CN115749708A - 一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稠油直井‑水平井连通建立模拟装置及方法，用于进行水力微压裂和VHSD直井‑水平井组开采超稠油藏的大尺度三维物理模拟，便于直观地得到水力微压裂油砂储层作业中微压裂区的扩展规律，揭示微压裂改造机理，优化施工参数，更利于分析VHSD直井‑水平井连通、增加初始采收率和克服储层非均质性的原理，为改善VHSD直井‑水平井水力连通机理及参数优化，快速建立VHSD井间的均匀联通区提供理论指导与技术支撑。

Description

一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置及方法

技术领域

本发明属于石油开发技术领域，涉及一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置及方法。

背景技术

我国稠油资源丰富，新疆、辽河、胜利等油田均在进行稠油油藏开采。常规稠油油藏主要采用注蒸汽吞吐、蒸汽驱方式进行开发，整体采收率低于50％，剩余资源仍然较为丰富，为进一步提高采收率，近年，新疆、辽河等油田开展了VHSD(直井-水平井组合驱泄)接替开发试验，并取得了一定效果。VHSD井组通常在稠油蒸汽吞吐、蒸汽驱井网完善井网，建立多口直井注汽、水平井采用模式进行生产。实践表明，储层单层厚度>10m，适合VHSD开发。相较于常规蒸汽吞吐方法开采稠油，VHSD技术已经明显地提高了稠油开采的效率。

VHSD开发过程分为预热、驱泄生产两大阶段。目前预热连通主要通过直井与水平井吞吐，逐步扩大蒸汽波及半径，实现直井-水平井连通，建立一定程度连通性后转入驱泄开发阶段。

虽经过多年开发实践及相关技术研究，VHSD技术已获得明显提升，但在VHSD开采过程直井-水平井连通仍面临着如下问题：

(1)首先直井-水平井连通率低。长期注汽生产后储层枯竭，由于缺乏蒸汽限制，导致蒸汽漏失，不能很好建立直井-水平井有效连通。当VHSD直井停注、恢复注汽时，对应水平井热电偶温度无明显响应特征，证明其未形成有效热连通，由于连通率低将导致开发效益变差。

(2)注汽吞吐加剧储层动用非均匀性。由于沿水平段连通情况及对应注采关系变差，汽窜干扰具有多方向性，最大汽窜范围超过100m，汽窜干扰导致难以建立标准VHSD井组注采模式。

(3)通过蒸汽吞吐建立连通耗时较长，消耗蒸汽，容易导致汽窜。通常VHSD开发中，通过直井吞吐建立直井和水平井的热连通。但蒸汽吞吐压力较高，而且蒸汽通道不可控，容易汽窜。同时，通过直井吞吐连通水平井需要实践较长，耗时耗能。

因此改善VHSD直井-水平井水力连通机理及参数优化有助于提高抽采效率，获得实际应用价值。但目前VHSD开采技术现场实践经验较少，基础性的研究较弱，目前蒸汽吞吐建立连通主要依靠数值模拟方法，通过考虑储层基础物性(孔隙度、渗透率、剩余油饱和度)及开发历史数据，模拟直井、水平井吞吐过程蒸汽波及半径，当直井、水平井井间温度场条件原油具备流动性即认为具备连通性，但是，受储层非均质性、前期蒸汽吞吐引起的高渗窜流通道等因素影响，各直井与水平井连通性差异大，导致连通效率低，因此，数值模拟方法并不能真实有效地反应实际情况，参考价值低。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置及方法，用于进行水力微压裂和VHSD直井-水平井组开采超稠油藏的大尺度三维物理模拟，便于直观地得到水力微压裂油砂储层作业中微压裂区的扩展规律，揭示微压裂改造机理，优化施工参数，更利于分析VHSD直井-水平井连通、增加初始采收率和克服储层非均质性的原理，为改善VHSD直井-水平井水力连通机理及参数优化，快速建立VHSD井间的均匀联通区提供理论指导与技术支撑。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其包括主体模型装置、岩样模具、应力加载装置、安装支架、移动平台以及伺服系统，其中所述主体模型部分安置于安装支架上，所述应力加载装置和岩样模具均位于主体模型内，所述应力加载装置用于对岩样模具模拟施加地下储层的真三轴应力状态，所述岩样模具用于模拟真实地下储层结构，并监测岩样模具内部状态变化，所述移动平台用于装填或取出岩样模具，所述伺服系统用于控制应力加载模型中应力变化，

所述主体模型采用圆形高压压力容器结构，且主体模型的左右两端设有安装法兰，所述安装法兰通过螺栓连接方式固定于主体模型的左右端面，其中位于左侧的安装法兰上设有第一液压装置，所述第一液压装置连接有位于主体模型内部端面位置的第一压板，所述第一压板沿主体模型的长度方向横向位移；所述主体模型的前侧设有第二液压装置，所述第二液压装置连接有位于主体模型内部前侧位置的第二压板，所述第二压板沿主体模型的宽度方向横向位移；所述主体模型的顶侧设有第三液压装置，所述第三液压装置连接有位于主体模型内部顶侧的第三压板，所述第三压板沿主体模型的高度方向竖向位移。

进一步的，所述岩样模具中包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、底板和盖板，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板构成立体框架结构，且所述底板固定于岩样模具的底部，所述盖板固定于岩样模具的顶部，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、底板和盖板共同构成实验箱体；所述后侧板上设有多个测试点引出线，所述岩样模具的底板位置设有衬板；其中所述第二压板与第二液压装置、第三压板与第三液压装置之间均通过垫块连接。

进一步的，所述第一压板上设有多个第一超声探头，所述主体模型的右侧安装法兰设有多个与第一超声探头位置对应的第二超声探头，所述主体模型的右侧安装法兰上还设有多个测试接口；所述第二压板上设有多个第三超声探头、多个前部加热管以及多个前部控温探头，所述主体模型的后侧板设有多个与第三超声探头位置对应的第四超声探头；所述第三压板上设有多个第五超声探头、多个顶部加热管以及多个顶部控温探头，所述主体模型的底板设有多个与第五超声探头位置对应的第六超声探头。

进一步的，所述伺服系统中包括多个独立设置的伺服油源系统，每个伺服油源系统分别对应一个液压装置。

进一步的，本装置还包括岩样成型机构，所述岩样成型机构包括压制平台、加载系统、反力架以及箱体侧向变形限制装置，所述岩样模具中的实验箱体放置于压制平台上，且通过反力架和向体侧向变形限制装置将实验箱体固定，所述加载系统位于压制平台正上方。

进一步的，本发明还公开了一种利用上述稠油直井-水平井连通建立模拟装置进行的稠油直井-水平井连通建立模拟方法，包括如下步骤：

S100.实验材料准备：

现场钻井过程中，分别取出油砂储层、底层、盖层以及夹层的岩芯，并在岩石力学实验机上测试对应地层的岩石物理力学性质；

配比相似材料，以模拟地层结构中油砂储层、底层、盖层以及夹层，使其物理力学性质与地层中对应位置的岩芯相同；

准备两根筛管，以模拟水平井或竖井，并且在每根筛管的内部分别安装一根不锈钢管；

S200.进行地层模拟以及监测准备：

在实验箱体内首先放入隔热棉和锡箔纸，然后按照底层、油砂储层、夹层、盖层由下至上依次分层压制相似材料，同时在压制过程中向模拟地层结构的相似材料中埋入筛管以及传感器；

S300.设备连接：

将实验箱体从岩样成型机构中取出并合盖封闭，并将箱体内部的传感器与对应的数据采集设备连接，将蒸汽发生器与模拟注气筛管连接，将模拟生产筛管与负压抽采以及计量设备连接，并确保仪器和传感器连接稳定；

S400.应力加载：

将实验箱体放入应力加载装置中，使实验箱体上的垫块与应力加载装置中液压装置分别对应，根据实测的地层地应力，利用应力加载装置对模拟地层结构的岩样模具内部施加地应力，等待施加的地应力稳定后，开始进行热水注入扩容实验；

S500.进行连通建立实验：

首先以向模拟水平井的筛管中注入流体，注入时间45分钟或者直到位于模拟水平井筛管一侧的温度传感器的温度响应不小于10℃，此时关闭模拟水平井的筛管；之后向模拟竖直井的筛管中按照压力控制800kPa注入热水，注入时间45分钟后，关闭竖直井；在竖直井中按照排量控制2L/min注入热水，注入时间60分钟。

等待一定时间后，当水平井在关闭状态下的压力响应不低于50KPa，或者模拟水平井的筛管内温度传感器观察到微压裂区，则表明模拟的水平井和竖直井之间连通。

进一步的，所述S200步骤中进行地层模拟的具体步骤为：

S210.首先将实验箱体平置于压制平台上，压制平台上设有加载系统、反力架以及箱体侧向变形限制装置，将实验箱体安装于箱体侧向变形限制装置内，再向实验箱体预先配制的相似材料并分层压制；

S220.将模拟底层的相似材料放入实验箱体的底部，并用岩样成型机构压制模拟底层的相似材料至预设高度；

S230.将模拟油砂储层的相似材料放置于实验箱体中压制完成的底层上，并将两根筛管以及多个温度传感器埋设于模拟油砂储层的相似材料中，并根据钻井过程中所获得岩芯结构中夹层与油砂储层的相对位置，在实验箱体中模拟储层油砂的相似材料中埋入模拟夹层的相似材料，再利用岩样成型机构压制模拟油砂储层和夹层的相似材料至预设高度；

S240.将模拟盖层的相似材料放置于实验箱体中压制完成的油砂储层上，并将多个温度传感器埋设于模拟盖层的相似材料中，并利用岩样成型机构压制模拟盖层的相似材料至预设高度。

进一步的，所述岩样模具中实验箱体内的温度传感器呈三维矩阵结构分布，所述温度传感器埋设于岩样模具内部模拟地层结构的相似材料中，且所述温度传感器分别与岩样模具后侧板上的测试点引出线相连接。

进一步的，所述S400步骤中利用应力加载装置对模拟地层结构的岩样模具内部施加地应力的具体步骤为：

S410.首先利用移动平台将实验箱体由岩样成型机构转运至主体模型装置内部，并使实验箱体上的垫块与应力加载装置中的液压装置分别对应；

S420.根据实测地层的地应力，利用应力加载装置对模拟地层的岩样模具施加地应力；

S430.应力加载过程中首先控制液压装置与垫块接触，并施加一定的预设应力，使岩样模具在X轴、Y轴、Z轴方向的应力达到σ_x＝σ_y＝σ_z的静压力状态，其中X轴方向为岩样模具长度方向，Y轴方向为岩样模具宽度方向，Z轴方向为岩样模具高度方向；

S440.采用阶梯型的增压方式，依次分别控制应力加载装置对Y轴方向、X轴方向、Z轴方向施加的地应力，直至个方向地应力达到预设值，等待应力加载装置及岩样箱体地应力稳定后，进行热水注入扩容实验。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明中的稠油直井-水平井连通建立模拟装置，通过对现场钻井采出的岩样进行地层模拟，并建立模拟装置对模拟的岩样进行实验，通过模拟装置可模拟真实地层中水平井和直井的连通机理，可用于进行水力微压裂和稠油抽采的VHSD直井-水平井组开采超稠油藏的大尺度三维物理模拟试验，更便于直观地得到水力微压裂油砂储层作业中微压裂区的扩展规律，揭示微压裂改造机理，优化施工参数，并有利于分析VHSD直井-水平井连通、增加初始采收率和克服储层非均质性的原理。为改善VHSD直井-水平井水力连通机理及参数优化，快速建立VHSD井间的均匀联通区提供理论指导与技术支撑。

2)本发明中的稠油直井-水平井连通建立模拟装置，设有多组液压装置，且每组液压装置采用独立控制，可针对主体模型内的不同方向施加不同作用力，可更加真实地模拟地下储层三轴向应力状态，通过此装置进行地层模拟，可更真实的表现出水平井和直井在真实地层结构中的连通状态，所获得的的模拟结果更加精确。

附图说明

图1是本实施例1中一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置的结构示意图；

图2是本实施例1中一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置的内部结构示意图；

图3是本实施例1中一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置的侧视示意图；

图4是本实施例1中一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置的侧面内部结构示意图；

图5是本实施例1中岩样模具的内部结构示意图；

图6是本实施例1中岩样模具的侧面内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

VHSD井网通常是指在一口水平井的左右侧分布有4-5口直井，水平井和直井之间的横向距离一般为30-50米，通过直井、水平井同时注蒸汽吞吐，利用蒸汽加热半径逐步建立直井与水平井连通性，而现有技术的直井与水平井连通率仅为50％左右，并未完全发挥VHSD最佳开发效果。

目前蒸汽吞吐建立连通主要依靠数值模拟方法，即通过考虑储层基础物性(孔隙度、渗透率、剩余油饱和度)及开发历史数据，模拟直井、水平井吞吐过程蒸汽波及半径，一般当直井、水平井的井间温度场条件下，原油具备流动性，即认为两井之间具备连通性，目前现有油田通常吞吐3～4周期，即转入直井注汽、水平井驱泄采油阶段。但是，受储层非均质性、前期蒸汽吞吐引起的高渗窜流通道等因素影响，不同油田中不同位置的直井与水平井连通性差异大，导致连通效率低，因此数值模拟方法并不能真实有效地反应实际情况，参考价值较低。

如图1-3所示，首先本实施例1中公开了一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其包括主体模型装置1、岩样模具2、应力加载装置3、安装支架4、移动平台5以及伺服系统，其中所述主体模型装置1部分安置于安装支架4上，所述应力加载装置3和岩样模具2均位于主体模型装置1内，所述应力加载装置3用于对岩样模具2模拟施加地下储层的真三轴应力状态，所述岩样模具2用于模拟真实地下储层结构，并监测岩样模具2内部状态变化，所述移动平台5用于装填或取出岩样模具2，所述伺服系统用于控制应力加载装置3中应力变化，

所述主体模型装置1采用圆形高压压力容器结构，且主体模型装置1的左右两端设有安装法兰101，所述安装法兰101通过螺栓连接方式固定于主体模型装置1的左右端面，其中位于左侧的安装法兰101上设有第一液压装置301，所述第一液压装置301连接有位于主体模型装置1内部端面位置的第一压板304，所述第一压板304沿主体模型装置1的长度方向横向位移；所述主体模型装置1的前侧设有第二液压装置302，所述第二液压装置302连接有位于主体模型装置1内部前侧位置的第二压板305，所述第二压板305沿主体模型装置1的宽度方向横向位移；所述主体模型装置1的顶侧设有第三液压装置303，所述第三液压装置303连接有位于主体模型装置1内部顶侧的第三压板306，所述第三压板306沿主体模型装置1的高度方向竖向位移。其中所述伺服系统中包括多个独立设置的伺服油源系统，每个伺服油源系统分别对应一个液压装置。

并且在本实施例中岩样模具与右侧安装法兰之间为确保稳定连接，岩样模具2的右侧板202上还固定连接有内部接口104的一端，所述内部接口104的另一端与安装法兰101连接，且在安装法兰101外侧对应内部接口104的位置还设有出口外接头105，安装法兰101上围绕出口外接头105环绕分布有多个测温接口103和液压接口102。

该主体模型装置1可用于模拟地层真三轴应力条件下的渗流实验、液体及瓦斯突出实验、冲孔实验等，其具有真三轴模拟实验功能；具体的，本实施例中在主体模型装置1中X方向(左右方向)具有独立的第一液压装置，最大加载压力5000kN；在Y方向(前后方向)、Z(上下)两个方向均设有4组独立的第二和第三液压装置进行加压，单组液压装置最大加载压力3000kN，每组液压装置可以单独控制，可以实现主体模型装置1长度方向不同作用力加载，可更加真实地模拟地下储层三轴向应力状态。

进一步的，结合图5-6所示，所述岩样模具2中包括前侧板203、后侧板204、左侧板201、右侧板202、底板206和盖板205，所述前侧板203、后侧板204、左侧板201、右侧板202构成立体框架结构，且所述底板206固定于岩样模具2的底部，所述盖板205固定于岩样模具2的顶部，所述前侧板203、后侧板204、左侧板201、右侧板202、底板206和盖板205共同构成实验箱体；所述后侧板204上设有多个测试点引出线2041，所述岩样模具2的底板206位置设有衬板；其中所述第二压板305与第二液压装置302、第三压板306与第三液压装置303之间均通过垫块连接。

当岩样模具2压制完成后，首先将在主体模型装置1的外部，对岩样模具2进行各种传感器线路连接和垫块放置，以及向主体模型装置1内部安设各种液压装置，岩样模具2安设完成后通过移动平台5运送至主体模型装置1内部，最后将安装法兰101安装于主体模型装置1端面，封闭主体模型装置1的内部腔体。本实施例中通过利用主体模型装置1左侧的液压装置轴向作用对主体模型装置1内的岩样模具2左右加压，并通过在主体模型装置1内部已经安装的4+4组液压装置对岩样模具2进行前后、上下加压。共计9组液压装置独立加载控制，可任意设定加压数值，通过伺服系统中的液压伺服控制系统可以实现应力、应变、设定曲线、不同频率动荷载加载。

更具体的，所述第一压板304上设有多个第一超声探头，所述主体模型装置1的右侧安装法兰101设有多个与第一超声探头位置对应的第二超声探头，所述主体模型装置1的右侧安装法兰101上还设有多个测试接口；所述第二压板305上设有多个第三超声探头、多个前部加热管以及多个前部控温探头，所述主体模型装置1的后侧板204设有多个与第三超声探头位置对应的第四超声探头；所述第三压板306上设有多个第五超声探头、多个顶部加热管以及多个顶部控温探头，所述主体模型装置1的底板206设有多个与第五超声探头位置对应的第六超声探头。通过超声探头可针对岩样模具2内部的模拟地层进行状态探测，获取地层内部结构数据；通过温度传感器可探测模拟地层中不同位置的温度变化，通过控制系统综合处理后，可获得模拟底层的内部温度场变化状态，进而通过岩样模具2上的加热管对内部的模拟底层进行温度控制实现地层不同位置温控要求。

更进一步的，本装置还包括岩样成型机构，所述岩样成型机构包括压制平台、加载系统、反力架以及箱体侧向变形限制装置，加载系统可采用成型机，所述岩样模具2中的实验箱体放置于压制平台上，且通过反力架和向体侧向变形限制装置将实验箱体固定，所述加载系统位于压制平台正上方。

本实施例中的模拟装置，其包括有安装支架4、移动平台5以及支撑支架6，其中在本实施例中安装支架4位于主体模型装置1下方，向主体模型装置1提供支撑；而移动平台5位于主体模型装置1右侧，其一方面可用于将岩样模具2在岩样成型机构和主体模型装置1之间多次运送，另一方面也可承载移动主体模型装置1右侧的安装法兰101；所述支撑支架6则位于主体模型装置1左侧，其用于承载移动左侧的安装法兰101，具体的，当安装法兰101需要移动时，可通过移动平台5或支撑支架6上的支撑架将安装法兰101连接固定，由于该支撑架通过滑轨结构连接于移动平台5或支撑支架6，因此通过横向推动支撑架即可将安装法兰101横向位移，使安装过程更为便捷。

实施例2：

本实施例2中则公开了一种利用实施例1模拟装置实现的稠油直井-水平井连通建立模拟方法，包括如下步骤：

S100.实验材料准备：

现场钻井过程中，分别取出油砂储层、底层、盖层以及夹层的岩芯，并在岩石力学实验机上测试对应地层的岩石物理力学性质；例如包括岩石的单轴抗压强度、三轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量及泊松比等参数。

配比相似材料，以模拟地层结构中油砂储层、底层、盖层以及夹层，使其物理力学性质与地层中对应位置的岩芯相同；其中油砂储层由钻井现场取回的油砂进行模拟，先将取回的油砂岩样粉碎，再根据试验要求筛选出用于压制储层的油砂颗粒，为更好的模拟储层的物理力学性质，可在油砂颗粒中加入一定添加剂，当模拟各地层的相似材料和模拟油砂储层的油砂颗粒准备好后，即可开始压制模拟地层。

准备两根筛管，以模拟水平井或竖井，筛管的长度可根据实际VHSD水平生产井与竖直注汽井长度以及相似准则计算得到，并且在每根筛管的内部分别安装一根不锈钢管；

S200.进行地层模拟以及监测准备：

在实验箱体内首先放入隔热棉和锡箔纸，用于保障试验仪器的稳定和试验人员的安全，然后按照底层、油砂储层、夹层、盖层由下至上依次分层压制相似材料，同时在压制过程中向模拟地层结构的相似材料中埋入筛管以及传感器；

具体的，上述S200步骤中进行地层模拟的具体步骤为：

S210.首先将实验箱体平置于压制平台上，压制平台上设有加载系统、反力架以及箱体侧向变形限制装置，将实验箱体安装于箱体侧向变形限制装置内，防止压制过程中箱体的侧向变形，再向实验箱体预先配制的相似材料并分层压制；

S220.将模拟底层的相似材料放入实验箱体的底部，并用岩样成型机构压制模拟底层的相似材料至预设高度；

S230.将模拟油砂储层的相似材料放置于实验箱体中压制完成的底层上，并将两根筛管以及多个温度传感器埋设于模拟油砂储层的相似材料中，并根据钻井过程中所获得岩芯结构中夹层与油砂储层的相对位置，在实验箱体中模拟储层油砂的相似材料中埋入模拟夹层的相似材料，再利用岩样成型机构压制模拟油砂储层和夹层的相似材料至预设高度；需注意的是，所述岩样模具2中实验箱体内的温度传感器呈三维矩阵结构分布，所述温度传感器埋设于岩样模具2内部模拟地层结构的相似材料中，且所述温度传感器分别与岩样模具2后侧板204上的测试点引出线2041相连接。

S240.将模拟盖层的相似材料放置于实验箱体中压制完成的油砂储层上，并将多个温度传感器埋设于模拟盖层的相似材料中，并利用岩样成型机构压制模拟盖层的相似材料至预设高度。

S300.设备连接：

将实验箱体从岩样成型机构中取出并合盖封闭，并将箱体内部的传感器与对应的数据采集设备连接，将蒸汽发生器与模拟注气筛管连接，将模拟生产筛管与负压抽采以及计量设备连接，并确保仪器和传感器连接稳定；

S400.应力加载：

将实验箱体放入应力加载装置3中，使实验箱体上的垫块与应力加载装置3中液压装置分别对应，根据实测的地层地应力，利用应力加载装置3对模拟地层结构的岩样模具2内部施加地应力，等待施加的地应力稳定后，开始进行热水注入扩容实验；温度传感器采样频率优选设为1次/分钟。

更进一步的，上述S400步骤中利用应力加载装置3对模拟地层结构的岩样模具2内部施加地应力的具体步骤为：

S410.首先利用移动平台5将实验箱体由岩样成型机构转运至主体模型装置1内部，并使实验箱体上的垫块与应力加载装置3中的液压装置分别对应；

S420.根据实测地层的地应力，利用应力加载装置3对模拟地层的岩样模具2施加地应力；

S430.应力加载过程中首先控制液压装置与垫块接触，并施加一定的预设应力，使岩样模具2在X轴、Y轴、Z轴方向的应力达到σx＝σy＝σz的静压力状态，其中X轴方向为岩样模具2长度方向，Y轴方向为岩样模具2宽度方向，Z轴方向为岩样模具2高度方向；

S440.采用阶梯型的增压方式，依次分别控制应力加载装置3对Y轴方向、X轴方向、Z轴方向施加的地应力，直至个方向地应力达到预设值，等待应力加载装置3及岩样箱体地应力稳定后，进行热水注入扩容实验。

S500.进行连通建立实验：

首先以向模拟水平井的筛管中注入KCL热盐水流体，温度为80℃，注入时间45分钟或者直到位于模拟水平井筛管一侧的温度传感器的温度响应不小于10℃，此时关闭模拟水平井的筛管；之后向模拟竖直井的筛管中按照压力控制800kPa注入热水，注入时间45分钟后，关闭竖直井；在竖直井中按照排量控制2L/min注入热水，注入时间60分钟。

等待一定时间后，当水平井在关闭状态下的压力响应不低于50KPa，或者模拟水平井的筛管内温度传感器观察到微压裂区，则表明模拟的水平井和竖直井之间连通。

通过上述方法，稠油直井-水平井连通建立模拟装置可分别进行不同的连通试验，以分析水平井和直井的连通影响因素：

(1)地应力各向异性的影响实验：

通过模拟装置可研究地应力各向异性对VHSD复合微压裂区形成的影响：通过设置两组模拟装置，并分别设置应力加载系统参数，第一组模拟装置中设置垂直方向应力2000kPa，最大水平主应力1600kPa，最小水平主应力1000kPa的真三轴地应力；第二组模拟装置中设置垂直方向应力2000kPa，最大水平主应力1200kPa，最小水平主应力1000kPa的真三轴地应力。通过检测温度传感器变化来反映微压裂区的发展。

(2)VHSD暂堵微压裂的影响实验：

通过模拟装置可模拟VHSD直井-水平井组开采过程中其中一个直井注液通道发生拥堵时对VHSD直井-水平井组开采过程的影响：通过设置多组模拟装置，并分别对岩样模具中模拟直井的筛管进行数量增减，在其他条件相同状况下，可通过模拟装置的模型实验，研究高渗通道暂堵对VHSD复合微压裂区形成的影响。该实验可通过监测温度传感器的变化来反映微压裂区的发展。

(3)直井水平井距离对联通的影响实验：

通过模拟装置可模拟VHSD直井-水平井组开采过程中直井和水平井之间距离发生变化时对VHSD直井-水平井组开采过程的影响：通过设置多组模拟装置，并分别设置竖直井和水平井的距离为17.5cm与7.5cm，通过物理模型实验，可研究直井水平井距离对联通的影响。通过监测温度传感器的变化来反映微压裂区分布。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其特征在于，包括主体模型装置、岩样模具、应力加载装置、安装支架、移动平台以及伺服系统，其中所述主体模型部分安置于安装支架上，所述应力加载装置和岩样模具均位于主体模型内，所述应力加载装置用于对岩样模具模拟施加地下储层的真三轴应力状态，所述岩样模具用于模拟真实地下储层结构，并监测岩样模具内部状态变化，所述移动平台用于装填或取出岩样模具，所述伺服系统用于控制应力加载模型中应力变化，

所述主体模型采用圆形高压压力容器结构，且主体模型的左右两端设有安装法兰，所述安装法兰通过螺栓连接方式固定于主体模型的左右端面，其中位于左侧的安装法兰上设有第一液压装置，所述第一液压装置连接有位于主体模型内部端面位置的第一压板，所述第一压板沿主体模型的长度方向横向位移；所述主体模型的前侧设有第二液压装置，所述第二液压装置连接有位于主体模型内部前侧位置的第二压板，所述第二压板沿主体模型的宽度方向横向位移；所述主体模型的顶侧设有第三液压装置，所述第三液压装置连接有位于主体模型内部顶侧的第三压板，所述第三压板沿主体模型的高度方向竖向位移。

2.根据权利要求1所述稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其特征在于，所述岩样模具中包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、底板和盖板，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板构成立体框架结构，且所述底板固定于岩样模具的底部，所述盖板固定于岩样模具的顶部，所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板、底板和盖板共同构成实验箱体；所述后侧板上设有多个测试点引出线，所述岩样模具的底板位置设有衬板；其中所述第二压板与第二液压装置、第三压板与第三液压装置之间均通过垫块连接。

3.根据权利要求1所述稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其特征在于，所述第一压板上设有多个第一超声探头，所述主体模型的右侧安装法兰设有多个与第一超声探头位置对应的第二超声探头，所述主体模型的右侧安装法兰上还设有多个测试接口；所述第二压板上设有多个第三超声探头、多个前部加热管以及多个前部控温探头，所述主体模型的后侧板设有多个与第三超声探头位置对应的第四超声探头；所述第三压板上设有多个第五超声探头、多个顶部加热管以及多个顶部控温探头，所述主体模型的底板设有多个与第五超声探头位置对应的第六超声探头。

4.根据权利要求2所述稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其特征在于，所述伺服系统中包括多个独立设置的伺服油源系统，每个伺服油源系统分别对应一个液压装置。

5.根据权利要求4所述稠油直井-水平井连通建立模拟装置，其特征在于，还包括岩样成型机构，所述岩样成型机构包括压制平台、加载系统、反力架以及箱体侧向变形限制装置，所述岩样模具中的实验箱体放置于压制平台上，且通过反力架和向体侧向变形限制装置将实验箱体固定，所述加载系统位于压制平台正上方。

6.一种利用权利要求1-5任一项所述稠油直井-水平井连通建立模拟装置进行的稠油直井-水平井连通建立模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100.实验材料准备：

现场钻井过程中，分别取出油砂储层、底层、盖层以及夹层的岩芯，并在岩石力学实验机上测试对应地层的岩石物理力学性质；

配比相似材料，以模拟地层结构中油砂储层、底层、盖层以及夹层，使其物理力学性质与地层中对应位置的岩芯相同；

准备两根筛管，以模拟水平井或竖井，并且在每根筛管的内部分别安装一根不锈钢管；

S200.进行地层模拟以及监测准备：

在实验箱体内首先放入隔热棉和锡箔纸，然后按照底层、油砂储层、夹层、盖层由下至上依次分层压制相似材料，同时在压制过程中向模拟地层结构的相似材料中埋入筛管以及传感器；

S300.设备连接：

将实验箱体从岩样成型机构中取出并合盖封闭，并将箱体内部的传感器与对应的数据采集设备连接，将蒸汽发生器与模拟注气筛管连接，将模拟生产筛管与负压抽采以及计量设备连接，并确保仪器和传感器连接稳定；

S400.应力加载：

将实验箱体放入应力加载装置中，使实验箱体上的垫块与应力加载装置中液压装置分别对应，根据实测的地层地应力，利用应力加载装置对模拟地层结构的岩样模具内部施加地应力，等待施加的地应力稳定后，开始进行热水注入扩容实验；

S500.进行连通建立实验：

首先以向模拟水平井的筛管中注入流体，注入时间45分钟或者直到位于模拟水平井筛管一侧的温度传感器的温度响应不小于10℃，此时关闭模拟水平井的筛管；之后向模拟竖直井的筛管中按照压力控制800kPa注入热水，注入时间45分钟后，关闭竖直井；在竖直井中按照排量控制2L/min注入热水，注入时间60分钟。

等待一定时间后，当水平井在关闭状态下的压力响应不低于50KPa，或者模拟水平井的筛管内温度传感器观察到微压裂区，则表明模拟的水平井和竖直井之间连通。

7.根据权利要求6所述稠油直井-水平井连通建立模拟方法，其特征在于，所述S200步骤中进行地层模拟的具体步骤为：

S210.首先将实验箱体平置于压制平台上，压制平台上设有加载系统、反力架以及箱体侧向变形限制装置，将实验箱体安装于箱体侧向变形限制装置内，再向实验箱体预先配制的相似材料并分层压制；

S220.将模拟底层的相似材料放入实验箱体的底部，并用岩样成型机构压制模拟底层的相似材料至预设高度；

S230.将模拟油砂储层的相似材料放置于实验箱体中压制完成的底层上，并将两根筛管以及多个温度传感器埋设于模拟油砂储层的相似材料中，并根据钻井过程中所获得岩芯结构中夹层与油砂储层的相对位置，在实验箱体中模拟储层油砂的相似材料中埋入模拟夹层的相似材料，再利用岩样成型机构压制模拟油砂储层和夹层的相似材料至预设高度；

S240.将模拟盖层的相似材料放置于实验箱体中压制完成的油砂储层上，并将多个温度传感器埋设于模拟盖层的相似材料中，并利用岩样成型机构压制模拟盖层的相似材料至预设高度。

8.根据权利要求7所述稠油直井-水平井连通建立模拟方法，其特征在于，所述岩样模具中实验箱体内的温度传感器呈三维矩阵结构分布，所述温度传感器埋设于岩样模具内部模拟地层结构的相似材料中，且所述温度传感器分别与岩样模具后侧板上的测试点引出线相连接。

9.根据权利要求6所述稠油直井-水平井连通建立模拟方法，其特征在于，所述S400步骤中利用应力加载装置对模拟地层结构的岩样模具内部施加地应力的具体步骤为：

S410.首先利用移动平台将实验箱体由岩样成型机构转运至主体模型装置内部，并使实验箱体上的垫块与应力加载装置中的液压装置分别对应；

S420.根据实测地层的地应力，利用应力加载装置对模拟地层的岩样模具施加地应力；

S430.应力加载过程中首先控制液压装置与垫块接触，并施加一定的预设应力，使岩样模具在X轴、Y轴、Z轴方向的应力达到σ_x＝σ_y＝σ_z的静压力状态，其中X轴方向为岩样模具长度方向，Y轴方向为岩样模具宽度方向，Z轴方向为岩样模具高度方向；

S440.采用阶梯型的增压方式，依次分别控制应力加载装置对Y轴方向、X轴方向、Z轴方向施加的地应力，直至个方向地应力达到预设值，等待应力加载装置及岩样箱体地应力稳定后，进行热水注入扩容实验。

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