CN113804520B - 一种稠油储层模拟填砂模型自动制作装置 - Google Patents

Abstract

一种稠油储层模拟填砂模型制作装置，包括自动旋转控制系统；压力控制系统和模型管敲击压实系统，其中自动旋转控制系统包括底座和设置在底座内的旋转台；旋转台连接电动机，电动机连接计算机；压力控制系统包括空气压缩机、气体压力控制阀、压力缸和固定架，固定架支撑在底座上，模型管敲击压实系统包括夯锤、压杆和连动架，连动架支撑在底座上。本发明操作简单，自动化程度高，无需人工操作。与地层取芯物性参数测试结果对比，制作的管式模型的孔隙度和渗透率误差小于5%。两根平行管式模型的孔隙度和渗透率绝对值差小于5%。

Description

一种稠油储层模拟填砂模型自动制作装置

技术领域

本发明涉及一种储层岩石物理模拟技术领域，特别是涉及到人工填砂模拟储层岩石物性和研究模拟地层条件的油水流动状态和渗流规律，提供一种稠油储层模拟填砂模型自动制作装置。

背景技术

稠油科学定义是在油层条件下，黏度小于50mPas或脱气后黏度大于100mPa·s的原油。稠油的成因非常复杂，与普通原油最大的区别在于生物降解程度，降解程度越高越容易形成稠油。在国外，稠油又被称作重油，只不过它将油砂包含在内。

API重度是美国石油学会采用的一种公认的石油比重指标，可以粗略衡量油品质量的高低。根据API重度指标，可以将原油分为轻质、中质、重质、超重质4类。

我国稠油和国际稠油的特征略有不同，因此国内采用了不同的划分标准，将稠油分为普通稠油、特稠油和超稠油3类。我国稠油沥青质含量低，故相对密度较低；而胶质含量高，稠油黏度也相对较高。

世界上稠油资源极为丰富，稠油、超稠油、油砂和沥青大约占全球石油资源总量的70％。全球稠油地质储量约为8150亿吨，委内瑞拉最多，拥有世界稠油总量的48％；其次是加拿大，占总量32％；接下来的就是俄罗斯、美国和中国。因此中国的稠油开采成为了我国能源行业一项非常重大的任务。

稠油的开采过程中，模拟是事先非常重要的工作。石油行业室内物理模拟实验中，由于受稠油储层岩石松散程度影响，获取成型的柱状岩心比较困难。同时钻井获得的全直径岩心只有10cm，不能满足化学驱和热采开发模拟(长度大于15cm)对岩心长度的要求。需要人工将洗净备好的油砂或者石英砂装填成管式模型。但是，这种方式制作单根模型管时，主要依靠操作者的经验，无标准化操作规程；每次充填的填砂模型差异较大，造成孔隙度、渗透率不均匀。而进行定量对比试验时，通常需要制作孔隙度和渗透率的近似程度更高的平行模型。现有的制作方式无法满足其近似要求。

发明内容

为此，我们发明了一种稠油储层模拟填砂模型自动制作装置。该系统操作简便，测试精度高，在人工填砂模拟储层岩石物性和研究模拟地层条件的油水流动状态和渗流规律方面有重要应用价值。本发明专利具有以下有益效果：

1、该稠油储层模拟填砂模型自动制作装置，增加两个管式模型放置工位，两根模型管每次的填砂量和敲击次数完全相同。保证两根模型管制作过程完全一致。消除了因模型管填砂量和模型的敲击次数不同造成模型渗透率和孔隙度存在差异。

2、该稠油储层模拟填砂模型自动制作装置，采用压杆对工位上的两根管式模型内的填砂同时加压，并采用压力控制系统控制压杆的压制压力，保证了每次两根模型管加压压力完全相同。消除了不同模型管制作时压制压力不同导致渗透率和孔隙度存在差异。

3、该稠油储层模拟填砂模型自动制作装置，通过增加模型管自动旋转功能，保证每根模型管的每个方向均可被敲击；同时增加侧面敲击次数控制功能，使填砂更均匀。

4、模型管工位尺寸可以更换。可以压制直径为2.5cm和3.8cm的管式模型。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：该装置包括自动旋转控制系统；压力控制系统；模型管敲击压实系统。自动旋转控制系统包括计算机控制、电动机、联动皮带、联动杆、模型管旋转底座；压力控制系统包括气压缸、压力表、气体压力控制阀、空压机；模型管敲击压实系统包括夯锤、压杆、固定架、支架。

本发明的目的还可以通过如下技术措施来实现：稠油储层模拟填砂模型自动制作装置的自动旋转控制系统，包括计算机控制、电动机、联动皮带、联动杆、模型管旋转底座。通过计算机控制模型管的旋转速度。保证模型管的每个角度均被敲击。电动机为模型管的旋转提供动力。联动皮带将电动机动力传递到连动杆，连动杆通过齿轮使模型管旋转底座匀速转动。装置设有两个模型管放置旋转底座。一次同时进行两根填砂管的填砂过程，保证了两根制作制作过程完全相同。模型管工位尺寸可以更换。可以分别压制直径为2.5cm和3.8cm的管式模型。

稠油储层模拟填砂模型自动制作装置的压力控制系统，可实现对填砂压实压力的精确控制。空压机产生持续压缩空气压实压力。采用压缩空气的打压压实速度要比液体压力压实速度快。气体压力控制阀精确输出对填砂的压制压力；压制压力通过压杆对工位上的两根管式模型内的填砂同时加压。当气压缸中的压力达到气体压力控制阀设定压力时，气体压力控制阀瞬间关闭气体输出；压力表检测气压缸中压力变化。在填砂压实过程中，气压缸中的压力会不断下降，当压力下降超过0.1MPa时，气体压力控制阀会再次打开使压缩空气再次进入气压缸中，并达到气体压力控制阀设定的压实压力。直到压实压力变化小于0.1MPa时，一次压实过程完成。整个过程保证了压实压力的精确控制。消除了每次压实压力不同，造成压制的填砂模型不均匀。

稠油储层模拟填砂模型自动制作装置的模型敲击压实系统，可实现对填砂压实的过程中敲击震荡模型管。把填砂管放置与工位上，通过压杆给予所填砂恒定压力。利用自动旋转控制系统对模型管进行旋转的同时，利用夯锤对模型管进行敲击震荡。消除了两次填砂之间产生界面。通过对模型管360度旋转敲击，消除了往模型管里倒入砂子时，造成的模型管内部砂子一测多一侧少的现象,提高了每次填砂的均匀程度。

本发明的具体技术方案为：

一种稠油储层模拟填砂模型制作装置，包括自动旋转控制系统；压力控制系统和模型管敲击压实系统，其中所述自动旋转控制系统包括底座和设置在底座内的旋转台；所述旋转台连接电动机，所述电动机连接计算机；所述压力控制系统包括空气压缩机、气体压力控制阀、压力缸和固定架，所述固定架支撑在所述底座上，所述模型管敲击压实系统包括夯锤、压杆和连动架，所述连动架支撑在所述底座上。

优选所述压力控制系统和所述模型管敲击压实系统连接所述计算机。

优选还包括模型管，所述模型管设置在所述旋转座上。

优选所述固定架有多条支柱。

优选所述固定架有5条支柱。

优选所述连动架设置在所述固定架内部。

本发明操作简单，自动化程度高，无需人工操作。与地层取芯物性参数测试结果对比，制作的管式模型的孔隙度和渗透率误差小于5％。两根平行管式模型的孔隙度和渗透率绝对值差小于5％。

附图说明

图1为本发明所述稠油储层模拟填砂模型自动制作装置的结构示意图。

附图标记如下：

1-底座；11-旋转台；2-固定架；3-连动架；4-夯锤；21-电动机；31-空气压缩机；32-压力缸；33-压杆；34-气压调节控制阀；35-压力表。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

参见附图1，为本发明的一种稠油储层模拟填砂模型自动制作装置。该装置包括自动旋转控制系统；压力控制系统和模型管敲击压实系统。自动旋转控制系统包括计算机、电动机、联动皮带、联动杆、旋转台、底座；电动机通过联动皮带控制旋转台的转速，从而控制旋转台上模型管的转速，压力控制系统包括气压缸、压力表、气体压力控制阀、空气压缩机，提供模型的充填压力；模型管敲击压实系统包括夯锤、压杆、固定架、支架，其中夯锤实现充填交变压力的模拟，压杆实现充填持续压力的模拟，夯锤和压杆实现双重压力模拟，其动力都由压力控制系统的空气压缩机提供，并由计算机实现双重压力的协调，即根据模拟的需要，分别独立调整压杆的压力和夯锤的频率，建立两者的关系，固定架有5根支柱，其中4根分别在固定架的四角，1根成倾角设置在两个支柱的中间，增加固定架的刚性。电动机、空气压缩机、压杆、夯锤的运行部件都连接计算机，由计算机实现统一控制，实现整体的协调。

该稠油储层模拟填砂模型自动制作装置在运行时，包括以下步骤：

步骤一：根据制作模型管的直径尺寸(2.5cm或3.8cm)，选择旋转台，将旋转台放置于底座上。将模型管放置旋转台上。

步骤二：根据要制作的填砂模型的渗透率，通过自动控制软件设定气体压力控制阀压力。打开空气压缩机。

步骤三：打开电动机开关，通过自动控制软件设定旋转台转速和夯锤敲击次数。

步骤四：用天平称量20g备好的油砂或石英砂。将称好的砂子倒入旋转台上的模型管中。

步骤五：通过自动控制软件，开启模型管填砂的加压。

步骤六：通过自动控制软件，开启模型管的旋转和敲击震荡。

步骤七：待压制压力稳定后，通过自动控制软件，关闭压力控制系统和模型模型旋转控制系统。

步骤八：重复步骤四到七，至模型管装满。

利用本发明专利进行了平行模型制作实验。对比了两根平行模型的物性参数，并与储层物性参数进行对比，具体结果参见表1所示。

表1制作模型参数与储层物性参数对比表

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，在此基础上可进行灵活变通，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的实施方式加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的实施方式所进行的任何简单修改或等同置换，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种稠油储层模拟填砂模型制作装置，其特征在于：包括自动旋转控制系统；压力控制系统和模型管敲击压实系统，其中所述自动旋转控制系统包括底座和设置在底座内的旋转台；所述旋转台连接电动机，所述电动机连接计算机；所述压力控制系统包括空气压缩机、气体压力控制阀、压力缸和固定架，所述固定架支撑在底座上，所述模型管敲击压实系统包括夯锤、压杆和连动架，所述连动架支撑在底座上；

自动旋转控制系统包括计算机控制、电动机、联动皮带、联动杆、模型管旋转底座；通过计算机控制模型管的旋转速度，保证模型管的每个角度均被敲击；电动机为模型管的旋转提供动力；联动皮带将电动机动力传递到联动杆，联动杆通过齿轮使模型管旋转底座匀速转动；装置设有两个模型管放置旋转底座，一次同时进行两根填砂管的填砂过程，保证两根制作过程完全相同，模型管工位尺寸能更换；

压力控制系统实现对填砂压实压力的精确控制；空气压缩机产生持续压缩空气压实压力，气体压力控制阀精确输出对填砂的压制压力；压制压力通过压杆对工位上的两根管式模型内的填砂同时加压；当压力缸中的压力达到气体压力控制阀设定压力时，气体压力控制阀瞬间关闭气体输出；压力表检测压力缸中压力变化；在填砂压实过程中，压力缸中的压力会不断下降，当压力下降超过0.1MPa时，气体压力控制阀会再次打开使压缩空气再次进入压力缸中，并达到气体压力控制阀设定的压实压力，直到压实压力变化小于0.1MPa时，一次压实过程完成；

模型管敲击压实系统实现对填砂压实的过程中敲击震荡模型管；把填砂管放置于工位上，通过压杆给予填砂恒定压力，利用自动旋转控制系统对模型管进行旋转的同时，利用夯锤对模型管进行360度旋转敲击震荡，提高每次填砂均匀度；

所述压力控制系统和所述模型管敲击压实系统连接所述计算机。

2.如权利要求1所述的稠油储层模拟填砂模型制作装置，其特征在于：所述固定架有多条支柱。

3.如权利要求2所述的稠油储层模拟填砂模型制作装置，其特征在于：所述固定架有5条支柱。

4.如权利要求3所述的稠油储层模拟填砂模型制作装置，其特征在于：所述连动架设置在所述固定架内部。