一種三維水平井控水物理模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】一種三維水平井控水物理模擬實驗裝置，涉及水平井開發過程中控水技術，為模擬得到底水油藏及直井注水與水平井采油聯合井網開發過程中水平井控水參數與規律而設計。至少包括：支架、模型、模擬直井井筒和模擬水平井井筒，支架與模型為轉動連接，模型包括上蓋、框體、活塞和底板；框體的前側開有一個以上水平井孔，分多層排布，可將模擬水平井井筒插入不同深度的水平井孔或者同一水平線上不同位置的水平井孔中；上蓋中部開有一個以上測壓井孔，可插入模擬直井井筒，模擬直井，或者插入測壓管線，測量不同深度、不同位置處的壓力；模型內腔下部設有活塞，利用活塞實現上覆壓力的施加。具有模擬水平井生產出水時間、控水時機、控水方法等功能，可以模擬高溫高壓等真實儲層條件。
【專利說明】一種三維水平井控水物理模擬實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水平井開發過程中控水技術，具體為一種三維水平井控水物理模擬實驗裝置。該實驗裝置可以模擬得到底水油藏及直井注水與水平井采油聯合井網開發過程中水平井控水相關參數與規律，具有模擬水平井生產出水時間、臨界產量、堵水時機、控水方法(包括先期控水和后期控水)、控水效果分析等功能。
【背景技術】
[0002]現有的油藏水平井開發物理模擬模型主要有二維模型和三維模型，二維模型無法在空間上體現底水對水平井開采的作用和影響；三維模型中，用于控水、堵水研究的三維物理模擬模型目前耐壓不夠，例如在中國專利CN202788797U中，其模型耐壓僅為3MPa，這與普遍高于IOMPa的油藏壓力差距較大，無法反映真實油藏情況，而且不能模擬直井注水與水平井采油聯合井網開發的情況。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種用于底水油藏水平井開發或直井與水平井聯合井網開發中水平井控水的模擬實驗裝置，該模擬實驗裝置能模擬高溫高壓等真實儲層條件，因此可以實現油藏溫度、壓力條件下的三維物理模擬。
[0004]本實用新型提供以下技術方案:
[0005]一種三維水平井控水物理模擬實驗裝置，包括:支架、模型、模擬直井井筒和模擬水平井井筒，其特征在于:所述支架與所述模型為轉動連接，所述模型包括上蓋、框體、活塞和底板，所述上蓋中部開有一個以上測壓井孔，可插入所述模擬直井井筒以模擬直井，或者插入測壓管線，測量不同深度、不同位置處的壓力；所述框體通過螺栓分別與所述上蓋、所述底板密封連接，形成封閉的模型內腔，所述框體的前側具有至少一個以上水平井孔，可裝入所述模擬水平井井筒以模擬水平井；所述活塞設置在所述模型內腔的下部，包括上部活塞層、下部活塞層以及固定在下部活塞層底部中央的位移指示桿，所述上、下部活塞層之間靠近外緣的位置設有活塞密封圈，在兩個活塞層中間形成空腔，用來連通底水，造成統一的底水邊界，所述底板上開有底水進口和加壓液體進出口。
[0006]優選地，所述轉動連接是由框體外側左右相對面通過轉軸與所述支架轉動連接，所述轉動連接可進行360度的轉動，并可通過轉軸上的鎖緊螺母將所述模型固定在任意角度，所述支架下部有四個萬向輪，可以移動所述實驗裝置。
[0007]優選地，所述模型內腔中裝填砂子；所述框體內壁打毛。
[0008]優選地，所述模擬水平井井筒采用篩管完井方式，所述模擬水平井井筒通過壓帽壓緊O型圈與水平井孔密封；所述模擬直井井筒的完井方式為射孔型或割縫篩管型。
[0009]優選地，所述框體前側水平井孔為至少兩個以上，且分多層排布，可根據需要將所述模擬水平井井筒插入不同深度的所述水平井孔中或者插入同一水平線上不同位置的水平井孔中。[0010]優選地，所述測壓管線選用內徑3_的高壓管線，所述測壓管線通過壓帽、平墊和O型圈擠緊所述測壓井孔。
[0011]優選地，所述上部活塞層與所述下部活塞層通過8個活塞壓緊螺釘夾緊，通過均勻調整所述8個螺釘，可調節活塞中間的空腔的大小。
[0012]優選地，所述上部活塞層上均勻分布I個以上的小孔，底水通過這些小孔向上進入模型內腔，每個小孔上方裝有不銹鋼底水濾芯；所述下部活塞層上設有一個底水進入孔，通過盤在底板的凹槽內的管線連通底板上的底水進口。
[0013]優選地，所述位移指示桿通過底板中央伸出模型外，與位移傳感器相連，實現對活塞位移的監控。
[0014]優選地，所述模型和所述支架可整體置于恒溫箱中實現加溫與控溫，從而模擬真實油藏的環境。
[0015]上覆壓力的施加:上覆壓力由活塞施加，通過使用一臺自動圍壓泵向活塞下部注入加壓液體來完成。圍壓泵使用的是液壓泵，該泵設計有手動、電動、計算機控制下的自動三種運行方式，當我們使用接口線將其連上計算機并將手動/自動開關置于自動狀態即可實現計算機控制，通過軟件菜單實現恒壓控制。
[0016]井筒出口連接回壓器，使用回壓器的目的是:提高總體工作壓力，并防止在高溫實驗中巖心中以及出口處液體的汽化。
[0017]本實用新型提供的三維物理模擬實驗裝置可用于底水油藏水平井開發或直井與水平井聯合井網開發中水平井控水研究，并能體現真實的油藏溫度、壓力條件，耐壓最高可達15MPa，實驗溫度最高達150攝氏度。此裝置使用范圍涵蓋不同水平井避水高度、不同完井方式、不同井網形式等條件，既可以模擬單一水平井在底水驅動與影響下控水工藝與開采工藝，又可以模擬直井注水與水平井生產聯合井網開發情況下水平井控水機理與規律，為油田實際生產提供參考。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]附圖1水平井控水物理模擬實驗裝置結構示意圖
[0019]圖中，1-模型，2-密封墊，3-鎖緊螺母，4-轉軸，5-框體，6-底水濾芯，7-底板，8-底水進口，9-支架，10-測壓井孔，11-上蓋，12-水平井孔，13-上部活塞層，14-活塞壓緊螺釘，15-活塞密封圈，16-下部活塞層，17-加壓液體進出口，18-位移指示桿。
【具體實施方式】
[0020]為將本實用新型的目的、技術方案和優點展示的更加明白、清楚，以下結合具體實施例，并參照附圖，進一步詳細說明。
[0021]如圖1所示，本申請中的水平井控水物理模擬實驗裝置包括:支架9、模型1、模擬直井井筒和模擬水平井井筒，其中，支架9與模型I為轉動連接，模型I包括上蓋11、框體
5、活塞和底板7 ;底板上開有底水進口 8和加壓液體進出口 17。
[0022]其中，上蓋11中部開有16個測壓井孔10，既可以插入模擬直井井筒，模擬直井，又可以插入測壓管線，測量不同深度、不同位置處壓力。模擬直井井筒按完井方式分為射孔型和割縫篩管型兩種，為滿足地層分4層的要求，每種類型模擬直井井筒按完井深度不同分別制作16個模擬直井井筒，模擬直井井筒末端制作成可拆卸的錐度頭，以方便插入模擬地層和清洗模擬直井井筒；測壓管線選用內徑3mm的高壓管線，至少16根，測壓管線通過壓帽、平墊、O型圈與測壓井孔10擠緊，可根據需要插入不同的深度，以測量不同深度、不同平面位置處的油藏壓力。上蓋11外圍焊有兩個起重吊環，用來吊起上蓋11。
[0023]其中，模型I內腔規格為400 X 400 X 250mm，框體5壁厚60mm，耐壓15MPa。上下各開有密封槽，裝入密封墊2，分別實現和上蓋11、底板7的密封。各有12個螺栓，連接上蓋11和底板7。上緊螺栓時要對角均勻緊固，防止和框體5之間的密封墊2受力不均，產生泄漏。框體5內四周內壁打毛。框體5外側左右相對面焊有轉軸4，支撐模型I轉動。框體5的前側有9個水平井孔12，水平井孔12分3層，可根據需要在不同深度、不同水平位置的井孔中裝入模擬水平井井筒，模擬水平井井筒采用篩管完井方式，模擬水平井井筒通過壓帽壓緊O型圈實現密封。模型內腔下部設有活塞。
[0024]活塞包括上部活塞層13、下部活塞層16以及固定在下部活塞層16底部中央的位移指示桿18，上、下部活塞層之間靠近外緣的位置設有活塞密封圈15，在兩個活塞層中間形成空腔，用來連通底水，造成統一的底水邊界；上部活塞層13與下部活塞層16通過8個活塞壓緊螺釘14夾緊，利用對角均勻的調整這8個螺釘，可調節空腔的大小，上部活塞層13上均勻分布16個小孔，底水通過這些小孔向上進入模型內腔，每個小孔上方裝有不銹鋼底水濾芯6，防止砂子堵塞底水通道；下部活塞層16上設有一個底水進入孔，通過盤在底板7的凹槽內的管線連通底板7上的底水進口 8。位移指示桿18通過底板7中央伸出模型I夕卜，與位移傳感器相連，實現活塞位移的監控。
[0025]底板7四周通過12個螺栓與框體5相連，底板7上的加壓液體進出口 17為加載上覆壓力使用。
[0026]支架9主要用來支撐和移動模型1，模型I置于支架9上，可進行360度轉動，既可以模擬不同地層傾角條件，又方便卸砂。模型I旋轉到任意角度后，上緊鎖緊螺母3，可以將模型I固定。支架9下部有四個萬向輪，可以手推移動本實驗裝置。下部的兩條支撐架四周固定有密封封條，本實驗裝置推入烘箱時可阻擋熱風外泄。
[0027]上覆壓力的施加:上覆壓力由自帶的液壓活塞施加，通過使用一臺自動圍壓泵向活塞下部注入加壓液體來完成。圍壓泵使用的是液壓泵，該泵設計有手動、電動、計算機控制下的自動三種運行方式，當使用接口線將其連上計算機并將手動/自動開關置于自動狀態即可實現計算機控制，通過軟件菜單實現恒壓控制。
[0028]井筒出口連接回壓器，使用回壓器的目的是:提高總體工作壓力，并防止在高溫實驗中巖心中以及出口處液體的汽化。
[0029]本實驗裝置可由恒溫箱加溫與控溫，溫度最高達150°C，控溫精度±1°C。恒溫箱底部開有導槽，能夠將本實驗裝置整體推入恒溫箱，導槽處可與本實驗裝置緊密接觸，實現密封，因此能夠對本裝置進行恒溫實驗。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種三維水平井控水物理模擬實驗裝置，包括:支架(9)、模型(I)、模擬直井井筒和模擬水平井井筒，其特征在于:所述支架(9)與所述模型(I)為轉動連接，所述模型(I)包括上蓋(11)、框體(5)、活塞和底板(7)，所述上蓋(11)中部開有一個以上測壓井孔，可插入所述模擬直井井筒以模擬直井，或者插入測壓管線，測量不同深度、不同位置處的壓力；所述框體(5)通過螺栓分別與所述上蓋(11)、所述底板(7)密封連接，形成封閉的模型內腔，所述框體(5)的前側具有至少一個以上水平井孔(12)，可裝入所述模擬水平井井筒以模擬水平井；所述活塞設置在所述模型內腔的下部，包括上部活塞層(13)、下部活塞層(16)以及固定在下部活塞層(16)底部中央的位移指示桿(18)，所述上、下部活塞層之間靠近外緣的位置設有活塞密封圈(15)，在兩個活塞層中間形成空腔，用來連通底水，造成統一的底水邊界，所述底板(7)上開有底水進口(8)和加壓液體進出口 (17)。
2.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述轉動連接是由框體(5)外側左右相對面通過轉軸(4)與所述支架(9)轉動連接，所述轉動連接可進行360度的轉動，并可通過轉軸(4)上的鎖緊螺母(3)將所述模型(I)固定在任意角度，所述支架(9)下部有四個萬向輪，可以移動所述實驗裝置。
3.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述模型內腔中裝填砂子；所述框體(5)內壁打毛。
4.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述模擬水平井井筒采用篩管完井方式，所述模擬水平井井筒通過壓帽壓緊O型圈與水平井孔(12)密封；所述模擬直井井筒的完井方式為射孔型或割縫 篩管型。
5.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述框體(5)前側水平井孔(12)為至少兩個以上，且分多層排布，可根據需要將所述模擬水平井井筒插入不同深度的所述水平井孔(12)中或者插入同一水平線上不同位置的水平井孔(12)中。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述測壓管線選用內徑3_的高壓管線，所述測壓管線通過壓帽、平墊和O型圈擠緊所述測壓井孔。
7.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述上部活塞層(13)與所述下部活塞層(16)通過8個活塞壓緊螺釘(14)夾緊，通過均勻調整所述8個螺釘，可調節活塞中間的空腔的大小。
8.根據權利要求7所述的實驗裝置，其中，所述上部活塞層(13)上均勻分布I個以上的小孔，底水通過這些小孔向上進入模型內腔，每個小孔上方裝有不銹鋼底水濾芯(6);所述下部活塞層(16)上設有一個底水進入孔，通過盤在底板的凹槽內的管線連通底板上的底水進口(8)。
9.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述位移指示桿(18)通過底板(7)中央伸出所述模型(I)外，與位移傳感器相連，實現對活塞位移的監控。
10.根據權利要求1所述的實驗裝置，其中，所述模型⑴和所述支架(9)可整體置于恒溫箱中實現加溫與控溫，從而模擬真實油藏的環境。
【文檔編號】E21B47/00GK203742583SQ201420157983
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】許寒冰, 魏發林, 李宜坤, 熊春明, 李治平, 李俊鍵, 楊立民, 邵東亮 申請人:中國地質大學（北京）