一种基于分布式光纤的室内实验模拟装置的制作方法

1.本发明涉及石油勘探与开发技术领域，特别涉及一种基于分布式光纤的室内实验模拟装置。


背景技术：

2.分布式光纤传感技术是伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的新型传感技术，其主要通过光波为载体、光纤为媒介感知和传输被测量信号。与常规测井仪器相比，分布式光纤传感技术具有测量精度高、不易受电磁干扰、非接触式测量、安装简便以及易于井下永久性监测等优点，在油气井生产中得到了广泛应用，极大地提高了油气田动态监测与管理水平。
3.目前，用于井下监测的光纤传感技术主要包括分布式光纤温度传感(dts)、分布式光纤应力传感(dss)、分布式光纤声音传感(das)和分布式光纤化学传感(dcs)几种类型。随着智能油田的建设和发展，对井筒和油藏生产动态监测的需求越来越高，利用光纤传感技术在流量温度监测、人工举升系统监测、井筒流动保障监测、水力压裂监测等方面的测试已成为研究热点，且国内外已经在预测理论模型和现场应用方面作了部分研究工作。但是理论模型的运用与验证一般都需依赖于现场测试的数据，因此存在测试时间长、耗费高等缺陷，而室内实验研究正好可以弥补上述缺点。基于此，本技术提出了一种基于分布式光纤的室内实验模拟装置，能够弥补上述缺陷，为理论研究提供数据支撑。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种基于分布式光纤的室内实验模拟装置，以弥补现场测试时间长、耗费高的缺陷。
5.本发明实施例的具体技术方案是：
6.一种基于分布式光纤的室内实验模拟装置，包括:
7.流体供给装置，流体供给装置包括气体供给装置和/或液体供给装置；
8.地层模拟装置，地层模拟装置包括一个或多个岩心夹持器，岩心夹持器中装入岩心；
9.井筒模拟装置，井筒模拟装置包括圆管；
10.测试装置，测试装置包括分布式光纤,分布式光纤用于测试井筒模拟装置中的参数；
11.流体供给装置连接地层模拟装置，地层模拟装置连接井筒模拟装置，井筒模拟装置连接，流体经过流体供给装置进入地层模拟装置的岩心，流经岩心后进入井筒模拟装置，分布式光纤测量井筒模拟装置中的参数；
12.进一步地，所述流体供给装置用于提供地层流体，所述流体供给装置包括气体供给装置和/或液体供给装置；
13.进一步地，所述岩心夹持器中装入若干渗透率不等的岩心，所述岩心渗透率满足
k1≠k2≠k3
……
≠kn或n组岩心的渗透率仅有部分相同，以模拟横向非均质储层；
14.进一步地，所述岩心夹持器中串联渗透率不等的岩心，以模拟纵向非均质储层；
15.进一步地，井筒模拟装置为呈螺旋形分布的钢制绕管或内壁光滑直管；
16.进一步地，所述岩心端面上设置有剖缝，剖缝面与岩心中心线在同一平面中；
17.进一步地，所述剖缝中填充支撑剂；
18.进一步地，所述分布式光纤为dts、dss、das和dcs中的一种或几种；
19.进一步地，所述分布式光纤一端进入模拟井筒中，紧贴井筒内壁，分布式光纤另一端连接分布式光纤传感器，所述分布式光纤传感器测量所需数据；
20.进一步地，采用相似原理设置实验参数，相似原理包括进一步地，采用相似原理设置实验参数，相似原理包括π6＝φo，其中π1为几何相似系数，无量纲；π2为残余气饱和度与可动气饱和度之比，无量纲；π3为初始含气饱和度，无量纲；π4为束缚水饱和度与可动气饱和度之比，无量纲；π5为初始含水饱和度，无量纲；π6为储层原始状态下的平均孔隙度，无量纲；π7为初始含水饱和度，无量纲；π8为气相的重力和驱动力之比，无量纲；π9为水相的重力和驱动力之比，无量纲；
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.(1)采用室内实验装置进行分布式光纤的理论验证、现场预测等，测试时间短、经济型高。
23.(2)采用相似原理设计实验参数，并提出了具体的相似原理准则，据此设计的实验参数更加合理，因此能够体现实际储层的渗流情况，准确性高；
24.(3)能够模拟储层均质非均质的分布的情况、能够模拟井筒是否存在摩阻的情况，实验装置利用效率高。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本发明的室内实验装置的示意图。
27.图2是剖缝岩心的示意图。
28.其中，1-第一流体供给装置；2-第二流体供给装置；3-第三流体供给装置；4-地层模拟装置；5-岩心夹持器；6-岩心；7-井筒模拟装置；8-分布式光纤；9-处理器；10-温度提供装置；11-中间容器；12-岩心剖面。
具体实施方式
29.结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但
是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。
30.一种基于分布式光纤的室内实验模拟装置，包括:
31.流体供给装置，流体供给装置包括气体供给装置和/或液体供给装置；
32.地层模拟装置，地层模拟装置包括一个或多个岩心夹持器，岩心夹持器中装入岩心；
33.井筒模拟装置，井筒模拟装置包括圆管,圆管为钢制绕管或光滑直管；
34.测试装置，测试装置包括分布式光纤,分布式光纤用于测试井筒模拟装置中的参数。
35.流体供给装置主要用于提供地层流体，流体供给装置可以包括一个或多个，如图1中所示，包括第一流体供给装置1、第二流体供给装置2、第三流体供给装置3，具体包括气体供给装置和/或液体供给装置。气体供给装置用于提供气源，以模拟储层气体流动，液体供给装置用于提供液体，以模拟地层石油、地层水等流动。具体地，通过将储气罐中的气体或储液罐中的液体经过增压装置实现加压，从而通过管线进入地层模拟装置,以模拟地层流体流动。流体提供装置中的流体进入中间容器11后，在中间容器中设置压力为一定，即模拟储层压力条件下生成；若流体提供装置提供的流量一定，即模拟定产量生产。
36.流体经过中间容器后进入底层模拟装置。地层模拟装置主要用于模拟气藏储层，是由多组岩心装入岩心夹持器中连接实现。如果模拟的地层为均质地层，此时岩心夹持器中的岩心渗透率相等。例如以n组岩心为例，当中间容器内压力一定时，流体经过中间容器进入井筒，井筒可以模拟直井生产情况，也可以模拟水平井生产情况，即当k1＝k2＝k3
……
＝kn时，此时在沿井筒方向上可以看成一个由相同渗透率岩心模拟的均质储层；然而在实际中，气藏多为非均质性较强的储层，为了模拟地层的横向非均质性，可以将若干岩心夹持器装入若干渗透率不等的岩心，即当k1≠k2≠k3
……
≠kn或n组岩心的渗透率仅有部分相同时，就会形成渗透率变化的储层。对于直井的情况，当k1≠k2≠k3
……
≠kn或n组岩心的渗透率仅有部分相同时，此时模拟纵向非均质储层。对于水平井的情况，当k1≠k2≠k3
……
≠kn或n组岩心的渗透率仅有部分相同时，此时模拟横向非均质储层；为了模拟地层的纵向非均质性(即垂直水平井筒的方向)，则可以将岩心夹持器通过串联的方式,以纵向存在两层非均质储层为例，将岩心夹持器中装入渗透率不等的两个岩心,两个岩心夹持器串联即可等效为纵向的两层非均质储层。
37.此外，本领域技术人员也可根据实验已有的岩心组合等效新的岩心，例如以两块渗透率不等(分别为k1,k2)的岩心并联，从而得到渗透率为k3的岩心，此时满足1/k3＝(1/k1 1/k2)。岩心夹持器还连接围压装置，为岩心提供围压，模拟地层压力对储层形成的围压。
38.井筒模拟装置用于模拟直井或者水平井。当模拟水平井筒时，在实验中设置存在摩阻(井筒有限导流能力)和无摩阻(井筒为无限导流能力)两种情况。采用较细钢制绕管来模拟水平井段存在摩阻情况，钢制绕管呈螺旋形分布，流体流经钢制绕管时由于会产生压降，通过产生的压降来模拟水平井筒的摩阻压降，且钢制绕管采用螺旋分布的方式，相比直管能够减小实验装置的空间。采用内壁光滑直管来模拟水平井段不存在摩阻情况，此时井
筒摩阻压降基本为零。对于含裂缝的情况，在圆柱形岩心的端面上设置剖缝，剖缝面与岩心中心线在同一平面中，如图2所示，剖面高度与模拟裂缝长度满足相似原理。当模拟支撑缝时，在岩心剖面中填充支撑剂。当要测试储层生产时引起的温度变化时，还可以将温度传感器设置于岩心处，以获取温度数据。
39.测试装置包括分布式光纤，根据需要测试的参数类型可以选取dts、dss、das和dcs中的一种或几种。分布式光纤设置于井筒模拟装置内部，分布式光纤连接激发器、传感器、数据处理器，从而实现井筒中参数的测量。由于裸露光纤较脆易断，因此在光纤外部设置保护层；为提高光纤的精确度和分辨率，采用双头安装的方式，分布式光纤一端进入模拟井筒中，沿绕管管线紧贴绕管内壁，分布式光纤另一端连接分布式光纤传感器,传感器能够将测量的数据经过数据处理器处理，并显示在显示装置中。
40.流体供给装置连接地层模拟装置，地层模拟装置连接井筒模拟装置，井筒模拟装置连接，流体经过流体供给装置进入地层模拟装置的岩心，流经岩心后进入井筒模拟装置，分布式光纤测量井筒模拟装置中的参数。例如利用dts分布式光纤测量井筒中的温度分布以及变化情况，利用das分布式光纤测量井筒中的流量分布以及流量变化情况等。
41.为了模拟地层条件下的温度，在室内实验装置中还设置有温度提供装置10，温度提供装置可以为恒温箱等，以模拟流体流动过程中的温度环境。此外，各个装置之间根据需要可以设置流量控制器，管线阀门，温度传感器，压力传感器。如图1所示，可以在第一流体供给装置1、第二流体供给装置2、第三流体供给装置3的管路上设置流量控制器。可以在岩心夹持器上设置压力测量装置，以测量围压或岩心两端的压力(或压差，以模拟生产压差)。可以在岩心夹持器流体输出端安装温度传感器、压力传感器、流量传感器，以测量对应的温度剖面、井筒压力分布、产量剖面。
42.为了使得室内实验装置与实际气藏的流动情况相似，采用具体相似原理准则对实验参数进行设置，通过实际气藏的参数计算出室内实验的实验参数。采用量纲分析法或方程分析法，在保证重要的因素和机理相似的条件下，结合流体流动机理研究的目的，基于几何相似、运动相似、动力相似、初始条件相似、边界条件相似的原理，可以推导得到室内实验装置的相似准则，如表1所示。
43.表1相似原理表达式及物理意义
[0044][0045][0046]
例如在实际开发过程中，某储层的实际长度为600m，宽度为100米，若此时室内实验测试装置的长度最大为60cm，则可以确定长度比例为1000倍，即对应的实验装置储层宽度为10cm。由于实验装置与气藏原型有相同的孔隙介质，实验气体与储层气体具有相似的性质，即相似比满足：r(k)＝1，r(φ0)＝1，r(g)＝1，r(ρg)＝2，r(δs)＝1，r(μg)＝1，r(sg)＝1，r(s
wi
)＝1，r(sg)＝1，若要满足气相的重力和驱动力之比、水相的重力和驱动力之比两个准则，则采气速度比尺为长度比的平方，即采气速度比尺为100000。若实际采气速度为1440000方/天，则实验装置采气速度为1000ml/min。时间比例则为实际储层生成时间为1000d，实验装置生成时间为1d。岩心长度与储层厚度比尺为1000，即1cm岩心对应储层厚度10m，裂缝长度根据相似原理换算为4000，即岩心1cm长度的剖缝对应实际储层裂缝长度40m。
[0047]
以下步骤以定产量生产为例，介绍使用实验装置进行测试的步骤：
[0048]
(1)基于相似原理，根据实际储层的情况设置室内实验装置的实验参数；
[0049]
(2)连接室内实验装置，其中流体供给装置连接地层模拟装置，地层模拟装置连接井筒模拟装置，井筒模拟装置连接，使得流体经过流体供给装置进入地层模拟装置的岩心，
然后流经岩心后进入井筒模拟装置，分布式光纤测量井筒模拟装置中的参数；
[0050]
(2)将岩心装配于岩心夹持器中，保证流体顺利流入各个夹持器的岩心并流入井筒模拟装置；
[0051]
(3)开启温度提供装置，设置试验温度；
[0052]
(4)开启流体供给装置，设置岩心夹持器围压，通过流体供给装置提供气源和/或液源，保持流体供给装置提供的流体为q1(此时各支路流量满足q1 q2
…
qn＝q1，即各支路流量之和为总的产量)，模拟水平井生产；
[0053]
(6)待温度、压力数据稳定后，记录通过各个岩心夹持器的流量；通过测试装置中的分布式光纤测量井筒模拟装置中的温度与压力，并记录数据；
[0054]
(7)关闭流体供给装置管线的阀门，打开泄压阀，将室内实验模拟装置中的剩余流体排出，使得入口端压力恢复为0mpa；
[0055]
(8)调整流体供给装置的流量控制阀门，调整流量为q2，q2
…
qn，重复步骤(6)-(7)；
[0056]
(9)获取定产量条件下水平井的产量、温度剖面数据。
[0057]
以下步骤以定压生产为例，介绍使用实验装置进行测试的步骤：
[0058]
(1)基于相似原理，根据实际储层的情况设置室内实验装置的实验参数；
[0059]
(2)连接室内实验装置，其中流体供给装置连接地层模拟装置，地层模拟装置连接井筒模拟装置，井筒模拟装置连接，使得流体经过流体供给装置进入地层模拟装置的岩心，然后流经岩心后进入井筒模拟装置，分布式光纤测量井筒模拟装置中的参数；
[0060]
(2)将岩心装配于岩心夹持器中，保证流体顺利流入各个夹持器的岩心并流入井筒模拟装置；
[0061]
(3)开启温度提供装置，设置试验温度；
[0062]
(4)开启流体供给装置，设置岩心夹持器围压，通过流体供给装置提供气源和/或液源，保持中间容器的压力恒定，模拟定地层压力p1生产；
[0063]
(6)待温度、压力数据稳定后，记录通过各个岩心夹持器的流量；通过测试装置中的分布式光纤测量井筒模拟装置中的温度与压力，并记录数据；
[0064]
(7)关闭流体供给装置管线的阀门，打开泄压阀，将室内实验模拟装置中的剩余流体排出，使得入口端压力恢复为0mpa；
[0065]
(8)调整流体供给装置的流量控制阀门，调整压力为p2，p3
…
pn，重复步骤(6)-(7)；
[0066]
(9)获取定压量条件下水平井的产量、温度剖面数据。
[0067]
进一步地，也可以调整步骤(4)中的条件为岩心流量流出端压力pwf1恒定，以模拟定井底流压生产；相应地，在步骤(8)中，调整压力为pwf2，pwf3
…
pwfn，重复实验。
[0068]
进一步地，也可以调整步骤(4)中的条件为岩心流量流出端压力
△
p1恒定，以模拟定压差生产；相应地，在步骤(8)中，调整压力为
△
p2，
△
p3
…△
pn，重复实验。
[0069]
进一步地，获取室内实验装置测量的井筒剖面的流量与温度数据，拟合流量与温度之间的关系式，利用获取的关系式，采用现场测试的温度剖面数据/流量剖面数据计算得到现场生产井的流量剖面数据/温度剖面数据,从而节约现场测试时间。例如，对于现场井而言，可以根据实测dts温度剖面直观判断高产储层；且储层流量越大，对应储层段的井筒
温降越大，因此，可以根据实测dts温度剖面计算对应储层位置处的温降，进而判断储层流量的大小，从而估算气藏水平井产出剖面，为实现基于dts的产出剖面解释提供支撑。
[0070]
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。