专利名称：一种非均质碎屑岩水平井物理模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非均质碎屑岩水平井物理模型。
背景技术：
水平井技术在油田勘探开发过程中发挥着重要作用，单口水平井产量约是同等条件下直井的3-8倍，整体效益明显。但是，水平井开发特点如完井方式、井眼轨迹、避水高度对开发速度和采收率的影响，各种作业措施如机械堵水、化学堵水、酸化等的作用机理认识不清，影响了水平井开发的技术优化。针对这一问题，需要通过物理模型开展模拟研究，在物模实验基础上建立数学模型，最终指导水平井开发。国内外进行水平井物模实验的模型主要是二维非均质模型和三维均质模型，主要 存在问题为未考虑相似原则，与油藏相似程度低，不能反映油藏实际，难以充分模拟非均质条件下的水平井开发和各种配套作业措施。不具备可视化模拟功能，机理认识不直观。尚未建立既可直观可视观察油水分布，又可以通过数据采集再现三维油水分布的模型。
实用新型内容针对现有水平井物理模型缺乏三维非均质模型，与实际油藏相似程度低，难以指导水平井开发特点和各种作业措施机理的研究的问题，本实用新型提供一种非均质碎屑岩水平井物模装置，通过建立壁面可视化、含水饱和度、压力三维数据采集(利用装置连接图图I的含水饱和度传感器12、压力变送器13实现)，在相似原则指导下可充分模拟非均质性油藏的非均质碎屑岩水平井物模装置。可以实现常规出水和剩余油分布模拟功能，还可以进行堵水等各种增产技术的机理和工艺优化研究，兼顾井网和提高采收率措施的模拟功倉泛。本实用新型利用相似性准则由目标油藏条件确定物理模型的具体参数，利用不同粒径的石英砂在压实条件下，模拟油藏非均质性，利用相似雷诺数的人工井筒模拟不同完井条件的水平井。模型骨架为不锈钢筋板，壁面采用加固钢化玻璃，可视化模拟开发过程和作业措施后油水界面的变化。模型中布设传感器阵列，测定含水饱和度、压力，分析采集数据建立三维的油水饱和度曲线。本实用新型的非均质碎屑岩水平井物模装置的模型主体的一个侧面(A面)为可视面，用耐压钢化玻璃制成，实现可视化功能；另一面为可动面(B面)，从该面可向主模型内进行填砂等工作，实现物模装置的重复使用。可视化和三维压力饱和度采集模拟开发过程、堵水、酸化等工作液注入展布形态和措施后生产情况。本实用新型涉及的非均质碎屑岩水平井物模装置，是在相似准则指导下三维物模，符合塔河碎屑岩油藏实际特点，依靠材料内层的加热组件，以及注水的加热组件，通过建立渗流、管流、井筒耦合的数学模型，几何相似、压力相似、物性相似、生产动态及井筒摩阻相似推导出水平井模型，具有与高压高温油藏的相似性，因此具有模拟高温、高压的能力，换句话说，此模型在低温(不高于50 V )低压(3MPa)下可以模拟油藏。此外，通过整体打压3MPa，为了提高压力传感器的捕捉压力变化灵敏度，开井模拟井筒压降、生产压差数据更为准确。通过可视化与三维饱和度、压力采集相结合，实现机理的直观认识。配备上覆压实密封模块(是指侧面剖面图图2的压盖及密封圈等)、井筒及轨迹模块(如图3所示，轨迹模块由三个平行布置 的管道和数条竖直管线组成，水平井筒B通过管线连接水平井筒A，水平井井筒B通过管线连接水平井筒C，由智能开关控制管线的开关操作，从而实现水平井井轨迹的变化)、堵剂等工作液注入模块等基本组件，在常规出水和剩余油分布模拟功能之外，还可以进行堵水等各种增产技术的机理和工艺优化研究，兼顾井网和提高采收率措施的模拟功能。所述的非均质碎屑岩水平井物模装置，按照油藏相似准则确定模型填砂厚度、砂体渗透率、驱替排量(驱替排量是指能量供给装置向物模装置供给流体的流量，单位ml/min)等参数，可进行底水油藏产出、堵剂、酸液等措施工作液注入和作业后生产情况观察。具体而言，本实用新型涉及一种非均质碎屑岩水平井物理模型，其特征在于，该模型由水平井主模型(I)、能量供给系统(2)、油水自动计量系统(3)、回压控制系统(4)和数据采集系统(5)构成，其中水平井主模型(I)分别与能量供给系统(2)、回压控制系统(4)、数据采集系统(5)相连，数据采集系统(5)分别与其余四个系统电连接，回压控制系统(4)又与水平井主模型(I)、油水自动计量系统(3 )相连；其中，所述水平井主模型包括模型主体(10)，位于模型主体(10)内部的水平井筒；所述的能量供给系统包括注入泵(21)、堵剂中间容器(22)、油中间容器(23)、稳压装置(24)和六通阀(25)，所述中间容器的器壁均设置中间容器加热装置(27)，其中，注入泵(21)通过六通阀(25)分别与堵剂中间容器(22)、油中间容器(23)、稳压装置(24)及模型主体的底部入口( 17 )相连，堵剂中间容器(22 )与水平井筒(11)的井口相连，油中间容器(23)与模型主体(10)的顶部入口(16)相连，稳压装置(24)与模型主体(10)的底部入口(17)相连；所述六通阀与模型主体连接的管线上设置有预热器(28)。优选地，所述水平井主模型的水平井筒(11)位于模型主体(10 )上部，井口设置井筒口阀门(18)，所述水平井主模型还包括位于模型主体内部的第一压力变送器(14)及位于模型主体外部连接水平井筒(11)的管线上的第二压力变送器(15)，位于水平井主模型内部的含水饱和度传感器(13)，以及位于模型主体底部的加热装置(12)。优选地，所述水平井模型主体的第一压力变送器(14)沿着模型内部空间三维分布，和/或所述水平井模型主体的含水饱和度传感器(13)沿着模型内部空间三维分布。优选地，所述回压控制系统(4)包括回压阀(41)、缓冲容器(42)和手动泵(43)，其中，手动泵(43)与缓冲容器(42)相连，缓冲容器(42)又连接回压阀(41)，回压阀(41)通过管线与水平井井筒(11)的井口、油水自动计量系统(3 )相连。优选地，所述数据采集系统(5)由计算机(51)、集线器(52)和数据线(53)组成，其中，计算机(51)连接集线器(52 )，集线器(52 )分别通过数据线(53 )与水平井主模型内部含水饱和度测定仪(13)、第一压力变送器(14)，水平井口的第二压力变送器(15)和油水自动计量系统(3)的油量及水量计量器相连接。优选地，所述能量供给系统的六通阀(25)设置第三压力变送器(26)，所述回压控制系统(4)的缓冲容器(42)设置第四压力变送器(44)，数据采集系统(5)的集线器分别通过管线与第三压力变送器(26)和第四压力变送器(44)相连接。优选地，所述物模装置的模型主体的一个侧面(A)为可视面。优选地，所述物模装置的模型主体的另一侧面为可动面(B)。优选地，所述水平井主模型的模型主体分区域放置不同粒径范围的石英砂。优选地，所述水平井筒由三个平行布置的管道、数条竖直管线和设置在每条竖直管线上的开关组成。优选地，水平井主模型的模型主体还配置密封模块，密封模块包括压盖(103)、压紧螺杆(104)及密封圈(105)组件。优选地，所述水平井主模型的模型主体还包括位于水平井筒内部的压力变送器。优选地，所述水平井主模型的模型主体还包括直井筒。
图I为本实用新型的非均质碎屑岩水平井物理模型的流程示意图。附图标记I——7jC平井主模型10——模型主体11-7jC 平井筒12——加热装置13——含水饱和度传感器14—第一压力变送器15—第二压力变送器16-模型主体(10)的顶部入口17——模型主体(10)的底部入口18——7jC平井筒出口阀门2-能量供给系统21——注入泵22——堵剂中间容器23——油中间容器24——稳压装置25-六通阀26—第三压力变送器27——中间容器加热装置28——预热器3——油水自动计量系统4——回压控制系统41-回压阀42——缓冲容器43——手动泵44—第四压力变送器[0051]5—数据采集系统51——计算机52——集线器图2主模型部分侧视图。附图标记101——钢化玻璃102-活塞 103——压盖104——压紧螺杆105-密封圈106——直井入口图3井眼轨迹模拟部分示意图。图4为三维饱和度压力传感器分布图。
具体实施方式
以下述的实例详细叙述如下，然而，本领域技术人员应当理解的是，本实用新型的保护范围不应当局限于此。
以下结合附图对本实用新型非均质碎屑岩水平井物理模型做进一步说明。由图I所示，该模型由水平井主模型I、能量供给系统2、油水自动计量系统3、回压控制系统4和数据采集系统5构成，其中水平井主模型I分别与能量供给系统(2)、回压控制系统(4)、数据采集系统(5)相连，数据采集系统5分别与其余四个系统电连接，回压控制系统4又与水平井主模型I、油水自动计量系统3相连。水平井主模型由模型主体10、水平井筒11、压力测定装置和饱和度测定装置组成，其中水平井筒位于模型主体上部，压力测定装置位于模型主体内部和井筒井口，饱和度测定装置位于模型主体内部。模型主体的构造，如图2所示，所示左侧为其一个侧面(A面)，用耐压可视的钢化玻璃101制成，所示右侧为其另一侧面，为可动面(B面)，该可动面可通过活塞102进行可动操作，骨架为不锈钢筋板制成。优选地，水平井主模型还可配置密封模块，包括压盖103、压紧螺杆104及密封圈105等组件。所示的上面为模型顶面E面，其上优选预留直井入口106，可支持模拟直井和水平井互采的情况，设置井口顶部入口 16，用于注入油。所示的底面为模型底面F面，其上设置底部入口 17，用于注入水。压力测定装置包括位于模型主体10内部的第一压力变送器14及位于模型主体外部连接水平井筒的管线上的第二压力变送器15，分别用于测定模型主体内部和井口的压力变化。饱和度测定装置13设定在模型主体的内部，用于测定模型主体内部的含水饱和度。模型主体内部设定的压力测定装置，压力测定点遍布整个模型的内部，可按一定间隔排列，例如图4所示，“Λ”测压点，在1000X350面上共5X6=30个，沿250宽度上分4层，共30X4=120个点。模型主体内部设定的饱和度测定装置，饱和度测定点遍布整个模型的内部，可按一定间隔排列，例如图4所示，“ X ”表示饱和度测点，在1000 X 350面上共5 X 10=50个，沿250宽度上分4层，共50X4=200个点。[0069]优选地，还可在水平井筒内部设置压力测定装置，用于测定井筒内的压力损耗，以判断吸液能力等，最终实现油井采收方式的优化。优选地，水平井筒11可按照需要模拟的井筒的形状进行调整，例如通过几个平行布置的管道、数条竖直管线和设置在每条管线上的开关，模拟轨迹复杂的水平井，如图4所示的A，B和C三个水平井筒，通过控制其间管线的开关AB1，AB2, AB3, AB4, ACl, AC2, AC3可模拟多种不规则的轨迹。例如通过开启AB2，AC3管线的开关，保持其他管线开关关闭，可模拟型态如LI所示的水平井；通过开启AB1，AC2保持其他管线开关关闭，可模拟型态如L2所不的水平井。 优选的，在主模型中还可通过放置不同粒径的石英砂模拟不同的渗透率的地形，并可输入水和油来模拟实际的油藏。优选地，该水平井主模型还可包括加热装置12，位于水平井主模型底部的加热套，用于模拟实际油藏的温度，并设置温度测定装置，保持模型的温度。能量供给系统，该系统的作用主要是用来模拟供给水平井模型的水、油、堵剂等。所述能量供给系统2由注入泵21、堵剂中间容器22、油中间容器23、稳压装置24、阀门和管线组成，注入泵21连接六通阀25，六通阀25分别连接堵剂中间容器22，油中间容器23，稳压装置24和模型主体10的底部入口 17，油中间容器23连接模型主体10的顶部入口 16，稳压装置24连接模型主体10的底部入口 17，堵剂中间容器22连接水平井筒11的井口。稳压装置用于稳定水的压力；六通阀的控制原理为通过注入泵和六通阀的配合，定量向各管线注入水，堵剂中间容器或油中间容器注入水之后，会促使容器中的堵剂或油溢出，进入水平井主模型，而六通阀至模型主体的管线，注水之后会直接加入模型底部，模拟油藏中的水。优选的，六通阀至模型主体的管线、堵剂中间容器22和油中间容器23还可包括加热装置，用于中间容器器壁的加热套27和六通阀25至模型主体10的管线的预热器28。优选地，该能量供给系统还可包括压力测定装置，例如在六通阀25中可增加第三压力变送器26，用于测定输入液体的压力。回压控制系统，该系统的作用是用来调节控制油水自动计量系统和水平井主模型的压力，由缓冲容器42、手动泵43、回压阀41和管线组成，其中，手动泵43与缓冲容器42相连，缓冲容器42又连接回压阀41，回压阀41通过管线与水平井井筒11的井口、油水自动计量系统3相连。回压阀41用于调节出口压力，其通过调节流量大小从而控制出口压力。优选地，该回压控制系统还可包括压力测定装置，例如设置在缓冲容器42的第四压力变送器44。数据采集系统，由计算机51、集线器52和管线组成，其中，计算机51连接集线器52，集线器52分别通过管线与其他各系统相连接，具体的，连接有水平井主模型内部含水饱和度测定仪13、压力变送器15，水平井口压力变送器15，能量供给系统的六通阀25的第三压力变送器26，油水自动计量系统3的油量及水量计量器，回压控制系统4的缓冲容器42的第四压力变送器44。该系统的作用主要是采集并记录试验中各系统的参数和数据，包括水平井主体模型内部压力(由水平井主体模型内部压力变送器14)、含水饱和度(由含水饱和度测定仪13测得)，以及井口液体的压力(由水平井井口压力变送器15测得)，回压控制系统的缓冲容器的压力(由缓冲容器压力变送器44测得)，能量供给系统的输入液体的压力(由六通阀25压力变送器26测得)，油水自动计量系统的油量和水量。以下实施例的物理模型所用材料的来源如下表2所示
权利要求1.一种非均质碎屑岩水平井物理模型，其特征在于，该模型由水平井主模型(I)、能量供给系统(2)、油水自动计量系统(3)、回压控制系统(4)和数据采集系统(5)构成，其中水平井主模型(I)分别与能量供给系统(2)、回压控制系统(4)、数据采集系统(5)相连，数据采集系统(5)分别与其余四个系统电连接，回压控制系统(4)又与水平井主模型(I)、油水自动计量系统(3)相连； 其中，所述水平井主模型包括模型主体(10)，位于模型主体(10)内部的水平井筒(11)； 所述的能量供给系统包括注入泵(21)、堵剂中间容器(22)、油中间容器(23)、稳压装置(24)和六通阀(25)，所述中间容器的器壁均设置中间容器加热装置(27)，其中，注入泵(21)通过六通阀(25)分别与堵剂中间容器(22)、油中间容器(23)、稳压装置(24)及模型主体的底部入口( 17 )相连，堵剂中间容器(22 )与水平井筒(11)的井口相连，油中间容器(23 )与模型主体(10)的顶部入口(16)相连，稳压装置(24)与模型主体(10)的底部入口(17)相连；所述六通阀与模型主体连接的管线上设置有预热器(28)。
2.如权利要求I所述的物理模型，其特征在于，所述水平井主模型的水平井筒(11)位于模型主体(10)上部，井口设置井筒口阀门(18)，所述水平井主模型还包括位于模型主体内部的第一压力变送器(14)及位于模型主体外部连接水平井筒(11)的管线上的第二压力变送器(15)，位于水平井主模型内部的含水饱和度传感器(13)，以及位于模型主体底部的加热装置(12)。
3.如权利要求I所述的物理模型，其特征在于，所述水平井模型主体的第一压力变送器(14)沿着模型内部空间三维分布，和/或所述水平井模型主体的含水饱和度传感器(13)沿着模型内部空间三维分布。
4.如权利要求3所述的物理模型，其特征在于，所述回压控制系统(4)包括回压阀(41)、缓冲容器(42)和手动泵(43)，其中，手动泵(43)与缓冲容器(42)相连，缓冲容器(42)又连接回压阀(41)，回压阀(41)通过管线与水平井井筒(11)的井口、油水自动计量系统(3)相连。
5.如权利要求4所述的物理模型，其特征在于，所述数据采集系统(5)由计算机(51)、集线器(52)和数据线(53)组成，其中，计算机(51)连接集线器(52)，集线器(52)分别通过数据线(53)与水平井主模型内部含水饱和度测定仪(13)、第一压力变送器(14)，水平井口的第二压力变送器(15)和油水自动计量系统(3)的油量及水量计量器相连接。
6.如权利要求5所述的物理模型，其特征在于，所述能量供给系统的六通阀(25)设置第三压力变送器(26)，所述回压控制系统(4)的缓冲容器(42)设置第四压力变送器(44)，数据采集系统(5)的集线器分别通过管线与第三压力变送器(26)和第四压力变送器(44)相连接。
7.如权利要求I 6任一项所述的物理模型，其特征在于，所述物模装置的模型主体的一个侧面(A)为可视面。
8.如权利要求7所述的非均质碎屑岩水平井物理模型，其特征在于，所述物模装置的模型主体的另一侧面为可动面(B)。
9.如权利要求I 6任一项所述的物理模型，其特征在于，所述水平井主模型的模型主体分区域放置不同粒径范围的石英砂。
10.如权利要求I 6任一项所述的物理模型，其特征在于，所述水平井筒由三个平行布置的管道、数条竖直管线和设置在每条竖直管线上的开关组成。
11.如权利要求I 6任一项所述的物理模型，其特征在于，水平井主模型的模型主体还配置密封模块，该密封模块包括压盖(103)、压紧螺杆(104)及密封圈(105)组件。
12.如权利要求I 6任一项所述的物理模型，其特征在于，所述水平井主模型的模型主体还包括位于水平井筒内部的压力变送器。
13.如权利要求I 6任一项所述的物理模型，其特征在于，所述水平井主模型的模型主体还包括直井筒。
专利摘要本实用新型涉及一种非均质碎屑岩水平井物理模型，其特征在于，能量供给系统、水平井主模型、回压控制系统、油水自动计量系统、数据采集系统组成。本实用新型涉及的非均质碎屑岩水平井物模装置，通过可视化与三维饱和度、压力采集相结合，实现机理的直观认识。配备上覆压实密封模块、井筒及轨迹模块、堵剂等工作液注入模块等基本组件，在常规出水和剩余油分布模拟功能之外，还可以进行堵水等各种增产技术的机理和工艺优化研究，兼顾井网和提高采收率措施的模拟功能。
文档编号E21B47/00GK202788797SQ20122040233
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者林涛, 陈朝刚, 刘广燕, 孙同成, 赵军伟, 廖冲春, 董秀民 申请人:中国石油化工股份有限公司