多分支井产能模拟系统与多分支井产能模拟实验方法
【专利摘要】一种多分支井产能模拟系统，包括：模拟地层，于模拟地层内开设有水平的主井筒以及与主井筒相连通的分支井筒；于模拟地层的外侧设置一个密封箱，于密封箱的底部设置有压力传感器；注入筒，注入筒与密封箱连通；排液管，排液管设置于密封箱上。模拟地层的物性参数可以通过调节不同的砂灰比和沙粒级配实现，能模拟真实的地层，其数据可靠性较高；模拟地层的厚度和形状可以根据真实油藏的厚度和形状按照相似理论进行制作，通过合理的设计主井筒和分支井筒，可以模拟不同完井方式下的产能变化规律；模拟实验的曲线反映了整个产能的动态变化过程，对现场实际生产具有更好的指导意义。本发明还提供了一种多分支井产能模拟实验方法。
【专利说明】多分支井产能模拟系统与多分支井产能模拟实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及实验室模拟多分支井产能【技术领域】，更具体地说，特别涉及一种多分支井产能模拟系统与一种多分支井产能模拟实验方法。
【背景技术】
[0002]目前，对多分支井产能的预测方法主要有两种，分别为:经验公式法和电模拟实验法。其中:
[0003]经验公式法是运用渗流力学原理，结合数学解析方法，建立多分支井产能预测模型并对影响产能的因素进行分析；
[0004]电模拟实验法主要是运用水电相似原理，利用电场模拟地层流体的渗流规律，分析多分支井产能影响因素与影响规律，即利用相同的数学微分方程所表示的物理现象来互相模拟。在电模拟实验中，用导电介质模拟地层，在介质上施加一定电势差产生的电场来模拟地层中的稳定渗流场，是基于水电相似理论，即不可压缩的地下流体通过多孔介质的稳定渗流符合达西定律及拉普拉斯方程。依据水电相似理论，渗流场和电场的形状与分布相似，两者在相似的边界条件下可得到相似的解。因此，用导电介质模拟地层，在介质上施加一定的电势差产生的电场来模拟地层中的稳定渗流场是研究油井稳态产能问题的一种模拟方法。
[0005]但是，地层是一种非均质、各向异性的多孔介质，地层的特性关系到多分支井的布局和形态的优化，进而对多分支井产能产生重大影响。地层中孔隙流体(油、水、气等)在地层中的流动实际上是一个非稳态、非连续的缓慢的过程。因此，传统的电模拟就具有以下缺点:
[0006]1、导电介质是均匀的、各向同性介质，与非均质的、各向异性的真实地层差别较大，用它难以真实模拟地层；
[0007]2、电场具有相对稳态、连续和瞬态的特点，难以真实地对地层的渗流场进行模拟；
[0008]3、其模拟只能得到相似的结果，整个变化过程难以模拟。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种多分支井产能模拟系统与一种多分支井产能模拟实验方法，以解决上述的问题。
[0010]本发明提供了一种多分支井产能模拟系统，包括:
[0011]依照真实地层的物理参数利用水泥砂浆或人造岩心材料制成模拟地层，于所述模拟地层内开设有水平的主井筒以及与所述主井筒相连通的分支井筒；
[0012]于所述模拟地层的外侧设置一个与其具有间隙的密封箱，于所述密封箱的底部设置有压力传感器；
[0013]用于承装测试流体的注入筒，所述注入筒与所述密封箱连通；
[0014]排液管，所述排液管设置于所述密封箱上，其一端与所述主井筒连通，其另一端伸出至所述密封箱的外侧。
[0015]优选地，本发明还包括有计算机数据采集系统，所述计算机数据采集系统与所述压力传感器连接。
[0016]优选地，所述排液管上设置有阀体。
[0017]优选地，本发明还包括有设置于所述排液管下侧用于收集测试流体的集液箱。
[0018]优选地，本发明还包括有用于对所述分支井筒进行封堵的封堵部件，所述封堵部件可与所述分支井筒的内侧壁气密性抵接。
[0019]优选地，所述封堵部件包括有可充气膨胀的膨胀体、与所述膨胀体可拆卸连接的操作杆；所述膨胀体具有气仓，所述膨胀体上开设有与所述气仓相通的进气口，于所述进气口上设置有单向阀；所述操作杆具有通气管道，所述操作杆安装于所述进气口上，所述通气管道与所述进气口相连通。
[0020]优选地，所述操作杆与所述膨胀体螺纹连接。
[0021]本发明还提供了一种多分支井产能模拟实验方法，包括:
[0022]步骤a、制成模拟地层，依照真实地层的物理参数利用水泥砂浆或人造岩心材料制成模拟地层，于所述模拟地层的内部设置水平的主井筒以及与所述主井筒相连通的分支井筒；
[0023]步骤b、设置封闭空间，于所述模拟地层的外侧设置一个与其具有间隙的封闭空间，并通过设置一根用于流体流通的排液管将所述主井筒与所述封闭空间外侧的开放空间连通，于所述封闭空间内设置压力传感器；
[0024]步骤C、注入测试流体，关闭所述排液管并向所述封闭空间内注入测试流体，在所述模拟地层完全充满所述测试流体后打开所述排液管；
[0025]步骤d、采集压力值，在等时间间隔内通过所述压力传感器采集所述封闭空间内的压力值；
[0026]循环步骤a_d，并在每次循环过程中改变所述分支井筒的空间布局，其中，压力值变化快则产能大，压力值变化慢则产能小。
[0027]优选地，在所述步骤a中，还可以在所述分支井筒内设置封堵部件来改变其长度。
[0028]本发明提供的多分支井产能模拟系统，采用水泥砂浆或人造岩心材料制成模拟地层进行产能模拟实验，通过调整水泥砂浆中砂灰比和沙粒级配来改变其孔隙度、渗透率以及密度，使其与真实地层的物理参数相接近。在模拟地层上开设主井筒和分支井筒，用来模拟实际的井筒布局。通过压力传感器检测模拟过程中压力变化。通过上述结构设计，本发明提供的多分支井产能模拟系统能够模拟真实地层，其物性参数(渗透率和孔隙度)可以通过调节不同的砂灰比和沙粒级配实现，使得模拟地层I与真实地层最为接近。并且，还可以根据真实油藏的厚度和形状按照相似理论改变模拟地层I的厚度和形状，其实验数据真实可罪；本发明可以t旲拟不冋完井方式下(裸眼完井、套管射孔完井、IllJ缝衬管完井、缠丝筛管完井、砾石充填完井等)的产能变化规律。
[0029]本发明提供的多分支井产能模拟实验方法，包括步骤:a、制成模拟地层；b、设置封闭空间；c、注入测试流体；d、采集压力值。并将上述步骤进行循环。在制作模拟地层时，通过调整水泥砂浆中砂灰比和沙粒级配来控制模拟地层的物理参数使其与真实地层的物理参数接近，保证测试数据具有较高的可靠性。在上述实验中，如果分支井的产能大，则主井筒的出油量或者出气量较大。在模拟地层中也是如此，模拟地层通过改变分支井筒的布局能够改变其产能，如果产能大则主井筒内测试流体的流出速度较快，其具体表现为压力值变化快，如果产能小则主井筒内测试流体的流出速度较慢，其具体表现为压力值变化慢。
[0030]本发明的有益效果为:模拟地层的物性参数(渗透率和孔隙度)可以通过调节不同的砂灰比和沙粒级配实现，能模拟真实的地层，其数据可靠性较高；模拟地层的厚度和形状可以根据真实油藏的厚度和形状按照相似理论进行制作，通过合理的设计主井筒和分支井筒，可以模拟不同完井方式下(裸眼完井、套管射孔完井、割缝衬管完井、缠丝筛管完井、砾石充填完井等)的产能变化规律；模拟实验的曲线反映了整个产能的动态变化过程，对现场实际生产具有更好的指导意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
[0032]图1为本发明一种实施例中多分支井产能模拟系统的结构示意图；
[0033]图2为本发明一种实施例中封堵部件的结构示意图；
[0034]图3为本发明一种实施例中模拟地层的井筒布局示意图；
[0035]图4为本发明一种实施例中多分支井产能模拟实验方法的流程图。
[0036]图1至图3中部件名称与附图标记的对应关系为:
[0037]模拟地层1、主井筒2、分支井筒3、密封箱4、压力传感器5、
[0038]注入筒6、排液管7、膨胀体8、操作杆9、单向阀10。
【具体实施方式】
[0039]下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0040]请参考图1至图3，其中，图1为本发明一种实施例中多分支井产能模拟系统的结构示意图；图2为本发明一种实施例中封堵部件的结构示意图；图3为本发明一种实施例中模拟地层的井筒布局示意图。
[0041]本发明提供了一种多分支井产能模拟系统，包括:依照真实地层的物理参数利用水泥砂浆或人造地层材料制成模拟地层1，于模拟地层I内开设有水平的主井筒2以及与主井筒2相连通的分支井筒3 ;于模拟地层I的外侧设置一个与其具有间隙的密封箱4，于密封箱4的底部设置有压力传感器5 ;用于承装测试流体的注入筒6，注入筒6与密封箱4连通；排液管7，排液管7设置于密封箱4上，其一端与主井筒2连通，其另一端伸出至密封箱4的外侧。
[0042]在上述结构设计中，本发明通过调整水泥砂浆中砂灰比和沙粒级配来改变其孔隙度、渗透率以及密度，使其与真实地层的物理参数相接近。在模拟地层I上开设主井筒2和分支井筒3，用来模拟实际的井筒布局。在密封箱4内注入测试流体，测试流体既可以为气体也可以为液体，待测试流体完全充满模拟地层I后开启控制阀，使得主井筒2内的测试流体排出，在此期间内多次记录压力传感器5的读数。在特定的主井筒2和分支井筒3的布局下,如果产能大,则主井筒2内测试流体的流出速度快，压力变化就快；如果产能小,则主井筒2内测试流体的流出速度慢，压力变化就慢。改变不同的分支井筒3在模拟地层I上的布局，进行多次模拟实验，其中压力变化最快的分支井筒3布局即为实际生产中产能最大的分支井布局。
[0043]通过上述结构设计，本发明提供的多分支井产能模拟系统能够模拟真实地层，其物性参数(渗透率和孔隙度)可以通过调节不同的砂灰比和沙粒级配实现，使得模拟地层I与真实地层最为接近。并且，还可以根据真实油藏的厚度和形状按照相似理论改变模拟地层I的厚度和形状，其实验数据真实可靠；本发明可以模拟不同完井方式下(裸眼完井、套管射孔完井、割缝衬管完井、缠丝筛管完井、砾石充填完井等)的产能变化规律。
[0044]具体地，本发明还包括有计算机数据采集系统，计算机数据采集系统与压力传感器5连接。计算机数据采集系统与压力传感器5连接后，能够检测到密封箱4内的瞬时压力值。计算机数据采集系统可以根据需要设置采用频率，能够采集不同时间T对应的压力值P，以该时间T以及与其对应的压力值P为坐标，通过该系统自动绘制P-T曲线。如此，不仅能够减少人为参与，降低劳动强度，还能够通过调整数据采集频率，使得本发明模拟精度提闻。
[0045]在本实施例中，排液管7上设置有阀体，设置有阀体便于关闭或者打开排液管7。
[0046]由上述可知，在进行产能模拟实验时，测试流体需要从主井筒2内排出，为了避免材料浪费使得测试流体可以被循环利用，在本实施例中还提供了设置于排液管7下侧用于收集测试流体的集液箱，集液箱能够收集主井筒2流出的测试流体。
[0047]需要说明的是:集液箱仅仅针对测试流体为液体的实施方式。在本发明采用气体作为测试流体时,还可以将集液箱替换为气囊,通过气囊对测试流体(气体)进行收集。
[0048]在实际生产时，主井筒2确定后需要对分支井筒3的空间布局进行设置，分支井筒3的空间布局具体指:分支井筒3的设置数量、分支井筒3的空间分布以及分支井筒3的开设长度。
[0049]本发明提供的多分支井产能模拟系统在模拟地层I制作过程中，即确定了分支井筒3的数量与空间分布状态。为了能够对分支井筒3的开设长度进行调整，本实施例还提供了用于对分支井筒3进行封堵的封堵部件，封堵部件可与分支井筒3的内侧壁气密性抵接。
[0050]具体地，封堵部件包括有可充气膨胀的膨胀体8、与膨胀体8可拆卸连接的操作杆
9;膨胀体8具有气仓，膨胀体8上开设有与气仓相通的进气口，于进气口上设置有单向阀
10;操作杆9具有通气管道，操作杆9安装于进气口上，通气管道与进气口相连通。
[0051]在上述实施例中，膨胀体8采用橡胶制成，其具有较高的弹性以及耐磨性，将膨胀体8设置于分支井筒3内，通过对其充气、放气操作，能够方便地对膨胀体8在分支井筒3内的固定位置进行调整。
[0052]膨胀体8具有气仓，用于充气保证膨胀体8膨胀。在膨胀体8上开设有进气口，进气口用于与操作杆9连通。在本发明的一个实施方式中，膨胀体8围绕进气口还设置有连接部，连接部具有安装孔，安装孔与进气口相对设置，安装孔具有内螺纹，从而能够使得操作杆9与连接部实现螺纹连接，便于操作杆9与膨胀体8的连接或拆卸。
[0053]在进气口上设置有单向阀10，从而保证膨胀体8的单向进气。需要对膨胀体8放气时，仅需要采用直径较细的支杆顶压单向阀10即可，其充气、放气都较为方便。
[0054]本发明操作杆9为特殊结构设计，操作杆9的一端通过结构设计，用于与膨胀体8连接。在操作杆9内部还开设有通气管道，如此，当操作杆9与膨胀体8连接后，不仅能够控制膨胀体8在分支井筒3内移动，还能够充当导气管对膨胀体8进行充气。
[0055]请结合图1参考图4，图4为本发明一种实施例中多分支井产能模拟实验方法的流程图。
[0056]本发明提供了一种多分支井产能模拟实验方法，其包括有多次循环操作，在一次循环操作中具体包括如下步骤:
[0057]a、依照真实地层的物理参数利用水泥砂浆或人造地层材料制成模拟地层；
[0058]于模拟地层的内部设置水平的主井筒以及与主井筒相连通的分支井筒；
[0059]b、于模拟地层的外侧设置一个与其具有间隙的封闭空间，并通过设置一根用于流体流通的排液管将主井筒与封闭空间外侧的开放空间连通，于封闭空间内设置压力传感器；
[0060]C、关闭排液管并向封闭空间注入测试流体，在模拟地层完全充满测试流体后打开排液管；
[0061]d、在等时间间隔内通过压力传感器采集封闭空间内的压力值。
[0062]需要说明的是:真实地层的物理参数包括孔隙度、渗透率以及密度。
[0063]在制作模拟地层时，通过调整水泥砂浆中砂灰比和沙粒级配来控制模拟地层的物理参数使其与真实地层的物理参数接近。
[0064]在设置排液管时，为了避免排液管对实验数据造成影响，其采用与主井筒相平行的方式进行设置。
[0065]在制作好模拟地层后将其放置到一个封闭空间内，该封闭空间与模拟地层之间具有间隙，该间隙用于容置压力传感器以及测试流体，该结构设计的目的在于:保证模拟地层能够充分地浸泡到测试流体中使其内部充满测试流体，避免出现模拟地层局部干燥的情况，从而提高模拟地层与真实地层之间的相似程度，以保证测试数据的可靠性。
[0066]设置一根排液管，排液管与主井筒连通，并且，排液管伸出到封闭空间的测外，用于主井筒内的测试流体排出封闭空间(模拟地层)。当测试流体派出封闭空间后，封闭空间内的压力下降，通过压力传感器等时间间隔多次采集封闭空间的压力值。
[0067]上述即为一次操作，循环上述操作，并在每一次的循环过程中改变分支井筒的长度，并记录每次的压力值变化。
[0068]对于本领域技术人员而言，在实际生产过程中如果分支井的产能大，则主井筒的出油量或者出气量较大。在模拟地层中也是如此，通过改变分支井筒的布局能够改变其产能，如果产能大则主井筒内测试流体的流出速度较快，其具体表现为压力值变化快，如果产能小则主井筒内测试流体的流出速度较慢，其具体表现为压力值变化慢。
[0069]本发明的有益效果为:
[0070]①模拟地层的物性参数(渗透率和孔隙度)可以通过调节不同的砂灰比和沙粒级配实现，能模拟真实的地层；
[0071]②模拟地层的厚度和形状可以根据真实油藏的厚度和形状按照相似理论进行制作；
[0072]③通过合理的设计主井筒和分支井筒，可以模拟不同完井方式下(裸眼完井、套管射孔完井、割缝衬管完井、缠丝筛管完井、砾石充填完井等)的产能变化规律；
[0073]④主井筒在油藏中的位置可以根据实际情况进行调整；
[0074]⑤根据储藏的油、气的情况，注入的流体可以是液体(水或油)也可以是气体(空气、氮气、天然气等)；
[0075]⑥可以模拟不同压力体系的油气藏产能变化规律，对于气藏调节注入压力，对于油藏通过调整注入筒的高度实现压力的调节；
[0076]⑦模拟实验的曲线反映了整个产能的动态变化过程，对现场实际生产具有更好的指导意义；
[0077]⑧分支井筒可以根据实际情况进行设计，通过打开、关闭和封堵的手段实现分支数量、分支间距、分支长度、分支布局(主井筒的同侧或异侧)的控制。
[0078]具体地，本发明还可以在分支井筒内设置封堵部件来改变其长度，如此，通过封堵部件能够测试在分支井筒设置数量、空间分布状态固定的情况下，分支井筒不同的长度对产能的影响。
[0079]以上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，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多分支井产能模拟系统，其特征在于，包括: 依照真实地层的物理参数利用水泥砂浆或人造岩心材料制成模拟地层，于所述模拟地层内开设有水平的主井筒以及与所述主井筒相连通的分支井筒； 于所述模拟地层的外侧设置一个与其具有间隙的密封箱，于所述密封箱的底部设置有压力传感器； 用于承装测试流体的注入筒，所述注入筒与所述密封箱连通； 排液管，所述排液管设置于所述密封箱上，其一端与所述主井筒连通，其另一端伸出至所述密封箱的外侧。
2.根据权利要求1所述的多分支井产能模拟系统，其特征在于， 还包括有计算机数据采集系统，所述计算机数据采集系统与所述压力传感器连接。
3.根据权利要求1所述的多分支井产能模拟系统，其特征在于， 所述排液管上设置有阀体。
4.根据权利要求1所述的多分支井产能模拟系统，其特征在于， 还包括有设置于所述排液管下侧用于收集测试流体的集液箱。
5.根据权利要求1至4任一项所述的多分支井产能模拟系统，其特征在于， 还包括有用于对所述分支井筒进行封堵的封堵部件，所述封堵部件可与所述分支井筒的内侧壁气密性抵接。
6.根据权利要求5所述的多分支井产能模拟系统,其特征在于， 所述封堵部件包括有可充气膨胀的膨胀体以及与所述膨胀体可拆卸连接的操作杆； 所述膨胀体具有气仓，所述膨胀体上开设有与所述气仓相通的进气口，于所述进气口上设置有单向阀； 所述操作杆具有通气管道，所述操作杆安装于所述进气口上，所述通气管道与所述进气口相连通。
7.根据权利要求6所述的多分支井产能模拟系统，其特征在于， 所述操作杆与所述膨胀体螺纹连接。
8.—种多分支井产能模拟实验方法,其特征在于,包括: 步骤a、依照真实地层的物理参数利用水泥砂浆或人造岩心材料制成模拟地层，于所述模拟地层的内部设置水平的主井筒以及与所述主井筒相连通的分支井筒； 步骤b、于所述模拟地层的外侧设置一个与其具有间隙的封闭空间，并通过设置一根用于流体流通的排液管将所述主井筒与所述封闭空间外侧的开放空间连通，于所述封闭空间内设置压力传感器； 步骤C、关闭所述排液管并向所述封闭空间内注入测试流体，在所述模拟地层完全充满所述测试流体后打开所述排液管； 步骤d、在等时间间隔内通过所述压力传感器采集所述封闭空间内的压力值； 循环步骤a-d，并在每次循环过程中改变所述分支井筒的空间布局，其中，压力值变化快则产能大，压力值变化慢则产能小。
9.根据权利要求8所述的多分支井产能模拟实验方法，其特征在于， 在所述步骤a中，还可以在所述分支井筒内设置封堵部件来改变其长度。
【文档编号】E21B47/06GK104196527SQ201410398125
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】周劲辉, 高德利, 房军, 张瑾琳 申请人:中国石油大学(北京)