水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置及方法与流程

1.本发明涉及热力采油技术领域，尤其涉及一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置及方法。


背景技术：

2.稠油开采中常用的一种重要方式是蒸汽驱。将蒸汽注入到一口或多口井中，将地下粘度较大的稠油加热降粘，然后在蒸汽蒸馏的作用下，把原油驱向邻近多口生产井采出。蒸汽驱是目前应用较多的热采技术，一定程度上克服了蒸汽吞吐加热半径有限的弱点，能够持续给地层提供热量，是蒸汽吞吐后提高采收率的有效方法之一。
3.水平井蒸汽驱是一种重要的热力采油技术，其采油机理十分复杂。为了深入研究稠油蒸汽驱机理，往往要借助室内物理模拟实验装置。目前，现有技术所开展的水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验以直井、短水平井为主，能准确的反映整个油藏或部分(单元)油藏中采油过程的动态特征和注入流体的波及效率特征，并广泛的应用于机理研究、优化井网配置、注采参数的指标及技术政策界限，预测现场实施效果，为油藏开发方案设计、现场合理实施提供可靠的依据。但是，现有的水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置，在物理模拟实验存在着以下缺点或不足：
4.(1)短水平井模拟区带特征不明显；
5.(2)模型无法实现直井、水平井不同组合的井网形式。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置，用以进行直井－水平井、水平井－水平井组合的全井段水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验，克服短水平井模拟区带特征不明显的缺陷，该装置包括：
7.蒸汽注入模块，用于向稠油油藏物理模型中注入预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；
8.稠油油藏物理模型，用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的油藏储层；所述稠油油藏物理模型包括模拟油层、模拟注入井和模拟生产井；所述模拟油层用于模拟稠油油藏储层，所述模拟注入井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的注入井，所述模拟生产井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的生产井；所述模拟注入井为直井或水平井，所述模拟生产井为水平井；
9.产出计量模块，用于对稠油油藏物理模型产出的流体进行气液分离、收集和计量。
10.本发明实施例还提供一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法，用以进行直井－水平井、水平井－水平井组合的全井段水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验，克服短水平井模拟区带特征不明显的缺陷，该方法包括：
11.利用蒸汽注入模块，向稠油油藏物理模型内注入预设注入速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；
12.利用产出计量模块，采集稠油油藏物理模型产出的流体，对稠油油藏物理模型产出的流体进行计量；
13.根据产出计量模块的流体计量结果，分析得到水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验过程的生产动态特征。
14.本发明实施例中，通过设置蒸汽注入模块，向稠油油藏物理模型中注入预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；通过设置稠油油藏物理模型，模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的油藏储层；其中，稠油油藏物理模型包括模拟油层、模拟注入井和模拟生产井；模拟油层用于模拟稠油油藏储层，模拟注入井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的注入井，模拟生产井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的生产井；且设置模拟注入井为直井或水平井，模拟生产井为水平井；通过设置产出计量模块，对稠油油藏物理模型产出的流体进行气液分离、收集和计量，模拟水平井蒸汽驱稠油开采的实际过程，完成水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验。通过将模拟注入井设置为直井或水平井，将模拟生产井设置为水平井，从而能够模拟直井－水平井、水平井－水平井组合的全井段水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验，以克服短水平井模拟区带特征不明显的缺陷，从而进一步探索稠油水平井蒸汽驱驱油机理。
附图说明
15.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。
16.图1为本发明实施例中水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置的结构示意图。
17.图2为本发明具体实施例中蒸汽注入模块101的简易结构示意图。
18.图3为本发明具体实施例中稠油油藏物理模型102的结构示意图。
19.图4为本发明具体实施例中产出计量模块103的简易结构示意图。
20.图5为本发明具体实施例中数据处理模块的简易结构示意图。
21.图6为本发明实施例中水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法示意图。
22.图7为本发明具体实施例中水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法示意图。
具体实施方式
23.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。
24.本发明实施例提供了一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置，用以进行直井－水平井、水平井－水平井组合的全井段水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验，克服短水平井模拟区带特征不明显的缺陷，如图1所示，该装置包括：
25.蒸汽注入模块101，用于向稠油油藏物理模型102中注入预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；
26.稠油油藏物理模型102，用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的油藏储层；
27.产出计量模块103，用于对稠油油藏物理模型102产出的流体进行气液分离、收集和计量。
28.其中，稠油油藏物理模型102，包括模拟油层、模拟注入井和模拟生产井；其中，模拟油层用于模拟稠油油藏储层，模拟注入井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的注入井，模拟生产井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的生产井；且模拟注入井为直井或水平井，模拟生产井为水平井。
29.本发明实施例中，通过设置蒸汽注入模块101，向稠油油藏物理模型102中注入预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；通过设置稠油油藏物理模型102，模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的油藏储层；其中，稠油油藏物理模型102包括模拟油层、模拟注入井和模拟生产井；模拟油层用于模拟稠油油藏储层，模拟注入井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的注入井，模拟生产井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的生产井；且设置模拟注入井为直井或水平井，模拟生产井为水平井；通过设置产出计量模块103，对稠油油藏物理模型102产出的流体进行气液分离、收集和计量，模拟水平井蒸汽驱稠油开采的实际过程，完成水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验。通过将模拟注入井设置为直井或水平井，将模拟生产井设置为水平井，从而能够模拟直井－水平井、水平井－水平井组合的全井段水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验，以克服短水平井模拟区带特征不明显的缺陷，从而进一步探索稠油水平井蒸汽驱驱油机理。
30.具体实施例中，蒸汽注入模块101的简易结构如图2所示，包括：
31.依次连接的液体盛放容器201、流量泵202和蒸汽发生器203；
32.流量泵202用于将液体盛放容器201中存储的水，按照预定流量泵入蒸汽发生器203，为蒸汽发生器203提供产生蒸汽所用的水源；具体实施例中，为了更精确得控制泵入水的流量，流量泵202可选用高精度流量泵。
33.蒸汽发生器203用于生产预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽，例如具体实施例中，可以生产速度50ml/min、温度200℃、压力1.55mpa、干度0.7以上的湿蒸汽。
34.具体实施例中，为了控制蒸汽单向注入稠油油藏物理模型102，防止蒸汽逆流，蒸汽注入模块还包括单向控制器204，单向控制器204位于蒸汽发生器203与稠油油藏物理模型102的蒸汽进口之间。
35.具体实施例中，稠油油藏物理模型102的结构如图3所示，包括：
36.上端盖301，用于盖住并密封稠油油藏物理模型102；
37.模型外壳302为正方体形状，用于盛装模拟油层303、模拟注入井304和模拟生产井305等部件；
38.隔热层(图中未示出)，内衬于稠油油藏物理模型外壳302的内壁，用于防止稠油油藏物理模型102内部的热量向外散失；
39.模拟油层303用于模拟稠油油藏储层，模拟注入井304用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的注入井，模拟生产井305用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的生产井；且模拟注入井304为直井或水平井，模拟生产井305为水平井。
40.通过上述部件，稠油油藏物理模型102能够模拟采油过程的动态特征和注入流体的波及效率特征等。通过倾斜或旋转稠油油藏物理模型102，还能够模拟任意地层倾角下的水平井蒸汽驱稠油开采时的油藏储层。利用稠油油藏物理模型102，具体实施例中可开展油
藏地质参数包括油层渗透率、含油饱和度、油粘度等对蒸汽驱开采效果的影响实验研究，还可开展注采工艺参数，包括注入蒸汽的速度、蒸汽干度等参数，对蒸汽驱开采效果的影响实验研究。
41.具体实施例中，模拟注入井304和模拟生产井305为预设直径的不锈钢管，例如直径可以为6mm，且在不锈钢管上开槽用于模拟注入井和生产井的射孔井段，并外包防出砂的筛网。为了模拟全井段开采，模拟注入井304和模拟生产井305的数量设置为一个或多个，用于模拟直井和水平井组合的井网，且不锈钢管在稠油油藏物理模型102中可任意插拔，即位置可调节，以模拟井网在稠油油藏中的不同位置。
42.具体实施例中，模拟油层303采用原油拌砂装填或装填石英砂再注入饱和原油的方式填充入模型外壳302中，以模拟稠油油藏储层。
43.具体实施时，模型外壳302为边长2.4m的正方体，稠油油藏物理模型102耐压为5mpa，模拟注入井304和模拟生产井305能够模拟反九点井网3组，包括：直井-水平井井网2组，水平井-水平井井网1组。
44.具体实施例中，产出计量模块103具体结构如图4所示，包括：
45.回压控制阀401、压力表402、冷凝器403和液体收集器404；
46.回压控制阀401的一端与稠油油藏物理模型102的流体出口相连，另一端通过管线与压力表402、冷凝器403和液体收集器404依次连接；
47.其中，回压控制阀401用于根据压力表402控制稠油油藏物理模型102的流体出口压力；
48.冷凝器403用于将稠油油藏物理模型102产出的流体冷凝；
49.液体收集器404用于收集冷凝器403冷凝后的液体。
50.本发明的一具体实施例中，还提供一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置，在图1的基础上，还包括：数据处理模块，用于：
51.测量并采集稠油油藏物理模型102的模拟油层在水平井蒸汽驱稠油开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，生成温度场图和压力场图。
52.具体实施时，数据处理模块的结构如图3和图5所示，包括：
53.多个温度传感器501，安装在模拟油层303内，用于测量模拟油层303的温度；
54.多个压力传感器502，安装在模拟油层303内，用于测量模拟油层303的压力；
55.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数据处理单元504；
56.数据处理单元504，用于将接收到的温度信号和压力信号进行处理，生成实时的温度场图和压力场图，以便于实验人员及时发现实验过程中的问题，及时做出调整措施。
57.具体实施时，温度传感器501一般选用热电偶，温度传感器501在模拟油层303内部分布7
×
16
×
5支，压力传感器502在模拟油层303内部分布5
×3×
3支。数据采集单元503还用于采集液体收集器404的实时液体(油)的收集量，并传递给数据处理单元504，以进行生产动态特征的分析。
58.本发明实施例能够提供一种利用全井段水平井模拟稠油蒸汽驱的三维比例物理模拟装置，填补了水平井全井段稠油蒸汽驱物理模拟装置的空白，能够有效地克服短水平
井无法模拟水平井内部真实的区带分布的流动特征的缺点，实现水平井全井段的蒸汽驱物理模拟实验研究。采用三维物理模拟方式，利用全井段水平井开展稠油蒸汽驱物理模拟试验研究，可模拟直井－水平井、水平井－水平井组合；可深入探索稠油水平井蒸汽驱驱油机理；开展温度场、压力场、饱和度等场变化研究。
59.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法，由于水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法所解决问题的原理与水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置相似，因此水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法的实施可以参见水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置的实施，重复之处不再赘述，具体结构如图6所示：
60.步骤601：利用蒸汽注入模块101，向稠油油藏物理模型102内注入预设注入速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；
61.步骤602：利用产出计量模块103，采集稠油油藏物理模型102产出的流体，对稠油油藏物理模型102产出的流体进行计量；
62.步骤603：根据产出计量模块103的流体计量结果，分析得到水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验过程的生产动态特征。
63.步骤601具体实施时，依次连接的液体盛放容器201、流量泵202和蒸汽发生器203，利用流量泵202将液体盛放容器201中存储的水，按照预定流量泵入蒸汽发生器203，为蒸汽发生器203提供产生蒸汽所用的水源；利用蒸汽发生器203生产预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽，通过管线将蒸汽发生器203生产的预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽注入稠油油藏物理模型102中。
64.步骤602具体实施时，将回压控制阀401的一端与稠油油藏物理模型102的流体出口相连，另一端通过管线与压力表402、冷凝器403和液体收集器404依次连接；利用回压控制阀401根据压力表402控制稠油油藏物理模型102的流体出口压力；利用冷凝器403将稠油油藏物理模型102产出的流体冷凝；利用液体收集器404收集冷凝器403冷凝后的液体。
65.具体实施例中，还提供一种水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验方法，如图7所示，在图6的基础上，还包括
66.步骤701：在水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验过程中，利用数据处理模块测量并采集稠油油藏物理模型102中模拟油层303的温度和压力信号，将采集到的温度和压力信号进行处理，生成实时的温度场图和压力场图。
67.具体实施过程包括：利用安装在模拟油层303内的多个温度传感器501测量模拟油层303的温度；利用安装在模拟油层303内的多个压力传感器502测量模拟油层303的压力；利用数据采集单元503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数据处理单元504；利用数据处理单元504，将接收到的温度信号和压力信号进行处理，生成实时的温度场图和压力场图。
68.本发明具体实施例中还给出了水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验的具体实验操作过程，包括：
69.第一步，组装稠油油藏物理模型102：在稠油油藏物理模型102中安装模型模拟注入井304和模拟生产井305的井管、在测温点处放置多个温度传感器501、在测压点处放置多个压力传感器502，按照模型渗透率确定模拟油层303用的砂粒径和比例，混合均匀后装填稠油油藏物理模型102，安装上端盖301，并上紧螺栓使稠油油藏物理模型102密封。
70.第二步，连接各个部件：蒸汽注入模块101连接稠油油藏物理模型102的蒸汽进口，产出计量模块103与稠油油藏物理模型102的流体出口连接，压力传感器502和温度传感器501分别与数据采集单元503连接后，与数据处理单元504(微机)连接。
71.第三步，模拟油层饱和水：对稠油油藏物理模型102抽真空，将蒸馏水在负压下吸入稠油油藏物理模型102中，记录饱和水的体积，即为孔隙体积测定油层的孔隙体积。
72.第四步，模拟油层饱和油：将实验用油以不大于5ml/min的速度从模拟注入井304注入稠油油藏物理模型102，当模拟生产井305产出液含油率达到99％时，记录饱和油量、驱出水量，得到模拟油层303的初始含油饱和度和初始压力条件。
73.第五步，蒸汽注入模块101向稠油油藏物理模型102注入蒸汽，产出计量模块103收集稠油油藏物理模型102产出的流体(油)。
74.第六步，产出流体分离，计量并统计产出油量、产出水量、含水率、产出程度，从而分析模拟实验过程的生产动态特征。
75.通过上述实验操作过程，本发明提供的水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置，能够实现稠油直井、水平井不同组合的井网模式的模拟，从而能够开展稠油油藏水平井全井段蒸汽驱物理模拟，并能够在高温高压条件下，开展稠油水平井蒸汽驱机理研究，开展温度场、压力场、饱和度等场变化研究。
76.综上所述，本发明实施例提供的水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验装置及方法具有如下优点：
77.通过设置蒸汽注入模块，向稠油油藏物理模型中注入预定速度、温度、压力和干度的湿蒸汽；通过设置稠油油藏物理模型，模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的油藏储层；其中，稠油油藏物理模型包括模拟油层、模拟注入井和模拟生产井；模拟油层用于模拟稠油油藏储层，模拟注入井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的注入井，模拟生产井用于模拟水平井蒸汽驱稠油开采时的生产井；且设置模拟注入井为直井或水平井，模拟生产井为水平井；通过设置产出计量模块，对稠油油藏物理模型产出的流体进行气液分离、收集和计量，模拟水平井蒸汽驱稠油开采的实际过程，完成水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验。通过将模拟注入井设置为直井或水平井，将模拟生产井设置为水平井，从而能够模拟直井－水平井、水平井－水平井组合的全井段水平井蒸汽驱稠油开采模拟实验，以克服短水平井模拟区带特征不明显的缺陷，从而进一步探索稠油水平井蒸汽驱驱油机理。
78.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。
79.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。
80.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。
81.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。
82.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。