CN111734342B - 一种油藏工程模拟填砂实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油藏工程模拟填砂实验装置，包括填砂管、供水容器、供油容器、气源和收集装置；供水容器与供油容器均与填砂管的一端连接，气源和收集装置与填砂管的另一端连接；填砂管中设有隔板，隔板将填砂管分成下部的油水室和上部的填砂室；填砂室包括多个相同的填砂细管，每个填砂细管内均设有推杆，推杆为中空结构，推杆靠近底部处固定套设有自密封压板；填砂室的顶部设有顶盖，每根推杆均穿出顶盖后与收集装置连接；气源通过第二管线与多个自密封压板连接。本发明的油藏工程模拟填砂实验装置可一次性对不同渗透率的模拟岩心进行实验，也可以一次性对不同长度的模拟岩心进行实验，可更加直观的进行对比观察，且操作简便。

Description

一种油藏工程模拟填砂实验装置

技术领域

本发明涉及采油工艺技术领域，尤其涉及一种油藏工程模拟填砂实验装置。

背景技术

在油田的开发中后期，油田进入高含水中后期阶段，综合含水达80％以上，有的甚至达到90％。注入水利用率低、开发效益低，与储层中形成的大孔道有关。在大孔道发育的地层中，大孔道成为注入水渗流的优势通道，注入介质的波及范围很难提高。注入水沿大孔道中的低效或无效循环使储层中的其它部位很难受效，严重影响驱油效率，致使平面上剩余油饱和度差异明显。注入水窜流和油井过早水淹已严重制约原油开采。油田开发一旦进入中高含水期，大孔道的存在使其它增产措施实现比较困难，比如调剖，高渗条带和大孔道同样会导致聚合物溶液窜流，不但造成聚合物浪费，而且难以形成高质量的聚合物段塞，致使周围的生产井不见效或见效差，严重影响了聚合物驱效果，这将对油田稳产和最终采收率造成严重影响。在进行实际作业提高采收率之前，通常先进行室内物理模拟实验，为数值模拟以及工艺参数的优化提供基础数据。其中，填砂管是室内物理模拟实验的基础装置，通过在填砂管中填充不同材质、不同粒径的颗粒模拟不同湿润性、孔隙度及渗透率等油藏条件，使用范围非常广泛。

现有技术中，普遍采用的填砂管为固定长度式，即：填砂管的长度固定，在使用过程中需用颗粒将填砂管填充满后方可使用，模拟岩心的长度即为填砂管的长度，通过设置一系列不同长度的填砂管满足不同的实验要求。但是，在实际实验中，固定长度式填砂管长度不可调，实验室需要配备不同长度的填砂管，不便存放，且增加了经济成本。

此外，现有的填砂管一次都只能充填一种石英砂，对于不同渗透率的砂岩油藏，不能通过一次实验进行直观的对比观察；对不同长度的模拟岩心进行实验时，也需要分多次进行填充实验，每次实验后都需要对填砂管进行清理，操作比较繁琐。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种油藏工程模拟填砂实验装置，可一次性对不同渗透率的模拟岩心进行实验，也可以一次性对不同长度的模拟岩心进行实验，从而直观的进行对比观察分析，操作更加简便，成本更低。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种油藏工程模拟填砂实验装置，包括填砂管、供水容器、供油容器、气源和收集装置；所述供水容器与所述供油容器均与所述填砂管的一端连接，所述气源和收集装置与所述填砂管的另一端连接；其特征在于：所述填砂管中设有隔板，所述隔板将所述填砂管分成下部的油水室和上部的填砂室；所述油水室的底部设有连接孔，所述供水容器和供油容器通过第一管道与所述连接孔连接；

所述填砂室包括多个相同的填砂细管，所述填砂细管的两端均为开口结构，所述隔板与多个所述填砂细管底部接触处为网状结构，且所述网状结构只能通过油和水，不能通过石英砂；每个所述填砂细管内均设有推杆，所述推杆为中空结构，所述推杆靠近底部处固定套设有自密封压板；

所述填砂室的顶部设有顶盖，每根所述推杆均穿出所述顶盖后与所述收集装置连接；所述气源通过第二管线与所述自密封压板连接。

进一步的，所述自密封压板包括上压板和下压板，所述上压板和所述下压板的外侧面均与所述填砂细管的内侧壁接触，所述上压板和下压板之间形成自密封腔室；

所述上压板的底部与所述下压板的顶部边缘处均开设有第一密封槽，所述第一密封槽中均安装有第一轴向泛塞圈，两个所述第一轴向泛塞圈相向设置；

所述上压板上开设有气体通孔，所述气体通孔处连接有气管线，所述气管线穿出所述顶盖，通过第二管线与所述气源连接；所述第二管线上设有第二阀门，所述第二阀门位于所述填砂细管外。

进一步的，所述推杆包括上推杆和下推杆，所述上推杆的顶部穿出所述顶盖，通过第三管线与所述收集装置连接；

所述上推杆的底部穿过所述上压板；所述上推杆与所述上压板固定连接；

所述下推杆的顶部位于所述上压板和所述下压板之间，所述下推杆的底部穿过所述下压板，且所述下推杆与所述下压板固定连接；

所述上推杆与所述下推杆之间可拆卸连接，且所述上推杆与所述下推杆连接处还设有密封结构。

进一步的，所述第二管线靠近所述气源处、以及所述第三管线靠近所述收集装置处均采用波纹管。

进一步的，所述密封结构包括设在所述上推杆底部或者下推杆顶部的第二密封槽，所述第二密封槽内设有径向泛塞圈。

进一步的，所述上推杆和所述下推杆均为外螺纹杆，所述上推杆和下推杆外螺纹连接有套筒；所述套筒的外周上设有若干翅片。

进一步的，所述下推杆的底部设有过滤网。

进一步的，所述上推杆上螺纹连接有固定螺母，所述固定螺母位于所述顶盖的上方，所述固定螺母与所述顶盖之间设有限位固定装置。

进一步的，所述限位固定装置包括设在顶盖上的定位槽，所述定位槽的直径小于所述固定螺母的直径；

所述定位槽的表面设有螺纹，所述固定螺母的底部固定连接有连接杆，所述连接杆为中空结构，所述连接杆的外表面设有与所述定位槽表面螺纹相匹配的外螺纹；所述定位槽的中心开设有用于所述上推杆穿过的中心孔。

进一步的，所述填砂细管为透明材质，且所述填砂细管上设有用于定位所述下压板高度的刻度标线。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的改进之处在于，

1、本发明中的填砂管分成多个填砂细管，可在不同的填砂细管中装入不同粒径的石英砂，进行不同渗透率情况下水驱油物力实验模拟，在填砂细管的底部设置油水室，保证进入不同填砂细管中的油水混合物都是相同的，从而很直观的对比观察到不同渗透率情况下水驱油与岩心渗透率的关系；

2、本发明中的填砂管还可以同时进行不同岩心长度的封堵实验模拟，在多个填砂细管中装入不同长度的岩心，直观的对比观察不同岩心长度时封堵效果；

3、本发明的填砂细管采用自密封压板，在对岩心进行压实的同时，向上压板与下压板之间形成的自密封腔室中注入气体，上压板与下压板上的第一轴向泛塞圈在气压的作用下形成密封，而且气压越大，密封效果更好，在实验时只需向自密封腔室中注入足够的气体即可保证填砂细管的密封性能；

4、本发明的填砂细管中的推杆分成上下两部分，且上推杆与下推杆可拆卸连接，方便上压板和下压板更换泛塞圈，套筒的外侧设置翅片，推杆中的油水混合物的热能可以扩散至自密封腔室内，对自密封腔室内的气体进行加入，在体积不变的情况下，气体压力随着温度的升高而增加，气体压力增大，泛塞圈密封效果更好；

5、本发明中的填砂细管推杆带动自密封压板上下移动，在设定好岩心长度后，推杆可通过顶盖上方的固定螺母和固定限位装置进行限位，避免水驱油时对自密封压板产生向上的反作用力导致自密封板向上移动，影响实验结果的准确性。

附图说明

图1为本发明模拟填砂实验装置结构示意图。

图2为本发明填砂管结构示意图。

图3为本发明图2中A部分局部放大图。

图4为本发明上推板与下推板连接关系示意图。

图5为本发明图4中B部分局部放大图。

图6为本发明中隔板结构俯视图。

图7为本发明上推板与顶盖连接关系示意图。

图8为本发明顶盖结构俯视图。

其中：1-填砂管，11-隔板，12-油水室，121-连接孔，13-填砂细管，131-推杆，1311-上推杆，1312-下推杆，1313-第二密封槽，1314-径向泛塞圈，1315-过滤网，1316-固定螺母，1317-连接杆，14-自密封压板，141-上压板，142-下压板，143-自密封腔室，144-第一密封槽，145-第一轴向泛塞圈，146-气体通孔，147-气管线，15-顶盖，151-定位槽，1511-中心孔，16-套筒，161-翅片，162-第三密封槽，163-第二轴向泛塞圈，2-供水容器，3-供油容器，4-气源，5-收集装置，6-第一管道，61-油管线，62-水管线，63-油阀门，64-水阀门，7-第二管线，71-第二阀门，72-气源总线，8-第三管线，9-气泵。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

参照附图1-8所示的一种油藏工程模拟填砂实验装置，包括填砂管1、供水容器2、供油容器3、气源4和收集装置5；

所述填砂管1为圆柱形结构，所述填砂管1内粘接固定有隔板11，所述隔板11将所述填砂管1分成下部的油水室12和上部的填砂室；所述油水室12的底部设有连接孔121，所述供水容器2和供油容器3均通过第一管道6与所述连接孔121连接；所述第一管道6的一端与所述连接孔121连接，另一端连接有三通，所述三通处分别连接有油管线61和水管线62，所述油管线61与所述供油容器3连接，所述水管线62与所述供水容器2连接，所述油管线61与所述水管线62上均设有气泵9，所述供水容器2与其对应的气泵9之间设有水阀门64，所述供油容器3与其对应的气泵9之间设有油阀门63。所述气泵9可将对应的供水容器2或者供油容器3内的水或油通过第一管道6注入到填砂管1的油水室12内；所述水管线62和油管线61上均设有压力表，用于调整和监测对应的气泵9压力；所述第一管道6靠近所述连接孔121处还设有开关。

所述填砂室包括多个相同的填砂细管13，在本实施例中填砂细管13的个数为三个。所述填砂细管13的两端均为开口结构，所述填砂细管13的底部与所述隔板11固定连接，所述隔板11与三个填砂细管13底部接触处为网状结构，其余部分均为实体结构，且所述网状结构只能通过油和水，不能通过石英砂；油水室12内的油和水可以从所述网状结构处进入上部的填砂细管13中，但是填砂细管13中的石英砂不能从网状结构处落入到下方的油水室12中；所述填砂细管13的顶部与所述填砂管1的顶部齐平，所述填砂管1的顶部设有顶盖15，所述顶盖15与所述填砂管1可拆卸连接，优选的，所述顶盖15与所述填砂管1采用法兰连接。

进一步的，每个所述填砂细管13内均设有推杆131，且所述推杆131的顶部穿出所述顶盖15，位于所述顶盖15的上方；所述推杆131为中空结构，所述推杆131内的中空结构形成液体的流动通道；所述推杆131靠近底部处固定套设有自密封压板14；所述自密封压板14可在所述推杆131的推拉作用下，在填砂细管13中上下移动，从而填充压实不同长度的模拟岩心。

进一步的，所述自密封压板14包括上压板141和下压板142，所述推杆131包括上推杆1311和下推杆1312，所述上推杆1311的顶部穿出所述顶盖15，所述上推杆1311的底部穿过所述上压板141，位于所述上压板141和所述下压板142之间，所述上推杆1311与所述上压板141粘接固定；

所述下推杆1312的顶部位于所述上压板141和所述下压板142之间，所述下推杆1312的底部穿过所述下压板142，所述下推杆1312的底部与所述下压板142的底部齐平，且所述下推杆1312与所述下压板142粘接固定；

所述上推杆1311和所述下推杆1312均为外螺纹杆，所述上推杆1311和下推杆1312外螺纹连接有套筒16，所述上推杆1311与所述下推杆1312通过所述套筒16可拆卸连接；

所述上压板141和所述下压板142的外侧面均与所述填砂细管13的内侧壁接触，所述上压板141的底面与所述下压板142的顶面之间形成自密封腔室143，所述套筒16位于所述自密封腔室143内；所述套筒16的顶部内边缘和底部内边缘处均设有第三密封槽162，所述第三密封槽162中均设有第二轴向泛塞圈163，所述套筒16顶部内边缘处的第二轴向泛塞圈163开口向上，所述套筒16底部内边缘处的第二轴向泛塞圈163开口向下。

为了保证所述自密封腔室143的密封性能，所述上压板141的底部与所述下压板142的顶部外边缘处均开设有第一密封槽144，所述第一密封槽144中均安装有第一轴向泛塞圈145，所述上压板141底部的第一轴向泛塞圈145开口向下，所述下压板142顶部的第一轴向泛塞圈145开口向上。

进一步的，所述上压板141上开设有气体通孔146，所述气体通孔146与所述自密封腔室143连通，所述气体通孔146处连接有气管线147，所述气管线147穿出所述顶盖15，通过第二管线7与所述气源4连接；所述第二管线7上设有第二阀门71，所述第二阀门71位于所述填砂细管13外；优选的，三根第二管线7可在接近所述气源4处接入同一跟气源总线72，所述气源总线72上设有压力表。每根所述第二管线7接近所述气源总线72处均为波纹管，由于气源总线72位置不变，三个填砂细管13内的上压板141高度不同时，气管线147的顶部高度也不同，气管线147与气源总线72之间的长度也不同，因此第二管线7设置成波纹管可以满足不同高度的上压板141上连接的气管线147与气源总线72的连接。

在实际使用中，需向所述自密封腔室143中充入气体，将气体143充满自密封腔室143，在向自密封腔室143中充入气体时，随着自密封腔室143内气体的不断充入，自密封腔室143内的气体压力逐渐增加，第一轴向泛塞圈145和第二轴向泛塞圈163的开口处在气压作用下被压紧，且第一轴向泛塞圈145和第二轴向泛塞圈163的密封性能随着气体压力增大逐渐增强，能够有效的防止气体从上压板141、下压板142与填砂细管13的接触面，以及上推杆1311、下推杆1312与套筒16的接触面缝隙中泄露，利用充入自密封腔室143内的气体进行自密封，保证实验过程中模拟岩心部分的密封性。

进一步的，所述套筒16的外周上设有若干翅片161，所述翅片161可将推杆131内液体的温度进行扩散到自密封腔室143内，使自密封腔室143内的气体温度升高，根据伯努利方式，在自密封腔室143体积不变的情况下，气体温度越高，压力越大，而第一轴向泛塞圈145和第二轴向泛塞圈163的密封性能也是随着气体压力增大而变得更好的，因此，在套筒16上设置翅片可进一步的保证填砂细管13在实验过程中的密封性能。

进一步的，为了防止上推杆1311和下推1312内的液体在接头处流入上推杆1311、下推杆1312与套筒16之间的缝隙中，在上推杆1311与下推杆1312连接处还设有密封结构；具体为：在上推杆1311的底部或者下推杆1312的顶部内侧边缘处开设第二密封槽1313，在所述第二密封槽1313内设置径向泛塞圈1314，所述径向泛塞圈1314的开口朝向所述上推杆1311或者下推杆1312的截面中心处，液体在上推杆1311和下推杆1312中流动时，对径向泛塞圈1314产生挤压，在挤压的过程中径向泛塞圈1314能够起到很好的密封作用，避免推杆131中的液体进入到与套筒16之间的缝隙中。

进一步的，为了避免下压板142底部的岩心碎渣、粉末等进入到推杆131中堵塞推杆131内部的流动通道，在下推杆1312的端部设置有过滤网1315；具体的，在所述下压板142的底端开设一个安装槽，安装槽的横截面积大于下推杆1312的底部横截面积，在安装槽中安装过滤网1315。

进一步的，为了防止水驱油时向上移动的液体对自密封压板14产生向上的反作用力导致自密封压板14向上移动，影响实验结果的准确性，在设定好岩心的长度和压实情况后，需将自密封压板14进行固定；具体的，所述上推杆1311上螺纹连接有固定螺母1316，所述固定螺母1316位于所述顶盖15的上方，调节固定螺母1316在上推杆1311上的位置，然后将固定螺母1316固定在顶盖上，即可实现自密封压板14的位置固定；具体的，所述顶盖15上开设有定位槽151，所述定位槽151的直径小于所述固定螺母1316的外直径，所述定位槽151的表面设有螺纹；所述固定螺母1316的底部焊接固定有连接杆1317，所述连接杆1317为中空结构，所述上推杆1311可穿过所述连接杆1317，所述连接杆1317的外表面设有与所述定位槽151表面螺纹相匹配的外螺纹；所述连接杆1317的长度与所述定位槽151的深度相同，在调节固定螺母1316位于上推杆1311上的位置时，连接杆1317也随之上下移动，连接杆1317与定位槽151螺纹连接固定时，固定螺母1316的底部刚好与顶盖15的顶部接触进行限位，保证上压板141的位置不会发生变化。所述定位槽151的中心开设有用于所述上推杆1311穿过的中心孔1511。

进一步的，所述上推杆1311的顶部通过第三管线8与所述收集装置5连接，所述收集装置5内分成三格，每个所述填砂细管13上的上推杆1311对应一根第三管线8，然后连入收集装置5内的一格，将三个不同的填砂细管13内流出的液体收集到收集装置5的不同格中，便于对不同的填砂细管13中流出的液体进行进一步的检测化验。所述第三管线8靠近所述收集装置5的一端也使用波纹管，便于填砂细管13内自密封压板14处于不同高度时均能与收集装置5连接。

进一步的，所述填砂细管13为透明材质，且所述填砂细管13上设有用于定位所述下压板142高度的刻度标线，在对不同长度的模拟岩心进行实验时，将岩心填充到填砂细管13中，用自密封压板14进行压实，下压板142底部的刻度标线处对应的即为模拟岩心的长度。

本发明的油藏工程模拟填砂实验装置在进行水驱油物理实验模拟时，具体步骤如下：将供水容器、供油容器通过第一管道与填砂管底部的连接孔连接起来；然后将连接有自密封压板的推杆以及气管线穿过顶盖进行组装，和顶盖进行组装；根据所要模拟的岩心的渗透率以及所要模拟的岩心长度，计算需要填入不同填砂细管中的石英砂的量，将不同量的石英砂装入不同的填砂细管中，将顶盖安装在填砂管上，调节自密封压板的高度，使下压板的高度与岩心长度对应的刻度标线对齐，然后使用固定螺母和连接杆对推杆进行固定；将推杆与收集装置连接，气管线与气泵连接；

打开气源，依次对三个填砂细管内的自密封腔室进行充气，充气压力大于石英砂中的压力；打开气泵，向油水室中注入油和水，油水混合物充满油水室后关闭气泵。然后再打开供水容器对应的气泵，对油水室中注入水，此时，油水室内的油水混合物开始向顶部的石英砂中流动，继续注入水，开始水驱油的实验，记录液体进入收集装置的时间，进入收集装置的液体量、测定收集装置中不同液体的含水率，研究含水率随时间变化的情况；当进入收集装置内的液体含水率达到98%时，停止记录，对比不同渗透率的模拟岩心在水驱油实验时的物理规律。

在进行填砂封堵实验模拟时，在三个填砂细管中装入渗透率相同，长度不同的模拟岩心，其他操作均与上述操作相同，对比记录不同岩心长度对油藏的封堵效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种油藏工程模拟填砂实验装置，包括填砂管(1)、供水容器(2)、供油容器(3)、气源(4)和收集装置(5)；所述供水容器(2)与所述供油容器(3)均与所述填砂管(1)的一端连接，所述气源(4)和收集装置(5)与所述填砂管(1)的另一端连接；其特征在于：所述填砂管(1)中设有隔板(11)，所述隔板(11)将所述填砂管(1)分成下部的油水室(12)和上部的填砂室；所述油水室(12)的底部设有连接孔(121)，所述供水容器(2)和供油容器(3)通过第一管道(6)与所述连接孔(121)连接；

所述填砂室包括多个相同的填砂细管(13)，所述填砂细管(13)的两端均为开口结构，所述隔板(11)与多个所述填砂细管(13)底部接触处为网状结构，且所述网状结构只能通过油和水，不能通过石英砂；每个所述填砂细管(13)内均设有推杆(131)，所述推杆(131)为中空结构，所述推杆(131)靠近底部处固定套设有自密封压板(14)；

所述填砂室的顶部设有顶盖(15)，每根所述推杆(131)均穿出所述顶盖(15)后与所述收集装置(5)连接；所述气源(4)通过第二管线(7)与所述自密封压板(14)连接；

所述自密封压板(14)包括上压板(141)和下压板(142)，所述上压板(141)和所述下压板(142)的外侧面均与所述填砂细管(13)的内侧壁接触，所述上压板(141)和下压板(142)之间形成自密封腔室(143)；

所述上压板(141)的底部与所述下压板(142)的顶部边缘处均开设有第一密封槽(144)，所述第一密封槽(144)中均安装有第一轴向泛塞圈(145)，两个所述第一轴向泛塞圈(145)相向设置；

所述上压板(141)上开设有气体通孔(146)，所述气体通孔(146)处连接有气管线(147)，所述气管线(147)穿出所述顶盖(15)，通过第二管线(7)与所述气源(4)连接；所述第二管线(7)上设有第二阀门(71)，所述第二阀门(71)位于所述填砂细管(13)外；

所述推杆(131)包括上推杆(1311)和下推杆(1312)，所述上推杆(1311)的顶部穿出所述顶盖(15)，通过第三管线(8)与所述收集装置(5)连接；

所述上推杆(1311)的底部穿过所述上压板(141)；所述上推杆(1311)与所述上压板(141)固定连接；

所述下推杆(1312)的顶部位于所述上压板(141)和所述下压板(142)之间，所述下推杆(1312)的底部穿过所述下压板(142)，且所述下推杆(1312)与所述下压板(142)固定连接；

所述上推杆(1311)与所述下推杆(1312)之间可拆卸连接，且所述上推杆(1311)与所述下推杆(1312)连接处还设有密封结构；

所述第二管线(7)靠近所述气源(4)处、以及所述第三管线(8)靠近所述收集装置(5)处均采用波纹管；

所述密封结构包括设在所述上推杆(1311)底部或者下推杆(1312)顶部的第二密封槽(1313)，所述第二密封槽(1313)内设有径向泛塞圈(1314)；

所述上推杆(1311)和所述下推杆(1312)均为外螺纹杆，所述上推杆(1311)和下推杆(1312)外螺纹连接有套筒(16)；所述套筒(16)的外周上设有若干翅片(161)。

2.根据权利要求1所述的一种油藏工程模拟填砂实验装置，其特征在于：所述下推杆(1312)的底部设有过滤网(1315)。

3.根据权利要求2所述的一种油藏工程模拟填砂实验装置，其特征在于：所述上推杆(1311)上螺纹连接有固定螺母(1316)，所述固定螺母(1316)位于所述顶盖(15)的上方，所述固定螺母(1316)与所述顶盖(15)之间设有限位固定装置。

4.根据权利要求3所述的一种油藏工程模拟填砂实验装置，其特征在于：所述限位固定装置包括设在顶盖(15)上的定位槽(151)，所述定位槽(151)的直径小于所述固定螺母(1316)的直径；

所述定位槽(151)的表面设有螺纹，所述固定螺母(1316)的底部固定连接有连接杆(1317)，所述连接杆(1317)为中空结构，所述连接杆(1317)的外表面设有与所述定位槽(151)表面螺纹相匹配的外螺纹；所述定位槽(151)的中心开设有用于所述上推杆(1311)穿过的中心孔(1511)。

5.根据权利要求4所述的一种油藏工程模拟填砂实验装置，其特征在于：所述填砂细管(13)为透明材质，且所述填砂细管(13)上设有用于定位所述下压板(142)高度的刻度标线。

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