专利名称：注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟方法与装置。
背景技术：
注多元热流体采油高温高压三维模拟试验装置可以开展油藏压力20MPa、温度 350°C条件下利用注蒸汽、注气、注热溶剂等多种方式提高石油采收率技术的研究，可以最 大限度再现真实油藏开发状况，是室内解决油藏开采机理、优化油藏开发方案的重要也是 最有力的研究手段。物理模拟试验中，需要给模型本体提供一定的压力环境，且高压舱压力 应始终略高于模型本体压力，其作用有两点一是使模型本体达到实际的地层压力，二是防 止模型本体内驱替介质窜流，这种地层压力的模拟技术一直是三维物理模拟试验中需要解 决的技术难题。现有的地层压力模拟技术一般采用上覆压力或者液体围压的方式来实现。对于上 覆压力，通常采用的是液压缸和活塞总成相配合的方式，从顶部给模型一个向下的压力，这 种方式属于刚性压力，无法保证模型本体内各部分受压均勻，容易形成通道或缝隙，试验过 程中驱替介质会沿这些通道或缝隙窜流，从而导致整个试验失败。液体围压是指在模型与高压舱之间填充液体介质。相比上覆压力而言，液体(水、 油等)围压克服了上述缺点，由于液体具有流动性，传压能力强，能为模型本体创造一个均 勻的压力环境。但是液体围压仍然存在以下不足1)由于液体的可压缩性小，微小的体积 变化就可能带来很大的压力变化(这种变化可能是由于温度的变化、承压容器的形变或者 泄露引起，大多属于不可控因素)，从而压力控制精度低、稳定性差，这种现象在高压下尤为 严重，达不到高温高压三维模拟试验的要求；2)液体的导热系数较大，给模型本体的保温 带来极大困难，有时甚至需要增加真空隔热层，这会使得系统结构更加复杂。通过对国内外相关专利及文献进行检索，结果表明国内通常采用的是上覆压力 和液体围压的方式，而国外已有采用气体围压的方式，1.论文T. N. Nasr K. D. KimberK. N. Jha, A novel scaled physical simulator for horizontal well enhanced oil recovery，1992。采用气体作为围压可以有效的解决以上问题，但是目前国外采用的气体围 压通常压力较低(2MPa左右)。对于气体围压的控制方法在国内外都未见报道。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟装置。本实用新型所述的注多元热流体采油高温高压三维模拟试验地层压力模拟装 置由进气阀一、进气阀二、排气阀一、排气阀二、高压舱、压差传感器、计算机、一级气 瓶组、气体压缩机、二级气瓶组和模型本体组成；一级气瓶组、气体压缩机、二级气瓶组按顺 序串联；一级气瓶组放置在室外，二级气瓶组固定在室内，进气阀一和进气阀二并联与二级气瓶组和高压舱连接；排气阀一和排气阀二并联与高压舱和大气连接；压差传感器两端分 别与高压舱和模型本体连接，所述的模型本体置于高压舱内，计算机通过数据线分别与气 阀一、进气阀二、排气阀一、排气阀二和压差传感器连接。所述的注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟方法分为升压过程和泄压 过程。升压过程中模型本体压力不断升高，需要充气以增加高压舱的压力，此过程中排 气阀组始终都是关闭的，而进气阀组的开启数目随着压差的变化而变化。泄压过程中模型 本体压力不断降低，需要排气以减小高压舱的压力，此过程中进气阀组始终都是关闭的，而 排气阀组的开启数目随着压差的变化而变化。设高压舱与模型本体压差设定值为P (高压舱5压力减去模型本体压力)，滞洄量 设定值为Pd，由于试验中需保证高压舱压力始终略高于模型本体压力，压差控制范围下限 为lOKPa，无论什么情况下，一旦压差小于lOKPa，程序将自动给高压舱充气。1)压差及滞洄量设置(该设置能够将压差控制在一定的范围之内，并能根据压 力的变化情况通过控制气动电磁阀的开关数目来控制高压舱5压力变化的快慢)本发明适 用于薄壁模型(0. 5-2mm厚)，为保护模型，压差设定值应在40-100KPa ；试验压力在0_5MPa 时，滞洄量可设定在10KPa_15KPa，试验压力在5_10MPa时，滞洄量设定值5KPa_10KPa，试验 压力在10-20MPa时，滞洄量设定值lKPa-5KPa(由于低压下充气压力升高快、排气压力降低也快，而高压下则相反，滞洄量的设 置需根据试验压力的不同而有所限制，滞洄量的设置可以防止气动电磁阀的频繁操作造成 的使用寿命损失，节约成本，提高试验的稳定性及安全性)；2)程序开始运行时，进气阀组和排气阀组都是关闭的。程序检测舱模压差与设定 值的差进行比较，如果二者的差在IOKPa (P+2Pd+10)KPa区间内，则阀门无动作都保持关 闭状态。3)首轮控制过程3.1第一步过程判断(1)如果舱模压差小于IOkPa (运行程序的头一个控制过程用IOkPa作为下限值来 判断升压过程，从第二个控制过程开始，以P_2Pd作为下限值来判断)，则判断为升压过程； 跳至 3. 2(1)；(2)如果舱模压差大于P+2Pd+10kPa (运行程序的头一个控制过程用P+2Pd+10kPa 作为上限值来判断泄压过程，从第二个控制过程开始，以P+2Pd作为上限值来判断)，则判 断此刻为泄压过程；跳至3.2(2)；3. 2 第二步(1)升压过程高压舱5两个进气阀打开，高压舱压力随之升高，压差逐渐增大；跳 至 3. 3(1)；(2)泄压过程高压舱5两个排气阀打开，高压舱压力随之减小，压差逐渐减小；跳 至 3. 3(2)；3. 3 第三步(1)升压过程压差大于P-Pd时，关闭其中一个进气阀，而另一个进气阀继续保持 打开状态。高压舱5压力进一步升高，压差继续增大；跳至3. 4(1)；[0024](2)泄压过程压差小于P+Pd时，关闭其中一个排气阀，而另一个排气阀继续保持 打开状态；高压舱5压力进一步下降，压差继续减小；跳至3. 4(2)；3. 4 第四步(1)升压过程压差大于P+2Pd时，所有进气阀关闭，升压过程结束；(2)泄压过程压差小于P_2Pd时，所有泄压阀关闭，泄压过程结束。4)次轮及次轮以后控制过程4. 1第一步过程判断(1)压差逐渐减小，小于P_2Pd，则判断为升压过程；(2)压差逐渐增大，大于P+2Pd，则判断为泄压过程；4. 2第二步至第四步若为升压过程，重复3. 2 (1) -3. 4 (1)；若为泄压过程，重复3. 2 (2) -3. 4 (2)。发明效果1)气体围压均勻、稳定，能有效防止驱替介质窜流；2)气体可压缩性好，压力控制精度高；3)气体导热系数小，模型保温可采用传统保温棉等方式，避免复杂保温结构；4)系统运行压力高，能达到20MPa ；5) 二级气源供给，保证充气压力充足、稳定；6)系统自动化程度高，操作简便；7)设置滞洄量，防止阀门频繁动作，延长设备寿命。滞洄量为防止控制过程中阀门的频繁动作而设置的一个压差缓冲量，能够允许 压差在某一范围内波动，从而过滤掉一些不必要的阀门动作。
图1注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟装置图。其中1进气阀一、2进气阀二、3排气阀一、4排气阀二、5高压舱、6压差传感器、7 计算机、8 —级气瓶组、9气体压缩机、10 二级气瓶组、11模型本体。图2注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟装置控制方法流程图。
具体实施方式
本发明所述的注多元热流体采油高温高压三维模拟试验地层压力模拟装置由进气阀一 1、进气阀二 2、排气阀一 3、排气阀二 4、高压舱5、压差传感器6、计算 机7、一级气瓶组8、气体压缩机9、二级气瓶组10和模型本体11组成；一级气瓶组8、气体 压缩机9、二级气瓶组10按顺序串联；一级气瓶组8放置在室外，二级气瓶组10固定在室 内，气阀一 1和进气阀二 2并联与二级气瓶组10和高压舱5连接；排气阀一 3和排气阀二 4并联与高压舱5和大气连接；压差传感器6两端分别与高压舱5和模型本体11连接，所 述的模型本体11置于高压舱5内，计算机7通过数据线分别与气阀一 1、进气阀二 2、排气 阀一 3、排气阀二 4和压差传感器6连接。
权利要求一种注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟装置，由进气阀一、进气阀二、排气阀一、排气阀二、高压舱、压差传感器、计算机、一级气瓶组、气体压缩机、二级气瓶组和模型本体组成；其特征在于一级气瓶组、气体压缩机、二级气瓶组按顺序串联；一级气瓶组放置在室外，二级气瓶组固定在室内，进气阀一和进气阀二并联与二级气瓶组和高压舱连接；排气阀一和排气阀二并联与高压舱和大气连接；压差传感器两端分别与高压舱和模型本体连接，模型本体置于高压舱内，计算机通过数据线分别与气阀一、进气阀二、排气阀一、排气阀二和压差传感器连接。
专利摘要本实用新型涉及一种注多元热流体采油三维模拟试验地层压力模拟装置；一级气瓶组、气体压缩机、二级气瓶组按顺序串联；一级气瓶组放置在室外，二级气瓶组固定在室内，进气阀一和进气阀二并联与二级气瓶组和高压舱连接；排气阀一和排气阀二并联与高压舱和大气连接；压差传感器两端分别与高压舱和模型本体连接，模型本体置于高压舱内，计算机通过数据线分别与气阀一、进气阀二、排气阀一、排气阀二和压差传感器连接；系统运行压力能达到20MPa；自动化程度高，操作简便；设置滞洄量，防止阀门频繁动作，延长设备寿命。
文档编号E21B49/00GK201671626SQ201020193819
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月18日 优先权日2010年5月18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