水平井控水完井方式评价实验装置 |
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| 申请号 | CN201410453524.6 | 申请日 | 2014-09-05 | 公开(公告)号 | CN104265266A | 公开(公告)日 | 2015-01-07 |
| 申请人 | 中海石油(中国)有限公司深圳分公司; 中国石油大学(北京); | 发明人 | 韦红术; 吴晓东; 张俊斌; 韩国庆; 安永生; 林海春; 汪益宁; 张宁; 李淑栋; 史殊哲; 吴小军; 张佳; 李华昌; 朱峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 为一种 水 平井控水完井方式评价实验装置，该装置包括有一水平放置的模拟井筒，由模拟井筒的开口端向模拟井筒内密封伸设有完井模拟管柱；模拟井筒 侧壁 上设有排液口、排气口和 流体 入口；完井模拟管柱伸出模拟井筒开口端的端部设有流体出口，该流体出口通过流体出口 阀 门 连通于储液箱，储液箱出口顺序连接有 控制阀 、 离心 泵 、流量计和流体入口阀门，流体入口阀门连接于模拟井筒的流体入口，流体入口与流体出口之间设有一差压 传感器 ；完井模拟管柱端部与模拟井筒开口端之间设有完井模拟管柱直线位移及 定位 装置。该装置通过流量计和压差传感器来记录不同流量下、不同参数的多种完井方式的压差，对比分析不同完井方式在各自参数下的控水效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水平井控水完井方式评价实验装置，其特征在于：该评价实验装置包括有一水平放置的模拟井筒，由模拟井筒的开口端向模拟井筒内密封伸设有完井模拟管柱；所述完井模拟管柱与模拟井筒同心设置；所述模拟井筒侧壁上设有排液口、排气口和流体入口； |
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| 说明书全文 | 水平井控水完井方式评价实验装置技术领域[0001] 本发明是关于一种完井方式评价装置，尤其涉及一种水平井控水完井方式评价实验装置。 背景技术[0002] 不同于常规垂直井，底水油藏水平井与油藏的接触面积更大，能够有效增加泄油面积，改变井筒附近流体的渗流方式，减小渗流阻力，因而采用水平井时可以以很低的生产压差产出更多的油，这将有利于提高原油采收率，改善油田生产状况。 [0003] 从目前各大油田水平井的应用现状来看，虽然水平井相对垂直井具有采油指数高的优点，但随着水平井开发的进行，一些问题也逐渐暴露出来，比如水平井初期产能很高，约为直井的3～10倍，但由于沿井筒储层渗透率非均质性以及沿井筒流动方向存在压力降，使得水平井目标井段入流剖面不均匀，容易过早见水，而且生产见水后含水率会急剧上升，产油量急剧下降，造成其稳产时间短，甚至一些水平井刚投产就见水。 [0004] 水平井开采均不可避免地出现不同程度的出水问题，产水严重影响了水平井开发效果。因此，从完井的角度，研究水平井目标井段不同控水方式完井的入流规律、及控水效果分析，对优化水平井产能，延长水平井生产寿命，提高采收率及整体开发效益具有重要实际意义和理论指导意义。 [0005] 目前，国内应用范围较广的控水完井技术包括ICD(流入控制装置)控水完井技术、中心管控水完井技术以及变密度射孔控水完井技术。ICD完井控水技术是通过一定形状的节流装置产生附加压力降，来调节流体流入水平井井筒的流入剖面，常见的结构有：流道式、喷嘴式和喷管式，主要影响因素为喷嘴数或者孔口数。中心管控水完井技术是在水平段插入小直径生产管，伸入水平完井段一定长度，其作用是改善水平段的流入剖面，延缓水脊，主要控水效果影响因素为中心管长度及直径。变密度射孔控水完井技术是在射孔器材上采用变孔密射孔设计方案，人为控制生产压差，使水平段从远井地带到近井地带，均匀流入，减缓底水的上升速度，主要影响控水效果因素为孔径、孔密及直径。 [0006] 现有水平井目标井段复杂流动实验装置主要由模拟实验单元、实验流体供给与控制系统、数据采集分析系统组成。该模拟实验单元采用内径为124.0mm、外径5.5in左右的套管，管外套有内径149.1mm、外径为7.5in的套管，实验单元长6.5m，两测压点间距离为6.0m；为提高压力测量精度，两测压点压差利用柔软透明橡胶管测得，测量精度为1Pa数量级，环空缠有致密纱布，实验单元两端上下设计了两个进液口，目的是使壁面入流均匀。实验段射孔相位设计了3种，45度螺旋射孔、90度螺旋射孔、180度螺旋射孔，射孔密度设计了3种，每米8、16、24孔，射孔直径设计了3种，10、20、30mm。该现有实验装置主要通过测量在不同射孔相位、射孔直径、射孔密度下流体流量与压差，从而研究了这些参数对壁面摩擦压降、混合压降、总压降的影响规律，同时分析了壁面注入比对混合压降和加速度压降的影响规律。通过对此实验过程的了解，发现了该现有装置存在以下缺陷： [0007] (1)所考虑的完井方式比较单一，没有考虑到其它完井方式，如中心管完井、ICD完井等不同完井方式参数对总压降的影响规律。 [0008] (2)就射孔完井这种完井方式而言，没有考虑到不同的套管直径对实验结果的影响，导致实验数据不全面，分析不够透彻。 [0009] (3)就射孔完井这种完井方式而言，能够模拟的射孔密度只有三种固定的规格分别为8、16、24孔/m，不能在一定范围内随意改变孔密从而进行大量实验。 [0010] (4)实验平台的设计相对适用范围较小，不能适用于其它控水装置的配套使用。 [0011] (5)对实验装置中完井参数的改变灵活性较小，不能方便地改变实验参数从而进行不同组的实验。 [0012] 现有的底水油藏水平井三维物理模拟实验装置采用现代运用广泛的射线透视技术、流动测试技术和数控装置,建立三维的大型物理模拟模型，实验流程由高压模型、放射源、射线探测器、射线信号处理系统等组成。先在圆柱形模型中填装实验选用的砂，然后用水源以恒定压力匀速驱替中间容器的碘化钠，模拟底水。该实验装置采用液压加压模拟地层上覆压力；上部分模拟油藏，下部分模拟底水，两部分之间用底水扩散网隔开，模拟无限导流状态下的等势面；循环系统中采用了外径3mm、内径1.5mm的不锈钢毛细管，给模型提供小的流速时，流体可以通过毛细管消耗很大的流阻,使模型得到稳定的微小的压力供给。该实验装置能进行三维大型油藏物理模拟实验，利用射线扫描系统扫描观察水平开采时水脊的脊进过程，及底水上升的高度和沿水平方向的高度分布。从而研究底水上升规律，水脊形成与发展机理，同时对进出口的流体特征进行分析。但通过对该实验流程的了解，发现该现有实验装置具有以下缺陷： [0013] (1)该实验装置模拟过于单一，考虑的完井方式较少，没有考虑到不同的完井方式对于水平井筒见水的影响。 [0014] (2)在入口处并没有流量计测量进入装置内的流量，未能成功控制流速对实验结果的影响。 [0015] (3)水平井筒尺寸规格较小，不能很有效地模拟实际生产状况，导致所得到的实验数据误差较大。 [0016] (4)实验中加入碘化钠溶液，但没有考虑到此溶液对于流体物性的影响(诸如界面张力等)。 发明内容[0018] 本发明的目的在于提供一种水平井控水完井方式评价实验装置，可以模拟中心管完井、变密度射孔完井、ICD完井等不同完井方式控水效果的实验，通过流量计和压差传感器来记录不同流量下、不同参数的某种完井方式的压差，进而对比分析不同完井方式在各自参数下的控水效果，以使实验结果更接近真实状况。 [0019] 本发明的另一目的在于提供一种水平井控水完井方式评价实验装置，以解决了中心管不同位置、不同直径的模拟问题。 [0020] 本发明的又一目的在于提供一种水平井控水完井方式评价实验装置，以解决变密度射孔的不同孔径、孔密的模拟问题。 [0021] 本发明的目的是这样实现的，一种水平井控水完井方式评价实验装置；该评价实验装置包括有一水平放置的模拟井筒，由模拟井筒的开口端向模拟井筒内密封伸设有完井模拟管柱；所述完井模拟管柱与模拟井筒同心设置；所述模拟井筒侧壁上设有排液口、排气口和流体入口；所述完井模拟管柱伸出模拟井筒开口端的端部设有流体出口，该流体出口通过流体出口阀门连通于储液箱，储液箱出口顺序连接有控制阀、离心泵、流量计和流体入口阀门，流体入口阀门连接于模拟井筒的流体入口，所述流体入口与流体出口之间设有一差压传感器；所述完井模拟管柱端部与模拟井筒开口端之间设有完井模拟管柱直线位移及定位装置。 [0022] 在本发明的一较佳实施方式中，所述完井模拟管柱直线位移及定位装置包括固定设置在完井模拟管柱端部的挡块，所述模拟井筒开口端的法兰两侧对称地固定设有两个轴向延伸设置的螺杆，所述挡块两侧穿过所述螺杆，并由螺母固定于所述螺杆上。 [0023] 在本发明的一较佳实施方式中，所述完井模拟管柱为ICD完井管柱、变密度射孔完井管柱或中心管完井管柱。 [0024] 在本发明的一较佳实施方式中，所述变密度射孔完井管柱包括一端封闭的圆筒，所述圆筒的筒壁上轴向间隔设有多圈呈周向均匀设置的通孔；轴向相邻两圈中的通孔呈交错分布；所述通孔上设有螺纹，由堵孔螺母封堵相应的通孔构成所述变密度射孔完井管柱。 [0025] 在本发明的一较佳实施方式中，所述堵孔螺母上设有不同的孔径。 [0026] 在本发明的一较佳实施方式中，所述排液口通过排液口阀门连通于所述储液箱。 [0027] 由上所述，本发明的水平井控水完井方式评价实验装置，可以模拟中心管完井、变密度射孔完井、ICD完井等不同完井方式控水效果的实验评价，通过流量计和压差传感器来记录不同流量下、不同参数的某种完井方式的压差，进而对比分析不同完井方式在各自参数下的控水效果，实验结果更接近真实状况。附图说明 [0028] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中： [0029] 图1：为本发明水平井控水完井方式评价实验装置的结构示意图。 [0030] 图2：为本发明中模拟井筒及完井模拟管柱的结构示意图。 具体实施方式[0031] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。 [0032] 如图1、图2所示，本发明提出一种水平井控水完井方式评价实验装置100；该评价实验装置100包括有一水平放置的模拟井筒1，由模拟井筒1的开口端11向模拟井筒1内密封伸设有完井模拟管柱2；所述完井模拟管柱2与模拟井筒1同心设置，两者侧壁之间形成环空；所述模拟井筒1侧壁上设有排液口12、排气口13和流体入口14；所述完井模拟管柱2伸出模拟井筒开口端11的端部设有流体出口24，该流体出口24通过流体出口阀门35连通于储液箱3，储液箱3出口顺序连接有控制阀31、离心泵32、流量计33和流体入口阀门34，流体入口阀门34连接于模拟井筒的流体入口14，所述流体入口14与流体出口24之间设有一差压传感器4；所述排液口12通过排液口阀门121连通于所述储液箱3。所述完井模拟管柱2端部与模拟井筒开口端11之间设有完井模拟管柱直线位移及定位装置(图中未示出),由此可以改变完井模拟管柱2伸入模拟井筒1中的长度并准确定位。所述完井模拟管柱为ICD(流入控制装置)完井管柱、变密度射孔完井管柱或中心管完井管柱。 [0033] 上述评价实验装置的基本操作流程为： [0034] 1.将所要测量的完井管柱(中心管完井管柱、变密度射孔完井管柱或ICD完井管柱)放入模拟井筒1中，并将其密封； [0035] 2.打开控制阀31、流体入口阀门34、流体出口阀门35、排气口13、排液口阀门121，启动离心泵32将储液箱3中的水泵入模拟井筒1中，检查管道是否漏水； [0036] 3.关闭流体出口阀门35、排液口阀门121，开始以一定的流量(m3/h)将液体泵入模拟井筒并排出其中的气体； [0037] 4.待排气口13处有液体喷出时，迅速关闭排气口13，同时将流体出口阀门35打开，开始读取流量计33与差压传感器4的数据； [0038] 5.调节离心泵32改变流量后，再次读取流量计33与差压传感器4的数据，并重复多次，以便读取在不同流量下完井管柱所产生的压降数据； [0039] 6.关闭离心泵32，打开流体出口阀门35、排气口13、排液口阀门121，待排尽模拟井筒1内的液体时，打开模拟井筒1开口端，换其它完井管柱放入此模拟井筒1中； [0040] 7.重复1-5步骤，以完成对不同完井管柱的测量。 [0041] 由上所述，本发明的水平井控水完井方式评价实验装置，可以模拟中心管完井、变密度射孔完井、ICD完井等不同完井方式控水效果的实验评价，通过流量计和压差传感器来记录不同流量下、不同参数的某种完井方式的压差，进而对比分析不同完井方式在各自参数下的控水效果，实验结果更接近真实状况。 [0042] 进一步，在本实施方式中，使用长1780mm、内径为207mm、壁厚6mm的钢管制成模拟井筒1，这与底水油藏水平井实际生产时的井眼尺寸非常接近，而且材料同样为钢质，与以往的实验中所用的小规格玻璃材质相比，很大程度地减小了实验误差；流体入口14和排气口13位于模拟井筒上方侧壁，分别距离模拟井筒开口端及封闭端70mm，流体入口14和排气口13均为1寸管接口；排液口12位于模拟井筒下方侧壁。模拟井筒是为了模拟水平井眼，当模拟井筒中放入完井模拟管柱后，流体入口14注入的液体会在模拟井筒与完井模拟管柱间形成环空流动，并通过具体流道(如：变密度管柱的孔眼、ICD的筛管段、中心管的敞口端)进入完井模拟管柱内部，并最终通过流体出口流出。排气口的设计是为了在注液过程中将环空及管柱中的气体排出，以免影响实验结论；排液口是为了在做完实验后或者更换管柱时将模拟井筒中的液体排放干净。再者，为了保证实验的密封性，在模拟井筒的开口端用法兰15配合密封圈进行密封。 [0043] 在本实施方式中，使用直径分别为125mm、148mm、174mm三个尺寸的钢质圆管来模拟不同直径的中心管完井管柱在底水油藏中的控水效果，中心管完井管柱为全长2010mm、壁厚9mm的一端敞开式圆筒；实验过程中将中心管完井管柱放入模拟井筒1中，模拟井筒1与中心管完井管柱环行空间中的液体通过敞口端进入中心管管体内并最终通过流体出口排出；通过调节中心管完井管柱插入模拟井筒的长度来进行不同完井参数的调节，观察对相应流量下模拟井筒流体入口与中心管完井管柱流体出口两端的压差。另外可以通过完井模拟管柱直线位移及定位装置拖拉中心管完井管柱，使其在模拟井筒1中的不同位置来模拟不同中心管下入位置对底水油藏控水效果的影响，这样的设计可以进行大量实验，以便提高实验结论的准确性。 [0044] 所述完井模拟管柱直线位移及定位装置包括固定设置在完井模拟管柱端部的挡块，所述模拟井筒开口端的法兰两侧对称地固定设有两个轴向延伸设置的螺杆，所述挡块两侧穿过所述螺杆，并由螺母固定于所述螺杆上。所述完井模拟管柱直线位移及定位装置还可以由滑轨等其它现有结构构成，在此不再赘述。 [0045] 在本实施方式中，所述变密度射孔完井管柱包括一端封闭的圆筒，所述圆筒的筒壁上轴向间隔设有多圈呈周向均匀设置的通孔；轴向相邻两圈中的通孔呈交错分布；所述通孔上设有螺纹，由堵孔螺母封堵相应的通孔，以构成所述变密度射孔完井管柱。 [0046] 在本实施方式中，所述堵孔螺母上还可以设置不同大小的孔径，由此可以通过堵孔螺母改变通孔的孔径，实现变径射孔实验。 [0047] 具体地，在本实施方式中，变密度射孔完井管柱为全长为2010mm，内径分别为125mm、148mm、174mm三个尺寸，壁厚为9mm的一端封闭、另一端为直径120mm出口的钢质圆筒，每根变密度射孔完井管柱有10圈(排)孔眼，每圈中均布有6个通孔，各圈间距为 170mm，射孔段长度为1530mm；通过封堵不同位置的孔，可以进行不同孔数的均匀射孔及变密度射孔的模拟,另外孔径也可以通过堵孔螺母进行改变，从而可以进行大量地实验进行分析对比。实验过程中先将要模拟的射孔密度调好(通过堵孔实现)，然后将变密度管柱放入模拟井筒中，通过调节液体流量来观察模拟井筒流体入口与管柱的流体出口处的压差。 [0048] 在本实施方式中，所述ICD完井管柱均为实际生产时所用的ICD完井管柱，但考虑到做实验的方便性以及可操作性，在原ICD完井管柱的基础上进行非功能性改造，主要是增加了一个出口接头。实验过程中先通调节段将要进行的具体完井参数调好，然后放入模拟井筒中，模拟井筒与ICD完井管柱环空的液体通过筛管段进入ICD完井管柱中并最终通过流体出口排出。通过调节注入液体的流量来观测模拟井筒流体入口与ICD完井管柱流体出口两端的压差。 [0049] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果： [0050] (1)模拟井筒在综合考虑了实际生产状况和实验测量条件的情况下，按实际规格尺寸(长度除外)进行设计加工，使实验结论更接近于实际生产；另外，流体入口与流体出口的设计可以方便快捷地测量产液量与流体入口与流体出口处的压差，法兰与密封圈的结合使实验装置有较好地密封性。 [0051] (2)中心管完井管柱一端敞口、一端缩径构成流体出口的设计，不仅满足了实际生产条件，而且也便于实验操作与记量；中心管完井管柱前方端部的挡块与螺杆的设计，大大增加了可模拟的压力范围，同时也减小了实验的危险性。 [0052] (3)变密度射孔完井管柱均匀射孔与自主变径、堵孔的设计，使得实验可进行大量地模拟，并对不同规格尺寸的管径及射孔参数下的节流情况进行模拟，从而增加了实验的准确性。 [0053] (4)ICD完井管柱中的接口与支架的加工，大大减小了实验难度，便得测量与记录可以在常规实验条件下进行，并能很好地模拟实际生产情况。 |
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