CN115030699A - 一种用于油砂sagd二维可视化模拟实验追踪加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其包括，模拟实验主体，包括模型上盖板、模型主体和模型底板，三者依次相互连接，模型主体内部设置有模拟腔，模拟腔内部设置有模拟加热件和压实盖板；支撑件，包括支撑架和转轴，所述模拟实验主体通过转轴安装于支撑架顶部。本发明可清晰直观地模拟开发过程，通过均匀分布加热片模块能够更完美的模拟地层实际温度。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，特别是一种用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置。
背景技术
目前，在油气田开发技术领域针对非常规油气田的开发越来越受到重视。而油砂具有埋藏浅，储量丰富的特点受到广泛关注，目前较为高效的油砂开发技术之一为蒸汽辅助重力泄油技术(Steam Assisted Gravity Drainage，简称SAGD)。在利用SAGD技术之前往往需要通过二维化物理模拟设备对实际油藏进行物理模拟，以此来指导实际开发。
当前，在二维物理模拟设备进行的加热操作是往往采用局部加热或者在设备外部进行加热扩散。其优点在于成本低、操作简单；缺点在于无法对模拟地层内部的温度进行控制，不能够最大程度的模拟地层实际情况。
电加热辅助SAGD的二维可视化物理模拟装置(专利申请号201920476957.1)应用了一种局部加热装置，对稠油动用程度较低的局部测量点进行局部加热，可以提高稠油动用程度、提高采油产量和采油效率。其缺陷在于：首先，该装置采用的局部加热装置，无法多点加热；其次，无法精确控制模拟层各个点的温度，不能做到对温度的实时加热。
一种油砂SAGD可视化二维物理模拟设备及其应用方法(专利申请号201510353769.6)所述模型本体内部还均匀分布设置有多个温度传感器，所述压力传感器和多个温度传感器分别通过数据线与一连接有计算机的数据采集箱连接。与本设备的加热方式不同，该装置通过调节蒸汽温度来对地层加热，这种加热方式势必会造成地层的受热的不均匀，导致模型外部和内部的温度不连续，使最后温度场的温度与实际开采情况存在一定偏差。
在对含有相关实验装置的文献调研中，虽有相似的用于稠油热采二维物理模拟实验模块化加热装置，但这些装置大多采用恒温箱的方法对模拟地层进行保温，必然存在模型本体温度场和加热设备温度的不匹配，由于模型本体实际温度场各个位置温度是不相等且不断变化的，现有的加热保温模块不能追踪内部温度加热模型且对各个位置的加热温度相等，造成本体温度场各个位置向模型外部的传热速率存在巨大差异，进而影响本体温度场的发育，造成实验模型本体温度场与实际工程温度场存在巨大差异，无法在二维空间对三维油藏场变化且连续的温度场进行实时的、精准的、定点的控温模拟。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，包括，模拟实验主体，包括模型上盖板、模型主体和模型底板，三者依次相互连接，模型主体内部设置有模拟腔，模拟腔内部设置有模拟加热件和压实盖板；支撑件，包括支撑架和转轴，所述模拟实验主体通过转轴安装于支撑架顶部。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模型底板通过底板螺栓和橡胶垫圈与所述模型主体连接，所述模型主体通过螺栓与所述模型上盖板连接。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模型底板与所述模型主体之间设置有可视窗，模型主体侧面开设有若干模拟井位。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模型上盖板上开设有若干螺栓孔，螺栓孔内螺纹连接有与所述压实盖板连接的压实螺栓。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模拟加热件由加热片、隔热层和垫片组成，加热片通过隔热层与垫片连接。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模拟加热件通过垫片镶嵌在模拟腔内，设置有81组，组成9×9的矩形方阵，均匀布满整个模拟腔。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述加热片尺寸为5*5cm。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模拟加热件连接有温度传感器。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述模拟加热件和压实盖板之间设置有保温隔热层。
作为本发明所述用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置的一种优选方案，其中：所述支撑架底部设置有万向轮。
本发明有益效果为：本发明可清晰直观地模拟开发过程，通过追踪加热片模块能够根据温度采集系统采集的模型内部各个位置的温度对模型内部进行连续性追踪加热，保证二维平板内部不同区域的温度不受外界影响从而保证实验的准确性和科学性，控制实验开始前以及实验过程中模型内部的温度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明模拟实验主体剖视图。
图3为本发明模拟加热件结构示意图。
图4为本发明模拟加热件布设示意图。
图5为本发明布井示意图。
图6为本发明实验10分钟模型温度场图。
图7为本发明实验60分钟模型温度场图。
图8为本发明实验140分钟模型温度场图。
图9为本发明实验240分钟模型温度场图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1至图9，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，模拟实验主体100，包括模型上盖板101、模型主体102和模型底板103，三者依次相互连接，模型主体102内部设置有模拟腔104，模拟腔104内部设置有模拟加热件105和压实盖板106；支撑件200，包括支撑架201和转轴202，模拟实验主体100通过转轴202安装于支撑架201顶部。模型底板103通过底板螺栓和橡胶垫圈与模型主体102连接，模型主体102通过螺栓与模型上盖板101连接。
模型上盖板101、模型主体102和模型底板103三者通过螺栓进行固定，从而封闭模型主体102内部的模拟腔104，在模拟腔104内进行填砂从而对实际油藏进行物理模拟，模拟加热件105位于油砂填充层和压实盖板106之间，模拟加热件105直接和油砂填充层接触，压实盖板106用于压实油砂填充层，压实盖板106不同于模拟加热件105的一侧连接有可旋转压实螺栓106a，模型上盖板101中心位置开设有螺栓孔，可旋转压实螺栓106a穿过螺栓孔与压实盖板106转动连接，转动可旋转压实螺栓106a可推动压实盖板106和模拟加热件105朝着油砂填充层方向运动，从而压实油砂填充层同时使得模拟加热件105与油砂填充层充分贴近。模拟实验主体100通过转轴202安装于支撑架201顶部，从而可以模拟实验主体100定位在任意角度以模拟地层倾角。可视面水平放置时可模拟水平地层，垂直放置时可模拟地层剖面，其他角度为不同倾角地层。
进一步的，模型底板103与模型主体102之间设置有可视窗107，通过可视窗107可直接观察到模拟腔104内的蒸汽辅助重力泄油效果。模型主体102侧面开设有若干模拟井位，可便于在模拟实验时按需选用位置进行注入井和采出井的分布。
进一步的，模拟加热件105由加热片105a、隔热层105b和垫片105c组成，加热片105a通过隔热层105b与垫片105c连接，隔热层105b采用聚氨酯硬泡。模拟加热件105通过垫片105c镶嵌在压实盖板106上，模拟加热件105设置有81组，组成9×9的矩形方阵，均匀布满整个模拟腔104。加热片105a尺寸为5*5cm，每组模拟加热件105单独控制加热同时也能相互影响，从而保证模型内部温度场的连续性，确保模拟开采过程与实际开采过程的一致性。模拟加热件105连接有温度传感器105d，温度传感器105d通过数据线连接外部数据采集箱，从而实现对模拟地层的连续性追踪加热。
通过将81个模拟加热件105均匀镶嵌入SAGD二维可视化物理模拟设备之中，可实现对整个设备的均匀加热，单独控制每组模拟加热件105，实时改变每块加热片105的温度，最大限度地保证开采过程中各个点油藏温度的分布的连续性，从而完美模拟实际开采过程中的油场温度，对于实际油田的开发更具指导意义。
进一步，模拟加热件105和压实盖板106之间设置有保温隔热层108，保温隔热层108防止模拟腔104内热量散失。支撑架201底部设置有万向轮203，便于整个装置的移动。
实验时，首先根据实际油藏，确定本次实验所需的填砂尺寸和布井方案；将模型底板103、模型主体102以及可视窗107通过螺栓固定连接，并平放于支撑架201顶部；在模拟腔104内填入石英砂铺平夯实，填完砂后将压实盖板106连同模拟加热件105嵌入模拟腔104内，安装模型上盖板101，转动可旋转移动螺杆对油砂填充层进行压实操作；而后加压测试模拟腔104防漏性能，对模型内部进行水饱和以及油饱和，完成后开始进行SAGD开采模拟。
现结合SAGD实验具体说明：
步骤1、结合油藏实际情况，本次实验模拟油藏储量为996ml，注入蒸汽温度为400℃，注汽速度为10ml/min，开采时间为240min，根据相似准则确定模型的具体参数，记录于下表；
模型中油层厚度20cm，上部黏土厚度设置为27cm，黏土层与油层之间放置宽度为3cm硅胶带，注采井间距离设置为5cm；生产井距离模型底部边缘为2cm。目前实际生产井距为120m，井距过大，井对间存在较大的未动用区域，需要增加井网密度。在实验中两对正对井对之间的距离设置两倍的油层厚度，即为40cm，如图5所示。
步骤2、根据试验方案在指定位置布置生产井和注入井(如图5)，并在井口设置一层400目防砂网，防止油砂堵塞模拟井。同时，在生产井和注入井附近布置加热棒，以便实验开始后进行井间预热。在出口和入口处安装压力传感器，监测压力的变化，并在出口出设置回压阀。
步骤3、根据布井方案在指定位置布置生产井和注入井。准备80目的石英砂，夯实叠加填充至模型。填砂时，先用少量水湿润砂子，减少砂子中的空气，以避免饱和油时气液界面张过大无法压实(油水界面张力远低于气液界面张力)。然后一层一层的进行夯实叠加填充，最后达到模型边缘区域后，比边缘大致持平(可以稍低于)，使用工具对表层进行平整压实处理，尽量避免砂层表面凹凸不平。在中间填入黏土，清理密封圈周围的残留物。
步骤4、填完砂，将压实盖板106连同模拟加热件105嵌入模拟腔104内，安装模型上盖板101，转动可旋转移动螺杆对油砂填充层进行压实操作。
步骤5、然后加压，测试其防漏性能。抽真空6h后，先用蒸馏水对模型进行饱和。随后模型加热至50℃，进行饱和油，饱和压力为1MPa，以1mL/min饱和原油，计算含油饱和度等参数。
步骤6、饱和油完成后，开始进行SAGD开采模拟。设定蒸汽(水当量)注入速度为10mL/min。
步骤7、通过井点加热进行井间预热，当井间温度>100℃，开始进行SAGD开采模拟，利用程序控制模拟加热件105，设置蒸汽发生器的加热温度250℃，蒸汽(水当量)注入速度为10mL/min。记录油水采出量，监测模型内部温度，并进行图像采集。
步骤8、在实验过程中，分别采集了81个温度传感器105d的温度变化，根据所监测的温度，通过背部的加热片105a，利用程序控制加热片105a，对模型进行连续性追踪加热，当注入井温度变成250℃时，我们将对位位置加热片105a温度调至250℃，此时周围地层温度达到了200℃，而相应位置的加热片105a温度也将调至200℃，从而保证了地层温度的连续性，不会因模型内外部的温度差造成的传热而影响模型内部温度场的发育。
步骤9、实验过程中，分别采集了81个温度传感器105d的温度变化和蒸汽腔的扩展动态图像。如图6-图9所示同时对采出油水进行收集和记录。
如此设计的一种用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，可清晰直观地模拟开发过程；通过模拟加热件105的设计，以方便可便于检测各点位的具体数据，另一方面还可模拟多种复杂地层开采方法便于模拟真实的油层情况。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：包括，
模拟实验主体(100)，包括模型上盖板(101)、模型主体(102)和模型底板(103)，三者依次相互连接，模型主体(102)内部设置有模拟腔(104)，模拟腔(104)内部设置有模拟加热件(105)和压实盖板(106)；
支撑件(200)，包括支撑架(201)和转轴(202)，所述模拟实验主体(100)通过转轴(202)安装于支撑架(201)顶部。
2.如权利要求1所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模型底板(103)通过底板螺栓和橡胶垫圈与所述模型主体(102)连接，所述模型主体(102)通过螺栓与所述模型上盖板(101)连接。
3.如权利要求1或2所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模型底板(103)与所述模型主体(102)之间设置有可视窗(107)，模型主体(102)侧面开设有若干模拟井位。
4.如权利要求3所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模型上盖板(101)上开设有若干螺栓孔，螺栓孔内螺纹连接有与所述压实盖板(106)连接的压实螺栓(106a)。
5.如权利要求4所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模拟加热件(105)由加热片(105a)、隔热层(105b)和垫片(105c)组成，加热片(105a)通过隔热层(105b)与垫片(105c)连接。
6.如权利要求5所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模拟加热件(105)通过垫片(105c)镶嵌在模拟腔(104)内，设置有81组，组成9×9的矩形方阵，均匀布满整个模拟腔(104)。
7.如权利要求6所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述加热片(105a)尺寸为5*5cm。
8.如权利要求7所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模拟加热件(105)连接有温度传感器(105d)。
9.如权利要求5-8任一所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述模拟加热件(105)和压实盖板(106)之间设置有保温隔热层(108)。
10.如权利要求9所述的用于油砂SAGD二维可视化模拟实验追踪加热装置，其特征在于：所述支撑架(201)底部设置有万向轮(203)。
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