直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统及方法与流程

本申请涉及稠油开采技术领域，尤其是涉及一种直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统及方法。

背景技术：

稠油是公认的21世纪最具前景和最为现实的接替资源之一，稠油除具有常规原油的特性外，还是国防、航天、冶金及药品等重要领域生产关键产品不可获缺的原材料，其作用不可取代。随着开发的深入，稠油开发已转入向难动用储量开发的攻坚阶段，薄层超稠油油藏是难动用稠油储量的主体部分，储量规模达7亿吨。其主体开发技术“水平井吞吐”产能达到300万吨，但由于开采过程中受水平段动用程度低、地层能力不足、汽窜通道等问题影响，常规水平井吞吐后采收率一般低于20％。

目前蒸汽驱可以作为蒸汽吞吐后期的接替技术，由于油层渗透率差异大，长期吞吐采油形成的高渗层蒸汽窜流通道会进一步扩大，因此如何控制汽窜、扩大汽驱波及体积系数是汽驱成败的关键。研究表明，对于薄层超稠油油藏，采用直井蒸汽驱开发时，单层控制储量低；采用水平井蒸汽驱开发则能够显著增大泄油面积，扩大蒸汽的波及体积，增强导流能力，减少生产压差，提高油藏的采收率，但用水平井开采薄层超稠油更易受窜流通道的影响，造成水平井段动用不均、高含水等问题。因此，可以考虑将薄层超稠油直井水平井组合蒸汽驱作为水平井吞吐后期接替技术。然而，要实现薄层超稠油直井水平井组合蒸汽驱，仍然需要解决蒸汽驱过程中如何防止汽窜的问题。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统及方法，以降低或防止直井水平井组合蒸汽驱过程中的汽窜。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，包括：

储层物理模型，用于模拟薄层超稠油；所述储层物理模型设有水平井生产井和至少一个直井注入井；

蒸汽注入装置，用于向所述储层模型注入蒸汽，以进行蒸汽驱稠油开采；

气体泡沫注入装置，用于当所述水平井生产井产出的流体的含水率达到预设值时，向所述储层模型注入气体泡沫；

流体收集装置，用于接收所述水平井生产井产出的流体；

数据采集装置，用于采集并记录实验数据；所述实验数据包括压力、温度和流量。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述储层物理模型包括下箱体和上盖板，所述下箱体为圆柱形且其内填充有用于模拟薄层超稠油的砂体，所述砂体的四周及顶部包覆有泥层，所述上盖板上开设有加压口，所述下箱体内安装有与所述加压口配合的活塞，所述活塞位于所述砂体顶部的泥层的顶部，所述直井注入井的入口端及所述水平井生产井的出口端均设有压力传感器，所述砂体内设有多层温度传感器组，每层温度传感器组包括若干个规则排列的温度传感器。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述储层物理模型位于加热恒温箱内。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述气体泡沫注入装置包括高压气源、干燥器、流量传感器、单向阀、带显示的第一压力传感器、第一isco注入泵、泡沫液容器、泡沫发生器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门；

所述高压气源的出气口依次连接第一阀门、干燥器、流量传感器、单向阀、带显示的第一压力传感器、第二阀门及泡沫发生器的输入端；所述第一isco注入泵的输出端依次连接第四阀门、泡沫液容器、第五阀门及所述泡沫发生器的输入端，第三阀门位于所述泡沫发生器的输出端，且所述泡沫发生器的输出端通过带伴热装置的第一管线与所述直井注入井相连。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述泡沫发生器的输出端依次连接有第六阀门、第一回压阀和带显示的第二压力传感器。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述储层物理模型设有四个直井注入井，所述蒸汽注入装置包括第一蒸汽注入装置和第二蒸汽注入装置；

所述第一蒸汽注入装置包括依次相连的第二isco注入泵、第十阀门和第一蒸汽发生器，所述第一蒸汽发生器的出口端设有第十一阀门，且通过带伴热装置的第三管线与直井注入井相连；

所述第二蒸汽注入装置包括依次相连的第三isco注入泵、第七阀门和第二蒸汽发生器，所述第二蒸汽发生器的出口端设有第九阀门，且通过带伴热装置的第二管线与直井注入井相连。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述第一蒸汽发生器的出口端依次连接有第十二阀门、第二回压阀和带显示的第三压力传感器；所述第二蒸汽发生器的出口端依次连接有第八阀门、第三回压阀和带显示的第四压力传感器。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述流体收集装置包括与所述水平井生产井的输出端依次相连的第十三阀门和第四回压阀，所述第四回压阀的第一输出端连接有带显示的第五压力传感器，所述第四回压阀的第二输出端的下方设置有用于收集所述水平井生产井产出的流体的烧杯。

本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，所述水平井生产井的输出端还依次连接有第五回压阀和带显示的第六压力传感器。

另一方面，本申请实施例还提供了一种利用上述直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟方法，包括：

依次对所述储层物理模型进行岩心饱和水和岩心饱和油处理；

对岩心饱和油后的储层物理模型进行老化处理，以模拟超稠油；

利用蒸汽注入装置向老化后的储层模型注入蒸汽，以进行蒸汽驱稠油开采，并利用流体收集装置接收所述水平井生产井产出的流体；

在进行蒸汽驱稠油开采过程中，当所述水平井生产井产出的流体的含水率达到预设值时，利用向所述储层模型注入气体泡沫，以抑制蒸汽串流。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，当水平井生产井产出的流体的含水率达到预设值时，可向储层模型注入气体泡沫，而这些气体泡沫可使蒸汽在储层物理模型内向上部扩展速度得到部分抑制，进而使得含水率得以下降，前缘温度场得到了调整，从而使温度场扩展更加均匀，增大了蒸汽的波及体积，因而降低了蒸汽单井突进和蒸汽超覆等汽串现象，且增加了井间波及区域，扩大了整体的波及体积，改善了蒸汽驱效果。从而可对薄层超稠油油藏蒸汽驱提高油汽比的有效开发技术提供数据支持，有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例中直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统组成结构框图；

图2为本申请一实施例中储层物理模型的结构剖视图；

图3为本申请一实施例中储层物理模型的俯视图视图；

图4为本申请一实施例中直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统的结构示意图；

图5为本申请一实施例中直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。例如在下面描述中，在第一部件上方形成第二部件，可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，还可以包括第一部件和第二部件以非直接接触方式(即第一部件和第二部件之间还可以包括额外的部件)形成的实施例等。

而且，为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为“在”其他元件或部件“上方”或“之上”。

参考图1所示，本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统可以包括储层物理模型1、蒸汽注入装置2a、气体泡沫注入装置2b、流体收集装置3和数据采集装置4。其中，储层物理模型1可以用于模拟薄层超稠油；所述储层物理模型可设有水平井生产井和至少一个直井注入井。蒸汽注入装置2a可以用于向所述储层模型注入蒸汽，以进行蒸汽驱稠油开采。气体泡沫注入装置2b可以用于当所述水平井生产井产出的流体的含水率达到预设值时，向所述储层模型注入气体泡沫。流体收集装置3可以用于接收所述水平井生产井产出的流体。数据采集装置4可以用于采集并记录实验数据；所述实验数据例如可以包括压力、温度和流量等。

由此可见，在本申请实施例中，由于当水平井生产井产出的流体的含水率达到预设值时，可向储层模型注入气体泡沫，而这些气体泡沫可使蒸汽在储层物理模型1内向上部扩展速度得到部分抑制，进而使得含水率得以下降，前缘温度场得到了调整，从而使温度场扩展更加均匀，增大了蒸汽的波及体积，因而降低了蒸汽单井突进和蒸汽超覆等汽串现象，且增加了井间波及区域，扩大了整体的波及体积，改善了蒸汽驱效果。从而可对薄层超稠油油藏蒸汽驱提高油汽比的有效开发技术提供数据支持，有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

在本申请一实施例中，结合图2和图3所示，所述储层物理模型包括下箱体12和上盖板117，所述下箱体12和所述上盖板117之间可通过穿过法兰盘上的高强螺栓11固定。其中，所述的下箱体12上可设置有密封槽115，所述密封槽115内可以安装有耐高温高压的密封条116，如此可实现所述下箱体12和所述上盖板117之间密封连接。所述下箱体12可采用不锈钢焊接而成，其可耐受高达300℃的温度，耐压可达30mpa。

在本申请一实施例中，结合图2和图3所示，所述下箱体12可以为圆柱形且其内填充有用于模拟薄层超稠油的砂体(砂体材质例如可为石英砂)，所述砂体的四周及顶部包覆有泥层114。如此砂体作为油层，砂体顶部泥层114作为上盖层，下箱体12的底部作为下盖层就形成了三维地层，不同位置高度的砂体部分可以作为不同深度的油层，从而可以很好的模拟地层条件，且以很好的模拟有限边界平面径向流。由于泥土的导热系数是比钢铁等金属的导热系数要小的多，这样可以有效防止蒸汽驱注采作业时储层物理模型1出现大幅度的散热。此外，砂体周围的泥层114不仅很好的模拟的了地下油藏的实际情况，还可以防止了蒸汽沿着所述下箱体12的四壁发生汽窜。

在本申请一实施例中，结合图2和图3所示，所述上盖板117上开设有加压口118，加压口118可设置于上盖板117的中央，孔径可以约为1/8英寸。所述下箱体12内安装有与所述加压口118配合的活塞119，所述活塞119位于所述砂体顶部的泥层114的顶部。当通过加压口118向下箱体12内加压时，迫使活塞119向下沿运动，从而便于压实找平砂体，防止砂体装的不实而导致渗透率高，而且，通过砂面找平还可以进一步有利于防止蒸汽沿砂体与泥层114之间可能产生的汽窜。

在本申请一实施例中，结合图2和图3所示，所述储层物理模型设有四个直井注入井(即第一直井注入井13、第二直井注入井15、第三直井注入井17和第四直井注入井19)。第一直井注入井13、第二直井注入井15、第三直井注入井17和第四直井注入井19的入口端分别对应设有带显示的第一压力传感器14、带显示的第二压力传感器16、带显示的第三压力传感器18和带显示的第四压力传感器110。水平井生产井11的出口端设有带显示的第五压力传感器112。通过这些压力传感器可以实时或定时采集对应位置处的压力数据，并提供给数据采集装置4。

在本申请一实施例中，水平井生产井11可水平部署在砂体内且距离砂体的下部约为1.5cm处，第一直井注入井13、第二直井注入井15、第三直井注入井17和第四直井注入井19分布在所述水平井生产井11两侧。在本申请一实施例中，可选用直井注汽水平井采收的井网，其中，水平井生产井11、第一直井注入井13、第二直井注入井15、第三直井注入井17和第四直井注入井19作为模拟井筒可完全射开。在本申请一实施例中，水平井生产井11、第一直井注入井13、第二直井注入井15、第三直井注入井17和第四直井注入井19的井管内径约为6mm，割缝尺寸约为0.3mm×0.8mm，且均为高精度激光割缝井。在本申请另一实施例中，如果采用激光开孔方式，则开孔尺寸为直径0.25mm～0.3mm，每口井平均开孔约60～240个。为了防止石英砂进入模拟井筒，在每口模拟井筒的外部包裹一定目数的金属筛网。

在本申请一实施例中，结合图2和图3所示，所述砂体内设有多层温度传感器组，每层温度传感器组包括若干个规则排列的温度传感器。所述温度传感器例如可以为热电偶等。在本申请一实施例中，所述砂体内可以开设有若干个规则分布的温度测孔，所述温度传感器可以安装于所述温度测孔内。结合图2和图3所示，在本申请一示例性实施例中，所述砂体内可以开设有25个温度测孔，每个温度测孔内可安装有三根位于不同高度位置的热电偶113，如此25个温度测孔内可安装75根热电偶113，且热电偶113上、中、下三层均匀布置。此外，经过软件插值反演可以得到油层中任意温度剖面。通过温度剖面可以清楚判断蒸汽及其热前缘在平面和纵向上的展布规律。在本申请一实施例中，热电偶113可采用聚四氟乙烯密封方式安装于温度测孔内，根据需要，每次密封前可任意调动热电偶113的垂向高度，即使进行其他油层厚度的蒸汽驱实验也能够灵活调整。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述储层物理模型1可位于加热恒温箱120内，如果可以更好的模拟薄层超稠油所处的温度环境。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述气体泡沫注入装置可以包括高压气源21、干燥器22、流量传感器23、单向阀24、带显示的第一压力传感器25、第一isco注入泵26、泡沫液容器27、泡沫发生器28、第一阀门v1、第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4和第五阀门v5。所述高压气源21的出气口依次连接第一阀门v1、干燥器22、流量传感器23、单向阀24、带显示的第一压力传感器25、第二阀门v2及泡沫发生器28的输入端；所述第一isco注入泵26的输出端依次连接第四阀门v4、泡沫液容器27、第五阀门v5及所述泡沫发生器28的输入端，第三阀门v3位于所述泡沫发生器28的输出端，且所述泡沫发生器28的输出端通过带伴热装置的第一管线219分别与第一直井注入井13及第四直井注入井19相连。第一isco注入泵26可用于将泡沫液容器27中的泡沫液注入泡沫发生器28中；高压气源21输出的高压气体(例如n2、co2、空气、烟道气等)与泡沫液容器27输出的泡沫液在泡沫发生器28混合后可产生丰富的泡沫。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述泡沫发生器28的输出端还依次连接有第六阀门v6、第一回压阀29和带显示的第二压力传感器210。在向第一直井注入井13及第四直井注入井19注入泡沫前，通过第一回压阀29排出的流体可以用于判断泡沫发生器28输出的泡沫是否满足注入要求。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述蒸汽注入装置可以包括第一蒸汽注入装置和第二蒸汽注入装置，以与第一直井注入井13及第四直井注入井19相对应。其中，所述第一蒸汽注入装置可以包括依次相连的第二isco注入泵211、第十阀门v10和第一蒸汽发生器212，所述第一蒸汽发生器212的出口端设有第十一阀门v11，且通过带伴热装置的第三管线221与第一直井注入井13及第四直井注入井19相连。所述第二蒸汽注入装置可以包括依次相连的第三isco注入泵215、第七阀门v7和第二蒸汽发生器216，所述第二蒸汽发生器216的出口端设有第九阀门v9，且通过带伴热装置的第二管线220与第一直井注入井13及第四直井注入井19相连。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述第一蒸汽发生器212的出口端依次连接有第十二阀门v12、第二回压阀213和带显示的第三压力传感器214；所述第二蒸汽发生器216的出口端依次连接有第八阀门v8、第三回压阀217和带显示的第四压力传感器218。第二isco注入泵211可用于将第一蒸汽发生器212产生的蒸汽注入第一直井注入井13及第四直井注入井19；第三isco注入泵215可用于将第二汽发生器216产生的蒸汽注入第一直井注入井13及第四直井注入井19。在向第一直井注入井13及第四直井注入井19注入蒸汽前，通过第二回压阀213、第三回压阀217排出的流体可以对应用于判断第一蒸汽发生器212、第二蒸汽发生器216泡沫发生器28输出的蒸汽是否满足注入要求。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述流体收集装置可以包括与所述水平井生产井112的输出端依次相连的第十三阀门v13和第四回压阀32，所述第四回压阀32的第一输出端连接有带显示的第五压力传感器33，所述第四回压阀32的第二输出端的下方设置有用于收集所述水平井生产井112产出的流体的烧杯36。在本申请一实施例中，结合图4所示，所述水平井生产井112的输出端还可以依次连接有第五回压阀34和带显示的第六压力传感器35。当第四回压阀32发生故障时，可启用第五回压阀34，这时，烧杯36可用于接收第五回压阀34排出的流体。

在本申请一实施例中，结合图4所示，所述数据采集装置可以包括数据采集与传输装置41、计算机42和ups不间断电源43。ups不间断电源43用于向数据采集与传输装置41和计算机42供电，数据采集与传输装置41可用于收集上述的温度传感器、压力传感器、流量传感器等采集的数据并提供给计算机42进行保存和处理。

参考图5所示，基于上述的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟系统，本申请实施例的直井水平井组合蒸汽驱稠油开采物理模拟方法可以包括以下步骤：

s501、依次对所述储层物理模型进行岩心饱和水和岩心饱和油处理。

在本申请一实施例中，所述对储层物理模型进行岩心饱和水处理可以是：先从直井注入井井口处对储层物理模型进行抽真空，抽真空完毕后从直井注入井井口处向储层物理模型进行注水，以使得储层物理模型内的砂体吸水饱和。根据吸水的重量可计算出储层物理模型内砂体的孔隙体积。

在本申请一实施例中，所述对储层物理模型进行岩心饱和水处理例如可以是：在岩心饱和水处理后，通过加压口118将储层物理模型内砂体的压力升压至预设压力(例如4mpa等)并保持。然后，可先从第一直井注入井13进行注入原油，从第三直井注入井17进行采出原油，其次可从第二直井注入井15进行注入原油，从第四直井注入井19进行采出原油，最后可从水平井生产井111进行注入原油，并分别从第一直井注入井13、第二直井注入井15、第三直井注入井17和第四直井注入井19进行采出原油。通过上述油驱替水的操作，可以使得储层物理模型内砂体间隙内充满饱和油。由于注入的原油是超稠油，原油的中间容器也可以放在恒温箱内进行注入，以使原油充分加热增加其流动性，便于注入。

s502、对岩心饱和油后的储层物理模型进行老化处理，以模拟超稠油。

在本申请一实施例中，由于饱和油后的储层物理模型在被加热后其流动性等发生了改变，为充分模拟超稠油的实际油藏状况，可通过加热恒温箱120将饱和油后的储层物理模型降至油藏温度(例如70℃)，并放置几天(例如3天)进行老化。

s503、利用蒸汽注入装置向老化后的储层模型注入蒸汽，以进行蒸汽驱稠油开采，并利用流体收集装置接收所述水平井生产井产出的流体。

在本申请一实施例中，待第一蒸汽发生器212升温至实验温度251℃时，可先打开连接第二回压阀213、带显示的第三压力传感器214以及第三回压阀217、带显示的第四压力传感器218的旁通管路，使热流体通过旁通管路流畅稳定后，然后关闭旁通管路，开始从第一直井注入井13和第四直井注入井19向老化后的储层模型内连续注入经过旁通管路流畅稳定的蒸汽；水平井生产井112全部射开生产，注蒸汽速率可以为60ml/min，开始100％蒸汽驱生产模式。持续注汽的温度可以为251℃，压力可以4mpa。

s504、在进行蒸汽驱稠油开采过程中，当所述水平井生产井产出的流体的含水率达到预设值时，利用向所述储层模型注入气体泡沫，以抑制蒸汽串流。

在本申请一实施例中，在实施步骤s503的过程中，当水平井生产井112产出的流体的含水率达到预设值(例如99.9％)时，可向所述储层模型注入气体泡沫，从而由蒸汽驱转为蒸汽气体泡沫驱。在此之前，气体的注入流量以及泡沫液的注入量可预先设置好，然后先打开连接第一回压阀29、带显示的第二压力传感器210的旁通管路，使泡沫通过旁通管路流畅稳定后，然后关闭旁通管路，开始从第一直井注入井13和第四直井注入井19向储层模型内注入经过旁通管路流畅稳定的泡沫，从而开启气体泡沫辅助蒸汽驱实验。在此过程中，水平井生产井112连续生产。在本申请一实施例中，较佳的，气体泡沫的气液比可为1:1，泡沫剂浓度可以为1％，注汽速度可以为60ml/min，实验截止条件可以为水平井生产井112产出的流体的含水率达到99.5％。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。