CN117432375A - 基于das的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，属于油气开采技术领域。包括声波监测***、水平井筒、流体注入***、砾石充填***和油水分离***。所述砾石充填***与水平井筒相连，声波监测***、水平井筒、注入***和油水分离***依次相连。本发明用于模拟不同的储层温度、压力条件下，筛管完井水平井单、多相流生产时的井筒声波剖面、产出剖面，通过基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验，建立基于声波数据的产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释水平井产出剖面，为现场水平井生产优化提供技术思路。
Description
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，具体涉及基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置。
背景技术
完井方式是指油气井井筒与生产目的层特定的连通方式，以及为了实现某种连通方式采用的井身结构、井口装置和技术措施。目前，筛管完井是油气井水平井应用最广泛的完井方式之一。部分油田油层埋藏浅、疏松、生产过程容易出砂，为了防砂需要，油气井开发过程中常采用多种防砂完井方式，即裸眼优质筛管、裸眼砾石充填和管内砾石充填等。随着时代的进步和经济的发展，通过对水平井筛管完井方式的优化进行深入分析和研究，发现裸眼优质筛管防砂完井以及裸眼砾石充填防砂完井方式的优点在于能使油井获得更大的井筒半径与渗透面积，减少生产压差，确保水平井段出液的均匀，以此来缩短水平井开发的时间，但缺点在于井筒见水前稳定，见水后易发生堵塞造成产能下降。基于油气井动态监测数据解释筛管完井水平井产出剖面是解决深化地质认识、降低油气井开发难度、优化开发方案和提高单井产量的重要方法，起到油气田开发降本增效作用。
筛管完井水平井以多相流动为主，流型、流态复杂，受井径、井斜影响较大，给筛管完井水平井动态监测数据和产出剖面解释带来了一定困难。随着分布式光纤监测技术在石油行业中应用的发展，已经能够实现石油行业中包括测量声波/温度剖面、识别产层流体、判断出液出气位置、监测气举阀工作状态和判断裂缝位置等多方面的应用。成熟的分布式光纤监测技术主要为分布式光纤温度监测技术(DTS)和分布式光纤声波监测技术(DAS)，国内外主要利用分布式光纤温度监测技术(DTS)反演流体产出情况。然而，该监测技术目前仍存在不足之处，例如测试参数较少、井筒温度影响因素较多等导致资料解释出现多解性。因此，需要深入研究分布式光纤声波监测技术(DAS)，形成成熟的DAS数据定量解释理论模型和方法，实现利用分布式光纤声波监测技术(DAS)反演流体产出情况。
目前国内外对基于声波监测的筛管完井水平井产出剖面解释技术的理论研究和物理模拟之间缺乏联系。因此，建立一套基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置用于研究筛管完井水平井声波剖面与产液量的响应关系，实现水平井声波剖面测井数据解释水平井产出剖面，从而优化水平井开发开发方案，提高水平井开发经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，通过实验，建立基于声波数据的水平井产出剖面综合诊断图版，以弥补现有水平井筛管完井产出剖面解释技术的不足。
为实现上述目的，根据本申请内容，提供了基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，该实验装置包括声波监测***、水平井筒、流体注入***、砾石充填***和油水分离***，其特征在于，所述砾石充填***与水平井筒相连，声波监测***、水平井筒、流体注入***和油水分离***依次相连。声波监测***包括光脉冲发射器、信号接收终端和铠装光纤。水平井筒由筛管、套管和密封接头构成，所述套管上均匀开设多个联通井筒的垂向孔，筛管装配在套管内，筛管和套管之间存在用于充填砾石的环形空间。流体注入***由2台恒速恒压泵、2个储液罐和输液管线组成，流体经恒速恒压泵增压进入输液管线充分混合后，从水平井筒垂向孔流入并经过砾石进入筛管内。砾石充填***通过冲砂管线向水平井筒内套管和筛管之间的环形空间充填砾石。油水分离***由储液池和油水分离器组成。
所述声波监测***为分布式光纤声波监测DAS***，其中光纤为多纤芯铠装光纤，采用双头安装的方式。所述铠装光纤贯穿水平井筒，从井筒跟端经筛管内部下至井筒趾端并延伸一定长度。
所述水平井筒包括筛管、套管、跟端密封接头、趾端密封接头和筛管密封接头，所述筛管长度小于所述套管的长度，所述筛管的外径小于所述套管的内径并放置于所述套管内部，所述筛管一端固定在跟端密封接头，另一端放置于所述套管内并安装筛管密封接头，在所述筛管外靠近筛管密封接头2/3处安装扶正器，所述套管两端分别固定在跟端密封接头和趾端密封接头处，所述套管上均布多个联通井筒的垂向孔。所述筛管和所述套管间存在环行空间。
所述筛管为高级优质筛管，根据模拟充填地层砾石的粒径、地层砂的分选性、筛管的防砂层结构和产出流体，所述筛管具体包括相同尺寸的割缝筛管、绕丝筛管、精密微孔网布筛管、精密微孔复合防砂筛管、加强型自洁防砂筛管、梯形广谱多层变精度防砂筛管、螺旋不锈钢网滤筛管、星型孔金属纤维防砂筛管、金属纤维防砂筛管、烧结陶瓷防砂筛管、金属毡防砂筛管、环氧树脂滤砂管和陶瓷滤砂管。所述筛管密封接头中心处开设有铠装光纤穿越口用于铠装光纤穿过，筛管密封接头用于密封筛管末端，防止砾石和流体轴向进入筛管。
所述跟端密封接头整体为圆柱型结构，中心处开设有铠装光纤穿越口，所述铠装光纤穿过铠装光纤穿越口布设在所述筛管的内部空间。所述铠装光纤穿越口周围均匀开设有4个流体排出口，所述流体排出口与输液管线连通。所述流体排出口上方开设有砾石排出口，用于排出和替换水平井筒内充填的砾石。
所述趾端密封接头整体为圆柱型结构，中心处设有铠装光纤穿越口，所述铠装光纤从跟端密封接头穿入，通过水平井筒后，从趾端密封接头处穿出。所述趾端密封接头上部开设有砾石入流口，砾石通过砾石入流口注入水平井筒，从而完成充填。
所述跟端和趾端密封接头、筛管密封接头、水平井筒上开设的穿越口、流入和排出口处均采用椭球形耐高温、高压压帽和密封螺丝组成，所述装置整体耐高温、高压。
所述储液罐为耐温玻璃制成的大方槽，储液罐通过进液管线和出液管线分别与恒速恒压泵和油水分离器相连，可实现工作液的循环使用，模拟实验采用的工作液为清水、原油或清水与原油的混合物。
所述基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，具体使用步骤包括：
S1:安装基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，砾石入流口连接冲砂管线，向井筒中充填满足实验要求的砾石，待水平井筒的环形空间内充满砾石后，将砾石充填管线替换为带垫圈的密封螺丝。向储液罐中加入适量工作液，然后将出液管线出口末端和进液管线入口端放入储液罐工作液液面以下；
S2:开启储液罐加热并设置储液罐的恒定温度为T1，直到本组实验结束；
S3:开启恒速恒压泵并将初始流量设置为q1；
S4:打开声波监测***，待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段的声波数据λ11；
S5:改变恒速恒压泵的流量为q2；
S6:待温度计、流量计读数、声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段处的声波数据λ12；
S7:重复步骤S4～S6，记录流量为q1～qn时，筛管完井段对应的声波数据λ11～λ1n，完成模拟不同产量的水平井声波剖面数据测试；
S8:关闭恒速恒压泵，储液罐停止加热，打开跟端密封装置的砾石排出口，将水平井筒环形空间内的砾石全部排出，替换不同砾石、不同类型筛管，重复步骤S1～S7，完成模拟不同筛管类型和产量的水平井声波剖面数据测试；
S9:将步骤S8所采集的数据进行处理，绘制不同筛管完井方式下，基于声波数据的水平井产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释筛管完井水平井产出剖面；
S10:改变工作流体含水率，重复步骤S1～S9，建立基于声波数据的水平井产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释筛管完井水平井含水率变化。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在附图中：
图1为本发明中基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置。
图2为本发明中水平井筒模块的线架图及俯视图、左视图和右视图。
图3为本发明中水平井筒模块垂向剖面示意图和水平剖面示意图。
图4为本发明中基于声波数据的水平井产出剖面综合诊断图版示意图。
图1中：
1-声波监测***，101-激光发射器，102-声波信号接收终端、103-铠装光纤；
2-水平井筒、201-套管、202-筛管、203-实验砾石、204-跟端密封接头、205-趾端密封接头、206-筛管密封接头、207-砾石排出口、208-流体排出口、209-砾石入流口、210-水平井筒垂向孔；
3-油水分离***、301-油水分离器、302-储液池；
4-流体注入***、401-恒速恒压泵、402-储液罐、403-输液管线、404-压力计、405-流量计、406-流量控制阀；
5-砾石充填***、501-砾石充填泵组、502-砾石存放池；
图3中：
O1-跟端密封接头截面圆心、O2-液体排出口截面圆心、O3-砾石排出口截面圆心；
D1-流体排出口截面外径、D2-砾石排出口截面直外径；
Ds1-筛管截面内径、Ds2-筛管截面外径、Dt1-套管内径；
并符合如下关系：
①②/>且/>
具体实施方式
实施例1
基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，探究筛管完井水平井流体不同粘度(η1、η2、η3)对两相流声波剖面影响规律：
(此处选取粒度中值为D50的砾石，圆度、球度好，且在标准的土酸中的溶解度小于1％，砾石试样在水中搅拌后其浊度不大于50度，满足抗破碎试验要求；选取绕丝筛管完井；对本发明所涉及的模拟实验装置的方法及其实施步骤进行详细说明)
S1:安装基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，砾石入流口连接冲砂管线，向井筒中充填满足实验要求的砾石，待水平井筒的环形空间内充满砾石后，将砾石充填管线替换为带垫密封螺丝。改装流体注入***，根据实验需求，只需使用1个恒压恒速泵和1个储液罐，向储液罐中加入粘度为η1原油，然后将出液管线出口末端和进液管线入口端放入储液罐原油液面以下；
S2:开启储液罐加热并设置储液罐的恒定温度为T1，开启恒速恒压泵并将流量设置为q1，直到本组实验结束；
S3:打开声波监测***，待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段的声波数据λη1；
S4:更换储液罐内原油粘度为η2，储液罐和恒速恒压泵为T1和q1；
S5:待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段的声波数据λη2；
S6:更换储液罐内原油粘度为η3，储液罐和恒速恒压泵为T1和q1；
S7:待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段的声波数据λη3；
S8:关闭恒速恒压泵，储液罐停止加热，打开跟端密封装置的砾石排出口，将水平井筒环形空间内的砾石全部排出，回收实验原油；
S9:将步骤S3、步骤S5、步骤S7所采集的数据进行分析，探究筛管完井水平井流体粘度变化对声波剖面的影响规律，绘制不同筛管完井方式下，基于声波数据的水平井产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释筛管完井水平井产出剖面。
实施例2
基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，探究筛管完井水平井流体不同含水率(fw1、fw2、fw3)对两相流声波剖面影响规律：
S1:安装基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，砾石入流口连接冲砂管线，向井筒中充填满足实验要求的砾石，待水平井筒的环形空间内充满砾石后，将砾石充填管线替换为带垫密封螺丝。向储液罐中加入适量工作液(储水罐中加入适量纯净水、输液罐中加入适量原油)，然后将出液管线出口末端和进液管线入口端放入储液罐工作液液面以下；
S2:开启储液罐加热并设置储液罐的恒定温度为T1，直至本组实验结束；
S3:设置注水恒速恒压泵流量控制阀的恒定流量为fw1×q1，设置注油恒速恒压泵流量控制阀的恒定流量为(1-fw1)×q1，注意观察流量计，确保注入总流量为q1；
S4:打开声波监测***，待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段的声波数据λfw1；
S5:设置注水恒速恒压泵流量控制阀的恒定流量为fw2×q1，设置注油恒速恒压泵流量控制阀的恒定流量为(1-fw2)×q1，注意观察流量计，确保注入总流量为q1；
S6:待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段处的声波数据λfw2；
S7:设置注水恒速恒压泵流量控制阀的恒定流量为fw3×q1，设置注油恒速恒压泵流量控制阀的恒定流量为(1-fw3)×q1，注意观察流量计，确保注入总流量为q1；
S8:待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段处的声波数据λfw3；
S9:关闭恒速恒压泵，储液罐停止加热，打开跟端密封装置的砾石排出口，将水平井筒环形空间内的砾石全部排出，回收实验原油；
S10:将步骤S4、步骤S6和步骤S8采集的数据进行分析，探究筛管完井水平井流体含水率变化，绘制成筛管完井水平井流体基于含水率变化的产出剖面解释图版，便可弄清含水率变化对声波剖面影响规律。探究筛管完井水平井流体含水率变化对声波剖面的影响规律，绘制不同筛管完井方式下，基于声波数据的水平井单产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释筛管完井水平井产出剖面。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化和修改，包括声波剖面、所用材料和实施步骤，达到相同的目的，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.本发明涉及基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其中包括声波监测***、水平井筒、流体注入***、砾石充填***和油水分离***，所述砾石充填***与水平井筒相连，声波监测***、水平井筒、流体注入***和油水分离***依次相连，声波监测***包括光脉冲发射器、信号接收终端和铠装光纤，水平井筒由筛管、套管和密封接头构成，所述套管上均匀开设多个联通井筒的垂向孔，筛管装配在套管内，筛管和套管之间存在用于充填砾石的环形空间，流体注入***由2台恒速恒压泵、2个储液罐和输液管线组成，流体经恒速恒压泵增压进入输液管线充分混合后，从水平井筒垂向孔流入并经过砾石进入筛管内，砾石充填***通过冲砂管线向水平井筒内套管和筛管之间的环形空间充填砾石，油水分离***由储液池和油水分离器组成。
2.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述声波监测***为分布式光纤声波监测DAS***，其中光纤为多纤芯铠装光纤，采用双头安装的方式，所述铠装光纤贯穿水平井筒，从井筒跟端经筛管内部下至井筒趾端并延伸一定长度。
3.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述水平井筒包括筛管、套管、跟端密封接头、趾端密封接头和筛管密封接头，所述筛管长度小于所述套管的长度，所述筛管的外径小于所述套管的内径并放置于所述套管内部，所述筛管一端固定在跟端密封接头，另一端放置于所述套管内并安装筛管密封接头，在所述筛管外靠近筛管密封接头2/3处安装扶正器，所述套管两端分别固定在跟端密封接头和趾端密封接头处，所述套管上均匀开设多个联通井筒的垂向孔，所述筛管和所述套管间存在环行空间。
4.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述筛管为高级优质筛管，根据模拟充填地层砾石的粒径、地层砂的分选性、筛管的防砂层结构和产出流体，所述筛管具体包括相同尺寸的割缝筛管、绕丝筛管、精密微孔网布筛管、精密微孔复合防砂筛管、加强型自洁防砂筛管、梯形广谱多层变精度防砂筛管、螺旋不锈钢网滤筛管、星型孔金属纤维防砂筛管、金属纤维防砂筛管、烧结陶瓷防砂筛管、金属毡防砂筛管、环氧树脂滤砂管和陶瓷滤砂管，所述筛管密封接头中心处开设有铠装光纤穿越口用于铠装光纤穿过，筛管密封接头用于密封筛管末端，防止砾石和流体轴向进入筛管。
5.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述跟端密封接头整体为圆柱型结构，中心处开设有铠装光纤穿越口，所述铠装光纤穿过铠装光纤穿越口，布设在所述筛管的内部空间，所述铠装光纤穿越口周围均匀开设有4个流体排出口，所述流体排出口与输液管线连通，所述流体排出口上方开设有砾石排出口，用于排出和替换水平井筒内充填的砾石。
6.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述趾端密封接头整体为圆柱型结构，中心处设有铠装光纤穿越口，所述铠装光纤从跟端密封接头穿入，通过水平井筒后，从趾端密封接头处穿出，所述趾端密封接头上部开设有砾石入流口，砾石通过砾石入流口注入水平井筒，从而完成充填。
7.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述跟端和趾端密封接头、筛管密封接头、井筒上开设的穿越口、流入和排出口处均采用椭球形耐高温、高压压帽和密封螺丝组成，所述装置整体耐高温、高压。
8.根据权利要求1所述的基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，所述储液罐为耐温玻璃制成的大方槽，储液罐通过进液管线和出液管线分别与恒速恒压泵和油水分离器相连，可实现工作液的循环使用，模拟实验采用的工作液为清水、原油或清水与原油的混合物。
9.根据权利要求1所述基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，其特征在于，具体实验步骤包括：
S1:安装基于DAS的筛管完井水平井产出剖面监测物理模拟实验装置，砾石入流口连接冲砂管线，向井筒中充填满足实验要求的砾石，待水平井筒的环形空间内充满砾石后，将砾石充填管线替换为带垫圈的密封螺丝，向储液罐中加入适量工作液，然后将出液管线出口末端和进液管线入口端放入储液罐工作液液面以下；
S2:开启储液罐加热并设置储液罐的恒定温度为T1，直到本组实验结束；
S3:开启恒速恒压泵并将初始流量设置为q1；
S4:打开声波监测***，待温度计、流量计读数和声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段的声波数据λ11；
S5:改变恒速恒压泵的流量为q2；
S6:待温度计、流量计读数、声波监测***显示的声波剖面数据稳定后，记录筛管完井段处的声波数据λ12；
S7:重复步骤S4～S6，记录流量为q1～qn时，筛管完井段对应的声波数据λ11～λ1n，完成模拟不同产量的水平井声波剖面数据测试；
S8:关闭恒速恒压泵，储液罐停止加热，打开跟端密封装置的砾石排出口，将水平井筒环形空间内的砾石全部排出，替换不同砾石、不同类型筛管，重复步骤S1～S7，完成模拟不同筛管类型和产量的水平井声波剖面数据测试；
S9:将步骤S8所采集的数据进行处理，绘制不同筛管完井方式下，基于声波数据的水平井产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释筛管完井水平井产出剖面；
S10:改变工作流体含水率，重复步骤S1～S9，建立基于声波数据的水平井两相流产出剖面综合诊断图版，实现通过水平井声波剖面测井数据解释筛管完井水平井含水率变化。
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2023
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