注多元热流体采油三维模拟试验装置的制作方法

专利名称：注多元热流体采油三维模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油藏注多元热流体采油三维模拟试验装置。
背景技术：
三维模拟试验是提高石油采收率技术研发的重要手段。随着提高石油采收率新理念的不断提出，对于三维模拟试验装置提出了新的需求，包括1)具备单独或同时注入 多种驱替介质的能力(如蒸汽、化学剂或非凝析气体等)；2)能够模拟高压油藏条件(如 20MPa) ；3)能够模拟高温油藏条件(如350°C) ；4)能够进行水平井开采油藏模拟；5)具备 多通道、大容量数据采集系统；6)试验流程自动化控制程度高；7)具备强大的试验数据在 线及后处理功能；8)具备采出液自动分离、收集与计量系统。国外在三维物理模拟试验技术方面根据其所从事的油田开发研究需要，所使用的 试验装置具有以下特点1)注入介质多为水、热水、蒸汽、化学剂或非凝析气体中的一种或 两种，未见同时具备多元介质注入功能的三维物理模拟试验系统报道；2)大多数试验装置 的承压能力小于IOMPa ;3)国外三维物理模拟试验系统在试验数据在线处理功能方面(如 试验数据三维场图在线显示)一直未有所发展，其试验数据多在试验结束后采用第三方软 件处理，该种数据处理方式使得研究人员在试验过程中无法实时了解试验状况并及时做出 调整。查新结果显示，未见与注多元热流体采油高温高压三维模拟试验装置相关的专利报 道。国内在三维物理模拟装置研制方面开展了大量工作，且已有相关专利和论文发 表。查新结果显示，对于开展多元热流体提高采收率研究现有试验装置仍存在以下不足1) 不具备开展多元热流体驱替研究的能力；2)不具备开展长水平井段稠油热力开采研究的 能力；3)现有试验装置能够模拟的油藏压力值普遍较低，且多采用上覆压力方式，不适用 于开展注蒸汽采油研究(蒸汽超覆作用)；4)由于采用气体作为围压介质在安全与控制方 面技术难度较大，国内现有试验装置大都采用液体作为围压介质，导致操作工艺较为繁琐； 5)数据采集通道有限，无法满足多点同时测量需求；6)系统自动化控制程度相对较低；7) 现有试验数据在线及后处理功能已不能满足研究需求，如图形插值算法、三维图像分析及 处理功能等；8)稠油油藏采出液缺乏有效的自动收集手段。现有技术一的技术方案如参考文献1、2所示，一种油藏注蒸汽热采多方式联动三维比例模拟系统，其包 括蒸汽注入系统、油藏模型本体、上覆压力系统、数据采集系统与图形处理系统；其中，蒸汽 注入系统高压恒速计量泵、蒸汽发生器、干度控制器；油藏模型本体包括模型外壳、绝热层、 模拟油藏、模拟直井、模拟水平井、引压管和热电偶及其接口 ；上覆压力系统包括球形压力 罐、补液泵、安全阀、电加热元件及其温控装置、管线接口及相应的连接管线、阀门，上覆压 力系统的球形压力罐内放置有所述的模型本体；数据采集与图形处理系统包括电磁气动 阀，回压阀，样品收集器，数据线，温度、压力、压差数据采集器以及微机。现有技术一的缺点
1)该技术中仅拥有蒸汽注入系统，没有配置溶剂、非凝析气体等介质的注入装置， 即无法满足多元热流体提高石油采收率新技术的研究；2)上覆压力系统中采用补液泵，说明其围压填充介质为液体；采用液体作为围压 介质，试验前后填充和排放围压介质的工作强度较大； 3)现有技术中模型保温方式较为复杂，由于围压填充介质为液体，因此模型外层 不能采用常规保温棉，而需采用真空隔热方式，加工及操作技术难度相对较大；4)现有球形压力罐内置入油藏模型本体的净空间为500mmX500mmX560mm(如权 利要求所述)，由于模型本体尺寸限制，无法进行长于560mm的水平井模型的开发效果研 究；5)现有技术在数据采集方面仅允许在模型本体内200个温度测点(如权利要求所 述)，测点数量无法满足大尺寸油藏模型的研究。现有技术二的技术方案如参考文献3、4所述(实为一个系统)，该技术为一种蒸汽驱油低压三维比例物理 模拟装置，由注入系统、模型系统、控制系统、产出液收集系统和辅助系统五部分组成，包括 高压驱替泵、热水器、蒸汽发生器、油浴、上下保温水箱、压力传感器、回压控制阀、冷凝器、 样品收集器、数据采集器及微机组成。现有技术二的缺点1)该蒸汽驱油低压三维比例物理模拟装置中未提及上覆压力或围压系统，模型系 统承压能力有限(小于0. 4MPa-如论文中所述)，无法满足高压(如20MPa)研究需求。现有技术三的技术方案如参考文献5所述，一种火烧驱油三维物理模拟装置，包括注入系统、模拟本体、 测控系统和产出分析系统，所述注入系统包括空压机、稳压瓶、注入泵、蒸汽发生器、流量计 和中间活塞容器，所述测控系统，包括热电偶、注入井温度、压力、流量采集器、采出井差压 传感器、计算机及其接口线路，所述产出系统，包括采出液回收器、气体在线分析仪和电子 天平，所述模拟本体与注入系统、测控系统和产出系统相连接，包括主体及其固定为一体的 封盖、安装于主体内腔底的保温体、该保温体内腔顺次安装的试验油层、隔环、活塞总成，所 述试验油层内布有五点式和九点式注采井网和至少一层的热电偶，所述液压缸垂直于活塞 总成，安装于封盖内顶上。现有技术三的缺点1)该技术中仅采用了蒸汽及气体注入系统，没有配置溶剂注入装置，即无法满足 多元热流体提高石油采收率新技术的研究；2)该技术中采用活塞总成机构制造模型上覆压力，采用该种上覆压力方式开展注 蒸汽采油研究过程中，常常由于模型本体装填问题导致上覆压力施加不均勻，从而易导致 注入蒸汽异常窜流，进而严重影响试验结果的可靠性。现有技术四的技术方案根据文献6所述，高温、高压三维水平井物理模拟系统由驱动系统、模型、加热保 温系统、压力控制系统、采出液收集系统和控制及测量系统等6部分组成。主要技术指标 试验工作压力为0 lOMPa，试验温度为20 120°C。现有技术四的缺点
1)现有技术的试验温度、压力指标较低，无法满足如20MPa，350°C的高温高压试验研究；2)现有技术不具备注入蒸汽介质的能力。参考文献(如专利/论文/标准)1)《一种油藏注蒸汽热采多方式联动三维比例模拟系统》实用新型专利，授权公告 号 CN201396129Y ；2)刘其成，等.《多功能高温高压三维比例物理模拟实验实验装置》.石油仪 器.20(1) ,20063)《蒸汽驱油低压三维比例物理模拟装置》实用新型专利授权公告号CN 2752886Y4)关文龙，等.《三维物理模拟试验装备及试验技术》.石油仪器.11 (5)，19975)《火烧驱油三维物理模拟覆压装置》.实用新型专利授权公告号CN 201145985Y6)江如意，王家禄.《高温高压三维水平井物理模拟系统》.石油勘探与开 发· 26(6)，1999

发明内容
本发明的目的是提供一种注多元热流体采油高温(350°C )高压(20MPa)三维模 拟试验装置，采用三维模拟方式，提供多种驱替介质注入选择，提高模拟油藏温度和压力指 标，加大油藏模拟尺度，扩展数据采集通道，提高试验研究自动化及可视化程度。本发明所述的注多元热流体采油三维模拟试验装置由多元注入系统、模型系统、 数据采集处理及控制系统和生产系统组成；多元注入系统由去离子水容器、恒速恒压泵组、蒸汽发生器组、蒸汽干度监控器、 油容器组、水容器组、无悬浮化学剂容器组、悬浮化学剂容器组、气瓶组、气体增压机、气体 调压阀、气体流量测量与控制装置和注入管线伴热装置组成；去离子水容器、恒速恒压泵组、蒸汽发生器组、蒸汽干度监控器顺次连接，通过注 入管线伴热装置与模型本体连接；恒速恒压泵组与油容器组连接，通过注入管线伴热装置 与模型本体连接；恒速恒压泵组与水容器组连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接， 恒速恒压泵组分别与无悬浮化学剂容器组和悬浮化学剂容器组连接，通过注入管线伴热装 置与模型本体连接；气瓶组、气体增压机、气体调压阀、气体流量测量与控制装置顺次连接， 通过注入管线伴热装置与模型本体连接；模型系统由高压舱、模型本体、模型本体保温层、围压气瓶组、气体压缩机、注入气 动阀组、高压舱加热与冷却装置、模型清洗容器，模型清洗泵组成；模型本体被固定在高压舱内，模型本体保温层包裹在模型本体外层；围压气瓶组 和气体压缩机连接，通过注入气动阀组与高压舱相连，高压舱加热与冷却装置部分位于高 压舱的内部，部分位于高压舱的外部，模型清洗液容器和模型清洗泵连接，通过注入管线伴 热装置与模型本体连接；数据采集处理及控制系统由温度传感器、压力传感器、压差传感器、压力显示表 头、温度显示表头、恒温油浴槽、压力校准仪、数据采集与传输装置、排出气动阀组、小型空 压机、计算机、试验数据采集与流程监控系统、试验结果三维可视化分析与处理系统组成；温度传感器、压力传感器、压差传感器的一端穿过高压舱布置于模型本体内，另一端与压力显示表头、温度显示表头及数据采集与传输装置相连；恒温油浴槽及压力校准仪 独立于试验系统，用于对温度传感器、压力传感器和压差传感器的校准；排出气动阀组安装 在与高压舱连接的气体排出管上，注入气动阀组和排出气动阀组均与小型空压机相连，数 据采集与传输装置与计算机相连；试验数据采集与流程监控系统与试验结果三维可视化分 析与处理系统安装于计算机中；两套系统在试验过程中并联使用，试验数据采集与流程监控系统用以在试验过程 中采集温度、压力和流量数据并实时储存，与此同时，根据所采集的数据信息自动或手动对 试验过程进行调控，试验数据采集与流程监控系统实时向试验结果三维可视化分析与处理 系统传输试验数据，试验结果三维可视化分析与处理系统通过在线对试验数据分析处理， 实时形成三维可视化场图，且可以对三维可视化场图进行如分层显示、绘制剖面图及显示 等值线多种操作。生产系统由采出液冷凝换热器组、制冷循环装置、回压阀组、缓冲容器组、回压泵 组、采出液收集瓶、电子天平、采出液自动收集器、气瓶组、产出管线伴热装置及加热离心机 组成；模型本体、采出液冷凝换热器组、回压阀组、产出管线伴热装置与采出液收集瓶顺 次连接，构成了模型中液体的产出通道；采出液冷凝换热器组与制冷循环装置相连，回压泵 组、缓冲容器组与回压阀组顺次连接，采出液收集瓶置于电子天平上，电子天平与计算机相 连；模型本体、采出液冷凝换热器组、产出管线伴热装置、采出液自动收集器顺次连接，采出 液收集瓶置于采出液自动收集器内，构成了模型中液体的产出的另一通道；采出液自动收 集器与气瓶组连接；盛有产出液的采出液收集瓶置于加热离心机内。所述的悬浮化学剂容器组8为内部具有搅拌功能的活塞容器组；所述的高压舱卧式放置，由左端盖、中段及右端盖三部分组成，左右端盖均为半球 形结构，由螺栓与中段连接，左右端盖上装有吊耳及预留装配孔，中段下部安装有进排气孔 及安全阀；中段表面布置有插入孔道和法兰结构，温度传感器、压力传感器和压差传感器均 从高压舱中段表面经由插入孔道和法兰结构插入；所述的高压舱采用气体作为模型本体的围压填充介质，高压舱最大承压能力为 20MPa。所述的模型本体材质为不锈钢，最高工作温度为350°C，模型本体外层采用保温棉 和铝箔包裹。所述的高压舱内可进行水平井开采油藏模拟试验，模型水平井最大长度为1. 6m。本装置可进行460个温度及50个压力数据的实时采集与处理，数据采集通道可根 据试验需要进行扩展；试验数据采集与流程监控系统与试验结果三维可视化分析与处理系统分别安装 于两台计算机中，界面分别由并排放置的两个显示器显示；试验数据采集与流程监控系统与试验结果三维可视化分析与处理系统并行使用， 试验过程中试验数据采集与流程监控系统实时向试验结果三维可视化分析与处理系统传 输试验数据，后者将试验数据分析处理后以三维场图的形式实时进行显示。本发明与现有技术相比具有如下优势1)可单独或同时注入多元热流体驱替介 质(如蒸汽、化学剂或非凝析气体等)；2)采用气体作为模型围压填充介质，大大降低了围压填充介质充排过程的工作强度；3)最高模拟油藏压力达20MPa;4)最高模拟油藏温度达3500C ；5)模型本体采用薄壁结构，仅需在模型外层采用常规保温材料进行保温，避免了复 杂保温结构；6)高压舱容积允许开展1. 6m长模型的水平井开采油藏模拟；(数据采集处理 及控制系统方面)7)可实现460通道温度及50通道压力数据实时采集与处理，数据采集通 道可扩展；8)注入、采出及模拟地层压力/温度等关键试验流程全自动化控制；9)试验数 据在线三维图形可视化分析与处理；(生产系统方面)10)采出液自动收集，并人工实现油 水离心分离。


图1注多元热流体采油三维模拟试验装置结构示意2注多元热流体采油三维模拟试验装置高压舱结构示意图；其中1、去离子水容器2、恒速恒压泵组3、蒸汽发生器组4、蒸汽干度监控器5、 油容器组6、水容器组7、无悬浮化学剂容器组8、悬浮化学剂容器组9、气瓶组10、气体 增压机11、气体调压阀12、气体流量测量与控制装置13、注入管线伴热装置14、高压舱 15、模型本体16、模型本体保温层17、围压气瓶组18、气体压缩机19、注入气动阀组20、 高压舱加热与冷却装置21、模型清洗容器22、模型清洗泵23、温度传感器24、压力传感 器25、压差传感器26、压力显示表头27、温度显示表头28、恒温油浴槽29、压力校准仪 30、数据采集与传输装置31、排出气动阀组32、小型空压机33、计算机34、试验数据采集 与流程监控系统35、试验结果三维可视化分析与处理系统36、采出液冷凝换热器组37、 制冷循环装置38、回压阀组39、缓冲容器组40、回压泵组41、采出液收集瓶42、电子天 平43、采出液自动收集器44、气瓶组45、产出管线伴热装置46、加热离心机47、左端盖 48、中段49、右端盖50、螺栓51、吊耳52、预留装配孔53、进排气孔54、安全阀55、法兰 结构。图3试验数据采集与流程监控系统及试验结果三维可视化分析与处理系统流程 具体实施例方式本发明所述的注多元热流体采油高温高压三维模拟试验装置由多元注入系统、模 型系统、数据采集处理及控制系统和生产系统组成；多元注入系统由去离子水容器1、恒速恒压泵组2、蒸汽发生器组3、蒸汽干度监控 器4、油容器组5、水容器组6、无悬浮化学剂容器组7、悬浮化学剂容器组8、气瓶组9、气体 增压机10、气体调压阀11、气体流量测量与控制装置12和注入管线伴热装置13组成；去离子水容器1、恒速恒压泵组2、蒸汽发生器组3、蒸汽干度监控器4顺次连接， 通过注入管线伴热装置13与模型本体15连接；恒速恒压泵组2与油容器组5连接，通过注 入管线伴热装置13与模型本体15连接；恒速恒压泵组2与水容器组6连接，通过注入管线 伴热装置13与模型本体15连接，恒速恒压泵组分别2与无悬浮化学剂容器组7和悬浮化 学剂容器组8连接，通过注入管线伴热装置13与模型本体15连接；气瓶组9、气体增压机 10、气体调压阀11、气体流量测量与控制装置12顺次连接，通过注入管线伴热装置13与模 型本体15连接；
模型系统由高压舱14、模型本体15、模型本体保温层16、围压气瓶组17、气体压缩 机18、注入气动阀组19、高压舱加热与冷却装置20、模型清洗容器21，模型清洗泵22组成；模型本体15被固定在高压舱14内，模型本体保温层16包裹在模型本体外层；围 压气瓶组17和气体压缩机18连接，通过注入气动阀组19与高压舱14相连，高压舱加热与 冷却装置20部分位于高压舱14的内部，部分位于高压舱14的外部，模型清洗液容器21和 模型清洗泵22连接，通过注入管线伴热装置13与模型本体15连接；数据采集处理及控制系统由温度传感器23、压力传感器24、压差传感器25、压力 显示表头26、温度显示表头27、恒温油浴槽28、压力校准仪29、数据采集与传输装置30、排 出气动阀组31、小型空压机32、计算机33、试验数据采集与流程监控软件34、试验结果三维 可视化分析与处理软件35组成；温度传感器23、压力传感器24、压差传感器25的一端穿过高压舱14布置于模型 本体15内，另一端与压力显示表头26、温度显示表头27及数据采集与传输装置30相连； 恒温油浴槽28及压力校准仪29独立于试验系统，用于对温度传感器23、压力传感器24和 压差传感器25的校准；排出气动阀组31安装在与高压舱连接的气体排出管上，注入气动阀 组19和排出气动阀组31均与小型空压机32相连，数据采集与传输装置30与计算机33相 连；试验数据采集与流程监控系统34与试验结果三维可视化分析与处理系统35安装于计 算机33中；两套系统在试验过程中并联使用，试验数据采集与流程监控系统34用以在试验 过程中采集温度、压力和流量数据并实时储存，与此同时，根据所采集的数据信息自动或手 动对试验过程进行调控，试验数据采集与流程监控系统34实时向试验结果三维可视化分 析与处理系统35传输试验数据，试验结果三维可视化分析与处理系统35通过在线对试验 数据分析处理，实时形成三维可视化场图，且可以对三维可视化场图进行如分层显示、绘制 剖面图及显示等值线多种操作。生产系统由采出液冷凝换热器组36、制冷循环装置37、回压阀组38、缓冲容器组 39、回压泵组40、采出液收集瓶41、电子天平42、采出液自动收集器43、气瓶组44、产出管线 伴热装置45及加热离心机46组成；模型本体15、采出液冷凝换热器组36、回压阀组38、产出管线伴热装置45与采出 液收集瓶41顺次连接，构成了模型中液体的产出通道；采出液冷凝换热器组36与制冷循环 装置37相连，回压泵组40、缓冲容器组39与回压阀组38顺次连接，采出液收集瓶41置于 电子天平42上，电子天平42与计算机33相连；模型本体15、采出液冷凝换热器组36、产出 管线伴热装置45、采出液自动收集器43顺次连接，采出液收集瓶41置于采出液自动收集器 43内，构成了模型中液体的产出的另一通道；采出液自动收集器43与气瓶组44连接；盛有 产出液的采出液收集瓶41置于加热离心机46内。高压舱14卧式放置，由左端盖47、中段48及右端盖49三部分组成，左右端盖均为 半球形结构，由螺栓50与中段连接，左右端盖上装有吊耳51及预留装配孔52，中段下部安 装有进排气孔53及安全阀54。高压舱14中段表面布置有插入孔道及法兰结构55，温度传感器23、压力传感器24 及压差传感器25均从高压舱14中段表面经由插入孔道及法兰结构55插入。试验数据采集与流程监控系统由6个子模块组成，包括1)模型设计子模块，其主要功能是模型相似比例模化计算与模型热电偶排布设计；2)传感器标定与校准子模块，其 主要功能是实现压力、温度及流量传感器的集团标定；3)数据采集、存储与传输子模块，其 主要功能是实时采集并存储终端设备及传感器的压力、温度、流量及开关量信号，并将模型 内压力及温度值实时传输至试验结果三维可视化分析与处理系统；4)实验流程自动控制 子模块，主要功能是根据实验流程自动控制高压舱围压、蒸汽干度、气动阀开关及流体注入 等；5)数据处理与绘图子模块，其主要功能是将采集到得压力、温度、流量等数据以曲线形 式实时显示；6)界面显示子模块，其主要功能是实时显示实验流程及关键参数值。试验数据采集与流程监控系统与恒速恒压泵组2、蒸汽发生器组3、蒸汽干度监控 器4、油容器组5、水容器组6、无悬浮化学剂容器组7及悬浮化学剂容器组8、气体增压机 10、气体调压阀11、气体流量测量与控制装置12、注入管线伴热装置13相连接，主要利用数 据采集、存储与传输子模块及实验流程自动控制子模块，实时采集并记录温度、压力、流量 及开关量信号，根据实验需求对注入过程进行自动控制。
试验数据采集与流程监控系统与气体压缩机18、注入气动阀组19、压差传感器25 及排出气动阀组31相连接，主要利用数据采集、存储与传输子模块及实验流程自动控制子 模块，对高压舱围压进行实时自动控制。试验数据采集与流程监控系统与温度传感器23、压力传感器24及压差传感器25 相连，主要利用数据采集、存储与传输子模块及数据处理与绘图子模块，实现模型内压力及 温度场数据的采集、存储与传输。试验数据采集与流程监控系统与制冷循环装置37、回压泵组40、电子天平42、采 出液自动收集器43与产出管线伴热装置45相连接，主要利用数据采集、存储与传输子模块 及实验流程自动控制子模块，实现模型产出液自动冷却、收集与计量。试验结果三维可视化分析与处理系统由5个子功能模块组成，包括1)数据接收 子模块，主要功能是实时接收从试验结果三维可视化分析与处理系统传输来的实验数据；
2)优化插值子模块，主要功能是将离散的实验数据利用数学插值方法形成三维场图数据；
3)场显示子模块，主要功能是实时显示实验过程中温度、压力、密度、粘度及流度三维场4)场处理子模块，主要功能是对三维场图进行分层、截面、切块处理及分析，并可以等值线 或网状方式显示；5)历史回放与视频录制子模块，其主要功能为将实验记录数据以场图形 式显示，可生成AVI等格式的常用视频文件。试验结果三维可视化分析与处理系统通过局域网与试验数据采集与流程监控系 统实时连接。实施例1 当进行溶剂辅助蒸汽采油试验时，去离子水容器1中存储的水经由恒速恒压泵组 2进入蒸汽发生器组3，产生的蒸汽经由蒸汽干度监控器4后达到试验所需的蒸汽干度；与 此同时，水经由恒速恒压泵组2注入无悬浮化学剂容器组7，存储于无悬浮化学剂容器组7 中的试验用溶剂被水驱替而出；蒸汽与溶剂在管道中混合后注入模型本体15 ；填充有砂和 油的模型本体15被固定在高压舱14内，模型本体外层包裹有保温层16 ；气体由气体压缩 机18增压后被注入至高压舱14内，通过注入气动阀组19及排出气动阀组31的开启和关 闭控制将高压舱压力控制在2MPa附近，确保模型本体15被压实；高压舱加热与冷却装置 20将高压舱内温度控制在25°C ；200个温度传感器23、20个压力传感器24、10个压差传感器25的一端穿过高压舱14布置于模型本体15内，另一端与10块温度显示表头27、10块 压力显示表头26及数据采集与传输装置30相连，数据采集与传输装置30与计算机33相 连；试验数据采集与流程监控系统34与试验结果三维可视化分析与处理系统35安装于计 算机33中，两系统在试验过程中并联使用，试验数据采集与流程监控系统34用以在试验过 程中采集温度、压力和流量等数据并实时保存，与此同时，根据所采集的数据信息自动或手 动对试验过程进行调控，试验数据采集与流程监控系统34实时向试验结果三维可视化分 析与处理系统35传输试验数据，试验结果三维可视化分析与处理系统35通过对试验数据 的分析处理，实时形成三维可视化场图，且可以对三维可视化场图进行如分层显示、绘制剖 面图及显示等值线等多种操作。从模型本体15产出的流体经由采出液冷凝换热器组36、 回压阀组38、产出管线伴热装置45流入采出液收集瓶41，采出 液冷凝换热器组36出口流 体温度控制在80°C左右，电子天平42实时称量获得流入采出液收集瓶41的液体的质量变 化，并将数据实时传输到计算机33中；试验结束后，盛有产出液的采出液收集瓶41被置于 加热离心机46内，通过加热离心作用实现油水分离。实施例2 当进行气体辅助蒸汽采油试验时，去离子水容器1中存储的水经由恒速恒压泵组 2进入蒸汽发生器组3，产生的蒸汽经由蒸汽干度监控器4后达到试验所需的蒸汽干度；气 体经气体增压机10与气体调压阀11后达到注入压力，气体注入流量由气体流量测量与控 制装置12设定；蒸汽与气体在管道中混合后注入模型本体15 ；填充有砂和油的模型本体 15被固定安放在高压舱14内，模型本体外层包裹有保温层16 ；气体由气体压缩机18增压 后被注入至高压舱14内，通过注入气动阀组19及排出气动阀组31的开启和关闭控制将高 压舱压力控制在20MPa附近，确保模型本体15被压实；高压舱加热与冷却装置20将高压舱 内温度控制在35°C;460个温度传感器23、40个压力传感器24、10个压差传感器25的一端 穿过高压舱14布置于模型本体15内，另一端与10块温度显示表头27、10块压力显示表头 26及数据采集与传输装置30相连，数据采集与传输装置30与计算机33相连；试验数据采 集与流程监控软件34与试验结果三维可视化分析与处理软件35安装于计算机33中，两软 件在试验过程中并联使用，试验数据采集与流程监控软件34用以在试验过程中采集温度、 压力和流量等数据并实时保存。与此同时，根据所采集的数据信息自动或手动对试验过程 进行调控，试验数据采集与流程监控软件34实时向试验结果三维可视化分析与处理系统 35传输试验数据，试验结果三维可视化分析与处理系统35通过对试验数据的分析处理，实 时形成三维可视化场图，且可以对三维可视化场图进行如分层显示、绘制剖面图及显示等 值线等多种操作。从模型本体15产出的流体经由采出液冷凝换热器组36、产出管线伴热装 置45及采出液自动收集器43流入采出液收集瓶41，采出液冷凝换热器组36出口流体温度 控制在80°C左右；试验结束后，盛有产出液的采出液收集瓶41被置于加热离心机46内，通 过加热离心作用实现油水分离。去离子水容器1、恒速恒压泵组2、蒸汽发生器组3、蒸汽干度监控器4、注入管线伴 热装置13及模型本体15顺次连接，恒速恒压泵组2将去离子水容器1中储存的水泵入蒸 汽发生器组3，蒸汽发生器组3产生热水和一定干度的蒸汽，蒸汽干度由蒸汽干度监控器4 检测并控制；恒速恒压泵组2、油容器组5、注入管线伴热装置13及模型本体15顺次连接， 可实现向模型本体15内独立注入油；恒速恒压泵组2、水容器组6及模型本体15顺次连接，可实现向模型内独立注入地层水或蒸馏水；恒速恒压泵组2、无悬浮化学剂容器组7、悬浮 化学剂容器组8、注入管线伴热装置13及模型本体15顺次连接，可实现向模型内独立注入 有机溶剂及聚合物溶液等化学剂；气瓶组9、气体增压机10、气体调压阀11、气体流量测量 与控制装置12注入管线伴热装置13及模型本体15顺次连接，可实现向模型内独立注入气 体；上述容器组均有加热功能，且不同介质的注入管线在通入高压舱前交汇成一条主管线， 可实现多元热流体的协同注入。模型本体15被固定在高压舱14内，模型本体外层包裹有保温层16 ；围压气瓶组17、气体压缩机18、注入气动阀组19与高压舱14顺次相连，其功能为向高压舱中注入气体 以增大高压舱压力；高压舱加热与冷却装置20位于高压舱14的内部和外部，用以控制高压 舱内温度；模型清洗液容器21、模型清洗泵22、注入管线伴热装置13及模型本体15顺次连 接，以实现对模型本体内部及管线的清洗。温度传感器23、压力传感器24、压差传感器25的一端穿过高压舱14布置于模型 本体15内，另一端与压力显示表头26、温度显示表头27及数据采集与传输装置30相连；恒 温油浴槽28及压力校准仪29独立于试验系统，用于对温度传感器23、压力传感器24和压 差传感器25的校准；排出气动阀组31安装在系统管路中，其功能为向高压舱外排出气体以 减小高压舱压力；注入气动阀组19及排出气动阀组31均与小型空压机32相连，小型空压 机32为注入气动阀组19及排出气动阀组31提供开启和关闭的动力；数据采集与传输装置 30与计算机33相连；试验数据采集与流程监控系统34与试验结果三维可视化分析与处理 系统35安装于计算机33中，两套系统在试验过程中并联使用，试验数据采集与流程监控系 统34用以在试验过程中采集温度、压力和流量等关键数据并实时储存，与此同时，根据所 采集的数据信息自动或手动对试验过程进行调控，试验数据采集与流程监控系统34实时 向试验结果三维可视化分析与处理系统35传输试验数据，试验结果三维可视化分析与处 理系统35通过在线对试验数据分析处理，实时形成三维可视化场图，且可以对三维可视化 场图进行如分层显示、绘制剖面图及显示等值线等多种操作。模型本体15、采出液冷凝换热器组36、回压阀组38、产出管线伴热装置45与采出 液收集瓶41顺次连接，构成了模型中液体的产出通道；采出液冷凝换热器组36与制冷循环 装置37相连，制冷循环装置37向采出液冷凝换热器组36中不断输出低温换热介质，并将 从采出液冷凝换热器组36返回的被加热的换热介质冷却；回压泵组40、缓冲容器组39与 回压阀组38顺次连接，为模型本体提供背压；采出液收集瓶41置于电子天平42上，电子天 平42与计算机33相连，电子天平42用以称量流入采出液收集瓶41的液体的质量变化，并 将数据实时传输到计算机33中；模型本体15、采出液冷凝换热器组36、产出管线伴热装置 45、采出液自动收集器43顺次连接，采出液收集瓶41置于采出液自动收集器43内，构成了 模型中液体的产出的另一通道，通过该条通道，产出液体可以实现自动收集，无需人工更换 采出液收集瓶41 ；采出液自动收集器43与气瓶组44连接，气瓶组44为采出液自动收集器 43提供背压；盛有产出液的采出液收集瓶41置于加热离心机46内，通过加热离心作用实 现油水分离。
权利要求
一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于由多元注入系统、模型系统、数据采集处理及控制系统和生产系统组成；多元注入系统由去离子水容器、恒速恒压泵组、蒸汽发生器组、蒸汽干度监控器、油容器组、水容器组、无悬浮化学剂容器组、悬浮化学剂容器组、气瓶组、气体增压机、气体调压阀、气体流量测量与控制装置和注入管线伴热装置组成；去离子水容器、恒速恒压泵组、蒸汽发生器组、蒸汽干度监控器顺次连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接；恒速恒压泵组与油容器组连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接；恒速恒压泵组与水容器组连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接，恒速恒压泵组分别与无悬浮化学剂容器组和悬浮化学剂容器组连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接；气瓶组、气体增压机、气体调压阀、气体流量测量与控制装置顺次连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接；模型系统由高压舱、模型本体、模型本体保温层、围压气瓶组、气体压缩机、注入气动阀组、高压舱加热与冷却装置、模型清洗容器，模型清洗泵组成；模型本体被固定在高压舱内，模型本体保温层包裹在模型本体外层；围压气瓶组和气体压缩机连接，通过注入气动阀组与高压舱相连，高压舱加热与冷却装置部分位于高压舱的内部，部分位于高压舱的外部，模型清洗液容器和模型清洗泵连接，通过注入管线伴热装置与模型本体连接；数据采集处理及控制系统由温度传感器、压力传感器、压差传感器、压力显示表头、温度显示表头、恒温油浴槽、压力校准仪、数据采集与传输装置、排出气动阀组、小型空压机、计算机、试验数据采集与流程监控系统、试验结果三维可视化分析与处理系统组成；温度传感器、压力传感器、压差传感器的一端穿过高压舱布置于模型本体内，另一端与压力显示表头、温度显示表头及数据采集与传输装置相连；恒温油浴槽及压力校准仪独立于试验系统，用于对温度传感器、压力传感器和压差传感器的校准；排出气动阀组安装在与高压舱连接的气体排出管上，注入气动阀组和排出气动阀组均与小型空压机相连，数据采集与传输装置与计算机相连；试验数据采集与流程监控系统与试验结果三维可视化分析与处理系统安装于计算机中；两套系统在试验过程中并联使用，试验数据采集与流程监控系统用以在试验过程中采集温度、压力和流量数据并实时储存，与此同时，根据所采集的数据信息自动或手动对试验过程进行调控，试验数据采集与流程监控系统实时向试验结果三维可视化分析与处理系统传输试验数据，试验结果三维可视化分析与处理系统通过在线对试验数据分析处理，实时形成三维可视化场图，且可以对三维可视化场图进行如分层显示、绘制剖面图及显示等值线多种操作。生产系统由采出液冷凝换热器组、制冷循环装置、回压阀组、缓冲容器组、回压泵组、采出液收集瓶、电子天平、采出液自动收集器、气瓶组、产出管线伴热装置及加热离心机组成；模型本体、采出液冷凝换热器组、回压阀组、产出管线伴热装置与采出液收集瓶顺次连接，构成了模型中液体的产出通道；采出液冷凝换热器组与制冷循环装置相连，回压泵组、缓冲容器组与回压阀组顺次连接，采出液收集瓶置于电子天平上，电子天平与计算机相连；模型本体、采出液冷凝换热器组、产出管线伴热装置、采出液自动收集器顺次连接，采出液收集瓶置于采出液自动收集器内，构成了模型中液体的产出的另一通道；采出液自动收集器与气瓶组连接；盛有产出液的采出液收集瓶置于加热离心机内。
2.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于悬 浮化学剂容器组为内部具有搅拌功能的活塞容器组。
3.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于高 压舱卧式放置，由左端盖、中段及右端盖三部分组成，左右端盖均为半球形结构，由螺栓与 中段连接，左右端盖上装有吊耳及预留装配孔，中段下部安装有进排气孔及安全阀；高压舱 中段表面布置有插入孔道及法兰结构，温度传感器、压力传感器及压差传感器均从高压舱 中段表面经由插入孔道及法兰结构插入。
4.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于高 压舱14采用气体作为模型本体15的围压填充介质，高压舱14最大承压能力为20MPa。
5.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于模 型本体15材质为不锈钢，最高工作温度为350°C，模型本体15外层采用保温棉和铝箔包裹。
6.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于高 压舱14内可进行水平井开采油藏模拟试验，模型水平井最大长度为1. 6m。
7.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于本 装置可进行460个温度及50个压力数据的实时采集与处理，数据采集通道可根据试验需要 进行扩展。
8.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于试 验数据采集与流程监控系统与试验结果三维可视化分析与处理系统分别安装于两台计算 机，界面采用并排放置的两个显示器分别显示。
9.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于试 验数据采集与流程监控系统与试验结果三维可视化分析与处理系统并行使用，试验过程中 试验数据采集与流程监控软件实时向试验结果三维可视化分析与处理系统传输试验数据， 后者将试验数据分析处理后以三维场图的形式实时进行显示。
10.根据权利要求1所述的一种注多元热流体采油三维模拟试验装置，其特征在于试 验数据采集与流程监控系统由6个子模块组成，包括1)模型设计子模块，是模型相似比例 模化计算与模型热电偶排布设计；2)传感器标定与校准子模块，实现压力、温度及流量传 感器的集团标定；3)数据采集、存储与传输子模块，是实时采集并存储终端设备及传感器 的压力、温度、流量及开关量信号，并将模型内压力及温度值实时传输至试验结果三维可视 化分析与处理系统；4)实验流程自动控制子模块，根据实验流程自动控制高压舱围压、蒸 汽干度、气动阀开关及流体注入；5)数据处理与绘图子模块，是将采集到得压力、温度、流 量等数据以曲线形式实时显示；6)界面显示子模块，是实时显示实验流程及关键参数值；试验数据采集与流程监控系统与恒速恒压泵组、蒸汽发生器组、蒸汽干度监控器、油容 器组、水容器组、无悬浮化学剂容器组及悬浮化学剂容器组、气体增压机、气体调压阀、气体 流量测量与控制装置、注入管线伴热装置相连接，利用数据采集、存储与传输子模块及实验 流程自动控制子模块，实时采集并记录温度、压力、流量及开关量信号，根据实验需求对注 入过程进行自动控制；试验数据采集与流程监控系统与气体压缩机、注入气动阀组、压差传感器及排出气动阀组相连接，利用数据采集、存储与传输子模块及实验流程自动控制子模块，对高压舱围压 进行实时自动控制；试验数据采集与流程监控系统与温度传感器、压力传感器及压差传感器相连，利用数 据采集、存储与传输子模块及数据处理与绘图子模块，实现模型内压力及温度场数据的采 集、存储与传输； 试验数据采集与流程监控系统与制冷循环装置、回压泵组、电子天平、采出液自动收集 器与产出管线伴热装置相连接，利用数据采集、存储与传输子模块及实验流程自动控制子 模块，实现模型产出液自动冷却、收集与计量；试验结果三维可视化分析与处理系统由5个子功能模块组成，包括1)数据接收子模 块，主要功能是实时接收从试验结果三维可视化分析与处理系统传输来的实验数据；2)优 化插值子模块，主要功能是将离散的实验数据利用数学插值方法形成三维场图数据；3)场 显示子模块，主要功能是实时显示实验过程中温度、压力、密度、粘度及流度三维场图；4) 场处理子模块，主要功能是对三维场图进行分层、截面、切块处理及分析，并可以等值线或 网状方式显示；5)历史回放与视频录制子模块，其主要功能为将实验记录数据以场图形式 显示，可生成AVI格式的常用视频文件；试验结果三维可视化分析与处理系统通过局域网与试验数据采集与流程监控系统实 时连接。
全文摘要
本发明涉及一种油藏注多元热流体采油三维模拟试验装置；由多元注入系统、模型系统、数据采集处理及控制系统和生产系统组成；模型本体被固定在高压舱内，高压舱与多元注入系统、数据采集处理及控制系统和生产系统连接；可单独或同时注入多元热流体驱替介质，采用气体作为模型围压填充介质，大大降低了围压填充介质充排过程的工作强度，模拟油藏压力达20MPa，模拟油藏温度达350℃，可实现460通道温度及50通道压力数据实时采集与处理，数据采集通道可扩展；注入、采出及模拟地层压力/温度试验流程全自动化控制，试验数据在线三维图形可视化分析与处理，采出液自动收集，实现油水离心分离。
文档编号E21B43/24GK101818636SQ20101018056
公开日2010年9月1日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者关文龙, 昝成, 李秀峦, 江航, 沈德煌, 王红庄, 罗健, 郭嘉, 马德胜 申请人:中国石油天然气股份有限公司