模拟油藏注水的试验装置及方法与流程

本申请属于石油开采技术领域，具体涉及一种模拟油藏注水的试验装置及方法。

背景技术：

在实际油藏开发过程中，油藏往往存在非均质性，油藏后期需要补充能量以满足油藏开发，注水作为一种常用的技术手段被广泛应用。对于非均质油藏在进行注水开发时，往往由于渗透率的差异而存在水窜的问题。分层注水可以控制高渗区和低渗区的水的注入量，在注水时，降低高渗区的配注量，因此可以减少水的突进，同时增大低渗区的配注量，增加水在低渗区的流速，可以有效缓解非均质油藏水窜的问题。

中国实用新型专利cn205135585u提供了一种分层注水模拟实验装置，该实验装置包括：多个依次首尾串接的可视套管模拟装置、模拟主油管、液泵、储液系统、模拟炮眼、流畅阀门、投球管路、投球阀门、投球前挡阀门、以及投球后挡阀门。储液系统连接液泵的入口，各模拟分油管通过模拟分油管回路阀门和模拟分油管流量计连接储液系统，模拟炮眼位于各可视套管模拟装置内，并位于模拟套管的侧壁上，流畅阀门设置在模拟主油管回路阀门和液泵之间，投球阀门设置在投球管路上。但是该实验装置主要注重于模拟井筒部分的分层注水，没有考虑油藏部分所受的影响，尤其是对非均质油藏开发的影响。

目前尚无针对非均质油藏进行注水的室内试验装置及方法。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟油藏注水的试验装置及方法，其可以模拟分层注水和笼统注水对开发非均质油藏的影响，为现场实际的油藏生产提供实验指导。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供一种模拟油藏注水的试验装置，包括：

容置有砂石的试验箱，所述试验箱中的砂石饱和石油；

容置于所述试验箱中的输入管柱，其向所述试验箱中输入带有压力的水，以对所述试验箱中的石油进行驱替；

注水机构，其与所述输入管柱相连接，用于向所述输入管柱内注入水；

容置于所述试验箱中的输出管柱，其用于将所述试验箱中的石油输出；

回压机构，其用于向所述输出管柱内加压，以控制所述石油的流出速度；

监测机构，其用于监测所述试验箱中注水驱油的效果。

在一个实施方式中，所述注水机构包括并联设置的第一注水机构和第二注水机构；

所述第一注水机构包括第一注水箱体和第一液箱，所述第一注水箱体内设置有第一活塞，所述第一活塞将所述第一注水箱体分隔成第一部分和第二部分，所述第一部分内容置有水，并与所述输入管柱相连通，所述第二部分通过第一泵与第一液箱连通；

所述第二注水机构包括第二注水箱体和第二液箱，所述第二注水箱体内设置有第二活塞，所述第二活塞将所述第二注水箱体分隔成第三部分和第四部分，所述第三部分内容置有水，并与所述输入管柱相连通，所述第四部分通过第二泵与第二液箱连通。

在一个实施方式中，所述注水机构还包括气瓶，所述气瓶分别与所述第一部分和所述第三部分相连通。

在一个实施方式中，所述输入管柱和所述输出管柱选自分段完井模拟管柱和笼统完井模拟管柱中的任意一种。

在一个实施方式中，所述分段完井模拟管柱包括：

第一油管，所述第一油管上开设有多个第一通孔；

套设在所述第一油管内的第二油管，所述第二油管上开设有多个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相连通；

将所述第一油管分成上下两部分的模拟封隔器，其连接在所述第二油管下部并与所述第一油管密封连接，所述模拟封隔器一端与所述第二油管相连通，另一端与所述第一油管相连通；

具有内腔的分流器，所述分流器具有第一开口、第二开口，以及与所述第一开口相对设置的第三开口，所述第三开口与所述第一油管相连接，所述第二油管与所述第一开口相连接，并从所述第三开口穿出后套设在所述第一油管内，以使所述第二开口与所述第一油管相连通。

在一个实施方式中，所述笼统完井模拟管柱包括：

第一油管，所述第一油管上开设有多个第一通孔；

具有内腔的分流器，所述分流器具有第一开口、第二开口，以及与所述第一开口相对设置的第三开口，所述第一油管与所述第三开口相连接，以使所述第一开口和所述第二开口与所述第一油管相连通。

在一个实施方式中，所述模拟油藏注水的试验装置还包括与所述输出管柱相连接的油水分离器，以及与油水分离器相连接的储油容器和储水容器。

在一个实施方式中，所述监测机构包括对所述试验箱进行实时监测的摄像机，以及对所述试验装置的压力监测的压力处理器和对所述试验装置流量监测的流量处理器。

在一个实施方式中，所述回压机构包括回压泵，所述回压泵与所述输出管柱之间设置有回压阀。

另外，本申请还提供一种模拟油藏注水的试验装置的试验方法，包括：

开启注水机构和回压机构，使第一注水箱体和/或第二注水箱体内的水流入所述输入管柱；

所述输入管柱将水导入所述试验箱，以对所述试验箱中的石油驱替进入所述输出管柱；

所述输出管柱将所述试验箱中的石油导入油水分离器进行油水分离，并将分离出的油导入储油容器，分离出的水导入储水容器，并对所述储油容器内的油进行测重，计算驱油效率；

监测机构实时监测所述试验箱内水驱油的波及体积，以及各个管路中油和/或水在单位时间内的压力和流量。

在一个实施方式中，所述输入管柱和所述输出管柱选自分段完井模拟管柱和笼统完井模拟管柱中的任意一种。

借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：本申请的模拟油藏注水的试验装置及方法可以进行模拟油藏的笼统注水和分层注水试验，然后对比两者试验的波及体积和驱油效率，以及在单位时间内的压力和流量数据，可以研究不同注水形式对非均质油藏的开发效果。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请实施方式的模拟油藏注水的试验装置的结构示意图；

图2为本申请实施方式的分段完井模拟管柱的结构示意图；

图3为本申请实施方式的笼统完井模拟管柱的结构示意图；

图4为本申请实施方式的试验箱正视图；

图5为本申请实施方式的试验箱侧视图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明提供一种模拟油藏注水的试验装置，包括：试验箱22、输入管柱、注水机构、输出管柱、回压机构、及监测机构。试验箱22内容置有砂石，所述试验箱22中的砂石饱和石油。输入管柱容置于所述试验箱22中，其向所述试验箱22中输入带有压力的水，以对所述试验箱22中的石油进行驱替。注水机构与所述输入管柱相连接，用于向所述输入管柱内注入水。输出管柱容置于所述试验箱22中，其用于将所述试验箱22中的石油输出。回压机构用于向所述输出管柱内加压，以控制所述石油的流出速度。监测机构用于监测所述试验箱22中注水驱油的效果。

本发明的模拟油藏注水的试验装置在使用时，首先在试验箱22中填入砂石并饱和石油，然后开启注水机构向输入管柱内注水，以对试验箱22中的石油进行驱替进入输出管柱。在注水驱油过程中，需开启回压机构向输出管柱内施加一定的压力以控制石油从输出管柱中流出的速度。从输出管柱中流出的石油可以进行回收，然后对回收的石油称重可以计算出注水驱油的效率。同时在进行注水驱油时，需开启监测机构以对水驱油过程中各个管路内的压力和流量进行监测分析，并可以通过监测机构记录水驱油的波及体积。

在本实施方式中，请参见图4和图5，该试验箱22大致呈长方体结构，该长方体结构的一个侧面可以由钢化玻璃59制成，其余面通常可以由金属板58密封制成。其中由钢化玻璃59制成的面用来方便监测机构进行实时监测。该试验箱22中的下部砂石通常放置粒度较大的砂，上部通常放置粒度较小的砂。当然地，本领域技术人员也可以根据实际需要将下部放置粒度较小的砂，上部放置粒度较大的砂，或者适试验需要进行多层砂石的填放，本申请对此不作任何限制。砂石填满试验箱22后，可以向试验箱22中注入石油，较佳的，注入的石油要饱和砂石，以模拟地层中石油的真实状态。

输入管柱可以容置在试验箱22中，其用于模拟实际生产过程中的注水管柱。通过该输入管柱可以向试验箱22中注入水，以对试验箱22中的石油进行有效驱替。因为在实际生产过程中注水驱油可以是分层注水，或者是笼统注水。因此在模拟油藏注水试验时，该输入管柱也可以选择分段完井模拟管柱10模拟分层注水，还可以选择笼统完井模拟管柱20进行笼统注水，本领域技术人员可以根据试验的需要进行选择，本申请对此也不做任何限制。

同理，输出管柱也可以选自分段完井模拟管柱10和笼统完井模拟管柱20中的任意一种。且该输出管柱也可以容置在试验箱22中，用于将水驱替的石油导出试验箱22。

在进行试验过程中，为了保证试验中从试验箱22中导出的石油流速平稳，该试验装置还可以设置一个回压机构。该回压机构通常包括回压泵41，且所述回压泵41与所述输出管柱之间还可以设置回压阀42和回压压力计43。试验时可以打开回压阀42，回压泵41可以向输出管柱内施加一定的压力，该压力通常与输入管柱内的注水压力相适应，以防止输入管柱和输出管柱的压差过大，在试验箱22内形成水窜。

注水机构可以与输入管柱相连接，用于向输入管柱内注入水。通常情况下，该注水机构可以包括并联设置的第一注水机构和第二注水机构。第一注水机构和第二注水机构可以同时开启也可以分别开启进行注水。举例说明，若进行分层注水试验，可以把第一注水机构和第二注水机构同时开启，使第一注水机构向油层下部进行注水，第二注水机构向油层上部进行注水。若进行笼统注水，可以单独开启第一注水机构或者单独开启第二注水机构向输入管柱内注水。

进一步地，所述第一注水机构可以包括第一注水箱体5和第一液箱1。所述第一注水箱体5内可以设置有第一活塞，所述第一活塞将所述第一注水箱体5分隔成第一部分和第二部分，所述第一部分内容置有水，并与所述输入管柱相连通，所述第二部分通过第一泵2与第一液箱1连通。且第一泵2与第一注水箱体5之间还可以包括第一压力表3、第一入口阀51、以及第一泄流阀52。第一注水箱体5和输入管柱之间还可以包括第一出口阀6、第二压力表7、第一液流控制阀8和第一单向阀9。

同理，所述第二注水机构可以包括第二注水箱体15和第二液箱11，所述第二注水箱体15内设置有第二活塞，所述第二活塞将所述第二注水箱体15分隔成第三部分和第四部分，所述第三部分内容置有水，并与所述输入管柱相连通，所述第四部分通过第二泵12与第二液箱11连通。且第二泵12与第二注水箱体15之间还可以包括第三压力表13、第二入口阀61、以及第二泄流阀62。第二注水箱体15和输入管柱之间还可以包括第二出口阀16、第四压力表17、第二液流控制阀18和第二单向阀19。

在一个优选的实施方式中，该注水机构还可以包括气瓶23，所述气瓶23分别与所述第一部分和所述第三部分相连通。为了保证在试验结束后，第一注水箱体5内的第一活塞和第二注水箱体15内的第二活塞复位以进行下次试验，可以利用气瓶23向第一注水箱体5的第一部分和第二注水箱体15的第三部分加压，使第一活塞和第二活塞分别向第二部分和第四部分移动，以使第一部分和第三部分留有足够的空间再次加入水。需要说明的是，该气瓶23与第一注水箱体5之间可以包括气瓶压力表24、气压控制阀25、气压压力表26、第一气体流入阀27、以及气体泄流阀60。气瓶23与第二注水箱体15之间可以包括气瓶压力表24、气压控制阀25、气压压力表26、以及第二气体流入阀28。

进一步地，若模拟油藏分层注水时，该输入管柱可以选择分段完井模拟管柱10，若模拟油藏笼统注水时，可以采用笼统注水模拟管柱20。同理，若模拟分层采油时，可以选择分段完井模拟管柱10，若模拟笼统采油时，可以采用笼统注水模拟管柱20。本领域技术人员可以根据实际试验的需要进行随意组合，本申请对此不做出任何限制。

如图2所示，以模拟分层注水为例，该试验中的输入管柱可以采用分段完井模拟管柱10。该管柱可以包括：第一油管55、第二油管56、模拟封隔器57、以及分流器54。具体地，所述第一油管55上可以开设有多个第一通孔。第二油管56套设在所述第一油管55内，所述第二油管56上可以开设有多个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔相连通。模拟封隔器57将所述第一油管55分成上下两部分(以砂石的粒度大小的分布为界限)，其连接在所述第二油管56下部并与所述第一油管55内壁密封连接，所述模拟封隔器57上端与所述第二油管56相连通，下端与所述第一油管55相连通。较佳地，该模拟封隔器57上可以具有凸起，该第一油管55可以分成上下两段，上下两段第一油管55可以与模拟封隔器57上的凸起卡合密封。

分流器54具有内腔，所述分流器54具有第一开口49、第二开口50，以及与所述第一开口49相对设置的第三开口53。其中，第一开口49和第二开口50可以设置在分流器54的顶盖上，第三开口53可以设置在分流器的底盖上。第一开口49可以与第一注水箱体5的第一部分相连通，第二开口50可以与第二箱体15的第三部分相连通。所述第一油管55与所述第三开口53相连接，所述第二油管56与所述第一开口49相连接并从所述第三开口53穿出后套设在所述第一油管55内，以使所述第二开口50与所述第一油管55相连通。这样，该分段完井模拟管柱10在进行分层注水时，可以同时开启第一液箱1和第二液箱11，使第一液箱1中的液体流入第一注水箱体5的第二部分，并推动第一活塞向第一部分滑动，使第一部分中的水通过分流器54的第一开口49、第二油管56、模拟封隔器57，流入第一油管55下部中，并通过第一油管55上的第一通孔注入试验箱22的下部砂石中驱替石油。同理，第二液箱11中的液体流入第二注水箱体15的第四部分，并推动第二活塞向第三部分滑动，使第三部分中的水通过分流器54的第二开口50、第三开口53，流入第一油管55上部中，并通过第一油管55上的第一通孔注入试验箱22的上部砂石中以驱替石油。

如图3所示，以笼统注水为例介绍笼统完井模拟管柱20。该笼统完井模拟管柱20可以包括：第一油管55和分流器54。该第一油管55和分流器54的具体结构同上，本申请在此不再赘述。需要强调的是，在进行笼统注水试验时，可以令第一注水箱体5和第二注水箱体15同时开启，利用分流器54的第一开口49和第二开口50同时向笼统完井模拟管柱20中注水。也可以只开启第一注水箱体5，向分流器54的第一开口49内注水，当然还可以只开启第二注水箱体15，利用分流器54的第二开口50向笼统完井模拟管柱20内注水。同样地，输出管柱也可以采用分段完井模拟管柱10和笼统完井模拟管柱20中的任意一种，且原理类似，本申请同样不赘述。

在另外一个优选的实施方式中，该输出管柱可以通过出口控制阀30连接油水分离器36。该油水分离器36可以为一个，或者该油水分离器36还可以为两个。若输出管柱采用笼统完井模拟管柱20时，通常可以使用一个油水分离器36。若输出管柱采用分段完井模拟管柱10时，则可以采用两个油水分离器36。该两个油水分离器36可以分别与分流器54的第一开口49和第二开口50连接，进而分别与试验箱22的上层和下层连通。通过油水分离器36分离的油可以采用储油容器39收集，水可以采用储水容器40收集，在收集油和水的同时可以通过流量计33测量油和水的流量。

进一步地，该监测机构可以包括对所述试验箱22进行摄像的摄像机47。该摄像机47可以随时监测试验箱22中水驱油的波及体积。例如，可以向试验箱22中注入带有颜色的水，该摄像机47可以实时记录该带有颜色的水的波及体积，并将每次试验的波及体积进行对比分析。该监测机构还可以包括对所述试验装置中各个管路内水或油的压力进行监测的压力处理器45，以及对所述管路内水或油的流量进行监测的流量处理器46，并将二者实时反映在信息采集装置48中进行显示。试验过程中可以在相同时间内，对比不同试验方式中水和油的压力和流量数据进行比较分析。

需要说明的是，本实施例提供的泵、阀等可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实施例所提供的技术方案，在此将不再对上述部分进行赘述，说明书附图也进行了相应简化。但是应该理解，本实施例在范围上并不因此而受到限制。

另外，本发明还提供了一种油藏注水的试验装置的试验方法，包括如下步骤。

s1：开启注水机构和回压机构，使第一注水箱体5和/或第二注水箱体15内的水流入所述输入管柱。

s2：所述输入管柱将水导入所述试验箱22，以对所述试验箱22中的石油驱替进入所述输出管柱。

s3：所述输出管柱将所述试验箱22中的石油导入油水分离器36进行油水分离，并将分离出的油导入储油容器39，分离出的水导入储水容器40，并对所述储油容器39内的油进行测重，计算驱油效率。

s4：监测机构实时监测所述试验箱22内水驱油的波及体积，以及各个管路中油和/或水在单位时间内的压力和流量。

在该试验方法中，可以适试验的需要选择输入管柱和输出管柱，同前所述，输入管柱和所述输出管柱可以选自分段完井模拟管柱10和笼统完井模拟管柱20中的任意一种。

本申请的模拟油藏注水的试验装置及方法可以进行模拟油藏的笼统注水和分层注水试验，然后对比两者试验的波及体积和驱油效率以及在单位时间内的压力和流量数据，可以研究不同注水形式对非均质油藏的开发效果。

使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。