CN114607329A - 注气辅助热采模拟实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种注气辅助热采模拟实验装置及方法，通过设置气体注入模块，向长管物理模型内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型内注入可调节注入速度的气体，以模拟注气辅助热采过程中蒸汽和气体的注入；通过设置长管物理模型，可以模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；长管物理模型包括模型筒体和模拟油层，通过设置模型筒体模拟平面、纵向非均质，设置模拟油层模拟油藏储层；通过设置产出计量模块，采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量，模拟实际的油气开采，完成注气辅助热采模拟实验。综上，本发明可以有效模拟注气辅助热采过程，进而探索注气辅助热采的驱油机理，提高采收率。
Description
技术领域
本发明涉及热力采油技术领域，尤其涉及一种注气辅助热采模拟实验装置及方法。
背景技术
注蒸汽热力采油取得了较好的开发效果，经过多年的开发，目前多数主力区块已经进入中后期，面临地层压力低、指进窜流、波及系数不高、油汽比低、产量递减加快等问题，常规的注蒸汽热力采油技术已经不能满足油田高效经济开发，如何改善注蒸汽热采开发效果是目前亟需解决的关键问题。
注气辅助热采是改善注蒸汽热采开发效果的一项新技术，具有气源广、无污染、成本低等诸多优点，在蒸汽注入的过程中，由于气体的加入，使得作用机理更加复杂，为了深入研究注气辅助热采机理，要借助室内物理模拟实验装置。但现有技术仅能进行注蒸汽热采比例物理模拟，而不能开展注气辅助热采物理模拟实验。
发明内容
本发明实施例提供一种注气辅助热采模拟实验装置，用以有效模拟注气辅助热采，该装置包括：
气体注入模块，用于向长管物理模型内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型内注入可调节注入速度的气体；
长管物理模型，用于模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；所述长管物理模型包括模型筒体和模拟油层，所述模型筒体用于模拟平面、纵向非均质，所述模拟油层用于模拟油藏储层；
产出计量模块，用于采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量。
本发明实施例还提供一种注气辅助热采模拟实验方法，用以有效模拟注气辅助热采，该方法包括：
利用气体注入模块，向长管物理模型内注入预设注入速度、压力和干度的湿蒸汽，以及预设注入速度的气体；
利用产出计量模块，采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量；
根据产出计量模块的流体计量结果，分析得到注气辅助热采模拟实验过程的生产动态特征。
本发明实施例中，通过设置气体注入模块，向长管物理模型内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型内注入可调节注入速度的气体，以模拟注气辅助热采过程中蒸汽和气体的注入；通过设置长管物理模型，可以模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；长管物理模型包括模型筒体和模拟油层，通过设置模型筒体模拟平面、纵向非均质，设置模拟油层模拟油藏储层；通过设置产出计量模块，采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量，模拟实际的油气开采，完成注气辅助热采模拟实验。综上，本发明可以有效模拟注气辅助热采过程，进而探索注气辅助热采的驱油机理，提高采收率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中注气辅助热采模拟实验装置的结构示意图。
图2为本发明具体实施例中气体注入模块101的结构示意图。
图3为本发明具体实施例中长管物理模型102的结构示意图。
图4为本发明具体实施例中产出计量模块103的结构示意图。
图5为本发明具体实施例中数据采集和图像处理模块的结构示意图。
图6为本发明具体实施例中物理模型保温模块的结构示意图。
图7为本发明具体实施例中模型支架的位置示意图。
图8为本发明实施例中注气辅助热采模拟实验方法的示意图。
图9为本发明具体实施例中注气辅助热采模拟实验方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种注气辅助热采模拟实验装置，用以有效模拟注气辅助热采，如图1所示，该装置包括：
气体注入模块101，用于向长管物理模型102内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型102内注入可调节注入速度的气体；
长管物理模型102，用于模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；所述长管物理模型102包括模型筒体和模拟油层，所述模型筒体用于模拟平面、纵向非均质，所述模拟油层用于模拟油藏储层；
产出计量模块103，用于采集长管物理模型102产出的流体，对长管物理模型102产出的流体进行计量。
本发明实施例中，通过设置气体注入模块，向长管物理模型内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型内注入可调节注入速度的气体，以模拟注气辅助热采过程中蒸汽和气体的注入；通过设置长管物理模型，可以模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；长管物理模型包括模型筒体和模拟油层，通过设置模型筒体模拟平面、纵向非均质，设置模拟油层模拟油藏储层；通过设置产出计量模块，采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量，模拟实际的油气开采，完成注气辅助热采模拟实验。综上，本发明可以有效模拟注气辅助热采过程，进而探索注气辅助热采的驱油机理，提高采收率。
具体实施时，气体注入模块101的结构如图2所示，包括：
蒸汽发生器201、气源202、调节器203、气体流量计204和控制器205；
蒸汽发生器201，用于产生可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽；具体实施例中，气体注入模块101还包括高精度流量泵，与蒸汽发生器201相连，用于为蒸汽发生器201提供生产蒸汽所需要的水。
气源202，用于提供辅助开采的气体；
调节器203，用于调节气源202提供的气体的压力；
气体流量计204，用于调节调节器203调节压力后的气体的流量，控制注入长管物理模型102中气体量的多少；
控制器205，用于混合上述湿蒸汽和气体；
气源202、调节器203和气体流量计204通过管道顺次连接后，与蒸汽发生器201一同连接控制器205，控制器205通过管道连接长管物理模型102的注入端盖。
具体地，蒸汽的注入速度范围为20cm3/min～400cm3/min、温度范围为120℃～350℃、干度范围为20％～80％，辅助开采的气体的注入速度范围为20cm3/min～100cm3/min。
具体实施例中，长管物理模型102的具体结构，如图3所示，在模型筒体301和模拟油层的基础上，还包括：
上端盖302和下端盖303，用于盖住模型筒体301；一具体实施例中，模型筒体301的几何尺寸：10cm(筒体底面直径)×150cm(筒体高度)，最高工作压力50MPa。
隔热层304，内衬于模型筒体301的内壁，用于防止模型筒体301内部的热量向外散失；具体实施例中，隔热层304的厚度为60mm，耐温1000℃，导热系数低，能够防油防腐。
石墨垫，用于上端盖302、下端盖303与模型筒体301间进行密封；
紧固螺栓，用于压紧上端盖302、下端盖303与模型筒体301间的石墨垫，达到密封效果。
具体地，模拟油层采用原油拌砂装填或装填石英砂再注入饱和原油的方式，模拟油藏储层。上端盖302设有填砂及出砂的堵头，用于对填砂压实。为了便于装填和取出砂石，实现手动取样的功能，模型筒体301、上端盖302和下端盖303上设有开孔305，用于作为原油注入口及排出口。
具体实施例中，产出计量模块103具体用于产出流体冷却，并进行气液分离，收集产出流体，计量产出油、气、水量，从而分析生产动态特征。产出计量模块103的结构如图4所示，包括：
回压控制阀401、气液分离器402、液体收集器403和气体流量计404；
回压控制阀401的一端与长管物理模型102的流体出口相连，另一端通过管线与气液分离器402相连后，通过管线分别连接液体收集器403和气体流量计404；
其中，回压控制阀401用于控制长管物理模型102的流体出口压力，将长管物理模型102的流体出口压力控制在一定范围，以保证气体和液体的产出；
气液分离器402用于将长管物理模型102产出的气体和液体分离；
液体收集器403用于收集气液分离器402分离出的液体；
气体流量计404用于对气液分离器402分离出的气体进行实时计量，并进行尾气监测，以对产出气体进行实时在线监测。
为了实时掌握注气辅助热采模拟实验过程，本发明具体实施例中还提供一种注气辅助热采模拟实验装置，在图1的基础上还包括：数据采集和图像处理模块，用于测量并采集长管物理模型102的模拟油层在注气辅助热采模拟实验过程中的温度和压力信号，将采集到的温度和压力信号进行处理，生成场图。
具体实施时，数据采集和图像处理模块的简易结构如图5所示，包括：
多个温度传感器501，安装在模拟油层内，用于测量模拟油层的温度；具体实施例中，选用K型铠装热电偶，规格为Φ2.0mm，耐温1000℃，精度0.2级。
多个压力传感器502，安装在模拟油层内，用于测量模拟油层的压力；具体实施例中选用Φ8×1mm的高温耐热钢管，连接1000psi传感器(1～5v)，精度0.11﹪FS。
数据采集单元503，用于收集多个温度传感器501测量的温度信号和多个压力传感器502测量的压力信号，将温度信号和压力信号传输给图像处理单元；
图像处理单元504，用于将接收到的温度信号和压力信号进行处理，生成实时场图。
具体实施例中，长管物理模型102中的测压点和取样口设有8个，间隔20cm，且温度传感器的热电偶共布有29×3＝87个，在每个热电偶布点截面，均布有3个热电偶。
为了模拟油藏的初始温度条件，即油藏未开采前的温度，本发明具体实施例中所提供的注气辅助热采模拟实验装置还包括：物理模型保温模块，用于对长管物理模型102进行温度控制，以模拟油藏的初始温度条件。
其中，物理模型保温模块的具体结构如图6所示，包括：
多个温度传感器601，用于测量保温套603的温度；
温度控制器602，用于根据多个温度传感器601所测量的长管物理模型102外侧温度，调节加热器604对保温套603的加热温度，以控制保温套603的温度在预定范围内；
保温套603，包裹在长管物理模型102外侧，用于对长管物理模型102进行保温；
加热器604，用于加热保温套603。
为了实现对长管物理模型102的径向360°翻转，模拟任意角度地层倾角，具体实施例中的注气辅助热采模拟实验装置如图7所示，还包括：模型支架701，用于支撑并带动长管物理模型12进行径向翻转，使长管物理模型102与水平面呈预设夹角，以模拟任意角度地层倾角。
通过本发明实施例提供的注气辅助热采模拟实验装置，可开展注气辅助蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD物理模拟实验研究，认识注气辅助热采机理，优化注气种类、气汽比例、注入方式等参数，为油藏工程设计提供技术支持。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种注气辅助热采模拟实验方法，由于注气辅助热采模拟实验方法所解决问题的原理与注气辅助热采模拟实验装置相似，因此注气辅助热采模拟实验方法的实施可以参见注气辅助热采模拟实验装置的实施，重复之处不再赘述，如图8所示，包括：
步骤801：利用气体注入模块101，向长管物理模型102内注入预设注入速度、压力和干度的湿蒸汽，以及预设注入速度的气体；
步骤802：利用产出计量模块103，采集长管物理模型102产出的流体，对长管物理模型102产出的流体进行计量；
步骤803：根据产出计量模块103的流体计量结果，分析得到注气辅助热采模拟实验过程的生产动态特征。
具体实施例中的注气辅助热采模拟实验方法，如图9所示，在图8的基础上，还包括：
步骤901：在注气辅助热采模拟实验过程中，利用数据采集和图像处理模块测量并采集长管物理模型102中模拟油层的温度和压力信号，将采集到的温度和压力信号进行处理，生成场图。
具体实施例中，还提供一种注气辅助热采模拟实验方法，在图8的基础上，还包括：利用物理模型保温模块，对长管物理模型102进行温度控制，模拟油藏的初始温度条件。
具体实施例中，注气辅助热采模拟实验方法还包括：旋转长管物理模型102，对不同角度地层倾角进行模拟。
具体实施例中，注气辅助热采模拟实验过程包括：
第一步，建立用于注气辅助热采的长管物理模型102，安装模型后端盖、温度测点、压力测点，上紧螺栓密封，按模型渗透率确定模型用砂粒径和比例，混合均匀填装模型，模型砂装填紧密，安装模型前端盖，上紧螺栓密封。
第二步，部件连接：气体注入模块101与长管物理模型102的注入端，产出计量模块103与长管物理模型102的采出端连接，压力传感器、温度传感器、数据采集和图像处理模块、依次与微机连接。
第三步，建立油藏初始温度条件。启动模型保温单元，给模型本体升温并恒温控制，模拟油藏的初始温度条件。
第四步，模拟油层饱和水，连接抽真空***，真空度达到133.3Pa，在连续抽真空2h，将实验用水在负压下吸入长管物理模型102，记录饱和水体积，计算模型孔隙度。
第五步，模拟油层饱和油，将实验用油以较低的速度(不大于0.3ml/min)从饱和油井注入长管物理模型102，得到模拟油层初始含油饱和度及初始压力条件。
第六步，注气体和蒸汽采油，气体、蒸汽按方案设计比例混合注入采油，产出计量模块103收集产出流体。
第七步，产出的流体分离，计量产出油量、产出水量、产出气量、含水率、采出程度，分析生产动态特征，即产油量、产液量、含水率、采出程度与时间的关系曲线规律。
通过上述步骤，实现注气辅助热采物理模拟，从而探索注气辅助热采驱油机理，认识辅助气体对开采效果影响。通过采用流量计、控制器、调节器等组合，实现了气体参数精确控制与计量；通过对长管物理模型的径向任意角度翻转，实现任意地层倾角的模拟；且长管物理模型中特有的内衬式隔热、注采井保温隔热结构，能够尽可能保证实验过程中的温度条件与实际油藏开采时一致。通过在长管物理模型主体开孔做为样品排出口，可实现在线取样；通过设置采用产出液自动分离与计量的装置，能够实现高温高压条件下产出液的自动分离与计量。
综上所述，本发明实施例提供的注气辅助热采模拟实验装置及方法具有如下优点：
通过设置气体注入模块，向长管物理模型内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型内注入可调节注入速度的气体，以模拟注气辅助热采过程中蒸汽和气体的注入；通过设置长管物理模型，可以模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；长管物理模型包括模型筒体和模拟油层，通过设置模型筒体模拟平面、纵向非均质，设置模拟油层模拟油藏储层；通过设置产出计量模块，采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量，模拟实际的油气开采，完成注气辅助热采模拟实验。综上，本发明可以有效模拟注气辅助热采过程，进而探索注气辅助热采的驱油机理，提高采收率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种注气辅助热采模拟实验装置，其特征在于，包括：
气体注入模块，用于向长管物理模型内注入可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽，向长管物理模型内注入可调节注入速度的气体；
长管物理模型，用于模拟实际注气辅助热采时的油藏储层；所述长管物理模型包括模型筒体和模拟油层，所述模型筒体用于模拟平面、纵向非均质，所述模拟油层用于模拟油藏储层；
产出计量模块，用于采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体注入模块，包括：
蒸汽发生器、气源、调节器、气体流量计和控制器；
所述蒸汽发生器，用于产生可调节注入速度、压力和干度的湿蒸汽；
所述气源，用于提供辅助开采的气体；
所述调节器，用于调节所述气源提供的气体的压力；
所述气体流量计，用于调节所述调节器调节压力后的气体的流量；
所述控制器，用于混合所述湿蒸汽和所述气体；
所述气源、调节器和气体流量计通过管道顺次连接后，与所述蒸汽发生器一同连接所述控制器，所述控制器通过管道连接所述长管物理模型。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述长管物理模型还包括：
上端盖和下端盖，用于盖住模型筒体；
隔热层，内衬于所述模型筒体的内壁，用于防止模型筒体内部的热量向外散失；
石墨垫，用于上端盖、下端盖与模型筒体间进行密封；
紧固螺栓，用于压紧上端盖、下端盖与模型筒体间的石墨垫。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述模拟油层采用原油拌砂装填或装填石英砂再注入饱和原油的方式，模拟油藏储层。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述上端盖设有填砂及出砂堵头，用于对填砂压实；所述模型筒体、上端盖和下端盖上设有开孔，用于作为原油注入口及排出口。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述产出计量模块包括：
回压控制阀、气液分离器、液体收集器和气体流量计；
所述回压控制阀一端与所述长管物理模型的流体出口相连，另一端通过管线与所述气液分离器相连后，通过管线分别连接所述液体收集器和气体流量计；
其中，所述回压控制阀用于控制所述长管物理模型的流体出口压力；
所述气液分离器用于将所述长管物理模型产出的气体和液体分离；
所述液体收集器用于收集所述气液分离器分离出的液体；
所述气体流量计用于对所述气液分离器分离出的气体进行实时计量。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：数据采集和图像处理模块，用于测量并采集所述长管物理模型的模拟油层在注气辅助热采模拟实验过程中的温度和压力信号，将采集到的温度和压力信号进行处理，生成场图。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据采集和图像处理模块，包括：
多个温度传感器，安装在所述模拟油层内，用于测量模拟油层的温度；
多个压力传感器，安装在所述模拟油层内，用于测量模拟油层的压力；
数据采集单元，用于收集多个温度传感器测量的温度信号和多个压力传感器测量的压力信号，将所述温度信号和所述压力信号传输给图像处理单元；
图像处理单元，用于将接收到的所述温度信号和所述压力信号进行处理，生成实时场图。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：物理模型保温模块，用于对所述长管物理模型进行温度控制，以模拟油藏的初始温度条件。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述物理模型保温模块，包括：
多个温度传感器，用于测量保温套的温度；
温度控制器，用于根据多个温度传感器所测量的所述长管物理模型外侧温度，调节加热器对保温套的加热温度，以控制保温套的温度在预定范围内；
保温套，包裹在所述长管物理模型外侧，用于对所述长管物理模型进行保温；
加热器，用于加热所述保温套。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：模型支架，用于支撑并带动所述长管物理模型进行径向翻转，使所述长管物理模型与水平面呈预设夹角，以模拟任意角度地层倾角。
12.一种注气辅助热采模拟实验方法，其特征在于，采用如权利要求1-11中任一项所述的注气辅助热采模拟实验装置，所述注气辅助热采模拟实验方法包括：
利用气体注入模块，向长管物理模型内注入预设注入速度、压力和干度的湿蒸汽，以及预设注入速度的气体；
利用产出计量模块，采集长管物理模型产出的流体，对长管物理模型产出的流体进行计量；
根据产出计量模块的流体计量结果，分析得到注气辅助热采模拟实验过程的生产动态特征。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
在注气辅助热采模拟实验过程中，利用数据采集和图像处理模块测量并采集所述长管物理模型中模拟油层的温度和压力信号，将采集到的温度和压力信号进行处理，生成场图。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：利用物理模型保温模块，对所述长管物理模型进行温度控制，模拟油藏的初始温度条件。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：旋转所述长管物理模型，对不同角度地层倾角进行模拟。
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|---|---|---|---|
| CN202011394282.XA CN114607329A (zh) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | 注气辅助热采模拟实验装置及方法 |
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| US20110288778A1 (en) * | 2008-11-28 | 2011-11-24 | Schlumberger Technology Corporation | Method for estimation of sagd process characteristics |
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2020
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