一种非均质储层渗流模拟系统的制作方法

1.本发明属于油气田开发实验技术领域，具体涉及一种非均质储层渗流模拟系统。


背景技术：

2.储层是非均质各向异性不连续的多相介质体系。储层非均质性是储层的各种性质随其空间位置而变化的属性。油田采收率受储层非均质性的影响十分明显。在储层非均质性与剩余油的关系中，砂体的几何形态与平面展布特征都会在一定程度上影响平面水驱油效率和波及体积，因此，储层非均质性的研究是油气开发工程发展的核心内容之一。
3.目前，储层非均质性的测试通常是通过在人工油岩内模拟非均质储层流动规律，将油注入到人工油岩内的非均质储层的间隙中，进行驱油实验操作。在向人工岩石内注入原油时，由于注入设备(人工岩石)的内部机构的位置是固定的，使得每次注入到人工岩石内油的油量、注油位置及注油分布都是相对固定的，这与实际中的油层油量、位置及分布不规则性有很大的区别，这就造成了测试结果不准确，不利于准确检测驱油设备。因此，我们迫切需要一种新的测试装置，以更加真实地模拟非均质性渗流形态，确保测试数据的准确性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种非均质储层渗流模拟系统，该系统能准确模拟非均质储层流动规律，确保测试数据的准确性。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.一种非均质储层渗流模拟系统，其包括驱替系统、模型系统、计量系统、控制模块；
7.所述驱替系统与模型系统连接，用于为模型系统提供不同驱替液或为模型系统提供不同驱替气源；
8.所述模型系统用于模拟非均质储层，其包括三维上覆压不可视化模型和二维可视化模型；所述三维上覆压不可视化模型与计量系统连接，用于模拟油藏温度和压力下油气运聚成藏过程、岩性油气藏成藏机理；所述二维可视化模型用于模拟流体的平面流动状态；
9.所述计量系统用于获得二维可视化模型的压力数据、温度数据和三维上覆压不可视化模型的压力数据、温度数据、饱和度数据、位移数据，及计算不同类型油藏在三维的压力场和饱和度场在不同的驱替过程中随时间的变化数据；
10.控制模块控制驱替系统为模型系统提供驱替液或驱替气源；控制模块接收计量系统传来的数据，并控制模型系统进行模拟实验。
11.按上述方案，所述驱替系统包括注入泵、控制阀组和多个高压容器，所述注入泵通过控制阀组为高压容器内的驱替液提供驱替压力，使高压容器内的驱替液进入三维上覆压不可视化模型和二维可视化模型内；所述高压容器置于恒温箱中，且每个高压容器内的驱替液不同；
12.或，所述驱替系统包括驱替气源、调节阀门，所述驱替气源通过调节阀门向三维上
覆压不可视化模型和二维可视化模型输入驱替气源。
13.按上述方案，三维上覆压不可视化模型包括带视窗的双层保温箱，在双层保温箱底部设有砂体，双层保温箱上部设有带导向杆的活塞；双层保温箱顶部设有多个覆压注入口，通过向覆压注入口注入液压油，形成一定流体压力，使活塞运动，从而对砂体施压；在每个覆压注入口处设扶正轴，扶正轴通过扶正连接板连接；导向杆伸入扶正轴内，防止活塞在覆压过程中出现方向偏移；双层保温箱底部设有多个注入口和出口，通过注入口向双层保温箱注入驱替液或驱替气源，出口与计量系统的回压阀连接；模拟直井管的上端穿过双层保温箱底部后，伸入砂体内，以模拟直井；
14.计量系统的压力传感器、温度传感器安设在双层保温箱内，计量系统的饱和度探针从箱体侧边伸入双层保温箱内，计量系统的位移传感器安设在导向杆上；
15.温度传感器、压力传感器、饱和度探针、位移传感器将采集的数据传给控制模块，控制模块控制活塞运动；通过压力传感器、位移传感器测量和控制砂子覆盖压力(骨架压力)来实现对模型上覆压力的实施。
16.三维上覆压不可视化模型的上覆压力的施加方式为液压活塞压实。
17.按上述方案，在双层保温箱底部上设有过滤网，以防止砂体从注入口、出口流出。
18.按上述方案，所述注入口处设有密封片，该密封片与弹簧的一端连接，弹簧的另一端安设在双层保温箱上，当注入口外的压力未达设置数值时，弹簧就会顶住密封片，当注入口外的压力超过设置数值时，弹簧承压，驱替介质即可顶开密封片，形成稳定流，进入双层保温箱内。
19.按上述方案，所述双层保温箱的四周内拐角为圆角，内壁采用脉冲打毛工艺打磨，可有效地阻止介质沿边界渗流，减小边界效应。
20.按上述方案，所述双层保温箱采用pid方式的恒温箱控温，控温范围为0-180℃，控温精度为
±
0.5℃；且第一箱体为双层保温结构，以模拟油藏温度。
21.按上述方案，三维上覆压不可视化模型的砂体尺寸为500
×
500
×
300mm。
22.按上述方案，所述二维可视化模型包括带玻璃视窗的第二箱体，玻璃视窗上设有摄像系统；第二箱体内设有砂体，第二箱体的两侧上分别设有多个开孔，以方便模拟注入井和产出井各种射开情况，所有开孔处均有丝网覆盖，以防止砂子漏出；第二箱体的背面按矩形点阵设有多个测孔，上述测孔用于布置温度传感器、压力传感器、接管道和/或作为二维可视化模型的注入口、输出口，通过上述测孔注入气源、水源实现气驱、水驱。
23.按上述方案，第二箱体通过短轴安设在支架上，第二箱体绕短轴旋转到任何倾角后再锁紧，以模拟流体从垂直到水平的各种平面流动情况，可以直观的对驱油过程进行动态观察。
24.按上述方案，所述计量系统包括压力传感器、温度传感器、饱和度探针、位移传感器、回压阀、电子天平、自动计量仪、缓冲罐、手摇泵；
25.所述压力传感器、温度传感器有多个，分别安设在三维上覆压不可视化模型和二维可视化模型上；所述饱和度探针、位移传感器安设在三维上覆压不可视化模型上；
26.所述回压阀的第一个端口与三维上覆压不可视化模型的出口连接，第二个端口与电子天平连接，第三个端口分别与自动计量仪、缓冲罐、手摇泵连接。
27.本发明的有益效果在于：
28.本发明能解决油气田开发实验技术中无法模拟非均质性渗流的难题；
29.三维不可视化模型能用于在模拟油藏温度和压力下油气运聚成藏过程物理模拟实验、岩性油气藏成藏机理模拟的研究等，能获得不同类型油藏三维的压力场、饱和度场在不同的驱替过程中随时间的变化数据，模拟准确可靠；
30.二维可视化模型可用来模拟流体的平面流动状态，可以直观的对驱油过程进行动态观察；
31.通过向注入口注入气源、水源等实现气驱、水驱，通过上覆力(活塞等)模拟油藏压力；能真实模拟非均质储层渗流；
32.本发明能用于水驱、气驱、蒸汽吞吐等提高采收率效果和相关驱油机理研究，实现平面非均质驱油效果评价，纵向非均质驱油效果评价，不同井网排布的驱油效果评价，以及用于模拟注采井网、层间非均质性、平面非均质性对剩余油分布规律的影响；
33.在模拟油藏温度和压力下进行驱替采油物理模拟实验，获得不同类型驱替状态下三维压力场、饱和度场在不同的驱替过程中随时间的变化数据，从而获得该油藏开发规律，评价现有开发效果及指导后期方案调整。
附图说明
34.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
35.图1是本非均质储层渗流模拟系统的结构示意图；
36.图2是二维可视化模型的结构示意图；
37.图3是三维上覆压不可视化模型的结构示意图；
38.图4是三维上覆压不可视化模型的剖视示意图；
39.图中：1、三维上覆压不可视化模型，2、二维可视化模型，3、注入泵，4、控制阀组，5、高压容器，6、恒温箱，7、驱替气源，8、调节阀门，9、双层保温箱，10、砂体，11、活塞，12、覆压注入口，13、扶正轴，14、扶正连接板，15、注入口，16、饱和度探针，17、过滤网，18、摄像系统，19、第二箱体，21、有机玻璃视窗，22、测孔，24、定位螺钉，25、短轴，26、支架，27、带定位的脚轮，28、模拟直井管，29、固紧螺杆，30、回压阀，31、电子天平，32、自动计量仪，33、缓冲罐，34、手摇泵，35、压实泵。
具体实施方式
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.参见图1-图4，一种非均质储层渗流模拟系统，其包括驱替系统、模型系统、计量系统、控制模块。驱替系统与模型系统连接，用于为模型系统提供不同驱替液或为模型系统提供不同驱替气源。模型系统用于模拟非均质储层，其包括三维上覆压不可视化模型1和二维可视化模型2；三维上覆压不可视化模型1与计量系统连接，用于模拟油藏温度和压力下油气运聚成藏过程、岩性油气藏成藏机理；二维可视化模型2用于模拟流体的平面流动状态。计量系统用于获得二维可视化模型2的压力数据、温度数据和三维上覆压不可视化模型1的压力数据、温度数据、饱和度数据、位移数据，及计算不同类型油藏在三维的压力场和饱和
度场在不同的驱替过程中随时间的变化数据。控制模块控制驱替系统为模型系统提供驱替液或驱替气源；控制模块接收计量系统传来的数据，并控制模型系统进行模拟实验。
42.本实施例中，驱替系统包括注入泵3、控制阀组4和6个高压容器5，注入泵3通过控制阀组4为高压容器5内的驱替液提供驱替压力，使高压容器5内的驱替液进入三维上覆压不可视化模型1和二维可视化模型2内；高压容器5置于恒温箱6中，且每个高压容器5内的驱替液不同；驱替液最高温度为250℃，最优温度为100℃。或，驱替系统包括驱替气源7、调节阀门8，驱替气源7通过调节阀门8向三维上覆压不可视化模型1和二维可视化模型2输入驱替气源。
43.本实施例中，三维上覆压不可视化模型1包括带视窗的双层保温箱9，在双层保温箱9底部设有尺寸为500
×
500
×
300mm的砂体10，双层保温箱9上部设有带导向杆的活塞11；双层保温箱9顶部设有多个覆压注入口12，通过向覆压注入口12注入液压油，形成一定流体压力，使活塞11运动，从而对砂体10施压；在每个覆压注入口12处设扶正轴13，扶正轴13通过扶正连接板14连接，设置扶正连接板14是为了施压均匀；导向杆伸入扶正轴13内，防止活塞11在覆压过程中出现方向偏移；双层保温箱9底部设有多个注入口15和出口，通过注入口15向双层保温箱9注入驱替液或驱替气源，出口与计量系统的回压阀30连接。注入口15处设有密封片，该密封片与弹簧的一端连接，弹簧的另一端安设在双层保温箱9上，当注入口外的压力未达设置数值时，弹簧就会顶住密封片，当注入口外的压力超过设置数值时，弹簧承压，驱替介质即可顶开密封片，形成稳定流，进入双层保温箱内。模拟直井管28的上端穿过双层保温箱9底部后，伸入砂体10内，以模拟直井。在双层保温箱9底部上设有过滤网17，以防止砂体10从注入口15、出口流出，从而防堵塞孔道。三维上覆压不可视化模型1的上覆压力的施加方式为液压活塞压实，上覆压力的压力源主要由液压站、压实泵35施加。
44.本实施例中，双层保温箱9的四周内拐角为圆角，内壁采用脉冲打毛工艺打磨，可有效地阻止介质沿边界渗流，减小边界效应。双层保温箱9采用pid方式的恒温箱控温，控温范围为0-180℃，控温精度为
±
0.5℃；且第一箱体为双层保温结构，以模拟油藏温度。双层保温箱9采用电加热，及通过固紧螺杆29固定。双层保温箱9采用316l材料制成。
45.计量系统的压力传感器、温度传感器安设在双层保温箱9内，计量系统的饱和度探针16从双层保温箱9侧边伸入双层保温箱9内，计量系统的位移传感器安设在导向杆上，位移传感器可精确测量压实的位移；温度传感器、压力传感器、饱和度探针、位移传感器将采集的数据传给控制模块，控制模块控制活塞11运动；通过压力传感器、位移传感器测量和控制砂子覆盖压力(骨架压力)来实现对三维上覆压不可视化模型1上覆压力的实施。
46.本实施例中，二维可视化模型2包括带有机玻璃视窗21的第二箱体19，玻璃视窗上设有摄像系统18；第二箱体19内设有尺寸为500
×
500
×
50mm的砂体10，第二箱体19的两侧上分别设有4个开孔，以方便模拟注入井和产出井各种射开情况(二维可视化模型2通过一侧边框所开的孔注气或注水，在另一侧开孔处设置为出口，模拟注入井和产出井各种射开情况，可实现用来模拟流体的平面流动状态，直观的对驱油过程进行动态观察)；所有开孔处均有丝网覆盖，以防止砂体10漏出；第二箱体19的背面按矩形点阵设有16个测孔22，这些测孔22可按需要灵活地布置测量温度的热电偶，或测量压力的传感器，必要时，这些孔还可以接管道，作为模型的注入或输出口，注入气源、水源，实现气驱、水驱。第二箱体19通过短轴25安设在支架25上(短轴25通过定位螺钉24固定在支架25上)，支架25下安设有带定位的
脚轮27；第二箱体19绕短轴25旋转到任何倾角后再锁紧，以模拟流体从垂直到水平的各种平面流动情况，可以直观的对驱油过程进行动态观察。第二箱体19采用不锈钢1cr18ni9ti制成，其工作模式为常温常压。有机玻璃视窗21与第二箱体19之间有橡胶密封圈,有机玻璃视窗21与第二箱体19的外侧是一对矩形钢法兰,用螺栓加力达到密封的目的。
47.本实施例中，计量系统包括压力传感器、温度传感器、饱和度探针16、位移传感器、回压阀30、电子天平31、自动计量仪32、缓冲罐33、手摇泵34。压力传感器、温度传感器有多个，分别安设在三维上覆压不可视化模型1和二维可视化模型2的箱体内；饱和度探针16、位移传感器安设在三维上覆压不可视化模型上。回压阀30的第一个端口与三维上覆压不可视化模型1的出口连接，第二个端口与电子天平31连接，第三个端口分别与自动计量仪32、缓冲罐33、手摇泵34连接。
48.电子天平采用并联模式，分别采集不同测量点的出口流量；自动计量仪为备用装置，与电子天平呈并联状态，可独立测量某一测量点出口流量；缓冲罐为三维上覆压不可视化模型1保护设置，当三维上覆压不可视化模型1出口压力过高时，可分流部分压力以保护三维上覆压不可视化模型1；手摇泵为系统备用装置，用于在某些实验条件下为系统补充压力。
49.本实施例中，三维上覆压不可视化模型1和二维可视化模型2的温度点设置为1～3点，压力场点设置5点，饱和度场点设置为13
×
13＝169点，本发明能实现温度场、压力场的动态监测，温度精度
±
0.1℃，压力
±
0.01mpa；以及实现饱和度场的在线检测。三维上覆压不可视化模型1和二维可视化模型2模拟的井网布置按五点、九点井网、分布四个井组。
50.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。