多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置及方法，该装置主要包括多相流体发生、存储系统，多相流体传播和脉冲波发生系统，储层岩心模拟系统及动态实验数据采集系统；所述的多相流体传播和脉冲波发生系统包括：多相流体注入管线，脉冲振荡发生腔壳体，撞击体及多相流体输出和脉冲波传播管线；该装置主要利用气体和液体弹性模量的差异，来实现脉冲解堵/驱油与注气(汽)功能的相互转换，从而简化不同油藏开发过程中的驱油/脉冲的模拟过程；其实验可涉及非混相驱及气水交替驱油、储层脉冲解堵、稠油热采储层注汽及驱油-解堵等实验过程的模拟；该装置设计合理，操作过程简便，可有效的模拟多相流体的驱油-脉冲解堵效果。
【专利说明】多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明具体涉及到一种多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置及方法；主要针对水力脉冲波驱油/解堵、非混相驱油气水交注及稠油注汽驱降压解堵增注的实验模拟；是一种利用气(汽)、液流体性质的不同，尤其是弹性模量的差异，实现模拟储层深部驱油、脉冲解堵、非混相驱气水交注及注汽降压解堵增注的实验装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着常规油气资源的不断开发，复杂油气资源的接替是世界油气资源的重要补充，而复杂油气资源中低渗透油藏及稠油油藏的开发是其中的核心组成。对于低渗透油藏开发后期，地层能量衰竭严重，非混相驱对于低渗透油田的开发及水驱开发衰竭油藏具有很强的适应性，然而气体的高流度，上相突破早，造成原油采收率低。气水交替可减缓气体过早气窜；提高气驱过程的体积波及系数，改善高流度气体在流经低流度油藏流体时的流动效率。而低渗透油藏气水交替过程中，贾敏效应使得注气压力上升较快，影响了气水交替注入开发的效果。对于稠油油藏，热力采油技术是一种常规的开发手段，但是对于新投产的油井及部分开发后期的油井中常出现注汽高压及近井地带堵塞的现象，其原因主要包括:部分油藏原始发育较差导致储层流体在地层中的流动能力较低；油藏地层胶结疏松导致地层中的固体颗粒运移；注入流体与地层流体性质的不配伍性，导致的结垢堵塞，以及由于稠油中轻质、流动性强的组分被采出而导致重质组分(胶质、浙青质)在近井带滞留等。
[0003]常规的降压的方法主要包括物理和化学的方法，其中化学方法主要是针对堵塞的固体无机颗粒和重质有机组分两个方面添加相应的降压增注药剂，常见的化学降压方法有:酸化压裂、注表面活性剂/润湿反转剂等，其缺点是选择性差、施工复杂、费用高。而物理方法主要有水力振荡、水力压裂、电压液脉冲、高压水射流、超声波及压力、脉冲波振荡等。其中井下低频抽汲振动解堵装置及其使用方法(申请号201110417746.9)通过对井筒内流体挤压时形成的正压力和抽吸时形成的负压力交替作用在近井地带实现油层降压解堵，其缺点是解堵油层的距离有限等。大多数的物理降压方法都要借助其他外加能量来实现降压的目的，同时由于一般的物理法降压作业都需要与其他的生产工艺分步实施，且需多次起下管柱，增加了作业时间与正本，同时影响了注汽效率。
【发明内容】
[0004]针对上述问题本发明提出一种以多相流体传播和脉冲波发生系统为核心的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置及方法，旨在简化实验流程的同时，有效地模拟水力脉冲波驱油、非混相驱油气水交注和稠油注汽驱降压解堵增注等复杂油气的开发过程。
[0005]本发明所采用的技术解决方案是:
[0006]多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，包括多相流体发生、存储系统，多相流体传播和脉冲波发生系统，储层岩心模拟系统，及动态实验数据采集系统；所述多相流体发生、存储系统包括高温蒸汽发生装置、驱油用气体存储装置、驱油或解堵用液体存储及发生装置与驱油用液体存储装置；其中高温蒸汽发生装置包括第一精密平流泵与高温蒸汽发生器，第一精密平流泵的出口端与高温蒸汽发生器底部的液体入口端相连接，高温蒸汽发生器顶部的液体出口端连接多相流体传播和脉冲波发生系统；驱油用气体存储装置包括驱油用气体存储器，驱油用气体存储器连接多相流体传播和脉冲波发生系统；驱油或解堵用液体存储及发生装置包括氮气瓶与第一活塞式中间容器，第一活塞式中间容器的底端与氮气瓶相连接，第一活塞式中间容器的顶端连接多相流体传播和脉冲波发生系统；驱油用液体存储装置包括第二精密平流泵与第二活塞式中间容器，第二精密平流泵与第二活塞式中间容器的底端相连接，第二活塞式中间容器的顶端连接储层岩心模拟系统；所述多相流体传播和脉冲波发生系统包括多相流体注入管线、脉冲波发生装置和多相流体输出和脉冲波传播管线，所述高温蒸汽发生器的出口端、多相流体注入管线的流体入口端、驱油用气体存储器出口端、第一活塞式中间容器的出口端均与四通阀连接，脉冲波发生装置包括壳体与撞击体，多相流体注入管线的流体出口端连接壳体的流体入口端，壳体的流体出口端与撞击体的流体入口端连接，撞击体呈锥形，撞击体的锥形端深入到壳体内部，壳体与撞击体连接后，其内部形成脉冲振荡腔室，撞击体的流体出口端与多相流体输出和脉冲波传播管线的进口端连接，多相流体输出和脉冲波传播管线的出口端连接储层岩心模拟系统；储层岩心模拟系统包括填砂管和恒温箱，填砂管置于恒温箱内，填砂管的入口端与多相流体输出和脉冲波传播管线的出口端连接，在填砂管两侧设置有多个检测点，填砂管与动态实验数据采集系统相连接；动态实验数据采集系统包括功能传感器组、嵌入式信息处理器、量筒、紫外分光光度仪、PH仪与计算机，功能传感器组布设在填砂管两侧的多个检测点上，功能传感器组通过数据线连接嵌入式信息处理器，嵌入式信息处理器通过数据线连接计算机，紫外分光光度仪、PH仪和量筒布设在填砂管的出口端，紫外分光光度仪和pH仪分别通过数据线连接计算机。
[0007]优选的，所述第一精密平流泵通过第一管线与高温蒸汽发生器连接，在第一管线上设置有二通阀，所述高温蒸汽发生器通过第二管线与四通阀连接，在第二管线上设置有二通阀、浮子流量计与压力表，在第二管线外包裹石棉层；所述驱油用气体存储器通过第三管线与四通阀连接，在第三管线上设置有分压阀、浮子流量计与压力表；所述氮气瓶通过第四管线与第一活塞式中间容器连接，在第四管线上设置有分压阀、压力表、浮子流量计和二通阀，所述第一活塞式中间容器通过第五管线与四通阀连接，在第五管线上设置有缓冲蓄能器和二通阀；所述第二精密平流泵通过第六管线与第二活塞式中间容器连接，在第六管线上设置有二通阀，所述第二活塞式中间容器通过第七管线与填砂管入口端连接，在第七管线的两端均设置有二通阀；填砂管出口端通过第八管线连接量筒、紫外分光光度仪和PH仪，在第八管线上设置有二通阀。
[0008]优选的，所述恒温箱的温控范围为室温?120°C，所述四通阀、多相流体注入管线、脉冲波发生装置和多相流体输出和脉冲波传播管线也置于恒温箱中。
[0009]优选的，所述多相流体注入管线的内径为2mm，所述多相流体输出和脉冲波传播管线的内径为3mm;所述多相流体注入管线的进口端以卡套式的连接方式与四通阀相连接，所述多相流体注入管线的出口端以嵌入式焊接的方式与壳体相连接；所述多相流体输出和脉冲波传播管线的进口端以嵌入式焊接的方式与撞击体相连接，所述多相流体输出和脉冲波传播管线的出口端以卡套式的连接方式与填砂管相连接。
[0010]优选的，所述第五管线、多相流体注入管线均与四通阀保持同一水平轴线连接，所述多相流体输出和脉冲波传播管线与填砂管保持同一水平轴线连接。
[0011 ] 优选的，所述高温蒸汽发生器的最高注汽温度为300°C，第一精密平流泵与第二精密平流泵入口蒸馏水的流量均在O-1Oml之间调节，流量的精度均为0.01ml。
[0012]优选的，所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端与多相流体注入管线的流体出口端之间的脉冲振荡腔室的长度之比为0.6，所述撞击体的锥面角度为110。?130。。
[0013]优选的，所述壳体与撞击体通过标准螺栓相连接，连接面处设置有垫片，垫片材料为耐高温石棉橡胶板，垫片厚度为1_ ;在壳体内壁与撞击体外壁之间设置有密封环，密封环所采用的材料为耐高温石棉橡胶板，在撞击体外壁上开设有用于放置密封环的方形凹槽。
[0014]优选的，所述动态实验数据采集系统中的功能传感器组为温度、压力传感器，分别排布在填砂管两侧的检测点上；温度及压力值通过嵌入式信息处理器转换后传输到计算机上，所述紫外分光光度仪和PH仪通过串行接口与计算机相连接。
[0015]多相流体驱油、脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的实验方法，该方法在建立了模拟原始储层条件参数后，可以进行非混相驱油、高温蒸汽驱油、不加水力脉冲波条件下的驱油、水力脉冲波驱油与水力脉冲波解堵的组合实验；具体步骤如下:
[0016](I)模拟原始储层条件参数的建立
[0017]按照模拟地层砂的类型、粒度及相关物性参数对填砂管进行装填，装填后对填砂管进行装配，开启第六管线与第七管线上的阀门，关闭其他阀门；运行第二精密平流泵，对装填后的填砂管驱替饱和油水，建立模拟原始地层条件的含油、含水饱和度，以及模拟原始地层条件的物性参数；
[0018]所述饱和水的方法是通过利用模拟地层水对模拟储层的填砂管进行驱替，当填砂管尾部的压力检测点数据与填砂管出口端驱出水量不变时，则水驱过程结束；所述模拟原始的地层参数是通过饱和水量和填砂管入口端的稳定压力值计算而得；所述饱和油的方法是利用油相对已饱和模拟地层水的填砂管进行驱替，填砂管尾部的压力检测点数据与填砂管出口端驱出水量不变时，则油驱过程结束；并在相应的模拟温度下对模拟储层岩心进行老化；
[0019](2)进行相关模拟实验
[0020](201)高温蒸汽驱油实验
[0021]开启第一管线、第二管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；启动第一精密平流泵，设定注入蒸馏水的流量，待高温蒸汽发生器出口蒸汽温度和流量稳定后开始模拟实验，高温蒸汽驱替过程中，分多个时间点对不同检测点上高温蒸汽驱替过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的驱替时间、驱出油量、高温蒸汽的消耗量、压力变化及温度变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述高温蒸汽的消耗量为驱替时间内通过第一精密流量泵的蒸馏水的体积流量；所述温度、压力变化为每个压力检测点处，实时温度、压力值与饱和油水后每个检测点的差值；所述样品采集是对驱出油、气、水样品的采集；[0022](202)非混相驱油实验
[0023]开启第三管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；通过第三管线上浮子流量计调节进入填砂管的气体流量，待气体流量稳定时开始非混相驱油模拟实验，非混相驱替过程中，分多个时间点对不同检测点上非混相驱替过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的驱替时间、驱出油量、非混相气体的消耗量、压力变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述非混相气体的消耗量为驱替时间内通过浮子流量计的非混相气体的体积流量；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值；所述样品采集是对驱出油、气、水样品的采集；
[0024](203)水力脉冲波驱油实验
[0025]开启第四管线、第五管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；通过氮气瓶控制驱油液体的压力及流量，所述驱油液体为模拟地层水或驱油剂溶液；液体通过多相流体注入管线进入脉冲振荡腔室,喷入脉冲振荡腔室内的液体,一部分直接进入撞击体的流体入口端，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体注入管线注入到模拟储层的填砂管中；分多个时间点对不同检测点上驱油过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量、压力变化；所述入口流量为通过多相流体注入管线的流量，可通过入口流量与脉冲振荡腔室的大小计算脉冲波的发生频率；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述消耗液体量为驱替时间内中间容器内消耗的液体体积；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值，所述样品采集过程，包括对驱出油水样品的采集；
[0026](204)水力脉冲波解堵实验
[0027]开启第四管线、第五管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；通过氮气瓶控制解堵液体的压力及流量，所述解堵液体为模拟地层水或解堵剂溶液；液体通过多相流体注入管线进入脉冲振荡腔室,喷入脉冲振荡腔室内的液体,一部分直接进入撞击体的流体入口端，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体传播和脉冲波发生装置的出口管线注入到模拟储层的填砂管中；分多个时间点对不同检测点上驱油过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量、压力变化、PH值变化和沉积物浓度变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述消耗液体量为驱替时间内中间容器内消耗的液体体积；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值；所述pH值变化为出口溶液pH值的变化，所述沉积物浓度的变化为出口沉积物浓度的变化；所述样品采集过程，包括对驱出油水样品及堵塞物的米集；
[0028](205)不加水力脉冲波条件下的驱油实验
[0029]开启第六管线、第七管线与第八管线上的阀门，关闭其他阀门；通过第二精密平流泵调节进入填砂管的液体流量进行驱油试验，分多个时间点对不同检测点上驱油过程中的相关参数、样品进行采集，所述的实验相关参数包括与时间点对应的驱替时间、驱出油量、消耗液体量、压力变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述消耗液体量为驱替时间内第二精密平流泵向填砂管中泵注的液体的体积；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值；所述样品采集是对驱出油水样品的米集。
[0030]本发明的有益技术效果是:
[0031]1、装置结构简单、设计合理，使用操作简便，可以通过改变不同的实验流程，实现对非混相驱油、高温蒸汽驱油、不加水力脉冲波条件下的驱油、水力脉冲波驱油与水力脉冲波解堵的组合实验过程进行模拟。
[0032]2、装置可以模拟地层温度:室温?120°C，模拟储层压力5?25MPa，驱替解堵液体可根据实际模拟驱替介质进行调整，包括:不同矿化度模拟地层水、不同润湿性能表面活性剂水溶液、酸化解堵液等。
[0033]3、装置中的多相流体传播和脉冲波发生系统，利用了气体和液体弹性模量的差异，在不加任何额外辅助能量的情况下有效的实现了对水力脉冲驱油/解堵降压、注气(汽)等功能的转化，为复杂油气藏的开发方式提供了新的思路，具有较强的实用价值和广泛的推广应用前景。
[0034]4、装置中的多相流体传播和脉冲波发生系统，可以通过改变入口液体流量和调节脉冲振荡腔室的大小来改变出口的脉冲频率，操作简便；同时可以根据模拟储层的情况调节脉冲工作介质实现水力脉冲与化学药剂的协同作用。
[0035]5、装置中的动态实验数据采集系统，针对多相流体驱油/解堵过程的特点，实现了对模拟储层渗透率、储层温度、采出液油水量、PH值及部分出口液浓度的实时智能检测。
[0036]6、对于稠油油藏，该装置可以模拟不动管柱注汽作业的同时或之前进行地层降压解堵作业，该方法极大地节省了注汽准备时间，提高了稠油井的注汽效率，降低了热采成本；同时当工作介质为水蒸气时，腔体与撞击体可以对水蒸气起到进一步的空化和均质作用，从而提高装置出口高温蒸汽的均匀性。
[0037]7、对于低渗透油藏，该装置可以在模拟非混相气驱提高采收率的基础上，开展气水交注作业，同时由于装置具有水力脉冲降压解堵的功能，可以实现对低渗透油藏气水交注过程中贾敏效应等导致的注入高压问题的降压增注的模拟，延长了非混相驱的作用时间，提高低渗透油藏非混相驱的采收率。
[0038]8、本发明所提出的以多相流体传播和脉冲波发生装置为核心的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置及方法，只通过改变工作介质就可实现不同功能驱油、解堵降压增注的转换，在复杂油气藏开发过程中具有较广的适用面。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的原理框图；
[0040]图2是多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的流程图；
[0041]图3是多相流体传播和脉冲波发生系统的结构示意图；
[0042]图4是动态实验数据采集系统的原理框图；
[0043]图中:1.第一精密平流泵，2.高温蒸汽发生器，3.第一管线，4.第二管线，5.浮子流量计，6.压力表，7.驱油用气体存储器，8.第三管线，9.浮子流量计，10.压力表，11.氮气瓶，12.第一活塞式中间容器，13.第四管线，14.压力表，15.浮子流量计，16.第五管线，17.缓冲蓄能器，18.第二精密平流泵，19.第二活塞式中间容器，20.第六管线，21.第七管线，22.多相流体注入管线，23.脉冲波发生装置，24.多相流体输出和脉冲波传播管线，25.壳体，26.撞击体，27.脉冲振荡腔室，28.填砂管，29.恒温箱，30.检测点，31.功能传感器组，32.嵌入式信息处理器，33.量筒，34.紫外分光光度仪，35.pH仪，36.计算机，37.第八管线，38.螺栓，39.垫片，40.密封环，41.方形凹槽，42.卡套，43.接头体，V1、V3、V6、V7、V8、V9、V10、V11为二通阀，V2为四通阀，V4、V5为分压阀。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明，但本发明不限于下列的实施例。
[0045]如图1-4所示，多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，包括多相流体发生、存储系统A，多相流体传播和脉冲波发生系统B，储层岩心模拟系统C，及动态实验数据采集系统D。多相流体发生、存储系统A包括高温蒸汽发生装置Al、驱油用气体存储装置A2、驱油或解堵用液体存储及发生装置A3与驱油用液体存储装置A4.其中高温蒸汽发生装置Al包括第一精密平流泵I与高温蒸汽发生器2，第一精密平流泵I的出口端通过第一管线3与高温蒸汽发生器2底部的液体入口端相连接，在第一管线3上设置有二通阀VI，高温蒸汽发生器2顶部的液体出口端通过第二管线4连接四通阀V2，在第二管线4上设置有二通阀V3、浮子流量计5与压力表6，在第二管线外包裹石棉层。驱油用气体存储装置A2包括驱油用气体存储器7，驱油用气体存储器7通过第三管线8连接四通阀V2，在第三管线8上设置有分压阀V4、浮子流量计9与压力表10。驱油或解堵用液体存储及发生装置A3包括氮气瓶11与第一活塞式中间容器12,第一活塞式中间容器12的底端通过第四管线13与氮气瓶11相连接，在第四管线13上设置有分压阀V5、压力表14、浮子流量计15与二通阀V6，第一活塞式中间容器12的顶端通过第五管线16连接四通阀V2，在第五管线16上设置有二通阀V7与缓冲蓄能器17。驱油用液体存储装置A4包括第二精密平流泵18与第二活塞式中间容器19，第二精密平流泵18通过第六管线20与第二活塞式中间容器19的底端相连接，在第六管线20上设置有二通阀V8，第二活塞式中间容器19的顶端通过第七管线21连接储层岩心模拟系统，在第七管线21的两端分别设置有二通阀V9和二通阀V10。多相流体传播和脉冲波发生系统B包括多相流体注入管线22、脉冲波发生装置23和多相流体输出和脉冲波传播管线24。脉冲波发生装置23包括壳体25与撞击体26，多相流体注入管线22的入口端连接四通阀V2，多相流体注入管线22的出口端连接壳体的流体入口端，壳体的流体出口端与撞击体的流体入口端连接，撞击体26呈锥形，撞击体26的锥形端深入到壳体25内部，壳体25与撞击体26连接后，其内部形成脉冲振荡腔室27。撞击体的流体出口端与多相流体输出和脉冲波传播管线24的进口端连接，多相流体输出和脉冲波传播管线24的出口端连接储层岩心模拟系统C。储层岩心模拟系统C包括填砂管28和恒温箱29，填砂管28置于恒温箱29内，填砂管28的入口端与多相流体输出和脉冲波传播管线24的出口端连接。在填砂管28上设置有多个检测点30，填砂管28与动态实验数据采集系统D相连接。动态实验数据采集系统D包括功能传感器组31、嵌入式信息处理器32、量筒33、紫外分光光度仪34、pH仪35与计算机36，功能传感器组31布设在填砂管的多个检测点30上，功能传感器组31通过数据线连接嵌入式信息处理器32，嵌入式信息处理器32通过数据线连接计算机36，紫外分光光度仪34、pH仪35和量筒33布设在填砂管28的出口端，填砂管28通过第八管线37连接紫外分光光度仪34、pH仪35和量筒33，在第八管线37上设置有二通阀VII。紫外分光光度仪34和pH仪35分别通过数据线连接计算机36。
[0046]作为对本发明的进一步改进,所述壳体内部脉冲振荡腔室27的直径D与撞击体的流体入口端与多相流体注入管线的流体出口端(壳体的流体入口端)之间的脉冲振荡腔室的长度L之比为0.6，所述撞击体26的锥面角度为110°?130°。所述壳体25与撞击体26通过标准螺栓38相连接，连接面处设置有垫片39，垫片材料为耐高温石棉橡胶板。垫片39厚度为1mm，通过调节垫片39的厚度可调节脉冲振荡腔室27的大小。在壳体内壁与撞击体外壁之间设置有密封环40，密封环40所采用的材料为耐高温石棉橡胶板，在撞击体外壁上开设有用于放置密封环40的方形凹槽41。
[0047]更进一步的，所述恒温箱的温控范围为室温?120°C，所述四通阀V2、多相流体注入管线22、脉冲波发生装置23和多相流体输出和脉冲波传播管线24也置于恒温箱29中。上述第五管线16、多相流体注入管线22均与四通阀V2保持同一水平轴线连接，上述多相流体输出和脉冲波传播管线24与填砂管28保持同一水平轴线连接。上述高温蒸汽发生器的最高注汽温度为300°C，第一精密平流与第二精密平流泵入口蒸馏水的流量均在O-1Oml之间调节，流量的精度均为0.01ml。
[0048]进一步的，所述多相流体注入管线22的内径为2mm，多相流体输出和脉冲波传播管线24的内径为3mm。多相流体注入管线22的进口端通过卡套37与接头体38以卡套式的连接方式与四通阀V5相连接，所述多相流体注入管线的出口端以嵌入式焊接的方式与壳体相连接。多相流体输出和脉冲波传播管线24的进口端以嵌入式焊接的方式与撞击体相连接，所述多相流体输出和脉冲波传播管线24的出口端通过卡套42与接头体43以卡套式的连接方式与填砂管28相连接。
[0049]更进一步的，上述检测点30设置在填砂管28的两侧，所述动态实验数据采集系统中的功能传感器组31为温度、压力传感器，分别排布在检测点30上；温度及压力值通过嵌入式信息处理器32转换后传输到计算机36上；所述紫外分光光度仪34和pH仪35通过串行接口与计算机36相连接。
[0050]上述多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的稠油注汽驱降压解堵增注模拟过程是通过以下步骤来实现的:
[0051](I)模拟原始储层条件参数的建立
[0052]按照模拟地层砂的类型、粒度及相关物性参数等对填砂管28进行装填，装填后对填砂管28进行装配，并在第二活塞式中间容器19内先后注入模拟地层水、油等液体。关闭其他阀门，开启第六管线20、第七管线21上的阀门V8、V9和V10，以及第八管线37上的阀门VII。运行第二精密平流泵18，设置驱替速度为lml/min，对装填后的填砂管驱替饱和油水，通过利用模拟地层水对模拟储层的填砂管28进行驱替，当填砂管28尾部的压力检测点30的数据与填砂管28出口端的量筒33收集到的水量不变时，则水驱过程结束，记录饱和水量和入口压力，计算模拟岩心的孔隙度、渗透率值；然后利用稠油对已饱和模拟地层水的填砂管进行驱替，驱替速度为lml/min，当填砂管尾部的压力检测点30的数据与填砂管出口端的量筒33收集到的油量不变时，则油驱过程结束；并在相应的模拟温度下对模拟储层岩心老化12h。
[0053](2)高温蒸汽驱油实验
[0054]对稠油注汽驱降压解堵增注模拟流程进行装配，装配时，第五管线16应与四通阀V2保持水平轴线连接；多相流体传播和脉冲波发生系统B入口段的多相流体注入管线22应与四通阀V2保持水平轴线连接，多相流体输出和脉冲波传播管线24应与填砂管28的入口段保持水平轴线连接。开启第一管线3、第二管线4、第八管线37上的阀门V1、V3、Vll以及四通阀V2上相应的阀门，关闭其他阀门；启动第一精密平流泵1，设定注入蒸馏水的流量，待高温蒸汽发生器2出口蒸汽温度和流量稳定后开始模拟高温蒸汽驱油实验。
[0055](3)数据采集
[0056]高温蒸汽驱替过程中，对填砂管28上不同检测点上的压力、温度值进行实时监测，监测数据可由计算机36直接获取，同时记录注汽过程中入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量及出口重质组分含量变化；同时对驱出油、气、水样品进行采集。
[0057](4)稠油降压解堵增注实验
[0058]关闭四通阀V2上控制高温蒸汽发生装置Al和控制驱油用气体存储装置A2的阀门及其他阀门，开启驱油或解堵用液体存储及发生装置A3及多相流体传播与脉冲波发生系统和储层岩心模拟系统C的阀门V5、V6、V7和VII。通过氮气瓶11控制第一活塞式中间容器12中解堵液体的压力及流量，第一活塞式中间容器12内的解堵液体为重质组分分散解堵剂溶液或酸液。液体通过多相流体注入管线22进入脉冲振荡腔室27，喷入脉冲振荡腔室内的液体，一部分直接进入撞击体的流体入口，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体传播和脉冲波发生装置B的多相流体输出和脉冲波传播管线注入到模拟储层的填砂管中。
[0059](5)数据采集
[0060]实验开始后，对填砂管上不同检测点上的压力值进行实时监测，监测数据可由计算机直接获取，同时记录脉冲解堵降压过程中入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量、出口重质组分含量及pH值变化；同时对驱出油水样品及堵塞物进行采集。
[0061](6)高温蒸汽驱油实验
[0062]对稠油注汽驱降压解堵增注模拟流程进行装配，装配时，第五管线16应与四通阀V2保持水平轴线连接；多相流体传播和脉冲波发生系统B入口段的多相流体注入管线应与四通阀V2保持水平轴线连接，多相流体输出和脉冲波传播管线24应与填砂管28的入口段保持水平轴线连接。关闭四通阀V2上控制驱油或解堵用液体存储及发生装置A3和驱油用气体存储器7的阀门及其他阀门，开启控制高温蒸汽发生器2及多相流体传播和输出管线24用于连接多相流体传播和脉冲波发生系统B和储层岩心模拟系统C的阀门V1、V3和Vll ;启动第一精密平流泵，设定注入蒸馏水的流量，待高温蒸汽发生器出口蒸汽温度和流量稳定后开始模拟高温蒸汽驱油实验。
[0063](7)数据采集
[0064]高温蒸汽驱替过程中，对填砂管上不同检测点上的压力、温度值进行实时监测，监测数据可由计算机直接获取，同时记录注汽过程中入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量及出口重质组分含量变化；同时对对驱出油、气、水样品进行采集。[0065]上述多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的CO2非混相驱油气水交注降压增注模拟过程是通过以下步骤来实现的:
[0066](I)模拟原始储层条件参数的建立
[0067]按照模拟地层砂的类型、粒度及相关物性参数等对填砂管28进行装填，装填后对填砂管28进行装配，并在第二活塞式中间容器19内先后注入模拟地层水、油等液体。关闭其他阀门，开启第六管线20、第七管线21上的阀门V8、V9和V10，以及第八管线37上的阀门VII。运行第二精密平流泵18，设置驱替速度为lml/min，对装填后的填砂管驱替饱和油水，通过利用模拟地层水对模拟储层的填砂管28进行驱替，当填砂管28尾部的压力检测点30的数据与填砂管28出口端的量筒33收集到的水量不变时，则水驱过程结束，记录饱和水量和入口压力，计算模拟岩心的孔隙度、渗透率值；然后利用稠油对已饱和模拟地层水的填砂管进行驱替，驱替速度为lml/min，当填砂管尾部的压力检测点30的数据与填砂管出口端的量筒33收集到的油量不变时，则油驱过程结束；并在相应的模拟温度下对模拟储层岩心老化12h。
[0068](2) CO2非混相驱模拟实验
[0069]对低渗透模拟储层CO2非混相驱降压解堵增注模拟流程进行装配，装配时，第五管线应与四通阀V2保持水平轴线连接；多相流体传播和脉冲波发生系统B入口段的多相流体注入管线22应与四通阀V2保持水平轴线连接，多相流体输出和脉冲波传播管线24应与填砂管28的入口段保持水平轴线连接。关闭四通阀V2上控制驱油或解堵用液体存储及发生装置A3和高温蒸汽发生器2的阀门及其他阀门，开启驱油用气体存储器7及多相流体传播和脉冲波发生系统B和储层岩心模拟系统C的阀门V4和Vll ;通过浮子气体流量计9调节进入填砂管的CO2气体流量，待CO2气体流量稳定时开始CO2非混相驱油模拟实验。
[0070](3)数据采集
[0071]CO2非混相驱替过程中，对填砂管上不同检测点上的压力值进行实时监测，监测数据可由计算机直接获取，同时记录非混相驱替过程中驱替时间、驱出油量、气体消耗量等；同时对驱出油、气、水样品进行采集。
[0072](4)气润湿反转溶液脉冲降压增注实验
[0073]关闭四通阀V2上控制高温蒸汽发生器和控制驱油用气瓶的阀门及其他阀门，开启驱油或解堵用液体存储及发生装置A3及多相流体传播和脉冲波发生系统B和储层岩心模拟系统C的阀门V5、V6、V7和Vll ;通过氮气瓶11控制第一活塞式中间容器12中解堵液体的压力及流量，第一活塞式中间容器12内的降压增注液体为气润湿反转剂溶液；液体通过多相流体注入管线22进入脉冲振荡腔室27，喷入脉冲振荡腔室内的液体，一部分直接进入撞击体的流体入口，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体传播和脉冲波发生装置B的多相流体输出和脉冲波传播管线24注入到模拟储层的填砂管中。
[0074](5)数据采集
[0075]实验开始后，对填砂管上不同检测点上的压力值进行实时监测，监测数据可由计算机直接获取，同时记录脉冲解堵降压过程中入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗CO2气体量；同时对驱出油水样品进行采集。[0076]上述多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的水力脉冲波解堵模拟过程是通过以下步骤来实现的:
[0077](I)模拟原始储层条件参数的建立
[0078]按照模拟地层砂的类型、粒度及相关物性参数等对填砂管28进行装填，装填后对填砂管28进行装配，并在第二活塞式中间容器19内先后注入模拟地层水、油等液体。关闭其他阀门，开启第六管线20、第七管线21上的阀门V8、V9和V10，以及第八管线37上的阀门VII。运行第二精密平流泵18，设置驱替速度为lml/min，对装填后的填砂管驱替饱和油水，通过利用模拟地层水对模拟储层的填砂管28进行驱替，当填砂管28尾部的压力检测点30的数据与填砂管28出口端的量筒33收集到的水量不变时，则水驱过程结束，记录饱和水量和入口压力，计算模拟岩心的孔隙度、渗透率值；然后利用稠油对已饱和模拟地层水的填砂管进行驱替，驱替速度为lml/min，当填砂管尾部的压力检测点30的数据与填砂管出口端的量筒33收集到的油量不变时，则油驱过程结束；并在相应的模拟温度下对模拟储层岩心老化12h。
[0079](2)水力脉冲解堵实验
[0080]对水力脉冲解堵模拟流程进行装配，装配时，第五管线应与四通阀V2保持水平轴线连接；多相流体传播和脉冲波发生系统B入口段的多相流体注入管线应与四通阀V2保持水平轴线连接，多相流体输出和脉冲波传播管线24应与填砂管28的入口段保持水平轴线连接。关闭四通阀V2上控制高温蒸汽发生器和控制驱油用气瓶的阀门及其他阀门，开启驱油或解堵用液体存储及发生装置A3及多相流体传播和输出管线24用于连接多相流体发生、存储系统B和储层岩心模拟系统C的阀门V5、V6、V7和Vll ;通过氮气瓶11控制第一活塞式中间容器12中解堵液体的压力及流量，第一活塞式中间容器12内的解堵剂为多氢酸溶液；液体通过多相流体注入管线22进入脉冲振荡腔室27，喷入脉冲振荡腔室内的液体，一部分直接进入撞击体的流体入口，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体传播和脉冲波发生装置B的多相流体输出和脉冲波传播管线24注入到模拟储层的填砂管28中。
[0081](3)数据采集
[0082]实验开始后，对填砂管上不同检测点上的压力值进行实时监测，监测数据可由计算机直接获取，同时记录脉冲解堵降压过程中入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量及出口 pH值得变化；同时对驱出油水样品进行采集。
【权利要求】
1.多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:包括多相流体发生、存储系统，多相流体传播和脉冲波发生系统，储层岩心模拟系统，及动态实验数据采集系统；所述多相流体发生、存储系统包括高温蒸汽发生装置、驱油用气体存储装置、驱油或解堵用液体存储及发生装置与驱油用液体存储装置；其中高温蒸汽发生装置包括第一精密平流泵与高温蒸汽发生器，第一精密平流泵的出口端与高温蒸汽发生器底部的液体入口端相连接，高温蒸汽发生器顶部的液体出口端连接多相流体传播和脉冲波发生系统；驱油用气体存储 装置包括驱油用气体存储器，驱油用气体存储器连接多相流体传播和脉冲波发生系统；驱油或解堵用液体存储及发生装置包括氮气瓶与第一活塞式中间容器，第一活塞式中间容器的底端与氮气瓶相连接，第一活塞式中间容器的顶端连接多相流体传播和脉冲波发生系统；驱油用液体存储装置包括第二精密平流泵与第二活塞式中间容器，第二精密平流泵与第二活塞式中间容器的底端相连接，第二活塞式中间容器的顶端连接储层岩心模拟系统；所述多相流体传播和脉冲波发生系统包括多相流体注入管线、脉冲波发生装置和多相流体输出和脉冲波传播管线，所述高温蒸汽发生器的出口端、多相流体注入管线的流体入口端、驱油用气体存储器出口端、第一活塞式中间容器的出口端均与四通阀连接，脉冲波发生装置包括壳体与撞击体，多相流体注入管线的流体出口端连接壳体的流体入口端，壳体的流体出口端与撞击体的流体入口端连接，撞击体呈锥形，撞击体的锥形端深入到壳体内部,壳体与撞击体连接后,其内部形成脉冲振荡腔室,撞击体的流体出口端与多相流体输出和脉冲波传播管线的进口端连接，多相流体输出和脉冲波传播管线的出口端连接储层岩心模拟系统；储层岩心模拟系统包括填砂管和恒温箱，填砂管置于恒温箱内，填砂管的入口端与多相流体输出和脉冲波传播管线的出口端连接，在填砂管两侧设置有多个检测点，填砂管与动态实验数据采集系统相连接；动态实验数据采集系统包括功能传感器组、嵌入式信息处理器、量筒、紫外分光光度仪、PH仪与计算机，功能传感器组布设在填砂管两侧的多个检测点上，功能传感器组通过数据线连接嵌入式信息处理器，嵌入式信息处理器通过数据线连接计算机，紫外分光光度仪、PH仪和量筒布设在填砂管的出口端，紫外分光光度仪和PH仪分别通过数据线连接计算机。
2.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述第一精密平流泵通过第一管线与高温蒸汽发生器连接，在第一管线上设置有二通阀，所述高温蒸汽发生器通过第二管线与四通阀连接，在第二管线上设置有二通阀、浮子流量计与压力表，在第二管线外包裹石棉层；所述驱油用气体存储器通过第三管线与四通阀连接，在第三管线上设置有分压阀、浮子流量计与压力表；所述氮气瓶通过第四管线与第一活塞式中间容器连接，在第四管线上设置有分压阀、压力表、浮子流量计和二通阀，所述第一活塞式中间容器通过第五管线与四通阀连接，在第五管线上设置有缓冲蓄能器和二通阀；所述第二精密平流泵通过第六管线与第二活塞式中间容器连接，在第六管线上设置有二通阀，所述第二活塞式中间容器通过第七管线与填砂管入口端连接，在第七管线的两端均设置有二通阀；填砂管出口端通过第八管线连接量筒、紫外分光光度仪和PH仪，在第八管线上设置有二通阀。
3.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述恒温箱的温控范围为室温~120°C，所述四通阀、多相流体注入管线、脉冲波发生装置和多相流体输出和脉冲波传播管线也置于恒温箱中。
4.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述多相流体注入管线的内径为2mm，所述多相流体输出和脉冲波传播管线的内径为3mm ;所述多相流体注入管线的进口端以卡套式的连接方式与四通阀相连接，所述多相流体注入管线的出口端以嵌入式焊接的方式与壳体相连接；所述多相流体输出和脉冲波传播管线的进口端以嵌入式焊接的方式与撞击体相连接，所述多相流体输出和脉冲波传播管线的出口端以卡套式的连接方式与填砂管相连接。
5.根据权利要求2所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述第五管线、多相流体注入管线均与四通阀保持同一水平轴线连接，所述多相流体输出和脉冲波传播管线与填砂管保持同一水平轴线连接。
6.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述高温蒸汽发生器的最高注汽温度为300°C，第一精密平流泵与第二精密平流泵入口蒸馏水的流量均在O-1Oml之间调节，流量的精度均为0.01ml。
7.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述壳体内部脉冲振荡腔室的直径与撞击体的流体入口端与多相流体注入管线的流体出口端之间的脉冲振荡腔室的长度之比为0.6，所述撞击体的锥面角度为110°~130。。
8.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述壳体与撞击体通过标准螺栓相连接，连接面处设置有垫片，垫片材料为耐高温石棉橡胶板，垫片厚度为1_ ;在壳体内壁与撞击体外壁之间设置有密封环，密封环所米用的材料为耐高温石棉橡胶板，在撞击体外壁上开设有用于放置密封环的方形凹槽。
9.根据权利要求1所述的多相流体驱油-脉冲解堵一体化物理模拟实验装置，其特征在于:所述动态实验数据采集系统中的功能传感器组为温度、压力传感器，分别排布在填砂管两侧的检测点上；温度及压力值通过嵌入式信息处理器转换后传输到计算机上，所述紫外分光光度仪和PH仪通过串行接口与计算机相连接。
10.多相流体驱油、脉冲解堵一体化物理模拟实验装置的实验方法，其特征在于:在建立了模拟原始储层条件参数后，可以进行非混相驱油、高温蒸汽驱油、不加水力脉冲波条件下的驱油、水力脉冲波驱油与水力脉冲波解堵的组合实验；具体步骤如下: (1)模拟原始储层条件参数的建立 按照模拟地层砂的类型、粒度及相关物性参数对填砂管进行装填，装填后对填砂管进行装配，开启第六管线与第七管线上的阀门，关闭其他阀门；运行第二精密平流泵，对装填后的填砂管驱替饱和油水，建立模拟原始地层条件的含油、含水饱和度，以及模拟原始地层条件的物性参数； 所述饱和水的方法是通过利用模拟地层水对模拟储层的填砂管进行驱替，当填砂管尾部的压力检测点数据与填砂管出口端驱出水量不变时，则水驱过程结束；所述模拟原始的地层参数是通过饱和水量和填砂管入口端的稳定压力值计算而得；所述饱和油的方法是利用油相对已饱和模拟地层水的填砂管进行驱替，填砂管尾部的压力检测点数据与填砂管出口端驱出水量不变时，则油驱过程结束；并在相应的模拟温度下对模拟储层岩心进行老化； (2)进行相关I吴拟实验(201)高温蒸汽驱油实验 开启第一管线、第二管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；启动第一精密平流泵，设定注入蒸馏水的流量，待高温蒸汽发生器出口蒸汽温度和流量稳定后开始模拟实验，高温蒸汽驱替过程中，分多个时间点对不同检测点上高温蒸汽驱替过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的驱替时间、驱出油量、高温蒸汽的消耗量、压力变化及温度变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述高温蒸汽的消耗量为驱替时间内通过第一精密流量泵的蒸馏水的体积流量；所述温度、压力变化为每个压力检测点处，实时温度、压力值与饱和油水后每个检测点的差值；所述样品采集是对驱出油、气、水样品的采集； (202)非混相驱油实验 开启第三管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；通过第三管线上浮子流量计调节进入填砂管的气体流量，待气体流量稳定时开始非混相驱油模拟实验，非混相驱替过程中，分多个时间点对不同检测点上非混相驱替过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间 点对应的驱替时间、驱出油量、非混相气体的消耗量、压力变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述非混相气体的消耗量为驱替时间内通过浮子流量计的非混相气体的体积流量；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值；所述样品采集是对驱出油、气、水样品的采集； (203)水力脉冲波驱油实验 开启第四管线、第五管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；通过氮气瓶控制驱油液体的压力及流量，所述驱油液体为模拟地层水或驱油剂溶液；液体通过多相流体注入管线进入脉冲振荡腔室,喷入脉冲振荡腔室内的液体,一部分直接进入撞击体的流体入口端，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体注入管线注入到模拟储层的填砂管中；分多个时间点对不同检测点上驱油过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量、压力变化；所述入口流量为通过多相流体注入管线的流量，可通过入口流量与脉冲振荡腔室的大小计算脉冲波的发生频率；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述消耗液体量为驱替时间内中间容器内消耗的液体体积；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值，所述样品采集过程，包括对驱出油水样品的采集； (204)水力脉冲波解堵实验 开启第四管线、第五管线、第八管线上的阀门以及四通阀上相应的阀门，关闭其他阀门；通过氮气瓶控制解堵液体的压力及流量，所述解堵液体为模拟地层水或解堵剂溶液；液体通过多相流体注入管线进入脉冲振荡腔室,喷入脉冲振荡腔室内的液体,一部分直接进入撞击体的流体入口端，另一部分撞击在撞击体的锥面上，并在脉冲振荡腔室内形成一定厚度的剪切层而产生扰流，而扰流进一步在剪切层中形成周期频率的压力扰动，进而产生低频脉冲波，通过多相流体传播和脉冲波发生装置的出口管线注入到模拟储层的填砂管中；分多个时间点对不同检测点上驱油过程中的相关参数、样品进行采集，所述实验相关参数包括与时间点对应的入口流量、驱替时间、驱出油量、消耗液体量、压力变化、PH值变化和沉积物浓度变化；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述消耗液体量为驱替时间内中间容器内消耗的液体体积；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值；所述pH值变化为出口溶液pH值的变化，所述沉积物浓度的变化为出口沉积物浓度的变化；所述样品采集过程，包括对驱出油水样品及堵塞物的米集； (205)不加水力脉冲波条件下的驱油实验 开启第六管线、第七管线与第八管线上的阀门，关闭其他阀门；通过第二精密平流泵调节进入填砂管的液体流量进行驱油试验，分多个时间点对不同检测点上驱油过程中的相关参数、样品进行采集，所述的实验相关参数包括与时间点对应的驱替时间、驱出油量、消耗液体量、压力变化 ；所述驱出油量为填砂管出口端收集到的油的体积，所述消耗液体量为驱替时间内第二精密平流泵向填砂管中泵注的液体的体积；所述压力变化为每个压力检测点处，实时压力值与饱和油水后每个压力检测点的差值；所述样品采集是对驱出油水样品的采集。
【文档编号】E21B43/24GK104005741SQ201410244150
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】蒲春生, 何延龙, 吴飞鹏, 景成, 任杨, 董巧玲 申请人:中国石油大学(华东)