CN111577236B - 致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，包括储油罐、阀门、注入泵、压力表、模拟箱体、微机及显示器、抽油泵、流量表、储液罐、水平井垂直段、岩心夹持器、压裂主裂缝、水平井水平段、流量计、压力计、压裂次级裂缝、电控开关、天然裂缝、基质间连接管线、注入管线、加热片、连接管线、加固孔、密封片、密封凹槽。其特征在于其特征在于：储油罐、阀门、注入泵和压力表组成该装置的注入模块；抽油泵、微机及显示器、流量表、压力表和储液罐组成该装置的产出模块；模拟箱体内部安装有水平井垂直段、水平井水平段、压裂主裂缝、压裂次级裂缝、天然裂缝、基质间连接管线、岩心夹持器、流量计、压力计、电控开关和加热片。
Description
技术领域
本发明涉及一种致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，属油气田开发工程中的渗流力学及提高采收率领域。
背景技术
致密油藏是石油行业近几年研究的热点，也是未来接替常规储层补足世界能源缺口的中坚力量。致密油藏是指覆压基质渗透率小于或等于0.1mD的砂岩或碳酸盐岩储层中的石油，一般单井无自然产能，采用压裂、水平井等措施可获得工业产量。致密油藏一般采用水平井配合多段压裂等工艺，能有效在近井区形成水力压裂改造区，形成的水力压裂缝能有效沟通储层中的天然裂缝，进一步扩大水平井的储量控制范围。
目前研究认为，近井区域形成的水力压裂改造区对油井前期产量有着重要贡献；油井油气稳产则是依靠广大的基质区域向井筒的渗流。如此，有必要搞清楚储层中各尺度下(水平井筒、压裂主缝、压裂次级裂缝、天然裂缝和基质)的渗流情况，以及不同区域(基质区、天然裂缝区、次级裂缝区)对油井产液的贡献。目前还没有能够定量研究多段压裂水平井渗流的实验方法和装置，本装置将全过程模拟水平井多段压裂后流体在不同尺度裂缝和储层中的流动。
本发明的目的就是提供一种定量化、模块化研究致密油藏水平井多级压裂后储层渗流情况的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置。
发明内容
本发明的目的是：提供一种定量化、模块化研究致密油藏水平井多级压裂后储层渗流情况的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，包括储油罐、阀门、注入泵、压力表、模拟箱体、微机及显示器、抽油泵、流量表、储液罐、水平井垂直段、岩心夹持器、压裂主裂缝、水平井水平段、流量计、压力计、压裂次级裂缝、电控开关、天然裂缝、基质间连接管线、注入管线、加热片、连接管线、加固孔、密封片、密封凹槽。其特征在于：储油罐、阀门、注入泵和压力表安装在同一条管线上；模拟箱***于压力表和抽油泵之间，微机及显示器外接模拟箱体；抽油泵、流量表、压力表和储液罐安装在一条管线上；水平井垂直段与水平井水平段直接相连，水平井垂直段与抽油泵相连，水平井水平段与多条压力主裂缝相连；压裂主裂缝上安装有电控开关、流量计和压力计与压裂次级裂缝相连；压裂次级裂缝在串/并联岩心夹持器后连接压裂主裂缝、岩心夹持器、压力计和流量计；天然裂缝在串/并联岩心夹持器后连接其他区域岩心夹持器、压力计和流量计；基质间连接管线在串/并联岩心夹持器后连接压力计、流量计和其他区域的岩心夹持器；所述压裂主裂缝、压裂次级裂缝、天然裂缝和基质间连接管线均为钢制管线，根据其对流体的导流能力不同选用不同直径的钢制管线；模拟前关闭压裂主裂缝上的电控开关，注入泵通过注入管线向模拟箱体中注入流体，结束后关闭注入管线,起到保持岩心夹持器和各级裂缝中的压力作用；加热片安装在模拟箱体内壁的两侧，所述水平井垂直段、水平井水平段、岩心夹持器、流量计、压力计、压裂主裂缝、压裂次级裂缝、电控开关、天然裂缝、基质间连接管线均安装在模拟箱体内，电控开关采用实验人员外部控制其开启(关闭)的模式，在模拟开始前均处于关闭状态，打开后允许流体经过压裂主裂缝进入水平井水平段；连接管线通过螺纹连接岩心夹持器，加固孔位于岩心夹持器主体上，密封片和密封凹槽分别位于岩心夹持器上，当密封片***密封凹槽起到密闭岩心夹持器的作用。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的岩心夹持器是一种分体式柱状夹持器，其中密封片和密封凹槽对岩心夹持器进行内部密封，加固孔和螺钉配合为岩心夹持器做二次密封；岩心夹持器通过连接管线与压裂主裂缝、压裂次级裂缝、天然裂缝、基质间连接管线、流量计和压力计等连通。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的多级压裂水平井渗流模拟中采用多尺度裂缝(压裂主裂缝、压裂次级裂缝和天然裂缝)连通真实岩心的模式。岩心夹持器内放入真实饱和原油的岩心，该岩心内的渗流能最真实的反应储层内岩石中原油的渗流特征；考虑多尺度裂缝和岩心夹持器相连，符合水平井多级压裂后储层内复杂的连通情况。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的多级压裂水平井渗流模拟中采用分区(次级裂缝区、天然裂缝区和基质区)计量流体流入(流出)和压力变化情况；针对每个分区内流体流入(流出)量用各管线上的流量计监测；在每个区域的边界处均安装有压力计，用于计量每个时间段内该区域的压力变化；且压力和流量数据会实时展示在显示器上并将每个节点的瞬态压力和流量数据存储在微机内。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的注入管线与基质区***岩心夹持器相连，与注入泵所在管线相连后可以为水平井渗流装置提供稳定的外界流体供应(定压边界)；注入管线关闭后，模拟地层压力波及到边界得不到补充(封闭边界)下的水平井渗流。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的多级压裂水平井渗流模拟中采用平面对称压裂主裂缝，根据需求可以改变压裂主裂缝间的距离和单条压裂主裂缝的长度。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的水平井多级压裂渗流模拟中采用模拟箱体来放置岩心夹持器、压裂主裂缝、压裂次级裂缝、基质间连接管线、流量计、压力计、注入管线、加热片和电控开关。模拟箱体内分为上、中、下三层放置岩心夹持器、压裂主裂缝、压裂次级裂缝和基质间连接管线等，模拟厚层致密油藏内原油的平面和垂向三维流动。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的微机及显示器与模拟箱体内的压力计和流量计通过数据传输线相连，实时显示各点处的压力和流量数据，便于统计各单元内流体变化量和压力变化。
本发明具有以下有益效果：(1)定量的研究压裂主裂缝间距和压裂主裂缝长度对多级压裂水平井产能的影响，可依据模型基本参数情况，装置灵活可调、适应性强；2)压力和流量数据分区实时显示，明确每个区域内流体流动的准确数据并储存各区内瞬时流体流动数据；3)岩心夹持器内采用真实岩心饱和原油，流体流动与地下储层中的流动高度一致，可靠性高。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明水平井全尺度渗流模拟图。
图3为本发明水平井单条压裂主裂缝渗流模拟图。
图4为本发明模拟箱体内水平井全尺度渗流剖面图。
图5为本发明岩心夹持器分体主视图。
图6为本发明岩心夹持器分体侧视图。
图中：储油罐1、阀门2、注入泵3、压力表4、模拟箱体5、微机及显示器6、抽油泵7、流量表8、储液罐9、水平井垂直段10、岩心夹持器11、压裂主裂缝12、水平井水平段13、流量计14、压力计15、压裂次级裂缝16、电控开关17、天然裂缝18、基质间连接管线19、注入管线20、加热片21、连接管线22、加固孔23、密封片24、密封凹槽25。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，包括储油罐1、阀门2、注入泵3、压力表4、模拟箱体5、微机及显示器6、抽油泵7、流量表8、储液罐9、水平井垂直段10、岩心夹持器11、压裂主裂缝12、水平井水平段13、流量计14、压力计15、压裂次级裂缝16、电控开关17、天然裂缝18、基质间连接管线19、注入管线20、加热片21、连接管线22、加固孔23、密封片24、密封凹槽25。
其特征在于：储油罐1、阀门2、注入泵3和压力表4依次安装在一条管线上；微机及显示器6外接模拟箱体5，用于实时展示和存储各节点处的压力和流量数据；抽油泵7、流量表8、压力表4和储液罐9安装在一条管线上，抽油泵7用于模拟水平井开采原油，流量表8用于计量流出模拟箱体5的流体流量，储液罐9用于收集装置所产生的所有液体和气体；水平井由两部分组成：水平井垂直段10和水平井水平段13，水平井垂直段10与抽油泵7通过管线连接，水平井水平段13与压裂主裂缝12相连，通过改变压裂主裂缝12在水平井水平段13的位置，可以调整水平井水平段13上压裂主裂缝12的间距；压裂主裂缝12连接水平井水平段13与多条压裂次级裂缝16，压裂主裂缝12上顺序安装有电控开关17、流量计14和压力计15，用于控制和监测压裂主裂缝12的开启(关闭)和内部流体的压力和流量数据；次级压裂缝16连接压裂主裂缝12和岩心夹持器11，压裂次级压裂缝16分布的区域称为次级裂缝区，该区域是水力压裂主裂缝周围的区域；天然裂缝18一端连接次级压裂缝区岩心夹持器11，另一端连接本区域岩心夹持器11，天然裂缝18所分布的区域称为天然裂缝区，天然裂缝区和次级裂缝区中间的天然裂缝18连接有流量计14和压力计15，用于监测天然裂缝区向次级裂缝区流体输送和压力监测；基质间连接管线19一端连接本区岩心夹持器11，另一端连接天然裂缝区岩心夹持器11，基质间连接管线19所分布的范围为基质区(区别于前述两个区域，该区域未受水力压裂的影响，该区域也是储层中分布最为广泛的区域)，基质间连接管线19上安装流量计14和压力计15用于监测基质区向天然裂缝区和压裂次级裂缝区流体输送情况；基质区***岩心夹持器11与注入管线20相连通，注入管线20在开始模拟前先关闭压裂主裂缝12上的电控开关17，然后向岩心夹持器11和各级裂缝内注入流体，使装置内保持一定的压力后关闭注入管线20；开始模拟后可以打开注入管线20，注入泵3通过注入管线20可以给基质区岩心夹持器11注入流体，保持地层压力波及到边界后得到稳定补充(定压边界)的情况，也可以关闭注入管线20，形成水平井周围地层压力波及到边界后得不到补充(封闭边界)的情况；所述压裂主裂缝12、压裂次级裂缝16、天然裂缝18和基质间连接管线19均为钢制管线，其直径依次减小，模拟裂缝和岩石中对流体导流能力的不同；加热片21安装在模拟箱体5内部用于模拟地层高温条件下流体流动；连接管线22起到连接岩心夹持器11与基质间连接管线19、天然裂缝18和压裂次级裂缝16的作用；加固孔23、密封片24和密封凹槽25均位于岩心夹持器11上，连接管线22通过螺纹与岩心夹持器11安装在一起。
岩心夹持器11是一种分体式柱状夹持器，其中密封片24和密封凹槽25对夹持器进行内部密封，加固孔23配合螺钉为岩心夹持器11做二次密封；岩心夹持器11通过连接管线22与岩心夹持器11和压裂主裂缝12、压裂次级裂缝16、天然裂缝18和基质间连接管线19连通。
水平井压裂后渗流模拟中采用多尺度裂缝(压裂主裂缝12、压裂次级裂缝16和天然裂缝18)连通岩心夹持器11(真实岩心)的模式。岩心夹持器11内放入真实饱和原油的岩心，该岩心内的渗流能最真实的反应储层内原油的渗流特征；考虑多尺度裂缝和岩心夹持器11相连，符合水平井多级压裂后储层内复杂的连通关系。
水平井压裂后渗流模拟中采用分区(次级裂缝区、天然裂缝区和基质区)计量流体流入(流出)和压力变化。针对每个分区内流体流入(流出)量用各管线上的流量计14监测；在每个区域的边界处均安装有压力计15，用于计量每个时间段内该区域的压力变化。
注入管线20与基质区***岩心夹持器11相连，与注入泵3所在管线相连后可以为多级压裂水平井渗流装置提供稳定的外界流体供应(定压边界)；注入管线20关闭后，模拟压力波及到边界得不到补充(封闭边界)下的水平井渗流。
多级压裂水平井渗流模拟中采用平面对称压裂主裂缝12，根据需求可以改变压裂主裂缝12间的距离和单条压裂主裂缝12的长度。
多级压裂水平井渗流模拟中采用模拟箱体5来放置岩心夹持器11、压裂主裂缝12、压裂次级裂缝16和基质间连接管线19等。模拟箱体5内分为上、中、下三层放置岩心夹持器11，模拟厚层致密油藏内原油的平面和垂向三维流动。
微机及显示器6与模拟箱体5内的压力计14和流量计15通过数据传输线相连；压力和流量数据会实时展示在微机及显示器6上并将每个节点的瞬态压力和流量数据存储在微机及显示器6内，便于定量化统计各区内流体变化和压力变化。
当然上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，包括储油罐(1)、阀门(2)、注入泵(3)、第一压力表(4)、第二压力表(4＇)、模拟箱体(5)、微机及显示器(6)、抽油泵(7)、流量表(8)、储液罐(9)、水平井垂直段(10)、岩心夹持器(11)、压裂主裂缝(12)、水平井水平段(13)、流量计(14)、压力计(15)、压裂次级裂缝(16)、电控开关(17)、天然裂缝(18)、基质间连接管线(19)、注入管线(20)、加热片(21)、连接管线(22)、加固孔(23)、密封片(24)、密封凹槽(25)；其特征在于：储油罐(1)、阀门(2)、注入泵(3)和第一压力表(4)组成该装置的注入模块；抽油泵(7)、微机及显示器(6)、流量表(8)、第二压力表(4＇)和储液罐(9)组成该装置的产出模块；模拟箱体(5)内部安装有水平井垂直段(10)、水平井水平段(13)、压裂主裂缝(12)、压裂次级裂缝(16)、天然裂缝(18)、基质间连接管线(19)、岩心夹持器(11)、流量计(14)、压力计(15)、电控开关(17)、注入管线(20)和加热片(21)；水平井垂直段(10)与抽油泵(7)通过管线连接，水平井水平段(13)与压裂主裂缝(12)相连；压裂主裂缝(12)连接水平井水平段(13)与多条压裂次级裂缝(16)，压裂主裂缝(12)上依次安装有电控开关(17)、流量计(14)和压力计(15)，用于控制和监测压裂主裂缝(12)的开启、关闭和内部流体流动；压裂次级裂缝(16)连接压裂主裂缝(12)和岩心夹持器(11)；天然裂缝(18)连接次级压裂缝区的岩心夹持器(11)与天然裂缝区的岩心夹持器(11)，天然裂缝(18)和压裂次级裂缝(16)间连接有流量计(14)和压力计(15)，用于监测天然裂缝区向次级裂缝区流体输送和压力变化；基质间连接管线(19)一端连接岩心夹持器(11)，另一端连接天然裂缝区的岩心夹持器(11)，基质间连接管线(19)上安装流量计(14)和压力计(15)用于监测基质区向天然裂缝区流体输送情况，基质区的岩心夹持器(11)与注入管线(20)相连通；加热片(21)安装在模拟箱体(5)内部用于模拟地层高温条件下流体流动；连接管线(22)起到连接岩心夹持器(11)与基质间连接管线(19)、天然裂缝(18)和压裂次级裂缝(16)的作用；加固孔(23)、密封片(24)和密封凹槽(25)均位于岩心夹持器(11)上，密封片(24)***密封凹槽(25)中起到密封岩心夹持器的作用。
2.根据权利要求1所述的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，其特征在于：岩心夹持器(11)是一种分体式柱状夹持器，其中密封片(24)***密封凹槽(25)对岩心夹持器(11)进行内部密封，加固孔(23)与螺钉配合后为岩心夹持器(11)做二次密封；岩心夹持器(11)通过连接管线(22)与压裂主裂缝(12)、压裂次级裂缝(16)、天然裂缝(18)和基质间连接管线(19)连通。
3.根据权利要求1所述的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，其特征在于：多段压裂水平井渗流模拟中采用包括压裂主裂缝(12)、压裂次级裂缝(16)和天然裂缝(18)的多尺度裂缝连通包含真实岩心的岩心夹持器(11)的模式；岩心夹持器(11)内放入真实饱和原油的岩心，该岩心内的渗流能最真实的反应储层内岩石中的原油流动；考虑多尺度裂缝和岩心夹持器(11)相连，表示多级压裂水平井储层内复杂的连通关系。
4.根据权利要求1所述的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，其特征在于：多段压裂水平井渗流模拟中采用次级裂缝区、天然裂缝区和基质区分别计量流体流入、流出和压力变化；针对每个区内流体流入和流出用各管线上的流量计(14)计量，在每个区域的边界处均安装有压力计(15)，用于计量每个时间段内所述压力计(15)处的压力变化，得到不同区域瞬时流体流动数据。
5.根据权利要求1所述的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，其特征在于：注入管线(20)一端与基质区的岩心夹持器(11)相连，另一端与注入泵(3)所在管线相连后为多级压裂水平井渗流装置提供稳定的外界流体供应，即定压边界；注入管线(20)关闭后，模拟地层压力波及到边界得不到补充下的水平井渗流，即封闭边界下的水平井渗流。
6.根据权利要求1所述的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，其特征在于：多段压裂水平井渗流模拟中采用平面对称型压裂主裂缝(12)，根据需求来改变压裂主裂缝(12)在水平井水平段(13)上的位置和单条压裂主裂缝(12)的长度。
7.根据权利要求1所述的致密油藏水平井多段压裂渗流模拟装置，其特征在于：多段压裂水平井渗流模拟中采用模拟箱体(5)来放置岩心夹持器(11)、压裂主裂缝(12)、压裂次级裂缝(16)和基质间连接管线(19)；模拟箱体(5)内分为上、中、下三层放置岩心夹持器(11)，模拟厚层致密油藏内原油的平面流和垂向三维流动。
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