CN113790042A - 一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统及实验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油气田开发领域，尤其是一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统及实验方法。本发明所述实验系统主要由注采系统、模型系统、监测系统三部分组成。本发明基于多轮次热复合化学吞吐实际生产过程，根据相似准则设计三维物理模型，利用实时温度数据、实时压力数据、各阶段原油性质及特征等分析蒸汽、气体及降粘剂对开采效果的影响，通过记录各阶段累积产油量分析不同开采方式增产效果。

Description

一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统及实验方法
技术领域
本发明涉及油气田开发领域，尤其是一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统及实验方法。
背景技术
随着油田开发历程的不断深入，各类油藏的开采技术水平也在不断提升。目前，对于稠油及油砂资源，由于原始油藏条件下的原油粘度较大，流动性差，传统的注水与化学驱等冷采技术可行性较差，需要采用热力采油技术。纯蒸汽吞吐进入高轮次后往往出现油井含水率高、井间汽窜严重、采收率低等问题，加入气体或降粘剂辅助蒸汽吞吐可以发挥蒸汽、气体及降粘剂的协同作用，提高最终采收率。该技术在现场已展开应用，如胜利油田郑411西区实施的二氧化碳、油溶性降粘剂辅助超稠油油藏水平井蒸汽吞吐(即HDCS技术)，准噶尔盆地春风油田排601北区实施的氮气、降粘剂辅助超稠油油藏水平井蒸汽吞吐(即HDNS技术)。
为了能够更加合理高效的开发这类难动用及复杂油藏，物理模拟实验已成为一种非常重要的手段。实验过程中，按照一定的相似比例可以将油藏尺度的实际地质参数和操作参数转换成实验室尺度的模拟参数，对开发过程进行准确模拟。
中国实用新型CN201811952U公开了一种模拟油井化学吞吐的实验装置，该实验装置包括注入阀门和模拟岩心管，将注入阀门、模拟岩心管和压力储集器用管线连接，在模拟岩心管与压力储集器之间的管线上安装压力表。进行化学吞吐实验时，向模拟岩心管中注入液体化学药剂或气体，模拟岩心管中的压力增大到一定值后，管中流体通过管线进入压力储集器中，模拟岩心管中的压力得到缓冲，使得室内实验能够正常进行。
中国实用新型CN207453948U公开了一种化学吞吐反应装置，包括底座，所述底座上端设有实验箱一和实验箱二，所述实验箱一内侧设有与存储盒相匹配的滑槽，所述存储盒内部设有限位槽，所述限位槽内均布有隔板，所述实验箱一底部设有第一电机，所述第一电机的输出轴与减速箱的输入轴固定连接，所述减速箱的输出轴与第一偏心连杆机构固定连接，所述第一偏心连杆机构的一端与位于存储盒下端的托盘固定连接。通过设置实验箱二，在进行原油乳化使用时，只需将装有吞吐剂和原油的试管放入试管托架上，在第二电机的带动下，试管托架可以在实验过程中始终保持摇摆，从而提高实验效率，通过电加热板可以对实验箱二进行加热，从而使得实验环境更契合实际，实验结果更准确。
目前，国内外已开展了大量三维物理模拟实验，但鲜有关于多轮次热复合化学吞吐三维物理模拟实验的研究。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统及实验方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面，提供一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统；所述实验系统包括ISCO泵、计量装置、回压阀、蒸汽发生器、泄压装置、三通阀、二通阀、二氧化碳气瓶、原油贮存器、六通阀、三维模型、恒温箱、缓冲容器一、压力传感器、温度传感器、数据采集箱、计算机、水贮存器、降粘剂贮存器、二通阀五、二通阀六、缓冲容器二、压力计、蓄水槽；
ISCO泵一一侧与蒸汽发生器连接，另一侧与蓄水槽一连接，蒸汽发生器通过管线与三维模型连接；泄压装置通过三通阀一与蒸汽发生器连接；计量装置依次通过回压阀、二通阀三、三通阀二与蒸汽发生器连接；二氧化碳气瓶通过六通阀与三维模型连接，原油贮存器、水贮存器、降粘剂贮存器分别通过六通阀与三维模型连接，原油贮存器、水贮存器、降粘剂贮存器又分别通过二通阀四、二通阀五、二通阀六与ISCO泵二连接，ISCO泵二与蓄水槽二连接；三维模型至于恒温箱中；压力传感器、温度传感器一端分别与三维模型连接，另一端分别与数据采集箱相连，数据采集箱与电脑相连。
根据本发明所述实验系统，优选地，蒸汽发生器与三维模型连接管线为
Figure BDA0002508431840000021
管线，所述管线周围缠绕加热带。蒸汽发生器与三维模型距离过长，会造成沿程热损失并会影响最终实验效果，通过在管线周围缠绕所述的加热带(13)可以维持蒸汽温度，减少沿程热损失。
根据本发明所述实验系统，优选地，二氧化碳气瓶与六通阀之间还设置有质量流量计。质量流量计可以限定出口端流量，实现定流量注入
根据本发明所述实验系统，优选地，三维模型内腔长宽均为30-40cm体壁厚度为5-10cm。
根据本发明所述实验系统，优选地，所述系统还包括直井模型，所述直井模型包括螺纹、非射孔段和射孔段三部分，直井模型通过螺纹与三维模型相连。
本发明另一方面，提供以上所述实验系统进行多轮次热复合化学吞吐的实验方法，所述方法包括材料准备阶段、模型填充阶段、检验模型气密性阶段、模型初始化阶段以及实验运行阶段；
所述材料准备阶段包括：选取石英砂颗粒作为充填介质，并利用填砂管模型测定所用石英砂的水测渗透率，作为模拟储层的参考渗透率，将稠油样品充分脱水，检查各项装置与设备保证其处于良好状态；
模型填充阶段包括：先向三维模型中填入陶泥用以模拟下伏岩层，再将直井模型安装到指定的接口，向三维模型中装填按比例混合好的油砂并压实，同时将温度传感器、压力传感器安装到模型油层中；当油砂填好后，向三维模型中填入陶泥，模拟上覆岩层；
检验模型气密性阶段包括：用氮气向模型内加压，并将压力稳定在5MPa保持24h以上，在模拟各个引出端口用表面活性剂检测是否有漏气现象；
模型初始化阶段包括：将三维模型放置在恒温箱内，设定恒温箱温度为90℃，对模型加热，使整个模型内外温度均达到90℃；然后用泵以低流量向模型内注入原油，使油藏压力达到试验设计要求，在此过程中，逐步将恒温箱温度降低至油藏温度，直至模型压力达到原始油藏压力；
实验运行阶段包括：模拟蒸汽吞吐过程，模拟CO2辅助蒸汽吞吐过程，模拟降粘剂辅助蒸汽吞吐过程，模拟蒸汽、CO2、降粘剂复合体系吞吐过程。
根据本发明所述实验方法，优选地，模型填充阶段，填充10-15cm厚陶泥作为下覆岩层，填充5-10cm厚油砂，填充10-15cm厚陶泥作为上覆岩层；优选地，油砂按5:10-15的体积比混合。
根据本发明所述实验方法，优选地，压力传感器、温度传感器分别置于油砂内部，在油砂上、下层分别至少设置一个测温点。
根据本发明所述实验方法，优选地，模拟蒸汽吞吐过程中，蒸汽发生器及加热带温度设定为250℃，蒸汽干度0.7，按照相似准则计算出的生产制度进行模拟生产，直至采出程度达到10-20％；优选地，在模拟生产过程中，通过不断更换量筒并记录更换时间，来获得不同时间下的采出液量以便后续分析；优选地，吞吐过程中第1至第5周期，周期注汽量以15％递增，之后周期注汽量保持不变。
根据本发明所述实验方法，优选地，模拟CO2辅助蒸汽吞吐过程，模拟降粘剂辅助蒸汽吞吐过程，模拟蒸汽、CO2、降粘剂复合体系吞吐过程中以产油速度明显下降为结束标注。
与现有技术相比，本发明取得有益效果：
本发明基于多轮次热复合化学吞吐实际生产过程，根据相似准则设计三维物理模型，利用实时温度数据、实时压力数据、各阶段原油性质及特征等分析蒸汽、气体及降粘剂对开采效果的影响，通过记录各阶段累积产油量分析不同开采方式增产效果。
基于本发明的实验系统和实验方法，可以实现对不同类型稠油油藏注蒸汽吞吐开发及热复合化学开发的准确物理模型，进而为稠油油藏后续的提高采收率方法优选及方案调整等，提供切实可行的建议。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
其中：
图1：为本发明实施例多轮次热复合化学吞吐实验系统图；
图2：为本发明实施例直井模型示意图；
图3：为本发明实施例三维模型内部充填效果图；
图4：为本发明实施例三维模型内部测温点位分布图；
图5为各阶段产油量和含水率变化图。
图中，1.ISCO泵一，2.ISCO泵二、3.蒸汽发生器、4.泄压装置、5.回压阀、6.二通阀一、7.二通阀二、8.二通阀三、9.二通阀四、10.二氧化碳气瓶、11.质量流量计、12.原油贮存器、13.加热带、14.计量装置、15.六通阀、16.三维模型、17.恒温箱，18.缓冲容器一、19.压力传感器、20.温度传感器、21.数据采集箱、22.计算机、23.水贮存器、24.降粘剂贮存器、25.二通阀五、26.二通阀六、27.缓冲容器二、28.压力计、29.三通阀一、30.三通阀二、31.蓄水槽一、32.蓄水槽二。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例
本实施例提供一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统，主要由注采系统、模型系统、监测系统三部分组成，示意图如图1所示。
其中注采系统包括ISCO泵(1、2)、蒸汽发生器(3)、泄压装置(4)、回压阀(5)、二通阀(6、7、8、9)二氧化碳气瓶(10)、质量流量计(11)、中间容器(12)、加热带(13)、计量装置(14)、六通阀(15)，模型系统包括三维模型(16)和恒温箱(17)，监测系统包括缓冲容器(18)、压力传感器(19)、温度传感器(20)、数据采集箱(21)、计算机(22)。
所述蒸汽发生器(3)通过φ3管线、三通阀、二通阀(7)与所述三维模型(16)相连，所述泄压装置(4)通过二通阀(6)、φ3管线、三通阀与所述蒸汽发生器(3)相连，所述二氧化碳气瓶(10)通过质量流量计(11)、φ3管线、六通阀(15)与所述三维模型(16)相连，所述中间容器(12)通过六通阀(15)、φ3管线与所述三维模型(16)相连，所述计量装置(14)通过回压阀(5)、二通阀(8)、二通阀(7)、φ3管线与所述三维模型(16)相连，所述压力传感器(19)及所述温度传感器(20)触点置于所述三维模型(16)中，另一端与所述数据采集箱(21)相连，最终结果呈现在所述计算机(22)上。
所述三维模型16内腔长、宽均为40cm，深度为40cm，幅体壁厚5cm，四周有胶垫，最大承压为20MPa。中心一口直井，非射孔段15cm(不包括螺纹长度)，射孔段长10cm，如图2所示，通过螺纹与所述三维模型16相连。
利用上述系统进行多轮次热复合化学吞吐的实验方法，主要包括五个阶段：材料准备阶段、模型装填阶段、检验模型气密性阶段、模型初始化阶段以及实验运行阶段。
步骤A：选取一定目数石英砂颗粒作为充填介质，并利用填砂管模型测定该目数下的水测渗透率，作为模拟储层的参考渗透率，将稠油样品充分脱水，检查各项装置与设备保证其处于良好状态；
步骤B：底部填15cm厚陶泥作为下伏岩层，中间填10cm厚油砂(按照原油/石英砂为7:13的体积比充分混合)，上部填15cm厚陶泥作为上覆岩层，如图3所示。
填充模型过程中将所述温度传感器20的测温点位放置于相应位置，如图4(a)、(b)所示。
步骤C：模型封装好以后，用氮气向模型内加压，并将压力稳定在5MPa保持24h以上，在模拟各个引出端口用表面活性剂检测是否有漏气现象；
步骤D：气密性检验完成后，模型连同承压容器都放置在恒温箱内，设定恒温箱温度为90℃，对模型加热，使整个模型内外温度均达到90℃。
设置所述的ISCO泵(1)出口端流量为30ml/min，设置所述的蒸汽发生器(3)蒸汽温度为250℃、干度为0.8，设置所述的加热带7温度为250℃。
打开所述的ISCO泵(1)、所述的蒸汽发生器(3)、所述的二通阀(6)，关闭所述的二通阀(7)及所述的二通阀(8)，待蒸汽连续稳定喷出后，关闭所述的二通阀(6)，打开所述的二通阀(7)，进行注蒸汽。
然后用泵以低流量向模型内注入原油，使油藏压力达到试验设计要求，在此过程中，逐步将恒温箱温度降低至油藏温度，直至模型压力达到原始油藏压力；
步骤E，首先模拟蒸汽吞吐过程，按照相似准则计算出的生产制度进行模拟生产，相似准则具体参数如表1所示，直至采出程度达到15％左右。
表1多轮次热复合化学吞吐三维物理模拟参数设置
Figure BDA0002508431840000051
Figure BDA0002508431840000061
在模拟生产过程中，通过不断更换量筒并记录更换时间，来获得不同时间下的采出液量以便后续分析。吞吐过程中第1至第5周期周期注汽量以15％递增，之后周期注汽量保持不变。
步骤F：蒸汽吞吐过程模拟完成后，进行CO2辅助蒸汽吞吐模拟实验，实验过程中模拟先注CO2后注蒸汽过程；实验过程以产油速度明显下降为结束标志，通过不断更换量筒并记录更换时间，来获得不同时间下的采出液量以便后续分析，注入参数如表1所示。
步骤G：进行降粘剂辅助蒸汽吞吐模拟实验，实验过程中模拟先注入降粘剂后进行蒸汽吞吐过程；实验过程以产油速度明显下降为结束标志，通过不断更换量筒并记录更换时间，来获得不同时间下的采出液量以便后续分析，注入参数如表1所示。
步骤H：进行蒸汽、CO2、降粘剂复合体系吞吐模拟实验，实验过程中CO2、降粘剂、蒸汽按照设定的参数段塞注入模型，如表1所示，实验过程以产油速度明显下降为结束标志，通过不断更换量筒并记录更换时间，来获得不同时间下的采出液量以便后续分析。
实验结束后，先打开所述的二通阀(6)，关闭所述的蒸汽发生器(3)和所述的二通阀(7)，待出口端连续稳定出水后，关闭所述的ISCO泵(1)。
将仪器、管线等拆开清洗干净，下次实验可重复利用。
基于上述的实验步骤，利用该实验装置，分别开展了单井5轮次的蒸汽吞吐物理模拟(SS阶段)，5轮次吞吐结束后，依次开展了1轮次的CO2辅助蒸汽吞吐物理模拟实验(CASS阶段)及1轮次的降粘剂、CO2辅助蒸汽吞吐物理模拟实验(VRCASS阶段)，模拟的效果如图5所示。CASS阶段和VRCASS阶段的采油量明显高于前5个蒸汽吞吐阶段，平均含水率也显著低于前5个轮次的蒸汽吞吐阶段。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种多轮次热复合化学吞吐的实验系统，其特征在于，包括ISCO泵、计量装置、回压阀、蒸汽发生器、泄压装置、三通阀、二通阀、二氧化碳气瓶、原油贮存器、六通阀、三维模型、恒温箱、缓冲容器一、压力传感器、温度传感器、数据采集箱、计算机、水贮存器、降粘剂贮存器、二通阀五、二通阀六、缓冲容器二、压力计、蓄水槽；
ISCO泵一一侧与蒸汽发生器连接，另一侧与蓄水槽一连接，蒸汽发生器通过管线与三维模型连接；泄压装置通过三通阀一与蒸汽发生器连接；计量装置依次通过回压阀、二通阀三、三通阀二与蒸汽发生器连接；二氧化碳气瓶通过六通阀与三维模型连接，原油贮存器、水贮存器、降粘剂贮存器分别通过六通阀与三维模型连接，原油贮存器、水贮存器、降粘剂贮存器又分别通过二通阀四、二通阀五、二通阀六与ISCO泵二连接，ISCO泵二与蓄水槽二连接；三维模型至于恒温箱中；压力传感器、温度传感器一端分别与三维模型连接，另一端分别与数据采集箱相连，数据采集箱与电脑相连。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，蒸汽发生器与三维模型连接管线为
Figure FDA0002508431830000011
管线，所述管线周围缠绕加热带。
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，二氧化碳气瓶与六通阀之间还设置有质量流量计。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，三维模型内腔长宽均为30-40cm体壁厚度为5-10cm。
5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括直井模型，所述直井模型包括螺纹、非射孔段和射孔段三部分，直井模型通过螺纹与三维模型相连；优选地，非射孔段长15cm，射孔段长10cm。
6.利用权利要求1-5任一项所述所述实验系统进行多轮次热复合化学吞吐的实验方法，其特征在于，所述方法包括材料准备阶段、模型填充阶段、检验模型气密性阶段、模型初始化阶段以及实验运行阶段；
所述材料准备阶段包括：选取石英砂颗粒作为充填介质，并利用填砂管模型测定所用石英砂的水测渗透率，作为模拟储层的参考渗透率，将稠油样品充分脱水，检查各项装置与设备保证其处于良好状态；
模型填充阶段包括：先向三维模型中填入陶泥用以模拟下伏岩层，再将直井模型安装到指定的接口，向三维模型中装填按比例混合好的油砂并压实，同时将温度传感器、压力传感器安装到模型油层中；当油砂填好后，向三维模型中填入陶泥，模拟上覆岩层；
检验模型气密性阶段包括：用氮气向模型内加压，并将压力稳定在5MPa保持24h以上，在模拟各个引出端口用表面活性剂检测是否有漏气现象；
模型初始化阶段包括：将三维模型放置在恒温箱内，设定恒温箱温度为90℃，对模型加热，使整个模型内外温度均达到90℃；然后用泵以低流量向模型内注入原油，使油藏压力达到试验设计要求，在此过程中，逐步将恒温箱温度降低至油藏温度，直至模型压力达到原始油藏压力；
实验运行阶段包括：模拟蒸汽吞吐过程，模拟CO2辅助蒸汽吞吐过程，模拟降粘剂辅助蒸汽吞吐过程，模拟蒸汽、CO2、降粘剂复合体系吞吐过程。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，模型填充阶段，填充10-15cm厚陶泥作为下覆岩层，填充5-10cm厚油砂，填充10-15cm厚陶泥作为上覆岩层；优选地，油砂按5:10-15的体积比混合。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，压力传感器、温度传感器分别置于油砂内部，在油砂上、下层分别至少设置一个测温点。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，模拟蒸汽吞吐过程中，蒸汽发生器及加热带温度设定为250℃，蒸汽干度0.7，按照相似准则计算出的生产制度进行模拟生产，直至采出程度达到10-20％；优选地，在模拟生产过程中，通过不断更换量筒并记录更换时间，来获得不同时间下的采出液量以便后续分析；优选地，吞吐过程中第1至第5周期，周期注汽量以15％递增，之后周期注汽量保持不变。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，模拟CO2辅助蒸汽吞吐过程，模拟降粘剂辅助蒸汽吞吐过程，模拟蒸汽、CO2、降粘剂复合体系吞吐过程中以产油速度明显下降为结束标注。
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