专利名称：多角度水平分支井天然气开采模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油天然气行业天然气开发技术领域。特别涉及一种天然气开采室内模拟装置，是一种非常规天然气开发水平井专用物理模拟装置。
背景技术：
目前，非常规天然气是一种非构造控制、大面积成藏的天然气，目前非常规天然气 的主要类型有页岩气、煤层气和致密气三种。水平分支井是开发非常规天然气田的一种有 效手段，它能显著提高非常规天然气藏勘探开发的综合效益。自1928年世界第一口水平井 钻成后，水平井技术迅速发展，并且以每年3000-5000 口水平井的速度增加，中国于1965年 在四川盆地钻成了第一口水平井，2001年完成第一口水平分支井。先后在各个油田开始了 水平井技术的应用，水平分支井开采过程中地层出砂特征、冲砂洗井工艺与直井中的工艺 有很大的差别，不仅表现在作业难度的增加，而且还制约着工艺技术措施的制定和施工作 业后的效果，主要是因为在一口水平井中同时存在直井段、造斜段、水平段、分支段四种井 筒，特别是在长水平井井筒条件下，重力与水平分支井筒方向的复杂关系，影响了水平井筒 内介质的存在形式和流动运移规律，加上复杂的水平井段轨迹，需要射孔的孔眼数目多、射 孔方位多变、孔眼分布的差异，以及注液工艺、作业方式等都加大了水平井冲砂洗井难度； 而目前水平井冲砂洗井工艺大多采用经验的方法，也就是一边观察，一边摸索，一边改进， 根据现场具体情况进行调整，没有科学、定量的技术，在这种情况下，就很难进行工艺技术 优化；从技术文献查询情况看，国外虽然对水平井技术的研究有较长的历史，但是有关水平 分支井井筒冲砂洗井的技术文献尚未见到。因此，迫切需要研发一台既快速高效，又符合含 气量测试试验原理的含气量快速解吸实验装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种多角度水平分支井天然气开采模拟装置，能模拟多角 度、多分支井的开采技术参数，用来研究非常规天然气在水平分支井开采过程中地层出砂 情况、研究冲砂工艺，研究水平井开采中多相渗流问题，为非常规天然气开采提供地层压力 分布、排采制度等基础参数。本发明采用的技术方案是多角度水平分支井天然气开采模拟装置，主要由阀门、 压力传感器、总管封头、多角度分支井模型、温度传感器、流量计、注入泵、供液池和储液池 组成，其特征在于多角度分支井模型由总管和分支管组成，在总管上焊接有4 12个分支 管，分支管与总管联通，分支管的中心线与总管的中心线的夹角在25 65度之间，分支管 的长度在500 IOOOmm之间。在总管的出液端外壁上固定有温度传感器，在总管的出液端 部固定有总管封头，总管封头的进液端连接有管线和阀门，在总管封头到阀门之间的管线 上连接有压力传感器。液体能通过总管封头、阀门和管线流出。在分支管和总管的进液端 有端盖，端盖上连接有管线。该管线与注入泵连接，在分支管和总管进液端的端盖到注入泵 之间的管线上串联有流量计和阀门，在分支管和总管进液端的端盖到注入泵之间的管线上连接有压力传感器。注入泵的进液口连接有管线，该管线连接到供液池。为了进行测试不同角度、不同长度分支井的试验数据对比，所述的分支管两个为一组，每组分支管进液端的端盖连接一个注入泵。所述的总管封头是由接头、小压帽、平垫、小密封圈、透明管、大压帽、大密封圈、封 堵头、过滤网和滤网压帽组成。封堵头为阶梯形圆柱体，封堵头有中心孔。封堵头的大圆柱 体端在总管端部内，在封堵头的大圆柱体端外壁与总管内壁之间有密封圈。大压帽与总管 端部螺纹连接并固定封堵头。在封堵头的端部有过滤网，采用滤网压帽将过滤网固定在封 堵头的端部。在封堵头的中心孔内有一个透明管。在封堵头小圆柱壁上开有窗口。在封堵 头小圆柱的端部通过小压帽固定有接头。在接头端部与透明管端部之间有平垫，在透明管 外壁与封堵头中心孔壁之间有0型密封圈。液体能通过过滤网进入封堵头内的透明管，通 过透明管流出。能透过窗口看到透明管内的液体流动。液体能通过接头中心孔流出。多角度水平分支井天然气开采模拟装置的工作原理和试验过程在进行实验前， 首先确定实验方案，根据需要使用不同数量的分支管。进行实验时，首先在供液池放入按比 例配制的地层水，打开实验分支管进液端盖，向实验分支管的外管内置入砂粒，然后关闭分 支管进液端盖，将实验的内管从分支管顶端插入，直到内管尾端处于指定位置，然后将分支 管中灌满清水，供液池中装入足量的实验用液，然后启动注入泵把供液池中的注入泵入不 同的分支管。实验时，将注入泵设定为不同的转速，这样就会有不同的注液量，达到进行不 同流量拖动内管的试验，或者进行内管静止的条件下的试验。通过观察透明管可视化窗口， 直至实验井筒的外管中置入的砂粒完全被带出实验分支管就完成了试验。在试验的过程中 摄像头观察并记录实验的全过程，采集处理装置通过电缆线连接的上部压力传感器、尾部 压力传感器、电子天平等记录下实验的压力、流量等参数，用于对试验的结果进行分析，实 验完毕后打开实验分支管的进液端盖排出残液。计算机处理系统能实时对系统的温度、压 力进行监测和控制，对流量等数据进行处理和解释。本发明的有益效果本发明多角度水平分支井天然气开采模拟装置，能模拟多角 度、多分支井的开采流体的技术参数，对不同角度的水平分支井进行模拟，模拟不同地层温 度、压力条件下，非常规天然气开采多分支井在一定的抽排工作制度下，天然气、地层水、岩 屑等产出的速度以及冲砂工艺技术参数等。研究非常规天然气在水平分支井开采过程中地 层出砂情况、研究冲砂工艺，研究水平井开采中多相渗流问题，为非常规天然气开采提供地 层压力分布、排采制度等基础参数。依据上述结构，制造了一台非常规天然气开采模拟实验装置，成功开展了非常规 天然气开采实验工作。通过对四川、山西等地区开采模拟实验，将所测的数据应用该地区低 渗透砂岩、煤层气和页岩气开采中，取得了良好的指导效果。模拟同一深度的温度压力条件 下所测的气体流量、地层岩屑产出等数据高度吻合，表明该仪器装置能够顺利完成现场非 常规天然气开采模拟工作，所提供的实验数据准确可信，可以快捷方便地指导非常规天然 气开发实践。利用该实验装置能模拟多角度、多分支井的开采技术参数，用于评价某地区非 常规天然气资源潜力和开发前景。
图1是本发明多角度水平分支井天然气开采模拟装置结构示意图。
图2是本发明的多角度分支井模型4的结构示意图。图3是本发明的总管封头3的结构剖面示意图。图中，1.阀门，2.压力传感器，3.总管封头，4.多角度分支井模型，5.温度传感器， 6.流量计，7.注入泵，8.供液池，9.储液池。
具体实施例方式实施例1 以一台多角度水平分支井天然气开采模拟装置为例，对本发明作进一 步详细说明。参阅图1。本发明多角度水平分支井天然气开采模拟装置，主要由阀门1、压力传 感器2、总管封头3、多角度分支井模型4、温度传感器5、流量计6、注入泵7、供液池8和储 液池9组成。参阅图2。多角度分支井模型4由总管4. 0和8根分支管组成。总管4. 0上焊接根分支管，分支管与总管4. 0联通。总管4. 0直径100mm，长度2000mm ；有六根分支管，即第 一分支管4. 1、第二分支管4. 2、第三分支管4. 3、第四分支管4. 4、第五分支管4. 5和第六分 支管4. 6的直径为50mm，长度800mm ；第七分支管4. 7、第八分支管4. 8的直径为50mm，长度 600mmo第一分支管4. 1、第二分支管4. 2、第六分支管4. 6、第七分支管4. 7和第八分支管 4. 8与总管4. 0的水平夹角为30度。第三分支管4. 3和第四分支管4. 4与总管4. 0的水 平夹角为45度。第五分支管4. 5与总管4.0的水平夹角为60度。第二分支管4. 2、第三 分支管4. 3、第四分支管4. 4、第七分支管4. 7和第八分支管4. 8与总管4. 0在同一个平面 内；第一分支管4. 1与平面的夹角为20度；第五分支管4. 5与平面的夹角为45度；第六分 支管4. 6与平面的夹角为60度。在总管4.0的出液端外壁上固定有一个温度传感器5，在总管4.0的出液端部固 定有一个总管封头3，总管封头3的进液端连接有管线和一个阀门1，在总管封头3到阀门 1之间的管线上连接有一个压力传感器2。液体能通过总管封头3、阀门1和管线流出。总 管4. 0的出液端的管线端部有一个储液池9，储存排出的液体。在8根分支管和总管4. 0的进液端分别有一个端盖，端盖上连接有管线。第一分支管4. 1和第二分支管4. 2为一组，第一分支管4. 1和第二分支管4. 2的 进液端连接一个注入泵7。在第一分支管4. 1和第二分支管4. 2端盖到注入泵7的管线上 串联有一个流量计6和一个阀门1并连接有一个压力传感器2。同样，第三分支管4. 3和第四分支管4. 4为一组，第五分支管4. 5和第六分支管 4. 6为一组，第七分支管4. 7和第八分支管4. 8为一组，在进液端分别与一个注入泵7连接。 在连接管线上同样串联有一个流量计6和一个阀门1并连接有一个压力传感器2。在与第 七分支管4. 7、第八分支管4. 8连接的注入泵7有管线连接总管4. 0的进液端，并串联有一 个流量计6和一个阀门1并连接有一个压力传感器2。四个注入泵7的进液口连接有管线，管线连接到供液池8。所述的总管封头3是由接头3. 1、小压帽3. 2、平垫3. 3、小密封圈3. 4、透明管3. 5、 大压帽3. 6、大密封圈3. 7、封堵头3. 8、过滤网3. 9和滤网压帽3. 10组成。封堵头3. 8为阶 梯形圆柱体，封堵头3. 8有中心孔。封堵头3. 8的大圆柱体端在总管4. 0端部内，在封堵头3. 8的大圆柱体端外壁与总管4. O内壁之间有一个密封圈3. 7。大压帽3. 6与总管4. O端 部螺纹连接并固定封堵头3. 8。在封堵头3. 8的端部有一个过滤网3. 9，采用滤网压帽3. 10 将过滤网3. 9固定在封堵头3. 8的端部。在封堵头3. 8的中心孔内有一个透明管3. 5。在 封堵头3. 8小圆柱壁上开有窗口。在封堵头3. 8小圆柱的端部通过小压帽3. 2固定有接头 3. 1。在接头3. 1端部与透明管3. 5端部之间有平垫3. 3，在透明管3. 5外壁与封堵头3. 8 中心孔壁之间有一个O型密封圈3. 4。多角度分支井模型4安装在一个支架上，能旋转多角度分支井模型4，使多角度分 支井模型4调节与水平面的角度。 注入泵7的最大流量是20mL/min，最大压力为lOMpa，采用的是平流泵。该种泵采 用非圆齿轮或线性凸轮驱动，具有良好的满足恒流要求的双柱塞运动特性。多角度水平分支井天然气开采模拟装置还可以采用微机控制监测，采集压力、温 度、流量等参数，设有计算机通讯接口、打印机、数据采集卡、采集及处理软件等，对流量、压 力等进行显示，工作参数由键盘输入，操作简单，维修方便。为了安全，还可以增设高低压保 护装置。
权利要求
一种多角度水平分支井天然气开采模拟装置，主要由阀门(1)、压力传感器(2)、总管封头(3)、多角度分支井模型(4)、温度传感器(5)、流量计(6)、注入泵(7)、供液池(8)和储液池(9)组成，其特征在于多角度分支井模型(4)由总管(4.0)和分支管组成，在总管(4.0)上焊接有4～12个分支管，分支管与总管(4.0)联通，分支管的中心线与总管(4.0)的中心线的夹角在25～65度之间，分支管的长度在500～1000mm之间；在总管(4.0)的出液端外壁上固定有温度传感器(5)，在总管(4.0)的出液端部固定有总管封头(3)，总管封头(3)的进液端连接有管线和阀门(1)，在总管封头(3)到阀门(1)之间的管线上连接有压力传感器(2)；在分支管和总管(4.0)的进液端有端盖，端盖上连接有管线，管线与注入泵(7)连接，在分支管和总管(4.0)进液端的端盖到注入泵(7)之间的管线上串联有流量计(6)和阀门(1)，在分支管和总管(4.0)进液端的端盖到注入泵(7)之间的管线上连接有压力传感器(2)，注入泵(7)的进液口连接有管线，该管线连接到供液池(8)。
2.根据权利要求1所述的多角度水平分支井天然气开采模拟装置，其特征是所述的 分支管两个为一组，每组分支管进液端的端盖连接一个注入泵(7)。
3.根据权利要求1所述的多角度水平分支井天然气开采模拟装置，其特征是所述的 总管封头(3)是由接头(3. 1)、小压帽(3. 2)、平垫(3. 3)、小密封圈(3. 4)、透明管(3. 5)、大 压帽(3. 6)、大密封圈(3. 7)、封堵头(3. 8)、过滤网(3.9)和滤网压帽(3. 10)组成，封堵头 (3.8)为阶梯形圆柱体，封堵头(3.8)有中心孔，封堵头(3.8)的大圆柱体端在总管(4.0) 端部内，在封堵头(3.8)的大圆柱体端外壁与总管(4.0)内壁之间有密封圈(3. 7)，大压帽 (3.6)与总管(4.0)端部螺纹连接并固定封堵头(3. 8)，在封堵头(3.8)的端部有过滤网 (3. 9)，滤网压帽(3. 10)将过滤网(3.9)固定在封堵头(3.8)的端部，在封堵头(3.8)的中 心孔内有一个透明管(3. 5)，在封堵头(3.8)小圆柱壁上开有窗口，在封堵头(3.8)小圆柱 的端部通过小压帽(3. 2)固定有接头(3. 1)，在接头(3. 1)端部与透明管(3. 5)端部之间有 平垫(3. 3)，在透明管(3. 5)外壁与封堵头(3. 8)中心孔壁之间有O型密封圈(3. 4)。
全文摘要
多角度水平分支井天然气开采模拟装置，应用于非常规天然气开发水平井专用物理模拟试验。特征是多角度分支井模型由总管和分支管组成，在总管上焊接有4～12个分支管，分支管与总管联通，分支管的中心线与总管的中心线的夹角在25～65度之间，分支管的长度在500～1000mm之间。在总管的出液端部固定有总管封头。在分支管和总管的进液端有端盖，端盖上连接有管线和注入泵，管线上串联有流量计和阀门并连接有压力传感器。效果是能模拟多角度、多分支井的开采流体的技术参数，研究非常规天然气在水平分支井开采过程中地层出砂情况、研究冲砂工艺，为非常规天然气开采提供地层压力分布、排采制度等基础参数。
文档编号G09B23/00GK101800000SQ20091023624
公开日2010年8月11日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者刘人和, 刘洪林, 王红岩, 赵群, 闫刚, 魏伟 申请人:中国石油天然气股份有限公司