CN114607330A - 基于长水平井的流量控制器模拟测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于长水平井的流量控制器模拟测试装置及方法，该装置包括：通过管线顺次连接的储水槽、柱塞泵、蒸汽发生器、第一调压阀、第一流量控制器测试单元、背压阀、换热器、多个第二调压阀和多个第二流量控制器测试单元。其中，换热器的出口端通过管线与储水槽连接，每个第二调压阀和第二流量控制器测试单元分别与第一调压阀和第一流量控制器测试单元通过管线并联。第一流量控制器测试单元和多个第二流量控制器测试单元用于模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品的流量和压差。本发明可以完成对模拟长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价。
Description
技术领域
本发明涉及长水平井注蒸汽稠油开采技术领域，尤其涉及一种基于长水平井的流量控制器模拟测试装置及方法。
背景技术
注蒸汽热力采油技术与长水平井技术的结合，促进了稠油、超稠油、油砂的经济有效开发。目前注蒸汽的技术主要有蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD等，都涉及到通过水平井将蒸汽注入油藏。注入的蒸汽部分向上超覆扩展成蒸汽腔，部分与冷油藏接触后释放潜热并凝结。而油藏受热后局部原油粘度下降，在重力、驱替压差的作用下流向生产井，从而被举升系统抽提到地面。在理想条件下，从水平井注入的蒸汽可以沿着整个水平井均匀分布，并进入油藏后发育规模相当的蒸汽腔，从而促使沿整个水平井的均衡产油和油藏动用，而这正是长水平井的优势所在。但实际上，长水平井的均匀动用程度并不高，有的水平井有效动用程度50％都达不到，大大降低了水平井开发的技术优势。长水平井动用程度不高的诱因有：注气油管限制，比较细的内径导致高流量注蒸汽时摩阻大，压力损失引发水平井沿程蒸汽干度分布不均；储层非均质性强，局部段吸汽能力较强而其它段较弱，这种强弱差异随着开发进程而不断强化；管柱结构限制，目前广泛采取的长短管柱，在一定程度上提高了配汽的均匀性，但离真正的动态均匀配汽还有很大的差距；局部汽窜通道，有天然裂缝也有操作不当产生的井间汽窜通道。大量注入蒸汽优先通过这些汽窜通道，导致大量蒸汽被无效产出。
为了提高这些长水平井的动用程度，目前主要通过新的完井方式，如流量控制器来改善开发现状，流量控制器有两种类型,一种是部署在生产井内的，称为ICD(InflowControl Device)；另一种是部署在注气井内的，称为OCD(Outflow Control Device)，通过附加压损降低吸汽能力强的水平段的汽量。OCD又可分为主动式和被动式两种类型。其中主动式的OCD采取滑套等可动调节结构，具有很大的灵活性，但在连续注蒸汽的严苛环境下容易失效，而失效后的修井工作十分困难。不同的地质条件、实施时机、实施过程都会产生较大的实施效果差异，因此，对于OCD性能的测试决定了长水平井的开发效果，而现有技术目前并没有关于长水平井的流量控制器的模拟测试方法。
发明内容
本发明实施例提供一种基于长水平井的流量控制器模拟测试装置，用以完成对模拟长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价，该装置包括：
通过管线顺次连接的储水槽、柱塞泵、蒸汽发生器、第一调压阀、第一流量控制器测试单元、背压阀、换热器，所述换热器的出口端通过管线与所述储水槽连接；
多个第二调压阀和多个第二流量控制器测试单元，每个所述第二调压阀和所述第二流量控制器测试单元分别与所述第一调压阀和所述第一流量控制器测试单元通过管线并联；
所述第一流量控制器测试单元和多个所述第二流量控制器测试单元用于模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品的流量和压差。
本发明实施例还提供一种基于长水平井的流量控制器模拟测试方法，用以完成对模拟长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价，该方法包括：
利用柱塞泵将储水槽中的水泵入蒸汽发生器中，以形成预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽，并将预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽排至第一调压阀、第一流量控制器测试单元，以及多个第二调压阀和多个第二流量控制器测试单元；
利用第一调压阀调节流入第一流量控制器测试单元的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，并利用多个第二调压阀调节流入多个第二流量控制器测试单元的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，以模拟长水平井中不同位置的压力；
使用所述第一流量控制器测试单元和多个所述第二流量控制器测试单元测试长水平井测试环境中饱和蒸汽或过热蒸汽流经流量控制器样品的流量和压差；
饱和蒸汽或过热蒸汽流经后顺次流经背压阀和换热器后流回所述储水槽中，在此过程中，所述背压阀使达到预设压力值的饱和蒸汽或过热蒸汽流向所述换热器，所述换热器对流入的饱和蒸汽或过热蒸汽进行换热降温。
本发明实施例中，通过设置通过管线顺次连接的储水槽、柱塞泵、蒸汽发生器、第一调压阀、第一流量控制器测试单元、背压阀、换热器，并使换热器的出口端通过管线与储水槽连接，可以在测试作业过程中实现水的自动循环。通过设置第一流量控制器测试单元，可以实现模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品的流量和压差。通过设置多个与第一调压阀和第一流量控制器测试单元并联的第二调压阀和第二流量控制器测试单元，可以完成对模拟长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中基于长水平井的流量控制器模拟测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中第一流量控制器测试单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中理想的流量控制器调节效果示意图；
图4为本发明实施例中喷嘴型流量控制器在高温注蒸汽模拟实验中的压降和流量的关系示意图；
图5为本发明实施例中喷嘴型流量控制器在高温注蒸汽模拟实验中的压降和Re的关系示意图；
图6为本发明实施例中并行部署的4组流量控制器在高温模拟实验中的流量调节效果示意图。
附图标记如下：
1储水槽，
2柱塞泵，
3蒸汽发生器，
4第一调压阀，
5第一流量控制器测试单元，
501夹持器，
502流量计，
503差压传感器，
504恒温箱，
505防砂结构，
506第二压力传感器，
507第三压力传感器，
508第四压力传感器，
509第一温度传感器，
510第二温度传感器，
6背压阀，
7换热器，
8第二调压阀，
9第二流量控制器测试单元，
10出汽管线，
11第一针阀，
12第一压力传感器，
13第二针阀，
X测试管线，
Y流量控制器样品。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供了一种基于长水平井的流量控制器模拟测试装置，如图1和图2所述，该装置包括：通过管线顺次连接的储水槽1、柱塞泵2、蒸汽发生器3、第一调压阀4、第一流量控制器测试单元5、背压阀6、换热器7、多个第二调压阀8和多个第二流量控制器测试单元9。其中，换热器7的出口端通过管线与储水槽1连接，每个第二调压阀8和第二流量控制器测试单元9分别与第一调压阀4和第一流量控制器测试单元5通过管线并联。第一流量控制器测试单元5和多个第二流量控制器测试单元9用于模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差。
本发明实施例提供的基于长水平井的流量控制器模拟测试装置的工作原理如下所述：
利用柱塞泵2将储水槽1中的水泵入蒸汽发生器3中，以形成预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽，并将预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽排至第一调压阀4、第一流量控制器测试单元5，以及多个第二调压阀8和多个第二流量控制器测试单元9；
利用第一调压阀4调节流入第一流量控制器测试单元5的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，并利用多个第二调压阀8调节流入多个第二流量控制器测试单元9的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，以模拟长水平井中不同位置的压力；
使用所述第一流量控制器测试单元5和多个所述第二流量控制器测试单元9测试长水平井测试环境中饱和蒸汽或过热蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差；
饱和蒸汽或过热蒸汽流经后顺次流经背压阀6和换热器7后流回所述储水槽1中，在此过程中，所述背压阀6使达到预设压力值的饱和蒸汽或过热蒸汽流向所述换热器7，所述换热器7对流入的饱和蒸汽或过热蒸汽进行换热降温。模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差。
通过上述第一流量控制器测试单元5和与其并联的多个第二流量控制器测试单元9测得的流量和压差即可对长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价，具体示例可参见图3、图4、图5和图6。
作为一种实施例，如图4和图5所示，一组高温高压模拟实验中，设置流程背压为2.2MPa。部署的OCD为喷嘴型，孔径为1.8mm，孔长为5mm，缝宽为0.4mm，开孔面积占比为5％。实验注入流体为饱和蒸汽，流体以恒速模式注入到第一流量控制器测试单元5和多个第二流量控制器测试单元9中，注入温度为217℃，背压为2.2MPa。实验共进行12h，连续改变注入速率，计算雷诺数Re(判断管流状态的无因次数，一般低于2000为层流状态)，并监测第一流量控制器测试单元5和多个第二流量控制器测试单元9的压降。获得稳定压降后，逐步增大流速，直至超出差压传感器量程。
作为另一种实施例，如图3和图6所示，一组高温高压模拟实验中，并行部署4组OCD，用于模拟井下沿水平井脚跟到脚尖的多OCD联合流量调节能力。OCD均为喷嘴型，孔径1.8mm，孔长5mm。分别调节调压阀，设置压力为4.22、4.12、4.2、4.15MPa，模拟注气井筛管内从脚跟到脚尖的压力分布。实验注入流体为水蒸汽。恒速注入速率为200ml/min，注入温度为270℃。实验共进行20h，监测第一流量控制器测试单元5和多个第二流量控制器测试单元9的压降。获得稳定压降后，记录各OCD的压降数据，同时收集通过各OCD的产出液，计量质量流量。
本发明实施例提供的基于长水平井的流量控制器模拟测试装置，通过设置通过管线顺次连接的储水槽1、柱塞泵2、蒸汽发生器3、第一调压阀4、第一流量控制器测试单元5、背压阀6、换热器7，并使换热器7的出口端通过管线与储水槽1连接，可以在测试作业过程中实现水的自动循环。通过设置第一流量控制器测试单元5，可以实现模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差。通过设置多个与第一调压阀4和第一流量控制器测试单元5并联的第二调压阀8和第二流量控制器测试单元9，可以完成对模拟长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价。
其中，每个第二调压阀8和第二流量控制器测试单元9分别与第一调压阀4和第一流量控制器测试单元5通过管线并联指的是：每个第二调压阀8入口端的管线均与第一调压阀4入口端处的管线连接，每个第二流量控制器测试单元9出口端的管线均与第一流量控制器测试单元5出口端处的管线连接，具体可参见附图1中的连接方式。
流量控制器样品Y可以为OCD。
第一流量控制器测试单元5与多个第二流量控制器测试单元9结构相同，多个第二调压阀8所需调节的压力各不相同，且与第一调压阀4所需调节的压力不同，以便模拟长水平井中不同位置的压力。
在本发明实施例中，如图1所示，该装置还包括：出汽管线10和设置在出汽管线10上的第一针阀11。其中，出汽管线10的入口端与蒸汽发生器3的出口端连接，出口端与外部连通。
通过如此设置，可以通过调整第一针阀11的开、关，将蒸汽发生器3内的部分蒸汽排出，保证蒸汽发生器3高效、稳定运行。
为了实时获取蒸汽进入第一调压阀4之前的压力，便于第一调压阀4对其进行调节，如图1所示，该装置还包括：第一压力传感器12。该第一压力传感器12设置在蒸汽发生器3与第一调压阀4之间的管线上。
为了避免背压阀6无法正常工作时，整个测试装置无法正常运转，如图1所示，该装置还包括：第二针阀13。该第二针阀13通过管线与背压阀6并联。
当背压阀6正常工作时，该第二针阀13处于关闭状态。当背压阀6无法正常工作时，将第二针阀13打开即可。此处的并联与上述并联意思相同，具体可参见图1中的连接方式。
在本发明实施例中，如图2所示，该第一流量控制器测试单元5包括：通过测试管线X连接的夹持器501和流量计502，以及差压传感器503。其中，夹持器501用于夹持流量控制器样品Y。差压传感器503通过管线与夹持器501并联。
当需要对流量控制器样品Y进行测试时，将蒸汽注入到夹持流量控制器样品Y的夹持器501内，该夹持器501为密封结构，使蒸汽流经流量控制器样品Y后自夹持器501的出口端排至流量计502，进而将蒸汽排出即可。在此过程中，流量计502和差压传感器503分别用于测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差。
通过如上设置，可以顺利测试在长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差。
其中，夹持器501内设置有流量控制器通用接口，以便能够对各种型号的流量控制器进行测试。
进一步地，为了使夹持器501处于始终处于恒温状态，如图2所示，第一流量控制器测试单元5还包括：恒温箱504。该恒温箱504套设在夹持器501外部。
进一步地，为了模拟长水平井作业过程中使用的割缝筛管，如图2所示，第一流量控制器测试单元5还包括：防砂结构505。该防砂结构505设置在夹持器501的出汽端。
其中，防砂结构可以为割缝板模组，用于模拟长水平井作业过程中使用的割缝筛管。
为了顺利模拟长水平井的作业环境，保证第一流量控制器测试单元5中各位置的压力满足预设要求。如图2所示，第一流量控制器测试单元5还包括：第二压力传感器506、第三压力传感器507和第四压力传感器508。其中，第二压力传感器506设置在夹持器501入口端的测试管线X上。第三压力传感器507设置在流量计502下游的测试管线X上。第四压力传感器508设置在夹持器501内的测试管线X上。
为了顺利模拟长水平井的作业环境，保证第一流量控制器测试单元5中各位置的温度满足预设要求，如图2所示，第一流量控制器测试单元5还包括：设置在所述夹持器501内的第一温度传感器509和第二温度传感器510。其中，第一温度传感器509设置在流量控制器样品Y上游的测试管线X上。第二温度传感器510设置在所述流量控制器样品Y下游的所述测试管线X上。
本发明实施例还提供了一种基于长水平井的流量控制器模拟测试方法，该方法包括：
利用柱塞泵2将储水槽1中的水泵入蒸汽发生器3中，以形成预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽，并将预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽排至第一调压阀4、第一流量控制器测试单元5，以及多个第二调压阀8和多个第二流量控制器测试单元9；
利用第一调压阀4调节流入第一流量控制器测试单元5的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，并利用多个第二调压阀8调节流入多个第二流量控制器测试单元9的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，以模拟长水平井中不同位置的压力；
使用所述第一流量控制器测试单元5和多个所述第二流量控制器测试单元9测试长水平井测试环境中饱和蒸汽或过热蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差；
饱和蒸汽或过热蒸汽流经后顺次流经背压阀6和换热器7后流回所述储水槽1中，在此过程中，所述背压阀6使达到预设压力值的饱和蒸汽或过热蒸汽流向所述换热器7，所述换热器7对流入的饱和蒸汽或过热蒸汽进行换热降温。
通过上述方法，可以在测试作业过程中实现水的自动循环，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品Y的流量和压差，以及可以完成对模拟长水平井中不同位置的流量控制器的性能进行综合评价。
下面通过一具体实施例对本发明进行说明：
在准备阶段：
实验前确保流程所有阀门关闭；储水槽1储水充分；所有传感器工作正常，数据采集控制程序正常。
蒸汽发生器3设置在实验方案预定温度；实验流程沿程伴热管线温度设置比实验方案温度高2-5℃；
根据实验方案，选择OCD测试单元数量，并行连接到流程中。将待测试OCD放入OCD夹持器501内，并与测试单元预留接口连接，将防砂结构505植入防砂单元内，密封OCD测试单元，将OCD测试单元植入恒温箱504，并设置实验方案温度；
根据方案设计，预设各测试单元前的调压阀，及测试单元后的背压阀6压力。其中OCD测试单元入口压力，即调压阀的阀后压力代表注汽水平井内压力，OCD测试单元后的背压阀设置压力，代表经过OCD调解后的砂面压力。
换热器入口水温20-35℃。
在测试阶段：
根据实验方案设计，使用柱塞泵2恒速注水到蒸汽发生器3中，提供一定流量的饱和蒸汽或者过热蒸汽；
饱和蒸汽或者过热蒸汽分流进入并行的调压阀，按实验方案降压后，形成特定的压力分布。蒸汽经过调压阀后进入OCD测试单元，先经过防砂结构505，再流入OCD夹持器501内腔，然后流入流量控制器样品Y，产生显著压降，通过夹持器内固定接头后，到达背压阀。背压阀6处的压力代表蒸汽进入汽腔的砂面压力。
产出热水经过换热降温，返回储水槽1中，以便于循环测试。
基于上述，本发明可模拟热水、饱和蒸汽、过热蒸汽、气、盐分及结垢物等复杂三相流工况条件，同时，可测试OCD在不同温度、压力、流量、组分、相态条件下的流量-压降关系。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于长水平井的流量控制器模拟测试装置，其特征在于，包括：通过管线顺次连接的储水槽(1)、柱塞泵(2)、蒸汽发生器(3)、第一调压阀(4)、第一流量控制器测试单元(5)、背压阀(6)、换热器(7)，所述换热器(7)的出口端通过管线与所述储水槽(1)连接；
多个第二调压阀(8)和多个第二流量控制器测试单元(9)，每个所述第二调压阀(8)和所述第二流量控制器测试单元(9)分别与所述第一调压阀(4)和所述第一流量控制器测试单元(5)通过管线并联；
所述第一流量控制器测试单元(5)和多个所述第二流量控制器测试单元(9)用于模拟长水平井的测试环境，并测试长水平井测试环境中蒸汽流经流量控制器样品(Y)的流量和压差。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：出汽管线(10)和设置在所述出汽管线(10)上的第一针阀(11)；
所述出汽管线(10)的入口端与所述蒸汽发生器(3)的出口端连接，出口端与外部连通。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第一压力传感器(12)，设置在所述蒸汽发生器(3)与所述第一调压阀(4)之间的管线上。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第二针阀(13)，通过管线与所述背压阀(6)并联。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一流量控制器测试单元(5)包括：通过测试管线(X)连接的夹持器(501)和流量计(502)，以及差压传感器(503)；
所述夹持器(501)用于夹持流量控制器样品(Y)；
所述差压传感器(503)通过管线与所述夹持器(501)并联。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一流量控制器测试单元(5)还包括：恒温箱(504)，套设在所述夹持器(501)外部。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一流量控制器测试单元(5)还包括：防砂结构(505)，设置在所述夹持器(501)的出汽端。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一流量控制器测试单元(5)还包括：第二压力传感器(506)、第三压力传感器(507)和第四压力传感器(508)；
所述第二压力传感器(506)设置在所述夹持器(501)入口端的所述测试管线(X)上；
所述第三压力传感器(507)设置在所述流量计(502)下游的所述测试管线(X)上；
所述第四压力传感器(508)设置在所述夹持器(501)内的所述测试管线(X)上。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一流量控制器测试单元(5)还包括：设置在所述夹持器(501)内的第一温度传感器(509)和第二温度传感器(510)；
所述第一温度传感器(509)设置在所述流量控制器样品(Y)上游的所述测试管线(X)上；
所述第二温度传感器(510)设置在所述流量控制器样品(Y)下游的所述测试管线(X)上。
10.一种基于长水平井的流量控制器模拟测试方法，其特征在于，包括：
利用柱塞泵(2)将储水槽(1)中的水泵入蒸汽发生器(3)中，以形成预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽，并将预设流量的饱和蒸汽或过热蒸汽排至第一调压阀(4)、第一流量控制器测试单元(5)，以及多个第二调压阀(8)和多个第二流量控制器测试单元(9)；
利用第一调压阀(4)调节流入第一流量控制器测试单元(5)的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，并利用多个第二调压阀(8)调节流入多个第二流量控制器测试单元(9)的饱和蒸汽或过热蒸汽的压力至预设值，以模拟长水平井中不同位置的压力；
使用所述第一流量控制器测试单元(5)和多个所述第二流量控制器测试单元(9)测试长水平井测试环境中饱和蒸汽或过热蒸汽流经流量控制器样品(Y)的流量和压差；
饱和蒸汽或过热蒸汽流经后顺次流经背压阀(6)和换热器(7)后流回所述储水槽(1)中，在此过程中，所述背压阀(6)使达到预设压力值的饱和蒸汽或过热蒸汽流向所述换热器(7)，所述换热器(7)对流入的饱和蒸汽或过热蒸汽进行换热降温。
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