CN203742583U - 一种三维水平井控水物理模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

一种三维水平井控水物理模拟实验装置，涉及水平井开发过程中控水技术，为模拟得到底水油藏及直井注水与水平井采油联合井网开发过程中水平井控水参数与规律而设计。至少包括：支架、模型、模拟直井井筒和模拟水平井井筒，支架与模型为转动连接，模型包括上盖、框体、活塞和底板；框体的前侧开有一个以上水平井孔，分多层排布，可将模拟水平井井筒插入不同深度的水平井孔或者同一水平线上不同位置的水平井孔中；上盖中部开有一个以上测压井孔，可插入模拟直井井筒，模拟直井，或者插入测压管线，测量不同深度、不同位置处的压力；模型内腔下部设有活塞，利用活塞实现上覆压力的施加。具有模拟水平井生产出水时间、控水时机、控水方法等功能，可以模拟高温高压等真实储层条件。

Description

一种三维水平井控水物理模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及水平井开发过程中控水技术，具体为一种三维水平井控水物理模拟实验装置。该实验装置可以模拟得到底水油藏及直井注水与水平井采油联合井网开发过程中水平井控水相关参数与规律，具有模拟水平井生产出水时间、临界产量、堵水时机、控水方法(包括先期控水和后期控水)、控水效果分析等功能。

背景技术

现有的油藏水平井开发物理模拟模型主要有二维模型和三维模型，二维模型无法在空间上体现底水对水平井开采的作用和影响；三维模型中，用于控水、堵水研究的三维物理模拟模型目前耐压不够，例如在中国专利CN202788797U中，其模型耐压仅为3MPa，这与普遍高于10MPa的油藏压力差距较大，无法反映真实油藏情况，而且不能模拟直井注水与水平井采油联合井网开发的情况。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于底水油藏水平井开发或直井与水平井联合井网开发中水平井控水的模拟实验装置，该模拟实验装置能模拟高温高压等真实储层条件，因此可以实现油藏温度、压力条件下的三维物理模拟。

本实用新型提供以下技术方案：

一种三维水平井控水物理模拟实验装置，包括：支架、模型、模拟直井井筒和模拟水平井井筒，其特征在于：所述支架与所述模型为转动连接，所述模型包括上盖、框体、活塞和底板，所述上盖中部开有一个以上测压井孔，可插入所述模拟直井井筒以模拟直井，或者插入测压管线，测量不同深度、不同位置处的压力；所述框体通过螺栓分别与所述上盖、所述底板密封连接，形成封闭的模型内腔，所述框体的前侧具有至少一个以上水平井孔，可装入所述模拟水平井井筒以模拟水平井；所述活塞设置在所述模型内腔的下部，包括上部活塞层、下部活塞层以及固定在下部活塞层底部中央的位移指示杆，所述上、下部活塞层之间靠近外缘的位置设有活塞密封圈，在两个活塞层中间形成空腔，用来连通底水，造成统一的底水边界，所述底板上开有底水进口和加压液体进出口。

优选地，所述转动连接是由框体外侧左右相对面通过转轴与所述支架转动连接，所述转动连接可进行360度的转动，并可通过转轴上的锁紧螺母将所述模型固定在任意角度，所述支架下部有四个万向轮，可以移动所述实验装置。

优选地，所述模型内腔中装填砂子；所述框体内壁打毛。

优选地，所述模拟水平井井筒采用筛管完井方式，所述模拟水平井井筒通过压帽压紧O型圈与水平井孔密封；所述模拟直井井筒的完井方式为射孔型或割缝筛管型。

优选地，所述框体前侧水平井孔为至少两个以上，且分多层排布，可根据需要将所述模拟水平井井筒插入不同深度的所述水平井孔中或者插入同一水平线上不同位置的水平井孔中。

优选地，所述测压管线选用内径3mm的高压管线，所述测压管线通过压帽、平垫和O型圈挤紧所述测压井孔。

优选地，所述上部活塞层与所述下部活塞层通过8个活塞压紧螺钉夹紧，通过均匀调整所述8个螺钉，可调节活塞中间的空腔的大小。

优选地，所述上部活塞层上均匀分布1个以上的小孔，底水通过这些小孔向上进入模型内腔，每个小孔上方装有不锈钢底水滤芯；所述下部活塞层上设有一个底水进入孔，通过盘在底板的凹槽内的管线连通底板上的底水进口。

优选地，所述位移指示杆通过底板中央伸出模型外，与位移传感器相连，实现对活塞位移的监控。

优选地，所述模型和所述支架可整体置于恒温箱中实现加温与控温，从而模拟真实油藏的环境。

上覆压力的施加：上覆压力由活塞施加，通过使用一台自动围压泵向活塞下部注入加压液体来完成。围压泵使用的是液压泵，该泵设计有手动、电动、计算机控制下的自动三种运行方式，当我们使用接口线将其连上计算机并将手动／自动开关置于自动状态即可实现计算机控制，通过软件菜单实现恒压控制。

井筒出口连接回压器，使用回压器的目的是：提高总体工作压力，并防止在高温实验中岩心中以及出口处液体的汽化。

本实用新型提供的三维物理模拟实验装置可用于底水油藏水平井开发或直井与水平井联合井网开发中水平井控水研究，并能体现真实的油藏温度、压力条件，耐压最高可达15MPa，实验温度最高达150摄氏度。此装置使用范围涵盖不同水平井避水高度、不同完井方式、不同井网形式等条件，既可以模拟单一水平井在底水驱动与影响下控水工艺与开采工艺，又可以模拟直井注水与水平井生产联合井网开发情况下水平井控水机理与规律，为油田实际生产提供参考。

附图说明

附图1水平井控水物理模拟实验装置结构示意图

图中，1-模型，2-密封垫，3-锁紧螺母，4-转轴，5-框体，6-底水滤芯，7-底板，8-底水进口，9-支架，10-测压井孔，11-上盖，12-水平井孔，13-上部活塞层，14-活塞压紧螺钉，15-活塞密封圈，16-下部活塞层，17-加压液体进出口，18-位移指示杆。

具体实施方式

为将本实用新型的目的、技术方案和优点展示的更加明白、清楚，以下结合具体实施例，并参照附图，进一步详细说明。

如图1所示，本申请中的水平井控水物理模拟实验装置包括：支架9、模型1、模拟直井井筒和模拟水平井井筒，其中，支架9与模型1为转动连接，模型1包括上盖11、框体5、活塞和底板7；底板上开有底水进口8和加压液体进出口17。

其中，上盖11中部开有16个测压井孔10，既可以插入模拟直井井筒，模拟直井，又可以插入测压管线，测量不同深度、不同位置处压力。模拟直井井筒按完井方式分为射孔型和割缝筛管型两种，为满足地层分4层的要求，每种类型模拟直井井筒按完井深度不同分别制作16个模拟直井井筒，模拟直井井筒末端制作成可拆卸的锥度头，以方便插入模拟地层和清洗模拟直井井筒；测压管线选用内径3mm的高压管线，至少16根，测压管线通过压帽、平垫、O型圈与测压井孔10挤紧，可根据需要插入不同的深度，以测量不同深度、不同平面位置处的油藏压力。上盖11外围焊有两个起重吊环，用来吊起上盖11。

其中，模型1内腔规格为400×400×250mm，框体5壁厚60mm，耐压15MPa。上下各开有密封槽，装入密封垫2，分别实现和上盖11、底板7的密封。各有12个螺栓，连接上盖11和底板7。上紧螺栓时要对角均匀紧固，防止和框体5之间的密封垫2受力不均，产生泄漏。框体5内四周内壁打毛。框体5外侧左右相对面焊有转轴4，支撑模型1转动。框体5的前侧有9个水平井孔12，水平井孔12分3层，可根据需要在不同深度、不同水平位置的井孔中装入模拟水平井井筒，模拟水平井井筒采用筛管完井方式，模拟水平井井筒通过压帽压紧O型圈实现密封。模型内腔下部设有活塞。

活塞包括上部活塞层13、下部活塞层16以及固定在下部活塞层16底部中央的位移指示杆18，上、下部活塞层之间靠近外缘的位置设有活塞密封圈15，在两个活塞层中间形成空腔，用来连通底水，造成统一的底水边界；上部活塞层13与下部活塞层16通过8个活塞压紧螺钉14夹紧，利用对角均匀的调整这8个螺钉，可调节空腔的大小，上部活塞层13上均匀分布16个小孔，底水通过这些小孔向上进入模型内腔，每个小孔上方装有不锈钢底水滤芯6，防止砂子堵塞底水通道；下部活塞层16上设有一个底水进入孔，通过盘在底板7的凹槽内的管线连通底板7上的底水进口8。位移指示杆18通过底板7中央伸出模型1外，与位移传感器相连，实现活塞位移的监控。

底板7四周通过12个螺栓与框体5相连，底板7上的加压液体进出口17为加载上覆压力使用。

支架9主要用来支撑和移动模型1，模型1置于支架9上，可进行360度转动，既可以模拟不同地层倾角条件，又方便卸砂。模型1旋转到任意角度后，上紧锁紧螺母3，可以将模型1固定。支架9下部有四个万向轮，可以手推移动本实验装置。下部的两条支撑架四周固定有密封封条，本实验装置推入烘箱时可阻挡热风外泄。

上覆压力的施加：上覆压力由自带的液压活塞施加，通过使用一台自动围压泵向活塞下部注入加压液体来完成。围压泵使用的是液压泵，该泵设计有手动、电动、计算机控制下的自动三种运行方式，当使用接口线将其连上计算机并将手动／自动开关置于自动状态即可实现计算机控制，通过软件菜单实现恒压控制。

井筒出口连接回压器，使用回压器的目的是：提高总体工作压力，并防止在高温实验中岩心中以及出口处液体的汽化。

本实验装置可由恒温箱加温与控温，温度最高达150℃，控温精度±1℃。恒温箱底部开有导槽，能够将本实验装置整体推入恒温箱，导槽处可与本实验装置紧密接触，实现密封，因此能够对本装置进行恒温实验。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维水平井控水物理模拟实验装置，包括：支架(9)、模型(1)、模拟直井井筒和模拟水平井井筒，其特征在于：所述支架(9)与所述模型(1)为转动连接，所述模型(1)包括上盖(11)、框体(5)、活塞和底板(7)，所述上盖(11)中部开有一个以上测压井孔，可插入所述模拟直井井筒以模拟直井，或者插入测压管线，测量不同深度、不同位置处的压力；所述框体(5)通过螺栓分别与所述上盖(11)、所述底板(7)密封连接，形成封闭的模型内腔，所述框体(5)的前侧具有至少一个以上水平井孔(12)，可装入所述模拟水平井井筒以模拟水平井；所述活塞设置在所述模型内腔的下部，包括上部活塞层(13)、下部活塞层(16)以及固定在下部活塞层(16)底部中央的位移指示杆(18)，所述上、下部活塞层之间靠近外缘的位置设有活塞密封圈(15)，在两个活塞层中间形成空腔，用来连通底水，造成统一的底水边界，所述底板(7)上开有底水进口(8)和加压液体进出口(17)。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述转动连接是由框体(5)外侧左右相对面通过转轴(4)与所述支架(9)转动连接，所述转动连接可进行360度的转动，并可通过转轴(4)上的锁紧螺母(3)将所述模型(1)固定在任意角度，所述支架(9)下部有四个万向轮，可以移动所述实验装置。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述模型内腔中装填砂子；所述框体(5)内壁打毛。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述模拟水平井井筒采用筛管完井方式，所述模拟水平井井筒通过压帽压紧O型圈与水平井孔(12)密封；所述模拟直井井筒的完井方式为射孔型或割缝筛管型。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述框体(5)前侧水平井孔(12)为至少两个以上，且分多层排布，可根据需要将所述模拟水平井井筒插入不同深度的所述水平井孔(12)中或者插入同一水平线上不同位置的水平井孔(12)中。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述测压管线选用内径3mm的高压管线，所述测压管线通过压帽、平垫和O型圈挤紧所述测压井孔。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述上部活塞层(13)与所述下部活塞层(16)通过8个活塞压紧螺钉(14)夹紧，通过均匀调整所述8个螺钉，可调节活塞中间的空腔的大小。

8.根据权利要求7所述的实验装置，其中，所述上部活塞层(13)上均匀分布1个以上的小孔，底水通过这些小孔向上进入模型内腔，每个小孔上方装有不锈钢底水滤芯(6)；所述下部活塞层(16)上设有一个底水进入孔，通过盘在底板的凹槽内的管线连通底板上的底水进口(8)。

9.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述位移指示杆(18)通过底板(7)中央伸出所述模型(1)外，与位移传感器相连，实现对活塞位移的监控。

10.根据权利要求1所述的实验装置，其中，所述模型(1)和所述支架(9)可整体置于恒温箱中实现加温与控温，从而模拟真实油藏的环境。