进口26，另一堵头24上设有出口27；两堵头24共设有三个传感器28，传感器28中有一个传感器的探头29位于隔热层22的内腔的前端，一个传感器的探头29位于隔热层22的内腔的后端，一传感器的探头29位于隔热层22的内腔的中部。
各传感器28通过线路与一数据采集仪箱8相连。
平流泵5通过管路与蒸汽发生器4相连；蒸汽发生器4通过管路与一维填砂模型2的进口26相连且所述管路上设有第一控制阀门11；高压气瓶7通过管路与一维填砂模型2的进口26相连且所述管路上设有气体流量计6、第二控制控制阀门12；驱替气液收集装置9通过管路与一维填砂模型2的出口27相连且所述管路上设有回压阀3。
所述传感器28为温度传感器。
所述实验装置还包括两夹板210，各滤网安装在一夹板210上，两夹板210分别通过堵头固定在隔热层22的两端。
各数据采集仪箱8通过线路与电脑10相连。
蒸汽发生器4与平流泵5之间的管路上设有第三控制阀门13。
利用上述测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置进行实验的方法，包括下列步骤：
步骤1：一维填砂模型准备
准备填砂管并检查填砂管的密封性；向填砂管内装入砂形成填砂岩心管；向一维填砂管模型的隔热层22的内腔里装入填砂岩心管，向填砂岩心管内注水使填砂岩心管达到饱和状态；对填砂岩心管进行抽真空，计算填砂岩心管的渗透率；由填砂管湿重、填砂管重量和砂重计算填砂岩心管的孔隙度，其中填砂管湿重为注入水的重量、装入砂的重量、填砂管的重量之和。
(2)模拟地层条件
将一维填砂模型2放入恒温箱1内放置一段时间；根据要模拟的地层的压力，通过回压阀3设定回压，根据要模拟的地层的温度设定恒温箱1温度，使一维填砂模型的承压筒21内的温度、压力达到模拟地层温度、压力。
(3)气体注入
通过蒸汽发生器4对一维填砂模型2内的一维填砂模型2进行蒸汽驱替，或者，通过蒸汽发生器4、高压气瓶7对一维填砂模型2内的一维填砂模型2进行蒸汽加气体驱替。
驱替过程中，通过数据采集仪箱8得到各测试点的测试数据，描绘出不同气体、不同注入比例下填砂岩心管的测试数据的测试曲线。
步骤1中，抽真空的时间不小于4h。
步骤1中，所述向填砂管内装入砂是指向填砂管内装入石英砂。
在步骤2中，放置的时间不小于4h。
高压气瓶7为高压氮气高压气瓶。
实施例2。本实施例与实施例1的不同在于：一种测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，包括一维填砂管：60cm填砂管均匀分布3个测温点，3个测温点分别位于距离入口5cm、30cm和55cm的位置处；蒸汽发生器：蒸汽最高温度350℃，最大流量60mL/min；气体流量计:精度0.1sccm；温度精度0.1℃的温度传感器；ISCO平流泵、回压阀、恒温箱。
实施步骤如下：
(1)将一维填砂管模型装砂，检查一维填砂管模型密封性，将一维填砂管模型抽真空4h，向一维填砂岩心管内注水使一维填砂岩心管达到饱和状态，测量得一维填砂管模型渗透率，并由一维填砂管模型湿重(水+填砂管+石英砂)、填砂管重量和砂重计算岩心孔隙度；
(2)一维填砂模型根据实验要求，设定回压为常压，放入恒温烘箱内温度设定实验要求温度60℃，放置4h以上，使一维填砂管模型温度、压力达到模拟地层温度、压力；
(3)开展了不同氮气注入比例条件下蒸汽+氮气驱渗流传热实验，共四组，注入压力为常压，蒸汽注入速率保持1.5mL/min，氮气注入速率分别为0、5、20、50mL/min。通过数据采集箱得到岩心管三个测温点温度数据，描绘出不同氮气注入比例下填砂岩心管内温度场分布图(如图3所示)以及温度场分布曲线(如图4所示)。
本实施例测量方法通过一维填砂管模型上三个监测点的温度以及压力的变化情况，探究气体在辅助蒸汽驱中的作用以及气体-蒸汽渗流传热规律，具有模拟实际油藏条件真实、实验数据可靠的优点。
实施例3。本实施例与实施例2的不同在于：所述传感器28为温度压力传感器，可同时测量温度、压力。
实施步骤如下：
(1)将一维填砂管模型装砂，检查一维填砂管模型密封性，将一维填砂管模型抽真空4h，向一维填砂岩心管内注水使一维填砂岩心管达到饱和状态，测量得填砂管渗透率3300mD，并由一维填砂管模型湿重(水+填砂管+石英砂)、填砂管重量和砂重计算岩心孔隙度0.4；
(2)一维填砂模型根据实验要求，设定回压为常压，放入恒温烘箱内温度设定实验要求温度60℃，放置4h以上，使一维填砂管模型温度、压力达到模拟地层温度、压力；
(3)开展了不同驱替方式下渗流传热实验，驱替方式分别是蒸汽驱、氮气辅助蒸汽驱、蒸汽驱后氮气辅助蒸汽驱和氮气驱后蒸汽驱，保持蒸汽注入速率为1.5mL/min，氮气注入速率为50mL/min，注入压力为常压。通过数据采集箱得到岩心管三个测温点温度数据，绘制出不同注入方式下填砂岩心管内三个测温点温度随时间变化曲线(见附图5-7)。
本实施例通过向一维填砂岩心管内填入石英砂，确认密封性之后抽真空4h，饱和水，并由填砂管湿重(水+填砂管+石英砂)、填砂管重量和砂重计算岩心孔隙度。填砂模型根据实验要求，设定回压，放入烘箱内温度设定实验要求温度，恒温放置4h以上，使模型温度、压力达到恒定。设定合理的注入速度、注入温度和气水比等，进行蒸汽(+气体)驱替，驱替过程中，通过温度压力数据采集箱监测填砂管上三个监测点的温度变化和压力变化，通过绘制温度压力曲线对三个测温测压点的数据进行对比，分析岩心管内温度压力的变化。
以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：包括恒温箱、一维填砂模型、回压阀、蒸汽发生器、平流泵、气体流量计、高压气瓶、若干数据采集仪箱、驱替气液收集装置；
所述一维填砂模型安装在恒温箱内；所述一维填砂模型包括承压筒；承压筒的径向内周表面上均匀敷设有隔热层；隔热层的内腔的前、后两侧各设有滤网；承压筒的内腔的前后两端各设有可密封承压筒的内腔的堵头，承压筒的前后两端各设有将堵头固定在其上的压阀；两堵头的一堵头上设有进口，另一堵头上设有出口；两堵头共设有至少三个传感器，传感器中至少有一个传感器的探头位于隔热层的内腔的前端，至少有一个传感器的探头位于隔热层的内腔的后端，至少有一传感器的探头位于隔热层的内腔的中部；
数据采集仪箱的数量与传感器的数量相同，各传感器分别通过线路与一数据采集仪箱相连；
平流泵通过管路与蒸汽发生器相连；蒸汽发生器通过管路与一维填砂模型的进口相连且所述管路上设有第一控制阀门；高压气瓶通过管路与一维填砂模型的进口相连且所述管路上设有气体流量计、第二控制控制阀门；驱替气液收集装置通过管路与一维填砂模型的出口相连且所述管路上设有回压阀。
2.如权利要求1所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：所述传感器为温度压力传感器。
3.如权利要求2所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：一维填砂模型的长度为60cm，传感器的探头分别位于隔热层的内腔的距离进口(26)5cm、30cm和55cm的位置处。
4.如权利要求1所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：所述实验装置还包括两夹板，各滤网安装在一夹板上，两夹板分别通过堵头固定在隔热层的两端。
5.如权利要求1所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：蒸汽发生器的蒸汽最高温度为350℃，最大流量60mL/min；气体流量计的精度不小于0.1sccm。
6.如权利要求1所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：各数据采集仪箱通过线路与电脑相连。
7.如权利要求1所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置，其特征在于：蒸汽发生器与平流泵之间的管路上设有第三控制阀门。
8.采用权利要求1-7任意一权利要求所述的测试油藏条件下气体-蒸汽渗流传热的实验装置进行实验的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1：一维填砂模型准备
准备填砂管并检查填砂管的密封性；向填砂管内装入砂形成填砂岩心管；向一维填砂管模型的隔热层的内腔里装入填砂岩心管，向填砂岩心管内注水使填砂岩心管达到饱和状态；对填砂岩心管进行抽真空，计算填砂岩心管的渗透率；由填砂管湿重、填砂管重量和砂重计算填砂岩心管的孔隙度，其中填砂管湿重为注入水的重量、装入砂的重量、填砂管的重量之和；
步骤2：模拟地层条件
将一维填砂模型放入恒温箱内放置一段时间；根据要模拟的地层的压力，通过回压阀设定回压，根据要模拟的地层的温度设定恒温箱温度，使一维填砂模型的承压筒内的温度、压力达到模拟地层温度、压力；
步骤3：气体注入
通过蒸汽发生器对一维填砂模型内的一维填砂模型进行蒸汽驱替，或者，通过蒸汽发生器、高压气瓶对一维填砂模型内的一维填砂模型进行蒸汽加气体驱替；
驱替过程中，通过数据采集仪箱得到各测试点的测试数据，描绘出不同气体、不同注入比例下填砂岩心管的测试数据的测试曲线。
9.如权利要求8所述进行实验的方法，其特征在于：步骤1中，抽真空的时间不小于4h；所述向填砂管内装入砂是指向填砂管内装入石英砂。
10.如权利要求8所述进行实验的方法，其特征在于：在步骤2中，放置的时间不小于4h。
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|---|---|---|---|---|
| CN108590611A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 中国石油大学(华东) | 注过热蒸汽采油模拟油藏蒸汽腔的形成装置和实验方法 |
| CN208152999U (zh) * | 2018-05-17 | 2018-11-27 | 陈光凌 | 一种模拟稠油油藏氮气辅助蒸汽驱油的实验装置 |
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2019
- 2019-09-16 CN CN201910879504.8A patent/CN112504919A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108590611A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 中国石油大学(华东) | 注过热蒸汽采油模拟油藏蒸汽腔的形成装置和实验方法 |
| CN208152999U (zh) * | 2018-05-17 | 2018-11-27 | 陈光凌 | 一种模拟稠油油藏氮气辅助蒸汽驱油的实验装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 宋远飞等: "CO_2辅助蒸汽吞吐开发效果实验研究", 《石油地质与工程》 * |
| 王一平: "氮气辅助蒸汽驱强化传热机理及成因探讨", 《特种油气藏》 * |
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