一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，包括順次連接的注入系統、模型系統、數據采集處理系統，所述模型系統包括安裝架和安裝在安裝架上的模型本體，所述注入系統包括分別與所述模擬液注入單元和多元熱流體注入單元，所述數據采集處理系統包括數據采集板、氣體質量流量控制器、溫度傳感器和壓力傳感器、和高壓可視視窗相對應的攝像裝置、和模型本體相連通的產出液自動計量天平；所述多元熱流體注入單元包括順次連接的多元熱流體氣源、氣體增壓裝置、高壓貯罐、氣體流量控制器，最后連通到所述模擬豎直井中。該實驗裝置能夠模擬開展對于特定油藏采用上述開發方式的室內模擬與優化研究對開采效果影響的研究。
【專利說明】
一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置
技術領域
[0001]本發明屬于石油開發領域中的一種實驗設備，尤其涉及一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]隨著油田儲量的遞減，稠油逐漸成為一種未來重要的能量補充。世界上稠油資源極其豐富，約占石油資源的60%，稠油具有粘度高、密度大、流動難等特點，稠油油藏開采過程中大多石油熱采降粘以增加流動性的方法。SAGD技術是開采稠油的一種有效開發方式，其機理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側面擴展與油層中的原油發生熱交換，被加熱的原油降低粘度和蒸汽冷凝水在重力作用下向下流動從模擬水平井中流出。
[0003]為了使得在更好的輔助稠油的采集工作，需要采用實驗設備對不同地區的稠油采集進行模擬。由于二維模型比一維模型驅替可獲得更多實驗信息，更加接近油田真實過程，操作又比三維模型省時，研究周期較短，所以目前在國內外應用很廣泛。常規的二維平面物理模型用來模擬流體的平面流動狀態及流體壓力的分布，不能直觀的對驅油過程進行動態觀察，如Vapex技術中蒸汽及溶劑擴散、高溫泡沫驅過程中泡沫的形成、運移及擴散等現象，很難對模型內流體狀態和分布進行描述，因而無法為數值模擬及現場試驗提供依據，不能對各種驅替過程的機理進行研究。
[0004]由此，本發明人憑借多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，以克服現有技術的缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明提出了一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，該實驗裝置結構簡單，能夠模擬開展對于特定油藏采用上述開發方式的室內模擬與優化研究、可開展在上述不同開發方式下油藏地質參數(包括油層滲透率、含油飽和度、孔隙度、油粘度、油層非均質性等)對開采效果影響的研究。
[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，其特征在于:包括順次連接的注入系統、模型系統、數據采集處理系統，所述模型系統包括安裝架和安裝在安裝架上的模型本體，所述注入系統包括分別與所述模型本體相連接的模擬液注入單元和多元熱流體注入單元，所述模擬液注入單元包括恒溫恒壓栗，所述恒溫恒壓栗分別通過稠油活塞容器、地層水活塞容器、化學劑活塞容器、蒸汽發生器連接到模型本體中，所述模型本體可轉動的設置在安裝架上，所述模型本體包括模型承壓上蓋和模型承壓下蓋，所述模型承壓上蓋和模型承壓下蓋圍合成模擬水平井，所述模型承壓上蓋和模型承壓下蓋之間還設置有模型外框體，所述模型外框體上設置有模型內框體，所述模型內框體上設置有下襯板，所述模型本體上還設置有多個模擬豎直井，所述模擬豎直井和模擬水平井相連通，所述模擬水平井上密封連接有內視窗，所述內視窗通過內視窗壓板固定進行固定，所述內視窗壓板還設置有模腔上堵頭，所述模型承壓上蓋和模腔上堵頭貫通設有若干連通孔，所述連通孔中設置有高壓可視視窗，所述模型本體外部包覆設置有伴熱保溫套， 所述伴熱保溫套上還設置有電熱管;所述數據采集處理系統包括數據采集板、氣體質量流量控制器、設置于模擬內框體中的溫度傳感器和壓力傳感器、和高壓可視視窗相對應的攝像裝置、和模型本體相連通的產出液自動計量天平;所述多元熱流體注入單元包括順次連接的多元熱流體氣源、氣體增壓裝置、高壓貯罐、氣體流量控制器，最后連通到所述模擬豎直井中。
[0007]進一步的，所述模型系統連接在支撐架上，所述支撐架底部設置有萬向輪。
[0008]進一步的，所述模型本體兩側設置有旋轉軸，所述旋轉軸轉動連接在所述安裝架之間。
[0009]進一步的，所述支撐架兩側設置有支撐座，所述安裝架為弧形架體，所述安裝架為固定連接的兩弧形環，所述兩弧形環通過若干連接桿進行連接，所述架體連接在一支撐架上，所述支撐架底部設置有萬向輪，所述弧形環其中一側還設置有齒輪段，所述支撐架上還設置有和齒輪段相匹配的驅動電機，所述支撐座上設置有用以支撐弧形環的支撐軸承，所述支撐架上還設置有限位弧形環的限位板，所述限位板頂部連接有一輥輪，所述輥輪和弧形環上表面相接觸。
[0010]進一步的，所述弧形架體和模型本體的旋轉軸相連的其中一側設置有傳動箱，所述和傳動箱相連接的旋轉軸上設置有蝸輪，所述蝸輪和一轉動盤相連接。
[0011]進一步的，還包括和模型系統相連接的回壓控制裝置，所述回壓控制裝置包括回壓閥，所述回壓閥和一回壓栗相連接，所述回壓控制裝置上還連接有壓力傳感器。
[0012]本發明的有益效果如下:該實驗裝置結構簡單，能夠模擬開展對于特定油藏采用上述開發方式的室內模擬與優化研究、可開展在上述不同開發方式下油藏地質參數(包括油層滲透率、含油飽和度、孔隙度、油粘度、油層非均質性等)對開采效果影響的研究。【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1為本發明的結構示意圖(其中模型系統只繪制了模型本體)；圖2為模型本體的剖面圖。【具體實施方式】
[0015]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]參見圖1到圖2所示的一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，包括順次連接的注入系統、模型系統、數據采集處理系統，所述模型系統包括安裝架1和安裝在安裝架1上的模型本體2，所述注入系統包括分別與所述模型本體2相連接的模擬液注入單元和多元熱流體注入單元，所述模擬液注入單元包括恒溫恒壓栗17，所述恒溫恒壓栗17分別通過稠油活塞容器18，地層水活塞容器19，化學劑活塞容器20，蒸汽發生器21連接到模型本體中，所述模型本體2可轉動的設置在安裝架I上，所述模型本體2包括模型承壓上蓋3和模型承壓下蓋4，所述模型承壓上蓋3和模型承壓下蓋4圍合成模擬水平井5，所述模型承壓上蓋3和模型承壓下蓋4之間還設置有模型外框體6，所述模型外框體6上設置有模型內框體7，所述模型內框體7上設置有下襯板8，所述模型本體2上還設置有多個模擬豎直井9，所述模擬豎直井9和模擬水平井5相連通，所述模擬水平井5上密封連接有內視窗10，所述內視窗10通過內視窗壓板11固定進行固定，所述內視窗壓板11上還設置有模腔上堵頭12，所述內視窗10和所述模腔上堵頭12之間具有一空間，所述模型承壓上蓋3和模腔上堵頭12貫通設有若干連通孔13，所述連通孔13中設置有高壓可視視窗14，所述模型本體2外部包覆設置有伴熱保溫套15，所述伴熱保溫套15上還設置有電熱管16;所述數據采集處理系統包括數據采集板(未圖示，和計算機相連接)、設置于模擬內框體中的溫度傳感器和壓力傳感器、和高壓可視視窗相對應的攝像裝置21，和模型本體相連通的多組產出液自動計量天平22;所述多元熱流體注入單元包括順次連接的多元熱流體氣源23、氣體增壓裝置24、高壓貯罐25、氣體流量控制器26，最后連通到所述模擬豎直井9中。
[0017]本發明在模型模擬水平井和模擬豎直井上布置多只溫度傳感器和壓力傳感器，可以實時采集模型的壓力及溫度;所有溫度傳感器及壓力傳感器均通過數字采集板實現與計算機通信;模型的內視窗上方的空間填充有高壓氣體(該空間可以充入高壓氣體，高壓氣體可以在實驗結束的時候卸掉，實驗開始的時候再進行填充)，使得在實驗的時候內視窗兩側的壓力保持平衡，內視窗不會出現破碎，內視窗10通過內視窗密封圈密封27在模擬水平井上方；同時，本發明的模型承壓上蓋設計有多組高壓視窗14，通過這種配合解決了二維可視模型不耐高壓的難題;本發明通過模擬高溫高壓條件，同時通過外置高清攝像頭記錄并觀察模型內部實驗全過程，所述產出液自動計量天平分別有氣液分離計量以及油水收集計量裝置，所以該實驗裝置能夠模擬垂直井和水平井井網下蒸汽驅二維蒸汽腔的發育過程，模擬井底壓力變化過程以及產量動態過程，且模擬結果能夠很好的反映實際生產過程，同時由于設置有高壓視窗和內視窗，所以能夠直觀的觀察油液流動狀態，同時攝像頭的時候，可以將實驗過程記錄下來，方便后期進行分析，對各種驅替過程的機理進行研究。
[0018]本發明的模擬液注入單元包括恒溫恒壓栗17，所述恒溫恒壓栗17分別通過稠油活塞容器18、地層水活塞容器19、化學劑活塞容器20、蒸汽發生器21連接到模型本體上的的模擬豎直井9以及模擬水平井5之中，用于模型現場的注入井和產出井;所述恒速恒壓栗17可以有多個，所述恒速恒壓栗分別連接有注水罐28，所述稠油活塞容器18設計有加熱及保溫裝置，確保加熱至一定溫度，從而降低稠油粘度;所述活塞容器均設計為兩兩配合使用，且每套活塞容器均設計有補液容器，可通過自動控制切換，實現一只工作的同時，另一只進行補液，從而實現無間斷注入，所述多元熱流體注入單元包括氣體增壓裝置24、高壓貯罐25、氣體流量控制器26，所述氣體增壓裝置24用于將多元熱流體增壓至實驗所需壓力，氣體增壓裝置24的出口端接有氣體調壓裝置29，可將氣體控制在一定壓力范圍內輸出，氣體調壓裝置后端接有氣體流量控制器26，可以控制在氣體在一定流量輸出，該流量控制器可通過計算機軟件進行遠程控制。
[0019]本發明在具體進行模擬的時候，具體的實驗步驟如下(在本實施例中，活塞容器加熱溫度為50°C，蒸汽注入流量為水最高當量5ml/min。):一、飽和地層水過程:1.將實驗所需的地層水分別加入地層水活塞容器19中，并將該活塞容器裝配好，并檢查前管路連接情況；2.啟動計算機，打開數據采集系統軟件，新建操作界面；3.在操作軟件上點擊打開地層水活塞容器，接好自動計量天平，啟動恒速恒壓栗，設定為恒速工作模式，流量為5ml/min，使預裝有地層水的高壓活塞容器3中的地層水以定流量 5ml/min注入到模型本體中，模型伴熱保溫套的加熱溫度恒定在80°C，根據溫度數據采集單元、壓力數據采集單元、計算機保持開啟記錄狀態，直到飽和地層水過程結束；4.關閉恒速恒壓栗，關閉地層水活塞容器進出口端閥門、注入端閥門以及產出端，關閉溫度數據采集單元、壓力數據采集單元;整理產出計量裝置產液數據，計算飽和水體積、 模型孔隙度。
[0020]二、飽和稠油過程:1.啟動稠油活塞容器的加熱，并設定加熱溫度恒定在50°C ;2.啟動計算機，打開數據采集系統軟件，新建操作界面；3.在操作軟件上點擊打開稠油活塞容器，接好自動計量天平，啟動恒速恒壓栗，設定為恒速工作模式，流量為lml/min，使預裝有稠油的高壓活塞容器中的加熱后的稠油，以定流量lml/min注入到模型本體中，模型伴熱保溫套的加熱溫度恒定在80°C，根據溫度數據采集單元、壓力數據采集單元、計算機保持開啟記錄狀態，直到飽和稠油過程結束；4.關閉恒速恒壓栗，關閉稠油活塞容器進出口端閥門、注入端閥門以及產出端，關閉溫度數據采集單元、壓力數據采集單元;整理產出計量裝置產液數據，計算飽和油體積、含油飽和度。[〇〇21]三、蒸汽驅替過程:1.啟動蒸汽發生器電源，設定增壓發生器加熱溫度425°C，并恒溫控制。[〇〇22]2.啟動計算機，打開數據采集系統軟件，新建操作界面；3.在操作軟件上點擊打開蒸汽發生器，接好自動計量天平，啟動恒速恒壓栗，設定為恒速工作模式，流量為2ml/min，使蒸餾水進入蒸汽發生裝置3產生425 °C的蒸汽并以當量水流量2ml/min注入到模型本體中，模型伴熱保溫套的加熱溫度恒定在80°C，根據溫度數據采集單元、壓力數據采集單元、計算機保持開啟記錄狀態，直到蒸汽驅替過程結束；4.關閉恒速恒壓栗，關閉地層水活塞容器進出口端閥門、注入端閥門以及產出端，關閉溫度數據采集單元、壓力數據采集單元;整理產出計量裝置產液數據，整理產出計量裝置產液數據，計算產油量、產水量。[〇〇23]進一步的，所述模型系統連接在支撐架30上，所述支撐架底部設置有萬向輪。由于模型系統是連接在支撐架30上的，也就是說，模型系統可以進行移動，使用更加方便。
[0024]進一步的，所述模型本體兩側設置有旋轉軸32,所述旋轉軸轉動連接在所述安裝架之間。也就是說，模型本體是通過旋轉軸轉動連接在安裝架之間的，所以模型本體是可以轉動的，這種方式可以模擬不同的地層情況。
[0025]進一步的，所述支撐架兩側設置有支撐座32,所述安裝架為弧形架體，所述安裝架為固定連接的兩弧形環33，所述兩弧形環33通過若干連接桿34進行連接，所述弧形環33其中一側還設置有齒輪段，所述支撐架上還設置有和齒輪段相匹配的驅動電機，所述支撐座32上設置有用以支撐弧形環的支撐軸承33，所述支撐架上還設置有限位弧形環的限位板34，所述限位板34頂部連接有一輥輪35，所述輥輪35和弧形環上表面相接觸。通過該結構，在驅動電機進行轉動的時候，驅動電機上的驅動齒輪35將通過齒輪段驅動弧形環進行轉動，最終帶動模型本體發生角度的偏轉，所以在模型本體可以轉動和偏轉的情況下，可以模擬各種各樣的環境。
[0026]進一步的，所述弧形架體和模型本體的旋轉軸相連的其中一側設置有傳動箱36，所述和傳動箱相連接的旋轉軸上設置有蝸輪37，所述傳動箱中還設置有電機相連接的蝸桿38。通過蝸輪蝸桿，當電機驅動蝸桿38進行轉動的時候，可以帶動模型本體進行轉動，當轉動到合適的角度的時候，停止轉動蝸桿。當然，由于蝸輪蝸桿具有自鎖性，當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿，所以可以在蝸桿上連接一轉動盤，通過操作者手動控制。
[0027]進一步的，還包括和模型系統相連接的回壓控制裝置，所述回壓控制裝置包括回壓閥39，所述回壓閥和一回壓栗40相連接，所述回壓控制裝置上還連接有壓力傳感器41。該回壓控制裝置連接在產出液自動計量天平22和模型本體2之間，在為了進一步增加本發明的穩定性，模型系統上還連接有回壓控制系統，當模型系統的壓力超過一定限度后，回壓閥開啟，將壓力進行卸載，保持該實驗裝置的穩定運行。
[0028]本發明與現有技術相比具有如下有益效果:
1、通過恒速恒壓栗，以定流量、定壓向模型本體中注入地層水、稠油、高溫蒸汽，能夠很好的模擬油層原始狀態和現場注入過程；
2、模擬井可同時模擬水平井以及模擬垂直井，并模擬不同蒸汽溫度、蒸汽干度、不同蒸汽注入速度、不同蒸汽注入壓力下的蒸汽驅替實驗，同時也可進行蒸汽吞吐實驗、多元熱流體吞吐實驗；
3、壓力傳感器采集到壓力數據后，實時地在計算機上繪制注汽注采井的壓力曲線;溫度傳感器采集到溫度數據后，實時地在計算機上通過軟件插值繪制出模型本體內的二維溫度場圖；
4、通過量產出計量裝置的產出液量，結合生產時間，可計算累計產油量、累計產水量、采出程度、產油速度、產液速度、含水率等動態生產過程；
5、整個實驗裝置結構緊湊，自動記錄溫度和壓力數據，操作簡便，實驗結果與現場生產過程具有很高的相似性。
[0029]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，其特征在于:包括順次連接的注入系 統、模型系統、數據采集處理系統，所述模型系統包括安裝架和安裝在安裝架上的模型本 體，所述注入系統包括分別與所述模型本體相連接的模擬液注入單元和多元熱流體注入單 元，所述模擬液注入單元包括恒溫恒壓栗，所述恒溫恒壓栗分別通過稠油活塞容器、地層水 活塞容器、化學劑活塞容器、蒸汽發生器連接到模型本體中，所述模型本體可轉動的設置在 安裝架上，所述模型本體包括模型承壓上蓋和模型承壓下蓋，所述模型承壓上蓋和模型承 壓下蓋圍合成模擬水平井，所述模型承壓上蓋和模型承壓下蓋之間還設置有模型外框體， 所述模型外框體上設置有模型內框體，所述模型內框體上設置有下襯板，所述模型本體上 還設置有多個模擬豎直井，所述模擬豎直井和模擬水平井相連通，所述模擬水平井上密封 連接有內視窗，所述內視窗通過內視窗壓板固定進行固定，所述內視窗壓板還設置有模腔 上堵頭，所述模型承壓上蓋和模腔上堵頭貫通設有若干連通孔，所述連通孔中設置有高壓 可視視窗，所述模型本體外部包覆設置有伴熱保溫套，所述伴熱保溫套上還設置有電熱管； 所述數據采集處理系統包括數據采集板、氣體質量流量控制器、設置于模擬內框體中的溫 度傳感器和壓力傳感器、和高壓可視視窗相對應的攝像裝置、和模型本體相連通的產出液 自動計量天平;所述多元熱流體注入單元包括順次連接的多元熱流體氣源、氣體增壓裝置、 高壓貯罐、氣體流量控制器，最后連通到所述模擬豎直井中。2.根據權利要求2所述的稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述模 型系統連接在支撐架上，所述支撐架底部設置有萬向輪。3.根據權利要求2所述的稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述模 型本體兩側設置有旋轉軸，所述旋轉軸轉動連接在所述安裝架之間。4.根據權利要求2所述的稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述支 撐架兩側設置有支撐座，所述安裝架為弧形架體，所述安裝架為固定連接的兩弧形環，所述 兩弧形環通過若干連接桿進行連接，所述架體連接在一支撐架上，所述支撐架底部設置有 萬向輪，所述弧形環其中一側還設置有齒輪段，所述支撐架上還設置有和齒輪段相匹配的 驅動電機，所述支撐座上設置有用以支撐弧形環的支撐軸承，所述支撐架上還設置有限位 弧形環的限位板，所述限位板頂部連接有一輥輪，所述輥輪和弧形環上表面相接觸。5.根據權利要求4所述的稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，其特征在于:所述弧 形架體和模型本體的旋轉軸相連的其中一側設置有傳動箱，所述和傳動箱相連接的旋轉軸 上設置有蝸輪，所述傳動箱中還設置有電機相連接的蝸桿。6.根據權利要求5所述的稠油熱采可視化二維物理模擬實驗裝置，還包括和模型系統 相連接的回壓控制裝置，所述回壓控制裝置包括回壓閥，所述回壓閥和一回壓栗相連接，所 述回壓控制裝置上還連接有壓力傳感器。
【文檔編號】E21B47/002GK105952438SQ201610437550
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】向祖平, 戚志林, 嚴文德, 黃小亮, 肖前華, 袁迎中, 雷登生, 于海波, 李繼強
【申請人】重慶科技學院, 江蘇華安科研儀器有限公司