专利名称：稠油井筒举升降粘模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型有关于ー种稠油降粘模拟装置，尤其有关于ー种油田采油气工程技术领域中应用的稠油井筒举升降粘模拟装置。
背景技术：
随着技术的进步，越来越多的稠油油藏投入开采，目前，稠油油藏的开采主要采用蒸汽吞吐、蒸汽驱、稠油冷采等技木，以改善地层中稠油的渗流问题。在稠油举升的过程中，随着温度的降低，稠油粘度不断増加，降粘剂降粘举升成为稠油井筒举升的主要エ艺技木。现有技术中，对降粘剂的降粘效果进行评价的装置主要为旋转粘度计或流变仪，在进行降粘剂降粘效果的评价时，首先需要将降粘剂与待降粘的液体进行混合，之后将混合好的溶液加入旋转粘度计或流变仪的内筒与外筒之间的环形腔内，旋转粘度计或流变仪的同步电机以稳定的速度旋转，连接刻度圆盘，通过游丝和转轴带动内筒旋转，内筒即受到基于流体粘性カ矩的作用，作用越大，则游丝与之相抗而产生的扭矩也就越大，于是指针在刻度盘上指示的刻度也就越大，最后将刻度读数乘以特定的系数即可得到液体的动カ粘度。但是，由于在实际井下作业的过程中，降粘剂对稠油进行降粘的过程是一个动态的过程，也即，降粘剂首先需要与井下稠油进行初歩混合，之后通过井下抽油泵的举升，稠油与降粘剂在举升的过程中继续进行混合，实现降粘剂对稠油的降粘作用。因此，通过旋转粘度计或者流变仪测量得出的降粘剂的降粘效果，是降粘剂与稠油进行充分混合后而测得的降粘效果，其是ー种理想状态下的降粘效果，并不能很好的表现出降粘剂与稠油在举升过程中的动态作用过程，因此，利用旋转粘度计或者流变仪所评价的降粘剂的降粘效果与降粘剂在实际应用过程中的降粘效果差异较大。因此，有必要提供ー种新型的用于模拟稠油在井筒举升过程中评价降粘剂降粘效果的模拟装置，来克服上述缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种稠油井筒举升降粘模拟装置，该稠油井筒举升降粘模拟装置可模拟降粘剂和稠油在井筒举升过程中的动态混合降粘过程，实时监测稠油与降粘剂的混合液体沿模拟井筒举升过程中的动态粘度变化，提高了室内评价降粘剂降粘效果的准确性。本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现本实用新型提供ー种稠油井筒举升降粘模拟装置，所述稠油井筒举升降粘模拟装置包括井筒模拟系统，其具有模拟井筒，所述模拟井筒中设有模拟举升管柱，所述模拟举升管柱的进液ロ与出液ロ之间连接有压差传感器；加药系统，其与所述井筒模拟系统相连，所述加药系统具有多个加药活塞容器，所述多个加药活塞容器分别连接ー加药管，所述加药管伸入所述模拟井筒的底部； 供液系统，其与所述井筒模拟系统相连，所述供液系统具有供液活塞容器，所述供液活塞容器连接有供液恒温油浴，所述供液恒温油浴通过输送管与所述模拟井筒的底部相连通；监测控制系统，其与所述模拟举升管柱的出液ロ相连，所述监测控制系统具有多个相连接的监测恒温水浴。在优选的实施方式中，所述加药活塞容器为两个，其中一个所述加药活塞容器内装有稀油，另一所述加药活塞容器内装有降粘剂；所述供液活塞容器内装有油水混合物或稠油。在优选的实施方式中，所述模拟井筒的内侧壁及底部分别设有保温层。在优选的实施方式中，所述保温层的材料为隔热泡沫胶。在优选的实施方式中，所述监测恒温水浴为四至六个，每个所述监测恒温水浴上分别连接有监测温度传感器和监测压差传感器。
·[0017]在优选的实施方式中，所述模拟井筒的底部连接有温度传感器。在优选的实施方式中，所述供液恒温油浴上连接有温度传感器。在优选的实施方式中，多个所述加药活塞容器和所述供液活塞容器分别连接有平流泵或柱塞泵。在优选的实施方式中，远离所述模拟举升管柱出液ロ的所述监测恒温水浴的末端连接有回压阀。在优选的实施方式中，所述压差传感器测量的所述模拟举升管柱的进液ロ与出液ロ之间的压差为A P，所述模拟举升管柱的进液ロ至出液ロ之间的距离为AL，所述模拟举升管柱的半径为R，自所述模拟举升管柱的进液ロ流至所述模拟举升管柱的出液ロ的混合
液的流量为q，混合液的粘度パ=4rT7^。在优选的实施方式中，所述监测恒温水浴中设有供混合液流动的管道，所述监测恒温水浴中设有供混合液流动的管道，所述管道的长度为A L1，所述管道的半径为R，所述监测压差传感器测量的所述管道的进ロ端与出口端的压差为A P1,自所述管道的进ロ端流
至所述管道的出ロ端的混合液的流量为q，混合液的粘度"=^^。本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置的特点及优点是模拟井筒及其内设置的模拟举升管柱可实现降粘剂与稠油在模拟举升管柱内举升的动态流动混合过程，并且通过压差传感器可实时监测稠油与降粘剂的混合液体沿模拟举升管柱流动过程中粘度的动态变化，从而可真实反映降粘剂的降粘效果；另外，本实用新型还可通过调节监测控制系统的多个监测恒温水浴的温度，利用多个监测恒温水浴不同温度的独立控制来模拟降粘剂与稠油的混合液体在井筒中不同深度处的流动情况。本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置，可以更好地实现对井筒中稠油及其降粘剂混合体系粘度的在线测量和真实模拟降粘剂和稠油在井筒条件下的动态混合作用过程，提高了室内评价降粘剂降粘效果的准确性。
[0024]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置的结构示意图。图2为本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置模拟地层水和稠油体系沿程的粘度监测数据图表。图3为本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置模拟水溶性降粘剂和稠油体系沿程的粘度监测数据图表。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。如图1所示，本实用新型提供ー种稠油井筒举升降粘模拟装置，其包括井筒模拟系统1、加药系统2、供液系统3和监测控制系统4。其中井筒模拟系统I具有模拟井筒11，所述模拟井筒11中设有模拟举升管柱12，所述模拟举升管柱12的进液ロ 120与出液ロ 121之间连接有压差传感器13 ;加药系统2与所述井筒模拟系统I相连，所述加药系统2具有多个加药活塞容器21，所述多个加药活塞容器21分别连接一加药管22，所述加药管22伸入所述模拟井筒11的底部；供液系统3与所述井筒模拟系统I相连，所述供液系统3具有供液活塞容器31，所述供液活塞容器31连接有供液恒温油浴32，所述供液恒温油浴32通过输送管33与所述模拟井筒11的底部相连通；监测控制系统4与所述模拟举升管柱12的出液ロ 121相连，所述监测控制系统4具有多个相连接的监测恒温水浴41。具体是，井筒模拟系统I的模拟井筒11用于模拟井下的井筒结构，设置在模拟井筒11内的模拟举升管柱12的下端设有模拟井下凡尔122，该模拟举升管柱12用于模拟井下井筒结构中的抽油泵泵筒，而模拟井下凡尔122用于模拟抽油泵中的凡尔。连接在模拟举升管柱12的进液ロ 120与出液ロ 121之间的压差传感器13用于测量模拟举升管柱12在该两位置处的压差，压差传感器13測量得出的压差越小，说明模拟举升管柱12内的稠油与降粘剂混合后的液体流动越好，降粘剂的降粘效果越好。在进行模拟实验时，首先，将加药系统2的多个加药活塞容器21连接在一根加药管22上，该加药管22的出药端伸入模拟井筒11的底部。在本实用新型中，加药活塞容器21为两个，其中一个所述加药活塞容器21内装有稀油，另一所述加药活塞容器21内装有降粘剂，根据实际实验需要，可选择向模拟井筒11中加入稀油或者加入降粘剂，或者可加入稀油和降粘剂的混合液体。在ー实施方式中，上述两个加药活塞容器21内的稀油或降粘剂分别通过一平流泵或柱塞泵5泵入加药管22内，从而注入模拟井筒11的底部。在加药系统2与井筒模拟系统I连接完毕后，连接供液系统3，将供液系统3的供液活塞容器31与供液恒温油浴32相连，该供液恒温油浴32通过ー输送管33与模拟井筒11的底部相连通。在本实用新型中，所述供液活塞容器31内装有油水混合物或稠油，供液系统3将供液活塞容器31内的油水混合物或稠油注入供液恒温油浴32中进行恒温预热，预热后的油水混合物或稠油通过输送管33注入至模拟井筒11的底部。在ー实施方式中，上述供液活塞容器31内的油水混合物或稠油是通过一平流泵或柱塞泵5泵入供液恒温油浴32中，之后通过输送管33注入模拟井筒11的底部。监测控制系统4连接在模拟举升管柱12的出液ロ 121处，自模拟举升管柱12的出液ロ 121流出的稠油与降粘剂的混合液体依次经过监测控制系统4的多个监测恒温水浴41。在本实用新型中，所述监测恒温水浴41为四至六个，在本实施方式中，具有四个监测恒温水浴41，每个所述监测恒温水浴41上分别连接有监测温度传感器411和监测压差传感器412。每个监测恒温水浴41可独立设定不同的温度，以使自模拟举升管柱12的出液ロ121流出的稠油与降粘剂的混合液体依次流入这四个监测恒温水浴41内时，稠油与降粘剂的混合液体受不同温度的影响而表现出混合体系不同温度下的状态，以模拟实际井下不同深度处的稠油与降粘剂混合后的液体流动情況。监测温度传感器411用于监测每个监测恒温水浴41内的温度数值，监测压差传感器412用于测量流经每个监测恒温水浴41的进ロ端与出ロ端之间的混合液体的流动压差。在进行模拟实验时，首先打开加药系统2和供液系统3，用以分别向模拟井筒11内注入降粘剂和稠油，稠油和降粘剂被注入模拟井筒11的底部后进行初歩混合，待稠油和降粘剂的混合液体注入至模拟井筒11 一半以上的容积后，向模拟井筒11内注入一定容积的气体，以保持模拟井筒11内混合液体的液面高度，待气体注满整个模拟井筒11后，停止注气，此时继续向模拟井筒11中注入稠油和降粘剂，稠油和降粘剂的混合液体在气体压力的作用下顶开模拟举升管柱12进液ロ 120处的模拟井下凡尔122，稠油和降粘剂的混合液体自模拟举升管柱12的进液ロ 120向上流动，并且二者在不断的举升过程中逐渐进行混合，直至流出模拟举升管柱12的出液ロ 121而流入监测控制系统4的多个监测恒温水浴41内。在本实用新型的ー实施方式中，供液活塞容器31内盛装有稠油，两个加药活塞容器21内分别盛装有水和水溶性降粘剂，四个监测恒温水浴41内的温度可依次设定为90°C、70°C、50°C、40°C，模拟井筒11内的温度保持在95で。如图2、3所示，图2为模拟地层水和稠油体系沿程的粘度监测数据，从图中可以看出，随着环境温度的増加，原油粘度下降；图3为相同油水比条件下水溶性降粘剂和稠油体系沿程的粘度监测数据，与图2相比，稠油中加入降粘剂后粘度大幅度降低，且不同温度下的降粘效果也能够在本实用新型的装置中体现出来。本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置，模拟井筒11及其内设置的模拟举升管柱12可实现降粘剂与稠油在模拟举升管柱12内举升的动态流动混合过程，并且通过压差传感器13可实时监测稠油与降粘剂的混合液体沿模拟举升管柱12举升流动过程中的动态粘度变化，从而可真实、快捷地反映降粘剂的降粘效果；另外，本实用新型还通过监测控制系统4的多个监测恒温水浴41，利用多个具有不同温度的监测恒温水浴41来模拟降粘剂与稠油的混合液体在井下井筒中不同深度处的流动情况，从而可真实地反映降粘剂的降粘效果。本实用新型的稠油井筒举升降粘模拟装置可以很好地实现降粘剂粘度的在线测量和真实模拟降粘剂和稠油在井筒条件下的动态混合作用过程，提高了室内评价降粘剂降粘效果的准确性。根据本实用新型的一个实施方式，所述模拟井筒11的内侧壁及底部分别设有保温层14。具体是，所述保温层14的材料为隔热泡沫胶。保温层14用于保持模拟井筒11内的温度，以使本实用新型的模拟实验能够在设定的温度环境下进行，以更加真实地反映井下井筒中的环境。根据本实用新型的一个实施方式，所述模拟井筒11的底部连接有温度传感器6，该温度传感器6用于监测模拟井筒11内的温度数据。进ー步的，所述供液恒温油浴32上连接有温度传感器7，该温度传感器7用于监测供液恒温油浴32内的温度数据。根据本实用新型的一个实施方式，远离所述模拟举升管柱12的出液ロ 121的所述监测恒温水浴41的末端连接有回压阀8，该回压阀8用于调整流经该些监测恒温水浴41后的稠油与降粘剂的混合液体所在管路内的压力，用于模拟实际生产过程中井口回压。根据本实用新型的一个实施方式，上述温度传感器6、温度传感器7以及分别连接在四个监测恒温水浴41上的监测温度传感器411分别与ー数据检测和控制系统9相连，该数据检测和控制系统9用于记录温度传感器6、温度传感器7和四个监测温度传感器411的温度数据，井根据实验需要随时控制调整四个监测恒温水浴41、模拟井筒11以及供液恒温油浴32内的温度；另外，压差传感器13和分别连接在四个监测恒温水浴41上的监测压差传感器412也分别与该数据检测和控制系统9相连，该数据检测和控制系统9用于记录压差传感器13和四个监测压差传感器412的压差数据。根据本实用新型的一个实施方式，所述压差传感器13测量的所述模拟举升管柱
12的进液ロ 120与出液ロ 121之间的压差为A P，所述模拟举升管柱12的进液ロ 120至
出液ロ 121之间的距离为A L，所述模拟举升管柱12的半径为R，自所述模拟举升管柱12
的进液ロ 120流至所述模拟举升管柱12的出液ロ 121的混合液的流量为q，混合液的粘度` 具体是，稠油体系本身受到温度的影响，并且在实际生产过程中稠油一般含有一定量的地层水，掺稀油、添加水溶性降粘剂等エ艺均造成井筒中混合体系流动的复杂性，采用合理的粘度检测方法是评价降粘效果的基础。例如，考虑ー个半径为R无限长的直圆管。假定流体为粘性不可压缩流体，流动是稳定的、充分发展的等温层流，垂直管道轴线方向没有流速。则根据哈根-泊肃叶(h&gen—poiseuille)
r n , SpvA!, VAp = ^~(I)
R-其中V为流过直圆管的流体流速，A P为直圆管进ロ端与出口端之间的压差，P为流体密度，R为直圆管的内径，A L为直圆管的长度，V为流体运动粘度。实验表明随着雷诺数的増加，层流将变成湍流。层流变成湍流的转变点发生在雷诺数为2300左右。上述公式(I)只对层流有效，即只针对雷诺数小于2300的情況。雷诺数的公式如下其中，P、ii分别为流体的密度和动カ粘度，V、d为流场的特征速度和特征长度。通过公式(2)计算得出本实用新型的稠油和降粘剂的混合液体的雷诺数小于2300，因此本实用新型可采用公式(I)计算混合液的粘度。因流体运动粘度等于动カ粘度与流体密度之差，即
权利要求1.ー种稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述稠油井筒举升降粘模拟装置包括 井筒模拟系统，其具有模拟井筒，所述模拟井筒中设有模拟举升管柱，所述模拟举升管柱的进液ロ与出液ロ之间连接有压差传感器； 加药系统，其与所述井筒模拟系统相连，所述加药系统具有多个加药活塞容器，所述多个加药活塞容器分别连接ー加药管，所述加药管伸入所述模拟井筒的底部； 供液系统，其与所述井筒模拟系统相连，所述供液系统具有供液活塞容器，所述供液活塞容器连接有供液恒温油浴，所述供液恒温油浴通过输送管与所述模拟井筒的底部相连通； 监测控制系统，其与所述模拟举升管柱的出液ロ相连，所述监测控制系统具有多个相连接的监测恒温水浴。
2.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述加药活塞容器为两个，其中一个所述加药活塞容器内装有稀油，另一所述加药活塞容器内装有降粘剂；所述供液活塞容器内装有油水混合物或稠油。
3.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述模拟井筒的内侧壁及底部分别设有保温层。
4.如权利要求3所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述保温层的材料为隔热泡沫胶。
5.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述监测恒温水浴为四至六个，每个所述监测恒温水浴上分别连接有监测温度传感器和监测压差传感器。
6.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述模拟井筒的底部连接有温度传感器。
7.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述供液恒温油浴上连接有温度传感器。
8.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，多个所述加药活塞容器和所述供液活塞容器分别连接有平流泵或柱塞泵。
9.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，远离所述模拟举升管柱出液ロ的所述监测恒温水浴的末端连接有回压阀。
10.如权利要求1所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述压差传感器测量的所述模拟举升管柱的进液ロ与出液ロ之间的压差为A P，所述模拟举升管柱的进液ロ至出液ロ之间的距离为A L，所述模拟举升管柱的半径为R，自所述模拟举升管柱的进液ロ流至所述模拟举升管柱的出液ロ的混合液的流量为q，混合液的粘度
11.如权利要求5所述的稠油井筒举升降粘模拟装置，其特征在于，所述监测恒温水浴中设有供混合液流动的管道，所述管道的长度为A L1，所述管道的半径为R，所述监测压差传感器测量的所述管道的进ロ端与出口端的压差为A P1,自所述管道的进ロ端流至所述管道的出ロ端的混合液的流量为q，混合液的粘度
专利摘要一种稠油井筒举升降粘模拟装置，该装置包括井筒模拟系统具有模拟井筒，模拟井筒中设有模拟举升管柱，模拟举升管柱的进液口与出液口之间连接有压差传感器；加药系统与井筒模拟系统相连，加药系统具有多个加药活塞容器，多个加药活塞容器连接一伸入模拟井筒底部的加药管；供液系统与井筒模拟系统相连，供液系统具有供液活塞容器，供液活塞容器连接有供液恒温油浴，供液恒温油浴通过输送管与模拟井筒的底部相连通；监测控制系统与模拟举升管柱的出液口相连，监测控制系统具有多个相连接的监测恒温水浴。本实用新型可模拟降粘剂和稠油在井筒举升过程中的动态混合降粘过程，实时监测混合液沿模拟井筒举升过程中动态粘度的变化。
文档编号E21B47/00GK202866776SQ201220455780
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者赵仁保, 柯文奇, 岳湘安, 吴亚红 申请人:中国石油大学(北京), 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院