CN212272151U - 缝洞油藏高压注水模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种缝洞油藏高压注水模拟装置，包括储水罐、阀门、储油罐、注入泵、压力表、缝洞模拟箱体、数据显示器、流量计、储液罐、生产井井筒、溶洞模拟单元、连通性裂缝、压力计、进液口a、应力敏感裂缝、压敏开关、单流阀、进液口b、箱体内支架、箱体底塞、加固孔、外螺纹、内螺纹、溶洞模拟单元管线、电潜泵、电控开关。其特征在于：注入泵起到前期注液和高压注水的作用，压力表和压力计用于计量管线内的压力，带有电控开关的生产井井筒安装在溶洞模拟单元上，溶洞模拟单元与溶洞模拟单元管线、连通性裂缝、应力敏感裂缝、压力计和生产井井筒相连，用于连通其他溶洞模拟单元和监测其内部压力，加固孔、外螺纹和内螺纹用于双重加固溶洞模拟单元。

Description

缝洞油藏高压注水模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种缝洞油藏开采过程中的高压注水模拟装置，属注水提高原油采收率模拟装置。

背景技术

缝洞油藏注水旨在利用油水密度差异，在单溶洞和多溶洞的裂缝连通系统内，利用油水重力分异形成水“抬”油，即将处于低位的油水界面逐渐抬升，从而将上部原油不断采出，提高原油采收率。进行实验室小尺度模拟，模拟过程中得到的相关参数，可以用来验证和考核该注水方案是否符合油藏目前开发方案的要求。其次，实验室模拟注水装置可以研究油藏注水压力的窗口(合适注水压力的上限和下限)，以及注入量、注入介质等参数对原油采出程度的影响。综上所述，实验室油藏注水模拟装置可以提前模拟和优化缝洞油藏注水提高采出程度的过程和重要参数。

缝洞油藏高压注水，作为缝洞油藏进一步提高原油采出程度的新措施已在塔河油田实践中得到应用(本申请专利中提及的压力单位为MPa，是物理学中压强的单位；由于行业习惯，故本申请专利继续沿用压力一词)。缝洞油藏因其复杂的地质成因及储集体(地下溶洞)间存在已知和未知的连通关系，造成缝洞油藏储量评价和提高油藏原油采出程度存在巨大困难。在塔河油田开发过程中发现提高注入水压力(提高注入量和注入速度，即高压注水) 可以提高已知储集体(单元1)的采出程度，后经分析认为是高压注水提高了溶洞内压力，溶洞内通过憋压将溶洞周围的应力敏感裂缝开启(应力敏感裂缝：裂缝中压力达到一定值时，裂缝会被开启，形成连通裂缝，流体开始自由流动；在高压注水一段时间停止注水并关井后，由于压力趋于平衡，流体流动趋于停止，此过程中由于密度差异，油向高处流动；当关井一段时间开井生产后，生产井底的压力降低，逐渐波及到整个溶洞，压力降低一定程度后应力敏感裂缝缓慢闭合)，并将已知储集体与远处未知储集体(单元2) 相连通。由于油水密度差异进入未知储集体(单元2)的水将一部分油替换回已知储集体(单元1)。从而达到利用已有井位开采周围连通储集体，并进一步提高本区域缝洞油藏采出程度的目的。

目前还没有实验室模拟缝洞油藏高压注水模拟装置出现，其中主要限制因素是储集体(溶洞)间应力敏感性裂缝连接、极限承压容器和装置安全保护措施。

本实用新型的目的就是提供一种能模拟缝洞型油藏缝-洞间应力敏感性裂缝沟通、能承受高压并保证实验准确，安全的缝洞油藏高压注水模拟装置。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种能模拟缝洞型油藏缝-洞间应力敏感性裂缝沟通，能承受高压并保证实验准确，安全的缝洞油藏高压注水模拟装置。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：缝洞油藏高压注水模拟装置，包括储水罐、阀门、储油罐、注入泵、压力表、缝洞模拟箱体、数据显示器、流量计、储液罐、生产井井筒、溶洞模拟单元、连通性裂缝、压力计、进液口a、应力敏感裂缝、压敏开关、单流阀、进液口b、箱体内支架、箱体底塞、加固孔、外螺纹、内螺纹、溶洞模拟单元管线、电潜泵、电控开关。其特征在于：储水罐作为高压注水的水源，通过管线与阀门相连；阀门控制着各自管路流体的流动，当需要注水时打开对应管路的阀门即可，阀门两端分别连接罐体和注入泵；储油罐作为模拟装置中油相的来源，在高压注水前先将油注入溶洞模拟单元内，模拟地下溶洞含油，所在管路直接与阀门相连；注入泵是模拟装置中的动力设备，由电力驱动，实验开始前将罐体中的油和水注入溶洞模拟单元中，后期作为高压注水的注入设备，把储水罐中的水通过生产井井筒注入溶洞模拟单元，注入泵的两端分别连接于阀门和压力表；压力表作为注入泵管线的压力监测设备，左侧通过管线连接注入泵，右侧连接缝洞模拟箱体内的溶洞模拟单元；缝洞模拟箱体内的装置是此模拟装置的核心，内部包含溶洞模拟单元、连通性裂缝和应力敏感裂缝等，缝洞模拟箱体左侧通过进液管线连接压力表，右端通过出液管线连接电潜泵；数据显示器是模拟装置中的电子显示设备，连接缝洞模拟箱体内的所有压力计，实时接收溶洞模拟单元内的压力数据并显示在显示器屏幕上；流量计连接在储液罐和电潜泵之间，用来计量从缝洞模拟箱体中流出液体的体积；电潜泵用来抽出生产井所在溶洞内的液体，与流量计相连；储液罐作为收集电潜泵出液的容器，与流量计直接相连，是模拟装置的最后一个环节；生产井井筒是溶洞模拟单元直接与注入/输出管线相连的一段管线；溶洞模拟单元可以通过生产井井筒直接与注入管线、输出管线相连，连通性裂缝和应力敏感裂缝用于连接多个溶洞模拟单元；连通性裂缝只在单元1或单元2 内部连通溶洞模拟单元，起到直接连通两个溶洞模拟单元的作用(两个溶洞模拟单元内的流体可以自由流动)；压力计直接与溶洞模拟单元和数据显示器相连接，是准确收集压力数据的装置；进液口a与注入管线相连，并直接将液体注入单元1的溶洞模拟单元；应力敏感裂缝将单元1和单元2连接起来，只有在压力达到裂缝开启条件时才会开启，平时处于关闭状态；压敏开关是单元1与单元2相连接的管线中的压力控制装置，该开关作用是判断压力是否达到裂缝开启条件，其压力值可以设置；单流阀是单元1和单元2间应力敏感裂缝上的限流装置，作用是只能让单元2中的流体流入单元1，反向则不能流动；进液口b是注入管线与单元2相连的一段管线，将液体注入单元2中；箱体内支架是活动式金属杆，通过转角凹槽固定在缝洞模拟箱体中，目的是将多个溶洞模拟单元有序，安全的放入缝洞模拟箱体中，避免管线过度弯曲承压时破裂；箱体底塞是箱体内部放入的橡胶塞，在箱体安放好各溶洞模拟单元后对箱体进行填砂，直至石英砂盖住溶洞模拟单元并齐平箱体上盖，在实验结束后通过将箱体底塞拔出使箱体内的石英砂从底部漏出，如此保障高压管线如有破裂不会造成严重事故；加固孔位于溶洞模拟单元上，目的是将溶洞模拟单元进一步加固便于承压；外螺纹、内螺纹位于溶洞模拟单元的接触口处，起到密封，加固作用；溶洞模拟单元管线是连接溶洞模拟单元和注入/输出管线、溶洞模拟单元和其他溶洞模拟单元的途径；电控开关安装在生产井井筒上。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的注入泵起到前期注液和高压注水的作用，在不同时期起到不同的注入作用且注入口也不同。前期向模型中注入油和水通过分别连接进液口a和进液口b实现向两个单元注液；开始试验后与生产井井筒连接达到高压注水的效果。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的缝洞模拟箱体是一个钢制空心箱体，通过预留注入/输出管线孔和压力计数据线出口，实现进/出液和数据传输。箱体内部纵向上设有两层可取式箱体内支架，将箱体空间分为上、中、下三层，用于有序安放多个溶洞模拟单元。箱体内还通过填砂对连接好的溶洞模拟单元进行掩埋，避免因管线破裂和溶洞模拟单元泄漏而引起高压流体冲击。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的数据显示器通过集合单元 1和单元2中的不同溶洞模拟单元压力数据，可以实时监测每个溶洞模拟单元的压力数据，并检验单元1和单元2间的应力敏感裂缝是否正常开启。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的生产井井筒与高压注入管线相连，也与输出管线相连。生产井井筒上的电控开关由实验人员在远处控制，起到开关生产井井筒的作用(打开进行高压注水或者生产，关闭进行关井待系统压力平衡)。这是为了模拟缝洞油藏高压注水需要关井(闷井)一段时间，待缝洞间压力平衡后(此时原油运移完毕)再开井进行生产，此时沟通了应力敏感缝的含油溶洞内的油就会向高位溶洞内流动，达到注水“换”油的目的。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的溶洞模拟单元为分体式半球型钢制结构。球体有两层密封加固措施，先是两个半球体通过外螺纹、内螺纹配合(旋转进行螺纹紧固)的方式进行合体，并内置橡胶圈进行密封；将球体螺纹紧固好后利用螺钉和螺母来紧固加固孔，再一次对两个半球进行紧固。这样的两次紧固措施可保证球体不会泄漏液体或者因螺纹配合紧固失败而爆裂。另有，球体外表小孔通过螺纹与溶洞模拟单元管线相连接，起到连通多个溶洞模拟单元的作用。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的连通性裂缝为耐压钢制管线，作用是直接连通两个溶洞模拟单元。应力敏感裂缝的主体也是耐压钢制管线，由于压敏开关和单流阀的存在，使得管线只能在达到开启条件下开启，其余时间均处于关闭状态，不能让流体流动。

作为本方案的进一步优化，本实用新型所述的进液口a和进液口b均只在模拟实验开始前向单元1和单元体2注入液的过程中开启，其余时间全部关闭不能让流体流动。

本实用新型具有以下有益效果：(1)能够准确模拟具有应力敏感裂缝溶洞间的连通与关闭状态；(2)能够进行高压测试，以满足更多超深油藏的测试需求；(3)具有三层(单流阀、填砂、钢制箱体)安全保护措施，达到安全实验的目的。

附图说明

图1为本实用新型流程图。

图2为本实用新型多单元缝洞连通及初始油水分布图。

图3为本实用新型多单元缝洞普通注水初期油水分布图。

图4为本实用新型多单元缝洞普通注水后期油水分布图。

图5为本实用新型多单元缝洞高压注水油水分布图。

图6为本实用新型缝洞模拟箱体剖面图。

图7为本实用新型溶洞模拟单元主视图。

图8为本实用新型溶洞模拟单元右视图。

图9为本实用新型溶洞模拟单元右视剖面图。

图中：储水罐1、阀门2、储油罐3、注入泵4、压力表5、缝洞模拟箱体6、数据显示器7、流量计8、储液罐9、生产井井筒10、溶洞模拟单元11、连通性裂缝12、压力计13、进液口a14、应力敏感裂缝15、压敏开关16、单流阀17、进液口b18、箱体内支架19、箱体底塞20、加固孔21、外螺纹 22、溶洞模拟单元管线23、电潜泵24、电控开关25、内螺纹26。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9所示，缝洞油藏高压注水模拟装置，包括储水罐1、阀门2、储油罐3、注入泵4、压力表 5、缝洞模拟箱体6、数据显示器7、流量计8、储液罐9、生产井井筒10、溶洞模拟单元11、连通性裂缝12、压力计13、进液口a14、应力敏感裂缝 15、压敏开关16、单流阀17、进液口b18、箱体内支架19、箱体底塞20、加固孔21、外螺纹22、溶洞模拟单元管线23、电潜泵24、电控开关25、内螺纹26。其特征·在于：储水罐1通过钢制管线与阀门2相连接，储油罐3 通过钢制管线与阀门2连接在一起；注入泵4所在管线连接储水罐1与储油罐3所在的管线，通过阀门2控制所在管线的通断，注入泵4所在管线在开始模拟前分别与进液口a14和进液口b18相连，为单元1和单元2注入液体，然后进液口a14和进液口b18被关闭，注入泵4所在管线再与生产井井筒10 连接，起到高压注水的目的；压力表5安装在注入泵4所在的管线上，用来监测注入管线压力；缝洞模拟箱体6安装在压力表5和电潜泵24之间，外接数据显示器7；流量计8安装在缝洞模拟箱体6和储液罐9之间，用来计量输出管线中流体的体积；储液罐9安装在装置的输出管线的最后，用来接收缝洞模拟箱体6中产出的液体；生产井井筒10安装在溶洞模拟单元11上，连通注入管线和输出管线，被用来对单元1进行高压注水和开井产液；溶洞模拟单元11被放置在缝洞模拟箱体6中，通过连通性裂缝12、应力敏感裂缝15、生产井井筒10、进液口a14、进液口b18和压力计13分别与其他溶洞模拟单元11、注入管线、输出管线和数据显示器7相连；连通性裂缝12 安装在两个溶洞模拟单元11之间，起到沟通溶洞模拟单元11间压力的作用，且仅在各自单元(单元1和单元2)内部起到连通作用；应力敏感裂缝15 只存在于单元1和单元2之间，达到裂缝开启要求后开启裂缝连通单元1和单元2的溶洞模拟单元11；压敏开关16安装在应力敏感裂缝15上，用来控制开启应力敏感裂缝15；单流阀17被安装在应力敏感裂缝15上，用来控制应力敏感裂缝15中流体的流向；箱体内支架19安装在缝洞模拟箱体6中，纵向隔开箱体空间；箱体底塞20安装在缝洞模拟箱体6中；加固孔21、外螺纹22和内螺纹26分布在溶洞模拟单元11上，起到加固溶洞模拟单元11 的作用；溶洞模拟单元管线23安装在溶洞模拟单元11上，用来连通其他溶洞模拟单元11和生产井井筒；电潜泵24被安装在输出管线上，用来抽出生产井井筒10中的液体；电控开关25被安装在生产井井筒10上，用来控制生产井井筒10的开关。

注入泵4起到前期注液和高压注水的作用，在不同时期起到不同的注入作用且注入口也不同。前期向模拟装置中注入油/水分别连接进液口a14和进液口b18实现向不同溶洞模拟单元11注液；开始试验后与生产井井筒10 连接达到高压注水的效果。

缝洞模拟箱体6是一个钢制空心箱，通过预留注入/输出管线孔和压力计数据线孔，实现进/出液和数据传输。箱体内部纵向上设有多层可取出式箱体内支架19，将箱体空间分为多层，用于有序放置溶洞模拟单元11。箱体内还通过填砂对连接好的溶洞模拟单元11进行掩埋，避免因管线破裂和溶洞模拟单元11泄漏而引起的高压流体冲击。

数据显示器7通过集合单元1和单元2中的不同溶洞模拟单元11压力数据，可以实时监测每个溶洞模拟单元11的压力数据，并检验单元1和单元2的应力敏感裂缝15是否正常开启。

生产井井筒10与高压注入管线相连，也与输出管线相连。生产井井筒 10上的电控开关25由实验人员在远处控制，起到开关生产井井筒10的作用 (打开进行高压注水或者生产，关闭后待系统压力平衡)。这是为了模拟缝洞油藏高压注水需要关井(闷井)一段时间，待溶洞系统压力平衡后再开井进行生产，此时沟通的应力敏感缝15的含油溶洞内的油就会向高位溶洞内流动，达到注水“换”油的目的。

溶洞模拟单元11为分体式半球型钢制结构。球体有两层密封加固措施，先是球体通过内螺纹26和外螺纹22旋转紧固的方式进行组合，并内置橡胶圈进行密封；将外螺纹22、内螺纹26紧固好后利用螺钉和螺母来紧固加固孔21，再一次对两个半球进行紧固。这样的两次紧固措施可保证球体不会泄漏液体或者因螺纹配合失败而爆裂。另有，球体外表小孔通过螺纹与溶洞模拟单元管线23相连接，起到连通多个溶洞模拟单元11的作用。

连通裂缝12为耐压钢制管线，作用是直接连通两个溶洞模拟单元11。应力敏感裂缝15的主体也是耐压钢制管线，由于压敏开关16和单流阀17 的存在，使得管线只能在达到开启条件时开启；其余时间均处于关闭状态，不能让流体流动。

当然上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.缝洞油藏高压注水模拟装置，包括储水罐(1)、阀门(2)、储油罐(3)、注入泵(4)、压力表(5)、缝洞模拟箱体(6)、数据显示器(7)、流量计(8)、储液罐(9)、生产井井筒(10)、溶洞模拟单元(11)、连通性裂缝(12)、压力计(13)、进液口a(14)、应力敏感裂缝(15)、压敏开关(16)、单流阀(17)、进液口b(18)、箱体内支架(19)、箱体底塞(20)、加固孔(21)、外螺纹(22)、溶洞模拟单元管线(23)、电潜泵(24)、电控开关(25)、内螺纹(26)；其特征在于：储水罐(1)和阀门(2)安装在一条管线上，储油罐(3)和阀门(2)安装在另一条管线上，注入泵(4)安装在阀门(2)和压力表(5)之间，压力表(5)安装在注入泵(4)和缝洞模拟箱体(6)之间，数据显示器(7)外接在缝洞模拟箱体(6)上，箱体底塞(20)和箱体内支架(19)安装在缝洞模拟箱体(6)内，溶洞模拟单元(11)外接应力敏感裂缝(15)、连通性裂缝(12)、压力计(13)、进液口a(14)、进液口b(18)、生产井井筒(10)和溶洞模拟单元管线(23)被放置在箱体内支架(19)上，加固孔(21)、外螺纹(22)和内螺纹(26)位于溶洞模拟单元(11)上，电潜泵(24)、流量计(8)和储液罐(9)依次安装在缝洞模拟箱体(6)之后。

2.根据权利要求1所述的缝洞油藏高压注水模拟装置，其特征在于：注入泵(4)在不同时期起到不同的注入作用且注入口也不同；前期向溶洞模拟单元(11)中注入油/水时连接进液口a(14)和进液口b(18)向不同溶洞模拟单元(11)注液；开始试验后与生产井井筒(10)连接，进行高压注水。

3.根据权利要求1所述的缝洞油藏高压注水模拟装置，其特征在于：缝洞模拟箱体(6)是一个钢制空心箱，通过预留注入/输出管线孔和压力计数据线孔，进行进/出液和数据传输，箱体内部纵向上设有两层可取出式箱体内支架(19)，将箱体空间分为上、中、下两层，用于有序安放溶洞模拟单元(11)，箱体内还通过填砂对连接好的溶洞模拟单元(11)进行掩埋。

4.根据权利要求1所述的缝洞油藏高压注水模拟装置，其特征在于：生产井井筒(10)连接注入泵(4)和电潜泵(24)所在管线，生产井井筒(10)上的电控开关(25)由实验人员在远处控制开关生产井井筒(10)，开井时，进行高压注水或生产；关井后，缝-洞系统压力逐渐趋于平衡。

5.根据权利要求1所述的缝洞油藏高压注水模拟装置，其特征在于：溶洞模拟单元(11)为分体式半球型钢制结构，球体有两层密封加固措施，先是球体通过内螺纹(26)和外螺纹(22)旋转紧固的方式进行组合，并内置橡胶圈进行密封；将内螺纹(26)和外螺纹(22)紧固好后利用螺钉和螺母来固定加固孔(21)，再一次对两个半球进行紧固；球体与溶洞模拟单元管线(23)通过螺纹配合连接，可连通多个溶洞模拟单元(11)，溶洞体积的大小可以通过并联或串联多个溶洞模拟单元(11)实现。

6.根据权利要求1所述的缝洞油藏高压注水模拟装置，其特征在于：连通性裂缝(12)为耐压钢制管线，作用是直接连通两个溶洞模拟单元(11)；应力敏感裂缝(15)也是以耐压钢制管线为基础，特征是压敏开关(16)和单流阀(17)安装在应力敏感裂缝(15)上，使得应力敏感裂缝(15)在达到开启条件后自动开启，其余时间均处于关闭状态，不能让流体流动。

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