CN203097879U - 一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，该模拟装置中的地层油藏模拟装置自身能够转动，而且还设置在能够转动的模型架上，所以能够全面真实的模拟液体在水平井或直井完井方式下地层油藏中的流动状态，从而可以直观、精确的模拟液体在不同地层中的单相或多相复杂流动和不同完井方式下流入动态的特点，并且方便测量复杂流动过程中压力、含水率、流入剖面随时间的变化规律。有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

Description

一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置

技术领域

本实用新型涉及石油工业中的一种室内实验模拟装置，特别是一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置。

背景技术

随着我国油田勘探开发的深入，越来越多复杂类型的油藏开始投入开发，而且随着油田开发进入高含水阶段，多种提高采收率方法开始应用于油田，这些都导致了油田开发过程中，在地层中液体的流动状态越来越复杂。水平井在油田开发尤其是复杂油藏的开发中的作用越来越重要，生产过程中发生的提前见水等现象不利于水平井的生产，降低水平井的效益，因此需要针对不同类型的油藏设计不同的水平井完井方式。现有的理论模型和数值模拟通常都是对实际情况进行了简化，计算结果不太符合实际生产情况。为了研究各种液体在地层中的复杂流动和不同完井方式对地层的适应性，就需要进行物理模拟实验。物理模型应该能够较全面的模拟液体在地层中的渗流和液体在水平井筒中的管流流动。现在油藏模拟的发展方向是从定性到定量，从不可视到可视，从手工测量到计算机自动采集。现阶段的模拟大多只是针对液体在地层中的流动，而简单的用普通的圆管来模拟井筒，没有考虑不同完井方式对水平井流入动态的影响，只能模拟单一类型的油藏和单一井网下的流动过程。

如周惠忠等在《清华大学学报》自然科学版1994年第34卷第3期的74页至81页，公开了一种《两维油藏物理模拟装置》，该模拟装置由注采系统、模型系统、差压测量系统、计量系统组成。此模型的缺点在于对于注入井和产出井的设计上。此模型是把30cm长的管看成水平井，通过在两端设计8个孔来进行注入和产出。此设计没有单独设计井筒的尺寸，位置，这样就不能测量液体在水平井筒中流动时的压降大小，而且也不能更换管柱，更不能模拟不同完井方式下对流入动态的影响。此模型虽然可以让转轴旋转，但是水平井轴线相对于水平面是平行的，而实际水平井相对于水平面总是有一个角度，因此该模拟装置能够模拟的情况不全面。

对本实用新型中涉及的技术术语的解释如下：

流入动态：井筒附近地层中液体流动的速度和井筒内压力沿井筒的分布和随时间的变换规律。

水锥、脊进：水平井生产过程中，由于跟端与地层间差压大，流速快而导致的油水界面突进成锥形，使跟端提前见水的现象。

实用新型内容

为了解决现有技术中的模拟装置不能模拟带有一定倾角的水平井或直井完井方式的技术问题，本实用新型提供了一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，该模拟装置中的地层油藏模拟装置自身能够转动，而且还设置在能够转动的模型架上，所以能够全面真实的模拟液体在水平井或直井完井方式下地层油藏中的流动状态，为复杂类型的油藏开发提供数据支持。

本实用新型为解决其技术问题采用的技术方案是：一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，所述水平井与直井流入动态二维可视模拟装置包括地层油藏模拟装置，地层油藏模拟装置含有依次层叠设置的上压板、玻璃板和下压板，玻璃板的四周边缘与回字形边框的内侧密封固定连接，下压板和上压板均与边框密封固定连接，下压板与玻璃板之间设有封闭空腔，上压板设置有用于透过玻璃板观察封闭空腔的多个观察孔，封闭空腔内设置有多个筒形的模拟井筒，模拟井筒的侧壁上设置有多个通孔，模拟井筒包括用于向封闭空腔内注入液体的液体注入筒和用于将封闭空腔内的液体排出的液体排出筒，液体注入筒与液体供应装置连通，液体排出筒与地层油藏模拟装置的外部连通，下压板设有多个用于测量封闭空腔内液体的测量孔，地层油藏模拟装置连接有液体测量装置，地层油藏模拟装置设置在模型架上，模型架含有弧形支架，支架的开口朝上，支架的两端分别固定连接有转轴支撑座，地层油藏模拟装置的两端分别通过转动轴与转轴支撑座连接，转动轴的轴线与玻璃板所在的平面平行，支架的轴线与地面平行，支架的轴线与转动轴的轴线垂直，支架的下部设置有驱动轮，驱动轮的外周面与支架的外弧面相接触，地层油藏模拟装置能够以转动轴的轴线为轴转动，驱动轮能够带动支架以支架的轴线为轴转动。

在封闭空腔内，模拟井筒的轴线可以与转动轴的轴线平行，以此来模拟水平井，也可以与玻璃板所在的平面垂直，以此来模拟直井。通过转动转动轴，地层油藏模拟装置可转到任何倾角，然后再锁紧。驱动轮为主动轮支架从动，驱动轮能够带动支架转动和锁紧，这样就可模拟从垂直到水平的各种情况，又可背斜一定角度，大大扩展了研究范围。地层油藏模拟装置的下部还设有有8个用于向封闭空腔内注水的注水口，封闭空腔内可以铺设玻璃球，根据研究模拟的需要，模拟井筒内还可以套接插管。根据实验模拟需要，可以选择多个模拟井筒中的一部分用来向封闭空腔内注入液体，其他的模拟井筒用于向外排出液体，当模拟井筒内有插管时，还可以选择从插管向外排出液体。

模拟井筒的轴线与转动轴的轴线平行，并且模拟井筒的轴线与玻璃板所在的平面平行，两个模拟井筒分别设置在转动轴的两侧，模拟井筒包括套置在模拟井筒内的插管，插管的侧壁设置有通孔，插管与地层油藏模拟装置的外部连通。

模拟井筒的轴线与玻璃板所在的平面垂直，四个模拟井筒分别设置在矩形的封闭空腔的四个角。

转轴支撑座上设置有用于转动转动轴的手柄，支架的下方设置有底座，驱动轮与底座固定连接，驱动轮的轴线与支架的轴线平行。

液体供应装置包括恒速恒压泵和三个用于储存液体的活塞容器，活塞容器的输入端与恒速恒压泵连通，活塞容器的输出端与液体注入筒连通。

还包括真空泵，真空泵通过真空缓冲容器与液体供应装置连通。

液体测量装置包括与测量孔连接的压力场测量装置，压力场测量装置包括压力传感器，液体测量装置还包括与模拟井筒连接的压差测量装置，压差测量装置包括三个压差传感器。

液体排出筒外依次连接有回压阀、回压表、回压容器和回压泵。

液体排出筒外连接有油水计量装置，油水计量装置包括与液体排出筒连接的油水分离装置，油水计量装置还包括与油水分离装置连接的重量测量装置，重量测量装置能够测量油水分离装置分离出的油和水的质量。

还包括能够将液体测量装置测量出的液体数据进行采集和处理的数据采集及处理装置。

本实用新型的有益效果是：该水平井与直井流入动态二维可视模拟装置可以直观、精确的模拟液体在不同地层中的单相或多相复杂流动和不同完井方式下流入动态的特点，并且方便测量复杂流动过程中压力、含水率、流入剖面随时间的变化规律。有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

附图说明

下面结合附图对本实用新型所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置作进一步详细的描述。

图1是本实用新型所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置的测量原理示意图。

图2是地层油藏模拟装置在模型架上模拟水平井时的结构示意图。

图3是图2中A-A方向地层油藏模拟装置的剖视图。

图4是地层油藏模拟装置在模型架上模拟直井时的结构示意图。

其中1.地层油藏模拟装置，11.下压板，111.测量孔，112.压实块，113.密封圈，114.刻度指示装置，12.上压板，121.观察孔，13.玻璃板，14.边框，15.封闭空腔，16.模拟井筒，161.液体注入筒，162.液体排出筒，163.插管，164.注水口，2.液体供应装置，21.恒速恒压泵，22.活塞容器，23.阀门，3.液体测量装置，31.压力场测量装置，311.压力传感器，32.压差传感器，4.模型架，41.支架，42.转轴支撑座，43.转动轴，44.手柄，45.驱动轮，46.底座，5.真空泵，61.回压阀，62.回压表，63.回压容器，64.回压泵，7.油水计量装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置进行详细说明。一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，所述水平井与直井流入动态二维可视模拟装置包括地层油藏模拟装置1，地层油藏模拟装置1含有依次层叠设置的上压板12、玻璃板13和下压板11，玻璃板13的四周边缘与回字形边框14的内侧密封固定连接，下压板11和上压板12均与边框14密封固定连接，下压板11与玻璃板13之间设有封闭空腔15，上压板12设置有用于透过玻璃板13观察封闭空腔15的多个观察孔121，封闭空腔15内设置有多个筒形的模拟井筒16，模拟井筒16的侧壁上设置有多个通孔，模拟井筒16包括用于向封闭空腔15内注入液体的液体注入筒161和用于将封闭空腔15内的液体排出的液体排出筒162，液体注入筒161与液体供应装置2连通，液体排出筒162与地层油藏模拟装置1的外部连通，下压板11设有多个用于测量封闭空腔15内液体的测量孔111，地层油藏模拟装置1连接有液体测量装置3，地层油藏模拟装置1设置在模型架4上，模型架4含有弧形支架41，支架41的开口朝上，支架41的两端分别固定连接有转轴支撑座42，地层油藏模拟装置1的两端分别通过转动轴43与转轴支撑座42连接，转动轴43的轴线与玻璃板13所在的平面平行，支架41的轴线与地面平行，支架41的轴线与转动轴43的轴线垂直，支架41的下部设置有用于驱动支架41转动的驱动轮45，驱动轮45的外周面与支架41的外弧面相接触，地层油藏模拟装置1能够以转动轴43的轴线为轴转动，驱动轮45能够带动支架41以支架41的轴线为轴转动，如图1、图2、图3、图4所示。

在封闭空腔15内，模拟井筒16的轴线可以与转动轴43的轴线平行，以此来模拟水平井，也可以与玻璃板13所在的平面垂直，以此来模拟直井。通过转动转动轴43，地层油藏模拟装置1可转到任何倾角，然后再锁紧。驱动轮为主动轮支架从动，驱动轮能够带动支架转动和锁紧，这样如图2中所示的模拟装置就可模拟从垂直到水平的各种情况，又可背斜一定角度，大大扩展了研究范围。地层油藏模拟装置1的下部还设有有8个用于向封闭空腔内注水的注水口164，液体供应装置2能通过注水口164向封闭空腔内注入液体，封闭空腔内可以铺设玻璃球，根据研究模拟的需要，模拟井筒16内还可以套接插管163。根据实验模拟需要，可以选择多个模拟井筒中一部分用来向封闭空腔内注入液体，其他的模拟井筒用于向外排出液体，当模拟井筒内有插管时，还可以选择从插管向外排出液体。

当模拟水平井时，如图2所示，模拟井筒16的轴线与转动轴41的轴线平行，模拟井筒16的轴线也与玻璃板13所在的平面平行，两个模拟井筒16分别设置在转动轴43的上下两侧，模拟井筒16包括套置在模拟井筒16内的插管163，插管163的侧壁设置有通孔，插管163与地层油藏模拟装置1的外部连通。模拟井筒16通过多个不同的阀门23分别与液体供应装置2和油水计量装置7连接，如可以根据需要选择从注水口164向封闭空腔15内注入液体，或选择图2中上部的模拟井筒16左侧的接头用于注入液体，下部的模拟井筒内的插管163用于排出液体。

当模拟直井时，如图4所示，模拟井筒16的轴线与玻璃板13所在的平面垂直，四个模拟井筒16分别设置在矩形的封闭空腔15的四个角，用来模拟不同的布井方式。可以根据需要选择从注水口164向封闭空腔15内注入液体，或选择图4中的任一一个或几个模拟井筒16与液体供应装置2连通用于注入液体，用于注入液体的即为液体注入筒161，其他的模拟井筒16与回压装置和油水计量装置7连通用于排出液体，用于排出液体的即为液体排出筒162。一般模拟装置都是模拟平行于井筒轴线的地层的液体流动状态，而现在这样设置则可以真实的模拟与井筒轴线垂直的地层的液体流动状态，为全面真实模拟地层油藏的流入动态提供了一种新的手段。模拟井筒16分别设置在矩形的封闭空腔15的四个角，这样可以让四个模拟井筒16之间的距离最远，方便观察。

转轴支撑座42上设置有用于转动转动轴43的手柄44，支架41的下方设置有底座46，驱动轮45与底座46固定连接，驱动轮45的轴线与支架41的轴线平行，即驱动轮45是弧形支架41的外接圆。驱动轮45是支架41所在圆的外接圆，驱动轮45转动带动支架41绕支架41的轴线转动，用这样方法模拟井筒倾斜简单方便。

封闭空腔15内还可以填充砂子，为保证砂子与下压板11间能填实，下压板11和上压板12通过液压螺钉与边框连接固定实现对砂层的压实，压实深度带刻度指示装置114。下压板11与封闭空腔15相接触的一侧设置有突出的压实块112，压实块112为立方体，压实块112的四周边缘与回字形边框的内侧边缘相匹配，突起能够像活塞一样正好插入到边框中，如图3所示。同时矩形的封闭空腔15的拐角处设计成圆弧过渡，突起的边缘与边框之间设置有O形密封圈113，可减少边界串流现象，另外封闭空腔15还进行了脉冲打毛，也可有效改善边界串流现象的发生。

液体供应装置2包括恒速恒压泵21和三个用于储存液体的活塞容器22，活塞容器22的输入端与恒速恒压泵21连通，活塞容器22的输出端与液体注入筒161连通。恒速恒压泵21具有压力保护及位置上下限保护，具有抽吸、排液、预增压功能，换向阀采用电磁控制气动阀，泵腔容积小，静置时间短。该泵配置通讯口，可由计算机进行操作，也可人工操作。三个活塞容器22可以根据需要分别装有水、油、水溶液。

还包括真空泵5，真空泵5通过真空缓冲容器与液体供应装置2连通。真空泵5用于抽出液体供应装置2和地层油藏模拟装置1中的气体。

液体测量装置3包括与测量孔111连接的压力场测量装置31，压力场测量装置包括压力传感器311和数显二次仪表，液体测量装置3还包括与模拟井筒16连接的压差测量装置，压差测量装置包括三个压差传感器32和压差数显二次仪表。测量孔111共有16个，分4层，每层4个，如图2所示，模拟井筒附近各4个，测量水平井筒近井地带压力情况；模拟地层中有8个测量孔111，用来测量地层中的不同驱替介质下的压力分布。16个压力传感器311分别对应连接16个测量孔111。通过控制不同阀门23的开启和关闭压差传感器32可以测量地层油藏模拟装置1及模拟井筒16不同位置的压差，如图1所示。

液体排出筒162外依次连接有回压阀61、回压表62、回压容器63和回压泵64。回压阀61、回压表62、回压容器63和回压泵64等组成了回压装置，回压装置主要用来维持地层油藏模拟装置1排出液体时，排出部位的压力稳定。

液体排出筒162外连接有油水计量装置7，油水计量装置7包括与液体排出筒162连接的油水分离装置，油水计量装置7还包括与油水分离装置连接的重量测量装置，重量测量装置能够测量油水分离装置分离出的油和水的质量。地层油藏模拟装置1排出的液体由油水计量装置7收集并分离，分离后的液体还可以再利用。

还包括能够将液体测量装置3测量出的液体数据进行采集和处理的数据采集及处理装置。数据采集及处理装置包括计算机，打印机等外围设备组成。数据采集及处理装置能够自动控制该水平井与直井流入动态二维可视模拟装置的运行，并自动输出数据结果。

该水平井与直井流入动态二维可视模拟装置的运行方式如下：

如图1和图2所示，液体供应装置2从地层油藏模拟装置1上部的模拟井筒16向地层油藏模拟装置1的封闭空腔15内注入液体，如注水。然后液体从地层油藏模拟装置1下部的模拟井筒16中流出并进入油水计量装置7，当液体在封闭空腔15内流动时，液体测量装置中的压力传感器311和压差传感器32能够检测地层油藏模拟装置1中不同位置的压力和压差。

该水平井与直井流入动态二维可视模拟装置具有如下功能：

1、该本物理模拟装置是将“二维可视平面模型模拟试验”和“计算机技术、先进传感器技术、自动控制技术”相结合，能够用于研究水平井控水、堵水的效果。

2、能在线检测二维可视模型内压力场的分布情况。

3、装置模型设计有底水模拟填料，能观察水平井开采底水油藏时水脊脊进过程，通过压力和压差的测量，研究水脊形成与发展机理、见水时间和采收率的变化规律

4、装置设计有直井和水平井筒，可进行注入井和采出井的模拟。

5、模拟井筒和插管的直径可以改变，能模拟不同管径的水平井射孔完井，并可进行水平井的封隔器模拟。

6、装置设置有测量孔111，并设计有引压管，可通过测量压力模拟压力场的分布。

7、与砂层接触的孔进行了防砂处理，保证实验效果的准确。

8、地层油藏模拟装置1能实现前后180°翻转，这样既可模拟从垂直到水平的各种情况，充分考虑了重力对模拟试验的影响，大大扩展了研究范围，另外该模拟装置可实现前后转动180°，便于安装及检查。

9、该模拟装置设计有底水注入系统，可以从注水口164注入底水，也可从底部的水平井注入，水平井注入时，底水机构封闭。

10、该模拟装置为单面可视，可透过玻璃板观察水平井开采底水油藏时水脊脊进过程。

11、软件在上述功能的支持下，可以实现完美的动态检测，使操作人员随时掌握实验进程和实验效果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，所述水平井与直井流入动态二维可视模拟装置包括地层油藏模拟装置(1)，地层油藏模拟装置(1)含有依次层叠设置的上压板(12)、玻璃板(13)和下压板(11)，玻璃板(13)的四周边缘与回字形边框(14)的内侧密封固定连接，下压板(11)和上压板(12)均与边框(14)密封固定连接，下压板(11)与玻璃板(13)之间设有封闭空腔(15)，上压板(12)设置有用于透过玻璃板(13)观察封闭空腔(15)的多个观察孔(121)，封闭空腔(15)内设置有多个筒形的模拟井筒(16)，模拟井筒(16)的侧壁上设置有多个通孔，模拟井筒(16)包括用于向封闭空腔(15)内注入液体的液体注入筒(161)和用于将封闭空腔(15)内的液体排出的液体排出筒(162)，液体注入筒(161)与液体供应装置(2)连通，液体排出筒(162)与地层油藏模拟装置(1)的外部连通，下压板(11)设有多个用于测量封闭空腔(15)内液体的测量孔(111)，地层油藏模拟装置(1)连接有液体测量装置(3)，其特征在于：地层油藏模拟装置(1)设置在模型架(4)上，模型架(4)含有弧形支架(41)，支架(41)的开口朝上，支架(41)的两端分别固定连接有用于固定和支撑转动轴(43)的转轴支撑座(42)，地层油藏模拟装置(1)的两端分别通过转动轴(43)与转轴支撑座(42)连接，转动轴(43)的轴线与玻璃板(13)所在的平面平行，支架(41)的轴线与地面平行，支架(41)的轴线与转动轴(43)的轴线垂直，支架(41)的下部设置有驱动轮(45)，驱动轮(45)的外周面与支架(41)的外弧面相接触，地层油藏模拟装置(1)能够以转动轴(43)的轴线为轴转动，驱动轮(45)能够带动支架(41)以支架(41)的轴线为轴转动。

2.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：模拟井筒(16)的轴线与转动轴(41)的轴线平行，并且模拟井筒(16)的轴线与玻璃板(13)所在的平面平行，两个模拟井筒(16)分别设置在转动轴(43)的两侧，模拟井筒(16)包括套置在模拟井筒(16)内的插管(163)，插管(163)的侧壁设置有通孔，插管(163)与地层油藏模拟装置(1)的外部连通。

3.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：模拟井筒(16)的轴线与玻璃板(13)所在的平面垂直，四个模拟井筒(16)分别设置在矩形的封闭空腔(15)的四个角周围。

4.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：转轴支撑座(42)上设置有用于转动转动轴(43)的手柄(44)，支架(41)的下方设置有底座(46)，驱动轮(45)与底座(46)固定连接，驱动轮(45)的轴线与支架(41)的轴线平行。

5.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：液体供应装置(2)包括恒速恒压泵(21)和三个用于储存液体的活塞容器(22)，活塞容器(22)的输入端与恒速恒压泵(21)连通，活塞容器(22)的输出端与液体注入筒(161)连通。

6.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：还包括真空泵(5)，真空泵(5)通过真空缓冲容器与液体供应装置(2)连通。

7.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：液体测量装置(3)包括与测量孔(111)连接的压力场测量装置(31)，压力场测量装置包括压力传感器(311)，液体测量装置(3)还包括与模拟井筒(16)连接的压差测量装置，压差测量装置包括三个压差传感器(32)。

8.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：液体排出筒(162)外依次连接有回压阀(61)、回压表(62)、回压容器(63)和回压泵(64)。

9.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：液体排出筒(162)外连接有油水计量装置(7)，油水计量装置(7)包括与液体排出筒(162)连接的油水分离装置，油水计量装置(7)还包括与油水分离装置连接的重量测量装置，重量测量装置能够测量油水分离装置分离出的油和水的质量。

10.根据权利要求1所述的水平井与直井流入动态二维可视模拟装置，其特征在于：还包括能够将液体测量装置(3)测量出的液体数据进行采集和处理的数据采集及处理装置。

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