本申请涉及油气藏渗流技术领域，尤其是涉及一种不稳定渗流热模拟设备。
背景技术：
渗流是指流体在多孔介质或裂缝中的流动。在油气勘探技术领域，研究油气藏的渗流规律，对于了解油气藏中的驱油机理，控制油水或油气边界的均匀推进，以及合理开发油气田都具有重要意义。
目前，常采用水电模拟渗流实验来研究油气藏的渗流规律。水电模拟渗流实验所采用的主要设备是基于依据水和电的相似原理而制成的渗流模拟实验装置。通过水电模拟渗流实验可以预测出油水井产量或注入量、油藏等势线分布、流线分布等。
由于水电模拟渗流实验所用的电解质溶液是均匀稳定的，电势场满足拉普拉斯方程，因此只能用来研究均质地层刚性流体的稳定渗流问题，因此，目前亟需一种可用于模拟不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场的技术方案。
技术实现要素：
本申请实施例的目的在于提供一种不稳定渗流热模拟设备，以模拟不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场。
为达到上述目的，本申请实施例提供了一种不稳定渗流热模拟设备，包括可控热源、热传导载体、和热成像装置，其中：
所述可控热源位于所述热传导载体内，用于形成各种井型的热源，以模拟位于不稳定渗流地层内的各种井型；
所述热传导载体，用于通过传导所述可控热源产生的热量形成温度场，以模拟所述不稳定渗流地层；
所述热成像装置，用于实时采集所述热传导载体的温度场数据，并基于所述温度场数据实时输出热图像，以实时模拟所述不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热传导载体包括热传导介质和设置于所述热传导介质的上表面的热敏层，所述可控热源位于所述热传导介质内；
所述热传导介质，用于通过传导所述可控热源产生的热量形成温度场，以模拟所述不稳定渗流地层；
所述热敏层，用于突出显示所述温度场。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热传导载体还包括设置于所述热敏层的外表面上的透明的热量缓释层，所述热量缓释层上布满热成像观测孔。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热量缓释层包括硼硅酸盐玻璃。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热传导载体还包括：
用于模拟所述不稳定渗流地层的封闭边界的隔热层，所述隔热层设置于所述热传导介质的侧面及下表面。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述可控热源包括：
若干个加热电阻，所述若干个加热电阻构成混联电阻电路，每个加热电阻串接有一个温控开关，所述混联电阻电路和所述温控开关用于模拟油井的井类型。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热成像装置包括红外热像仪。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热成像装置位于所述热传导载体的几何中心正上方。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热成像装置与所述热传导载体之间的间距等于所述热成像装置的焦距。
在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，所述热传导介质的导热系数低于预设导热系数阈值，所述热传导介质的比热容高于预设比热容阈值，且所述热传导介质的密度大于预设密度阈值。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，在本申请实施例的不稳定渗流热模拟设备中，可控热源位于热传导载体内可用于形成各种井型的热源，以模拟位于不稳定渗流地层内的各种井型；热传导载体可用于通过传导可控热源产生的热量形成温度场，以模拟所述不稳定渗流地层；热成像装置可用于实时采集所述热传导载体的温度场数据，并基于所述温度场数据实时输出热图像，以实时模拟不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布，从而通过温度场实现了对不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场的模拟，使得后续可利用不稳定渗流热模拟设备研究不稳定渗流地层内可压缩流体的不稳定渗流规律。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本申请一实施例的不稳定渗流热模拟设备的组成结构示意图；
图2为本申请一实施例中不稳定渗流热模拟设备的可控热源的电路原理图；
图3为本申请一实施例中不稳定渗流热模拟设备的热量缓释层的俯视示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都应当属于本申请保护的范围。
为便于理解本申请，在描述本申请具体实施方式之前，先介绍本申请实施方式所依赖的压力场和温度场相似准则，具体如下：
相似准则：利用热传导模拟地层流体的渗流规律，其机理在于，流体通过多孔介质流动的微分方程与热通过热导体载体传导的微分方程之间的相似性。
多孔介质中流体的流动遵守达西定律：
通过导体的热量遵守傅里叶导热定律：
弹性多孔介质单相可压缩液体不稳定渗流连续性方程：
热导体中非稳态导热微分方程：
上述式中，
v—流速，m/s；
q—通过一定面积a上的总流量，cm3/s；
a—渗流截面积，cm2；
k—渗透率，μm2；
μ—流体粘度，mpa·s；
p—压力，0.1mpa；
q—导热热流密度，w/m；
φ—通过一定面积a上的总导热量，w·m；
a—导热截面积，m2；
t—温度，k；
λ—导热系数，w/(m·k)；
对比上述弹性多孔介质单相可压缩液体不稳定渗流连续性方程与上述热导体中非稳态导热微分方程，可以看出：热传导与渗流场可用相同的微分方程进行描述，因此，弹性多孔介质单相可压缩液体不稳定渗流的问题可用非稳态导热的情况进行模拟。于是可以用等温线来描述渗流场的压力分布，用导热量来描述流量，用导热热流密度来表示流速，用热阻来描述渗流阻力。
物理模拟模型各参数与油层原型相应参数之间存在比例关系，称为相似系数。各相似系数之间满足一定的约束条件，称为相似准则。热传导模拟各相似系数定义如下：
1)几何相似系数
模型的几何参数与实际地层的相应几何参数的比值。即：
其中，任意位置的几何相似系数应当相同。
2)时间相似系数
模型中时间差与实际地层渗流时间差的比值。即：
3)物理相似系数
模型中的热扩散系数与实际地层导压系数的比值。即：
4)温度与压力相似系数
模型中温度与实际地层压力的比值。即：
上述无因次相似系数公式中，下标m表示模型中的参数，o表示地层中的参数；
(l)m—模型中的长度尺寸；
(l)o—地层中的长度尺寸；
(δt)m—模型中时间差；
(δt)o—实际地层中渗流的时间差；
t—模型中的温度；
ti—模型中的初始温度；
p—油层中的压力；
pi—油层中的初始压力；
c—模型材料的比热容；
ρ—模型材料的密度；
ct—地层的综合压缩系数；
π1—压力相似系数；
π2—流量相似系数；
π3—阻力相似系数；
π4—几何相似系数；
5)相似准则
将上述四个无因次相似系数代入傅里叶方程中：
因此得到：(π1)2＝π2π3，π4可以任意给定；根据上述四个无因次相似系数就可以将实际的地层不稳定渗流模型转化为相应的热模拟模型。
参考图1所示，在了解上述理论基础上，本申请一实施方式的不稳定渗流热模拟设备整体上可以包括热传导载体1、可控热源2和热成像装置3。其中：
所述可控热源2可位于所述热传导载体1内，所述可控热源2可用于形成各种井型的热源，以模拟位于不稳定渗流地层内的各种井型(例如直井、水平井等)。所述热传导载体1可用于通过传导所述可控热源2产生的热量形成温度场，以模拟所述不稳定渗流地层。所述热成像装置3可用于实时采集所述热传导载体的温度场数据，并基于所述温度场数据实时输出热图像，以实时模拟所述不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布。
参考图1所示，在本申请一实施方式中，所述热成像装置3例如可以为红外热像仪等。所述红外热像仪在实时采集到所述热传导载体1的温度场数据后，可利用自带的图像数据处理软件实时生成热图像并输出显示，从而实时模拟了所述不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布。
在本申请一个实施例中，为达到较好的热成像效果，所述热成像装置3中的红外热像仪可以位于所述热传导载体1的几何中心正上方(如图1所示)，且所述红外热像仪与所述热传导载体1之间的间距等于所述红外热像仪的焦距，或略大于焦距。
一般地，红外热像仪都有其配套的图像数据处理软件，比如使用flir公司所生产的红外热像仪，利用该热像仪配套的reporter软件可将红外热像仪所采集温度场数据实时生成热图像并输出显示从而实时模拟了所述不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布、压降漏斗等。其中：
1)渗流场分布
根据所述温度场数据绘制出带有等温线分布的温度场，然后用带有等温线分布的温度场来模拟所述不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布。具体的，利用reporter软件可以根据红外图像绘制对应的等温线图，根据相似原理可知该等温线图也是渗流场中的等压线图，同时可以利用相似系数计算出每条等压线对应的压力。此外，利用reporter软件还可以测量热图像上两点之间的温度差，测量出模拟井和模拟地层边界之间的温度差，根据压力相似系数便可计算出压差。
2)压降漏斗
流体向油井流动时，随着流动截面积的缩小，各点的流速增加，在油井井底附近形成一个压力急剧降低的区域，该区内的压力分布形似漏斗。故称压降漏斗。区域性流动所形成的压降区亦会形成范围更大的类似的压降漏斗。当渗流场分布确定时，通过渗流场分布可识别出压降漏斗。在本申请一个实施例中，可利用reporter软件的线温分布图工具可以绘制出任意一条线上的温度分布图像，即可绘制出模拟井到模拟地层边界的温度分布图像，根据相似原理，该温度分布图象就对应着渗流场的压降漏斗。
由此可见，本申请实施方式利用热成像装置3绘制渗流场图，相对于现有技术而言更加准确、高效、形象。
参考图1所示，在本申请一实施方式中，所述热传导载体1可以包括热传导介质11和设置于所述热传导介质11的上表面的热敏层12。其中，
所述热传导介质11可用于模拟不稳定渗流地层。所述热传导介质11应尽量选择导热系数较小(例如可低于预设导热系数阈值)、比热容较大(例如可高于预设比热容阈值)且密度较大(例如可大于预设密度阈值)的材料，比如陶瓷等；这样可以更好地反映不稳定渗流的过程。在本申请实施例中，还可根据要模拟的油藏边界形状，将热传导载体设置成相应的形状，以使得模拟更加逼真。所述可控热源2可安装于所述热传导介质11内。
所述热敏层12可用于基于温度场模拟显示所述不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场。在本申请一实施例中，可利用所述热敏层12随温度变化其颜色会发生相应变化的特性，从而可以有利于直观展示出渗流场图。
参考图1所示，在本申请一实施方式中，所述热传导载体1还可以包括设置于所述热敏层12外表面上的透明的热量缓释层13。结合图3所示，所述热量缓释层13上布满热成像观测孔15。本申请实施例中，所述热量缓释层13用于减少系统热对流和热辐射所造成的热量散失；同时，为了能使热成像设备3更好的检测到热传导介质11上的温度分布，需在所述热量缓释层13上开设这些热成像观测孔15。至于所述热成像观测孔15在所述热量缓释层13上的位置及数量，可根据需要预先设计好。在一示例性实施方式中，所述热量缓释层13例如可以为硼硅酸盐玻璃等具有较好热稳定性的透明材质。
参考图1所示，在本申请一实施方式中，所述热传导载体1还可以包括隔热层14，所述隔热层14可设置于所述热传导介质11的侧面和下表面，以用于模拟所述不稳定渗流地层的封闭边界。当需要模拟的油藏具有封闭边界，则可在所述热传导介质11的侧面和下表面设置所述隔热层14以作为被模拟油藏的封闭边界。
在本申请一个实施例中，所述可控热源2包括若干个加热电阻(例如图2中的r1、r2、...、rn、rn+1)，所述若干个加热电阻构成混联电阻电路，每个加热电阻串接有一个温控开关(例如图2中的k1、k2、...、kn、kn+1)，所述混联电阻电路和所述温控开关用于模拟油井的井类型。具体的，可通过改变电阻的放置方式、形状以及长度来模拟不同的井型。例如，将多个电阻竖直放置并串联来模拟直井；将多个电阻水平放置并串联来模拟水平井；将多个电阻水平放置并通过串并联组合来模拟分支水平井等等。其中，形状以及长度改变可通过温控开关的开闭组合实现。
由此可见，在本申请实施方式的不稳定渗流热模拟设备中，可控热源位于热传导载体内可用于形成各种井型的热源，以模拟位于不稳定渗流地层内的各种井型；热传导载体可用于通过传导可控热源产生的热量形成温度场，以模拟所述不稳定渗流地层；热成像装置可用于实时采集所述热传导载体的温度场数据，并基于所述温度场数据实时输出热图像，以实时模拟不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场分布，从而通过温度场实现了对不稳定渗流地层内可压缩流体的渗流场的模拟，即本申请实施方式为研究不稳定渗流地层内可压缩流体的不稳定渗流规律提供了设备平台，使得后续可利用不稳定渗流热模拟设备研究不稳定渗流地层内可压缩流体的不稳定渗流规律。
本说明书中的各个实施方式均采用递进的方式描述，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处，各个实施方式之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的部件或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种部件或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的部件或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。