CN113294151A - 一种地下流体运移模拟实验系统及方法 - Google Patents
一种地下流体运移模拟实验系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113294151A CN113294151A CN202110770489.0A CN202110770489A CN113294151A CN 113294151 A CN113294151 A CN 113294151A CN 202110770489 A CN202110770489 A CN 202110770489A CN 113294151 A CN113294151 A CN 113294151A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- valve
- stratum
- storage tank
- dimensional model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000013508 migration Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 230000005012 migration Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 103
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 54
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 25
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 22
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 21
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 6
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 20
- 238000011161 development Methods 0.000 description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 7
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000012192 staining solution Substances 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 235000020681 well water Nutrition 0.000 description 2
- 239000002349 well water Substances 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019994 cava Nutrition 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B25/06—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for surveying; for geography, e.g. relief models
Abstract
本发明公开了一种地下流体运移模拟实验系统及方法，包括地层模型、液体收集器、装有足量清水或染色压裂液的第一储罐以及装有足量染色溶液或石油的第二储罐；所述第一储罐和第二储罐的出口端依次通过第一过滤器、第一泵、第一压力计、第三温度计及第一流量计连接至地层模型的注水口，地层模型的出水口依次通过第二过滤器、第二流量计、第二压力计、第二泵及第四温度计连接至液体收集器，所述地层模型的一侧设置有光源，与光源相对的一侧设置有摄像机；所述地层模型采用三维模型或二维模型。本发明适用于油气开采领域和地下水开采领域，适用面广，可以为生产研究提供有力的科学依据。
Description
技术领域
本发明涉及矿产、地热、油气开发领域，具体涉及一种地下流体运移模拟实验系统及方法。
背景技术
在矿山开采、地热开发和油气开发过程中，通常需要对地下流体运移规律进行模拟和预测，准确掌握地下流体运移规律、流场分布、温度场分布规律等，对于安全高效开采地下资源、提高生产效率具有重要意义。
地热能是一种绿色低碳，可循环利用的可再生资源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定性好、利用系数高等特点。地热开发需要严格遵循“同层原水回灌”、“以罐定采”原则。
在油田都进入二次采油甚至三次采油，为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，一般都在进行注水开发，为提高注水开发效果，提高采收率，往往需要进行水驱油实验，研究水和油在地层中的运移规律十分重要。
当前，在储层压裂过程中，压裂液的流动方向以及在地层中的运移和流场分布、变化规律，对于研究压裂裂缝的延展规律、表征储层裂缝的形态和储层压裂改造效果至关重要。因此，掌握压裂液在地层中的运移规律也对研究压裂效果具有重要意义。目前常用的压裂液监测方法为通过压裂裂缝监测间接分析，或数值模拟技术。其中：数值模拟技术实际运用过程中发现很难模拟实际地层结构，不能精确的地反应出地下水流场的变化情况，导致预测结果不准，影响后续施工进展。压裂裂缝监测方法主要有：微地震监测、地面倾斜仪测井、压裂模型、同位素示踪测井等；这些方法实际应用效果都有自身的局限性，地面监测定位精度低，或者对特定地层效果不佳，不能很好地解决压裂过程中的裂缝评价问题。
当前模拟地下流体运移规律的设备较少，且都存在一些技术缺点：(1)模拟地层的设备不透明，无法直观观测地层内部流体在三维空间运移规律；(2)模拟地层的材料不能真实模拟实际地层结构；(3)模拟地层的材料不能模拟地层的裂缝发育程度；(4)模拟地层的材料不能模拟灰岩地层的岩溶发育程度；(5)模拟地层的模型没考虑倾斜地层对流体运移规律的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地下流体运移模拟实验系统及方法，以克服现有技术中存在的问题，本发明适用于石油开采领域和地热、矿产开采领域，适用面广，可以为生产研究提供有力的科学依据。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种地下流体运移模拟实验系统，包括地层模型、液体收集器、装有足量清水或染色压裂液的第一储罐以及装有足量染色溶液或石油的第二储罐；
所述第一储罐和第二储罐的出口端依次通过第一过滤器、第一泵、第一压力计、第三温度计及第一流量计连接至地层模型的注水口，地层模型的出水口依次通过第二过滤器、第二流量计、第二压力计、第二泵及第四温度计连接至液体收集器，所述地层模型的一侧设置有光源，光源的对面一侧设置有摄像机；
所述地层模型采用三维模型或二维模型；当模拟水平井抽采时，地层模型的注水口和出水口对称分布在地层模型的两个相对侧面，且延伸至地层模型内部；当模拟竖直井抽采时，地层模型的注水口和出水口对称分布在地层模型的顶面上，且延伸至地层模型内部。
进一步地，所述第一储罐上连接有第一温度计，所述第二储罐上连接有第二温度计。
进一步地，所述第一储罐的底部设置有第一阀，所述第二储罐的底部设置有第二阀，所述第一阀和第二阀的出口端通过第四阀连接至第一过滤器的入口，且所述第一阀的出口端还连接有第三阀。
进一步地，所述第一流量计的出口端与地层模型的注水口之间设置有第五阀。
进一步地，所述地层模型的出水口与第二过滤器的入口之间设置有第六阀，第二泵与第四温度计之间设置有第七阀。
进一步地，所述第二泵与第七阀之间通过第八阀连接至第二储罐的顶部入口。
进一步地，当地层模型采用二维模型时，二维模型通过支架支撑，所述二维模型能够通过支架旋转至不同的倾斜角度。
进一步地，当地层模型采用二维模型时，所述二维模型外侧两个对立面采用透明材质，内部填充玻璃球或石英砂。
进一步地，当地层模型采用三维模型时，所述三维模型采用透明树脂材料加入纸片形成；或者采用透明树脂材料加入纤维形成；或者采用透明树脂材料同时加入纤维和纸片形成。
一种地下流体运移模拟实验方法：
当模拟地热开采时，在第一储罐中注入足量的清水，第二储罐中注入足量的染色溶液；打开光源和摄像机实时记录模型中流体的运移过程；具体包括：
步骤1：将第一储罐中清水或第二储罐中染色溶液通过第一泵注入地层模型中；同时地层模型中清水或染色溶液通过第二泵抽至液体收集器中；
步骤2：用摄像机记录上述液体运移轨迹和规律；
步骤3：待实验结束后，关闭所有阀门，清洗设备；
当模拟压裂液运移规律，则将第一储罐中装入足量的染色的压裂液；向地层模型中注入染色的压裂液，观察染色的压裂液在地层模型中的运移规律；
当模拟水驱油运移规律时，则将第一储罐中装入足量的清水，第二储罐中装入足量的石油；先向地层模型的孔隙中注入石油至饱和，然后向地层模型注入清水驱替石油，另外一口井抽油和清水，观察清水、石油在地层模型中的移动规律；
在模拟地热抽采、模拟压裂液运移规律或模拟水驱油运移规律时，通过调节地层模型中的材料种类、尺寸参数、第一泵的注入排量和第二泵的采出排量以及注入水的温度，开展对比实验，研究上述因素对流场变化的影响规律。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
当采用三维模型时：(1)由于三维模型侧面透明，可以观测地层内部流体的运移规律和流场分布规律；(2)模拟地层的材料能尽可能模拟实际地层结构；(3)外层采用透明材质，内部填充一定数量、尺寸的玻璃球或石英砂模拟含油或含水地层；(4)采用树脂内部布设一定数量、尺寸的纸片，用于模拟制作断层、节理和裂缝发育的地层，便于后续实验；(5)采用树脂内部布设一定数量、尺寸的纤维，用于模拟制作渗透率较高的地层，便于后续实验；(6)采用树脂与遇水溶解类纤维混合可以模拟溶洞发育的地层；(7)采用透明树脂材料同时加入纤维(含水溶解类纤维)和纸片可以模拟复杂构造断层、节理、裂缝、溶洞发育的地层。本实验系统适用于石油开采领域和地下水开采等领域，适用面广，实验成果可以为生产研究提供有力的科学依据。
当采用二维模型时：(1)可以透过二维模型的透明侧面，直观观测地层内部流体的运移和流场分布规律；(2)所述二维模型能够通过支架旋转至不同的倾斜角度，从而用于模拟研究了地层重力及倾斜地层对流体运移规律、流场分布规律的影响。本实验系统适用于石油开采领域和地下水开采领域，适用面广，可以为生产研究提供指导和帮助。
附图说明
图1为模拟竖直井抽采时的三维地下流体运移模拟实验系统示意图；
图2为模拟水平井抽采时的三维地下流体运移模拟实验系统示意图；
图3为模拟竖直井抽采时的二维地下流体运移模拟实验系统示意图；
图4为模拟水平井抽采时的二维地下流体运移模拟实验系统示意图。
其中，1第一储罐，2第二储罐，3第一温度计，4第二温度计，5第一阀，6第二阀，7第三阀，8第四阀，9第一过滤器，10第一泵，11第一压力计，12第三温度计，13第一流量计，14第五阀，15第六阀，16第二过滤器，17第二流量计，18第二压力计，19第二泵，20第七阀，21第四温度计，22液体收集器，23第八阀，24三维模型，25光源，26摄像机，27二维模型，28支架。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
当地层模型采用三维模型时，本发明实验系统包括：第一储罐1，第二储罐2，第一温度计3，第二温度计4，第一阀5，第二阀6，第三阀7，第四阀8，第一过滤器9，第一泵10，第一压力计11，第三温度计12，第一流量计13，第五阀14，第六阀15，第二过滤器16，第二流量计17，第二压力计18，第二泵19，第七阀20，第四温度计21，液体收集器22，第八阀23，三维模型24，光源25，摄像机26，二维模型27，支架28。
若模拟竖直井抽采，连接方式如图1所示，第一储罐1经过第一阀5连接在第四阀8的入口处；第二储罐2经过第二阀6连接在第四阀8的入口处。第一储罐1和第二储罐2的侧面分别连接第一温度计3和第二温度计4。第三阀7连接在第一阀5的出口；
第四阀8依次与第一过滤器9、第一泵10、第一压力计11、第三温度计12、第一流量计13、第五阀14和三维模型24的注水口依次相连接；
三维模型24的出水口与第六阀15、第二过滤器16、第二流量计17、第二压力计18、第二泵19、第七阀20、第四温度计21、液体收集器22依次相连；
三维模型24的出水口与注水口设计在同一侧面，且管道延伸于地层内部；
第二泵19的出口与第八阀23和第二储罐2的侧面依次相连；
三维模型24侧面放置光源25，与光源25相对的另一个侧面放置摄像机26。
若模拟水平井抽采，连接方式如图2所示，第一储罐1经过第一阀5连接在第四阀8的入口处；第二储罐2经过第二阀6连接在第四阀8的入口处。第一储罐1和第二储罐2的侧面分别连接第一温度计3和第二温度计4；
第四阀8依次与第一过滤器9、第一泵10、第一压力计11、第三温度计12、第一流量计13、第五阀14和三维模型24的注水口依次相连接；
三维模型24的出水口与第六阀15、第二过滤器16、第二流量计17、第二压力计18、第二泵19、第七阀20、第四温度计21、液体收集器22依次相连；
三维模型24的出水口与注水口设计在两个相对侧面，且管道延伸于地层内部；
第二泵19的出口与第八阀23和第二储罐2的侧面依次相连；
三维模型24侧面放置光源25，与光源25相对的另一个侧面放置摄像机26。
三维模型24的长宽高可根据实验要求灵活调节；三维模型24可采用四种不同材料模拟真实地层结构：
(1)当采用透明树脂材料制作三维模型模拟地层，同时在透明树脂材料内部加入适量的纸片，其形成的模型可以准确模拟断层、节理和裂缝发育的地层，具体的树脂材料根据模拟地层的硬度灵活选择；纸片的大小尺寸、数量根据实际模拟的地层裂缝宽度灵活调节；
(2)当采用透明树脂材料与纤维混合后制作三维模型时，其形成的模型可以准确模拟一定孔隙度的砂岩地层，具体的树脂材料根据模拟地层的强度灵活选择。纤维的材料根据实际模拟的目标地层孔隙度、渗透率等特征参数灵活调节；
(3)当采用透明树脂材料与遇水溶解类纤维混合后制作三维模型时，若模拟渗透率较高的地层，则使遇水溶解类纤维均匀分布，遇水溶解类纤维的浓度可以根据实验需要适当调整；若模拟含有溶洞的地层，则使遇水溶解类纤维成团分布在树脂中。当遇水溶解类纤维与实验时注入的水接触后，会在树脂内部融化形成孔洞，形成的模型可以模拟溶洞发育的地层。具体的树脂材料根据模拟地层的孔隙度、渗透率等参数灵活选择。遇水溶解类纤维的种类和用量根据实际模拟的地层岩溶发育程度灵活调节；
(4)采用透明树脂材料同时加入纤维和纸片到透明树脂材料中形成三维模型，其它与以上同理。
当地层模型采用三维模型时，具体实施过程如下：
若模拟直井开发地热
在第一储罐1中注入足量的清水，第二储罐2中注入足量的染色溶液。打开光源25和摄像机26实时记录三维模型中流体的运移过程。
(1)模型准备：选择符合实验要求的上述材料和造孔方法，在三维模型24中准备好需要模拟的地层结构。
(2)设备连接：连接方式选择如图1所示方案，连接好设备，调节相关阀门，为实验做好准备。
(3)注入液体：打开第一阀5、第二阀6(第一阀5和第二阀6根据注入的染色溶液或清水选择性打开)、第四阀8，第五阀14，将染色溶液或清水注入三维模型24中。
抽出液体：注入染色溶液或清水的同时，打开第六阀15、第七阀20、第二泵19，三维模型24中染色溶液或清水将通过管道流入液体收集器22中。
染色溶液可以经过第八阀23循环使用。
(4)数据采集：用摄像机26记录液体运移轨迹和规律。
(5)调节参数：通过调节三维模型24中的材料种类、尺寸参数、第一泵10的注入排量和第二泵19的采出排量以及注入染色溶液或清水的温度等因素，开展对比实验，研究上述因素对流场变化的影响。
(6)实验结束：待试验结束后，关闭所有阀门，清洗设备。
若模拟水平井开发地热(与模拟竖直井抽采同理可得)
在第一储罐1中注入足量的清水，第二储罐2中注入足量的染色溶液。打开光源25和摄像机26实时记录三维模型中流体的运移过程。
(1)模型准备：选择符合实验要求的材料和造孔方法，在三维模型24中准备好需要模拟的地层结构。
(2)设备连接：连接方式选择如图1所示方案，连接好设备，调节相关阀门，为实验做好准备。
(3)注入液体：打开第一阀5、第二阀6(第一阀5和第二阀6根据注入的染色溶液或清水选择性打开)、第四阀8，第五阀14，将染色溶液或清水注入三维模型24中。
抽出染色溶液或清水：打开第六阀15、第七阀20、第二泵19，三维模型24中染色溶液或清水将通过管道流入液体收集器22中。
染色溶液可以经过第八阀23循环使用。
(4)数据采集：用摄像机26记录液体运移规律。
(5)调节参数：通过调节三维模型24中的材料种类、尺寸参数、第一泵10的注入排量和第二泵19的采出排量以及注入染色溶液或清水的温度、注采井距等因素，开展对比实验，研究上述因素对流场变化的影响。
(6)实验结束：待试验结束后，关闭所有阀门，清洗设备。
若模拟压裂液运移规律
则将第一储罐1中装入足量的染色的压裂液；打开第一阀5，向三维模型24中注入染色的压裂液，观察染色的压裂液在三维模型24中的运移规律和流场分布规律；可根据实验目的灵活选择水平井或者竖直井类型。
若进行水驱油规律的实验研究
则将第一储罐1中装入足量的清水，第二储罐2中装入足量的石油；打开第二阀6，向三维模型24中注入石油使其孔隙空间饱和石油，然后关闭第二阀6，打开第一阀5、第二泵19观察，注入清水，同时抽出清水和石油记录清水和石油在三维模型24中的移动规律。
可根据实验目的灵活选择抽采和注入的水平井或者竖直井类型。通过调节三维模型24中的材料种类、尺寸参数、第一泵10的注入排量和第二泵19的采出排量以及注入水的温度等因素，开展对比实验，研究上述因素对流场变化的影响规律。可根据实验目的灵活选择水平井或者竖直井类型。
当地层模型采用二维模型时，本发明实验系统包括：第一储罐1，第二储罐2，第一温度计3，第二温度计4，第一阀5，第二阀6，第三阀7，第四阀8，第一过滤器9，第一泵10，第一压力计11，第三温度计12，第一流量计13，第五阀14，第六阀15，第二过滤器16，第二流量计17，第二压力计18，第二泵19，第七阀20，第四温度计21，液体收集器22，第八阀23，光源25，摄像机26，二维模型27，支架28。
若模拟竖直井抽采，连接方式如图3所示，第一储罐1经过第一阀5连接在第四阀8的入口处；第二储罐2经过第二阀6连接在第四阀8的入口处。第一储罐1和第二储罐2的侧面分别连接第一温度计3和第二温度计4；第三阀7连接在第一阀5的出口；
第四阀8依次与第一过滤器9、第一泵10、第一压力计11、第三温度计12、第一流量计13、第五阀14和二维模型27的注水口依次相连接；
二维模型27的出水口与第六阀15、第二过滤器16、第二流量计17、第二压力计18、第二泵19、第七阀20、第四温度计21、液体收集器22依次相连；
二维模型27的出水口与注水口设计在同一侧面，且管道延伸于地层内部；
二维模型27与支架28相连接，可以旋转调节倾斜角度；
第二泵19的出口与第八阀23和第二储罐2的侧面依次相连；
二维模型27侧面放置光源25，与光源25相对的侧面旁放置摄像机26。
若模拟水平井抽采，连接方式如图4所示，第一储罐1经过第一阀5连接在第四阀8的入口处；第二储罐2经过第二阀6连接在第四阀8的入口处。第一储罐1和第二储罐2的侧面分别连接第一温度计3和第二温度计4；
第四阀8依次与第一过滤器9、第一泵10、第一压力计11、第三温度计12、第一流量计13、第五阀14和二维模型25的注水口依次相连接；
二维模型27的出水口与第六阀15、第二过滤器16、第二流量计17、第二压力计18、第二泵19、第七阀20、第四温度计21、液体收集器22依次相连；
二维模型27的出水口与注水口设计在两个相对侧面，且管道延伸于地层内部；
二维模型27与支架28相连接；
第二泵19的出口与第八阀23和第二储罐2的侧面依次相连；
二维模型27侧面放置光源25，与光源25相对的侧面旁放置摄像机26；
二维模型27采用透明玻璃材质，内部填充玻璃球作为填充物，模拟实际地层结构。二维模型27的长宽比根据实验目的灵活调节；内部玻璃球直径依据模拟地层特性灵活调节。
二维模型27能够通过支架28旋转至不同的倾斜角度，角度设定依据实验目的需要可灵活调节。从而用于模拟研究了地层重力及倾斜地层对流体运移规律、流场分布规律的影响。
当地层模型采用二维模型时，具体实施过程如下：
当模拟直井开发地热：
向第一储罐1中注入足量的清水，第二储罐2中注入足量的染色溶液。打开光源25和摄像机26实时记录二维模型中流体的运移过程，根据实验需要，调节二维模型27的倾斜角度。
(1)实验准备：连接方式选择如图3所示方案，连接好设备，调节相关阀门，为实验做好准备。
(2)注入染色溶液或清水：打开第一阀5、第二阀6(第一阀5和第二阀6根据注入的染色溶液或清水选择性打开)、第四阀8，第五阀14，将染色溶液或清水注入二维模型27中。打开第六阀15、第七阀20、第二泵19，染色溶液或清水将通过管道流入液体收集器22中。
(3)调节参数：通过调节第一泵10的压力，从而调节二维模型27中注入染色溶液或清水的流量，通过调节第二泵19的压力，从而调节二维模型27中抽出液体的流量，可根据实验目的，灵活调节。用摄像机26记录染色溶液或清水的运移规律。染色溶液可以经过第八阀23循环使用。
(4)实验结束：待试验结束后，关闭所有阀门，清洗设备。
当开展直井水驱油模拟实验：
若进行水驱油实验研究，则将第一储罐1中的液体替换为石油，第二储罐2中的液体替换为清水。打开第一阀5，第一泵10，向二维模型27中注入石油，使其孔隙空间饱和石油；然后关闭第一阀5，打开第二阀6向二维模型27中注入清水打开第二泵19，观察石油和清水在二维模型27中的移动规律。
当模拟水平井开发地热：
向第一储罐1中注入足量的清水，第二储罐2中注入足量的染色溶液。打开光源25和摄像机26实时记录二维模型中流体的运移过程，根据实验需要，调节二维模型27的倾斜角度。
(1)实验准备：连接方式选择如图4所示方案，连接好设备，调节相关阀门，为实验做好准备。
(2)注入液体：打开第一阀5、第二阀6(第一阀5和第二阀6根据注入的染色溶液或清水选择性打开)、第四阀8，第五阀14，将染色溶液或清水注入二维模型27中。打开第六阀15、第七阀20、第二泵19，将染色溶液或清水通过管道流入液体收集器22中。
(3)调节参数：通过调节第一泵10的压力，从而调节二维模型27中注入染色溶液或清水的流量，通过调节第二泵19的压力，从而调节二维模型27中抽出染色溶液或清水的流量，可根据实验目的，灵活调节。用摄像机26记录液体运移规律。染色溶液可以经过第八阀23循环使用。
(4)实验结束：待试验结束后，关闭所有阀门，清洗设备。
当开展水平井水驱油模拟实验
则将第一储罐1中的液体替换为石油，第二储罐2中的液体替换为清水。打开第一阀5，向二维模型27中注入石油，使其孔隙空间饱和石油，然后关闭第一阀5，打开第二阀6、第二泵19观察清水和石油在二维模型27中的移动规律。
二维模型27采用透明玻璃材质，内部填充玻璃球作为填充物，模拟实际地层结构。二维模型27的长宽比根据实验目的灵活调节；内部玻璃球直径依据模拟地层特性灵活调节。
支架28可以自动调节二维模型27的倾斜角度，角度设定依据实验目的灵活调节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，包括地层模型、液体收集器(22)、装有足量清水或染色压裂液的第一储罐(1)以及装有足量染色溶液或石油的第二储罐(2)；
所述第一储罐(1)和第二储罐(2)的出口端依次通过第一过滤器(9)、第一泵(10)、第一压力计(11)、第三温度计(12)及第一流量计(13)连接至地层模型的注水口，地层模型的出水口依次通过第二过滤器(16)、第二流量计(17)、第二压力计(18)、第二泵(19)及第四温度计(21)连接至液体收集器(22)，所述地层模型的一侧设置有光源(25)，光源(25)的对面一侧设置有摄像机(26)；
所述地层模型采用三维模型(24)或二维模型(27)；当模拟水平井抽采时，地层模型的注水口和出水口对称分布在地层模型的两个相对侧面，且延伸至地层模型内部；当模拟竖直井抽采时，地层模型的注水口和出水口对称分布在地层模型的顶面上，且延伸至地层模型内部。
2.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，所述第一储罐(1)上连接有第一温度计(3)，所述第二储罐(2)上连接有第二温度计(4)。
3.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，所述第一储罐(1)的底部设置有第一阀(5)，所述第二储罐(2)的底部设置有第二阀(6)，所述第一阀(5)和第二阀(6)的出口端通过第四阀(8)连接至第一过滤器(9)的入口，且所述第一阀(5)的出口端还连接有第三阀(7)。
4.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，所述第一流量计(13)的出口端与地层模型的注水口之间设置有第五阀(14)。
5.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，所述地层模型的出水口与第二过滤器(16)的入口之间设置有第六阀(15)，第二泵(19)与第四温度计(21)之间设置有第七阀(20)。
6.根据权利要求5所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，所述第二泵(19)与第七阀(20)之间通过第八阀(23)连接至第二储罐(2)的顶部入口。
7.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，当地层模型采用二维模型(27)时，二维模型(27)通过支架(28)支撑，所述二维模型(27)能够通过支架(28)旋转至不同的倾斜角度。
8.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，当地层模型采用二维模型(27)时，所述二维模型(27)外侧两个对立面采用透明材质，内部填充玻璃球或石英砂。
9.根据权利要求1所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于，当地层模型采用三维模型(24)时，所述三维模型(24)采用透明树脂材料加入纸片形成；或者采用透明树脂材料加入纤维形成；或者采用透明树脂材料同时加入纤维和纸片形成。
10.一种地下流体运移模拟实验方法，采用权利要求1-9任一项所述的一种地下流体运移模拟实验系统，其特征在于：
当模拟地热开采时，在第一储罐(1)中注入足量的清水，第二储罐(2)中注入足量的染色溶液；打开光源(25)和摄像机(26)实时记录模型中流体的运移过程；具体包括：
步骤1：将第一储罐(1)中清水或第二储罐(2)中染色溶液通过第一泵(10)注入地层模型中；同时地层模型中清水或染色溶液通过第二泵(19)抽至液体收集器(22)中；
步骤2：用摄像机(26)记录上述液体运移轨迹和规律；
步骤3：待实验结束后，关闭所有阀门，清洗设备；
当模拟压裂液运移规律，则将第一储罐(1)中装入足量的染色的压裂液；向地层模型中注入染色的压裂液，观察染色的压裂液在地层模型中的运移规律；
当模拟水驱油运移规律时，则将第一储罐(1)中装入足量的清水，第二储罐(2)中装入足量的石油；先向地层模型的孔隙中注入石油至饱和，然后向地层模型注入清水驱替石油，另外一口井抽油和清水，观察清水、石油在地层模型中的移动规律；
在模拟地热抽采、模拟压裂液运移规律或模拟水驱油运移规律时，通过调节地层模型中的材料种类、尺寸参数、第一泵(10)的注入排量和第二泵(19)的采出排量以及注入水的温度，开展对比实验，研究上述因素对流场变化的影响规律。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110770489.0A CN113294151A (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 一种地下流体运移模拟实验系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110770489.0A CN113294151A (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 一种地下流体运移模拟实验系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113294151A true CN113294151A (zh) | 2021-08-24 |
Family
ID=77330655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110770489.0A Pending CN113294151A (zh) | 2021-07-07 | 2021-07-07 | 一种地下流体运移模拟实验系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113294151A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202102631U (zh) * | 2011-01-18 | 2012-01-04 | 中国地质大学（北京） | 一种地质埋存条件下co2迁移物理模拟平台 |
| CN107516462A (zh) * | 2017-10-23 | 2017-12-26 | 大庆东油睿佳石油科技有限公司 | 一种天然气水合物光刻玻璃模型微观实验装置 |
| CN109064864A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-21 | 中国华能集团有限公司 | 一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法 |
| CN110658077A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-07 | 山东科技大学 | 增强型地热系统裂缝沟通评价与热提取测试的试验方法 |
| US20200217193A1 (en) * | 2016-12-06 | 2020-07-09 | Southwest Petroleum University | Mineshaft-stratum fracture coupled flowing simulation experiment device and method |
| CN111812021A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-23 | 重庆大学 | 一种采动影响下煤岩三维应变场可视化系统及方法 |
| CN217327297U (zh) * | 2021-07-07 | 2022-08-30 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种地下流体运移模拟实验系统 |
-
2021
- 2021-07-07 CN CN202110770489.0A patent/CN113294151A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202102631U (zh) * | 2011-01-18 | 2012-01-04 | 中国地质大学（北京） | 一种地质埋存条件下co2迁移物理模拟平台 |
| US20200217193A1 (en) * | 2016-12-06 | 2020-07-09 | Southwest Petroleum University | Mineshaft-stratum fracture coupled flowing simulation experiment device and method |
| CN107516462A (zh) * | 2017-10-23 | 2017-12-26 | 大庆东油睿佳石油科技有限公司 | 一种天然气水合物光刻玻璃模型微观实验装置 |
| CN109064864A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-12-21 | 中国华能集团有限公司 | 一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法 |
| CN110658077A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-07 | 山东科技大学 | 增强型地热系统裂缝沟通评价与热提取测试的试验方法 |
| CN111812021A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-23 | 重庆大学 | 一种采动影响下煤岩三维应变场可视化系统及方法 |
| CN217327297U (zh) * | 2021-07-07 | 2022-08-30 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种地下流体运移模拟实验系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Theories and practices of carbonate reservoirs development in China | |
| CN105178926B (zh) | 缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型、驱替模拟实验装置及系统 | |
| CN105156102B (zh) | 底水油藏水体能量三维物理模拟装置及方法 | |
| CN104747180B (zh) | 一种用于注水开发的缝洞型油藏分析方法及其应用 | |
| CN109372478B (zh) | 一种确定非混相气驱油开采方式的实验方法及装置 | |
| Cavanagh et al. | Simulation of CO2 distribution at the In Salah storage site using high-resolution field-scale models | |
| CN102518421B (zh) | 物理模拟可视化实验装置及其形成方法 | |
| CN103556993A (zh) | 低渗透油田平面五点法井网二氧化碳驱仿真实验模拟方法 | |
| CN103510950B (zh) | 一种复杂结构井地层流动与管内流动耦合流动实验系统 | |
| CN105547967B (zh) | 裂隙介质系统渗透张量室内测定装置 | |
| CN104237460A (zh) | 一种模拟体积压裂复杂缝网支撑剂沉降规律的装置及其应用 | |
| CN205538580U (zh) | 裂隙介质系统渗透张量室内测定装置 | |
| CN103352695A (zh) | 考虑层间窜流的可视化物理模拟装置 | |
| CN109064864A (zh) | 一种模拟地热尾水回灌路径的装置及其使用方法 | |
| CN103674593B (zh) | 一种用于模拟低渗储层压裂直井水驱油实验的装置及方法 | |
| CN202718673U (zh) | 用于底水油藏的可视化物理模拟装置 | |
| Song et al. | Transport feasibility of proppant by supercritical carbon dioxide fracturing in reservoir fractures | |
| CN110219625A (zh) | 基于3d打印三维缝洞型油藏模型的水驱油实验系统 | |
| CN105317407A (zh) | 一种特高含水期表外储层的开发方法 | |
| CN217327297U (zh) | 一种地下流体运移模拟实验系统 | |
| CN110021220B (zh) | 一种积木式地热尾水回灌分析系统及使用方法 | |
| CN202417477U (zh) | 物理模拟可视化实验装置 | |
| Raziperchikolaee et al. | The effect of natural fractures on CO2 storage performance and oil recovery from CO2 and WAG injection in an Appalachian basin reservoir | |
| CN205089298U (zh) | 缝洞型碳酸盐岩油藏物理模型、驱替模拟实验装置及系统 | |
| CN209942800U (zh) | 一种确定非混相气驱油开采方式的实验装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231201 Address after: 102209 building a, Huaneng talent innovation and entrepreneurship base, Beiqijia future science and Technology City, Changping District, Beijing Applicant after: HUANENG CLEAN ENERGY Research Institute Applicant after: Huaneng (Fujian) Energy Development Co.,Ltd. Address before: 102209 building a, Huaneng talent innovation and entrepreneurship base, future science and Technology City, Beiqijia Town, Changping District, Beijing Applicant before: HUANENG CLEAN ENERGY Research Institute |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210824 |