一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置

1.一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置；其特征在于：该实验装置包括有温控箱体、水平井注蒸汽热采可视化实验模型、图像采集装置以及流体注入和采集设备；
所述温控箱体的顶面及侧面分别设有一个用于固定水平井注蒸汽热采可视化实验模型的嵌入式透槽；
所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型包括四周边缘相互粘接的两块石英玻璃，其中一块石英玻璃在粘接部内侧的底面中设有两条间隔设置的横槽和两条间隔设置的纵槽，所述横槽和纵槽的两端分别对应连接以构成口字形槽道；该口字形槽道的四角位置分别设有贯通该块石英玻璃的穿孔；在口字形槽道内侧的玻璃表面上设置多孔介质，在相应横槽和穿孔内设置模拟管线；由两个镂空的金属框架将相互粘接的两块石英玻璃夹持固定；
所述图像采集装置设置于温控箱体外部，且与水平井注蒸汽热采可视化实验模型相对设置；
所述流体注入和采集设备连通于模拟管线；
所述温控箱体内部设有电加热器、温控仪、风机和指向多个方向的多个光源；所述温控箱体的侧壁内设有由玻璃棉制成的隔热保温层。
2.如权利要求1所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：所述相互粘接的两块石英玻璃表面之间设置有单层、双层或多层多孔介质；所述多孔介质由玻璃微珠构成。
3.如权利要求2所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：在石英玻璃表面上粘贴透明胶体，在透明胶体的表面设置所述玻璃微珠；所述透明胶体为单组份工业硅酮胶。
4.如权利要求1所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：用于粘接两块石英玻璃的粘胶为单组份工业硅酮胶。
5.如权利要求1所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：所述石英玻璃的厚度为30mm～50mm；耐压强度为2MPa～4MPa；耐温达到350℃。
6.如权利要求1～5任一项所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：在两条横槽内分别设置一根模拟筛管，各模拟筛管内套设有一根模拟水平井管柱；所述模拟筛管外壁包裹防砂网；所述模拟筛管与横槽之间的环空填充有多孔介质，防砂网孔眼尺寸小于多孔介质的粒径；所述模拟水平井管柱分别通过相应横槽一端的穿孔延伸出石英玻璃之外；将两条纵槽及另外两个穿孔密封堵塞；一模拟水平井管柱的外端连接流体注入设备，另一模拟水平井管柱的外端连接流体采集设备。
7.如权利要求6所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：所述模拟筛管和模拟水平井管柱均由中空钢管构成；模拟筛管的管径为6mm，模拟水平井管柱的管径为
3mm；所述模拟水平井管柱的管壁上设有多个射孔；所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型固定嵌设在温控箱体的顶面透槽中。
8.如权利要求1～5任一项所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：在一条横槽内设置一根模拟水平井管柱；所述模拟水平井管柱的管壁上设有多个射孔；所述模拟水平井管柱外壁包裹防砂网；防砂网孔眼尺寸小于多孔介质的粒径；所述模拟水平井管柱通过该横槽一端的穿孔延伸出石英玻璃之外并与流体注入和采集设备连接；将该横槽另一端的穿孔密封堵塞；在另一横槽两端的穿孔中分别设置一中空管线，两条中空管线的外端与一能量缓冲装置相连构成吞吐过程中的能量储集和缓冲系统。
9.如权利要求8所述的水平井注蒸汽热采可视化实验装置，其特征在于：所述模拟水平井管柱由中空钢管构成，模拟水平井管柱的管径为3mm；所述能量缓冲装置由直径2.5cm，长
15cm的钢制中空圆柱体构成；所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型固定嵌设在温控箱体的顶面透槽中。

一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置\n技术领域\n[0001] 本发明是关于一种可视化实验装置，尤其涉及油气田开发领域中一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置。\n背景技术\n[0002] 可视化物理模拟装置能够直观、真实地反映所研究物理现象的宏观和微观过程，因此被广泛的应用于油气田开发领域，用于研究不同条件下、不同开发方式下流体的作用机理和效果。\n[0003] 目前，对使用各种注入流体和组合方式来开发油藏的过程进行可视化物理模拟实验中，国内外大多利用微观刻蚀模型进行分析和研究。这类模型主要存在以下几个方面的缺陷：(1)孔隙和喉道通过平面玻璃上不同形态的凹槽进行模拟，与油藏真实孔隙喉道形态具有较大差别，不能真正模拟流体在多孔介质中的渗流规律；(2)微观刻蚀模型通常采用玻璃薄片制成，该薄片承压能力较弱，仅能进行低压条件下注入效果及机理研究；(3)模型耐温能力较弱，不能模拟高温流体注入过程；(4)微观刻蚀模型模拟驱替过程通过显微镜或监视器进行跟踪观测，而显微镜或监视器对操作环境温度有一定要求，环境温度不能过高(通常≤50℃)，因此微观刻蚀模型只能模拟常温条件下物理过程，不能进行较高温度及变温条件下的物理模拟。此外，对于水平井注蒸汽热采开发方式，目前主要的物理模型均为大型三维物理模拟装置，针对模拟水平井注蒸汽热采物理过程的可视化实验装置，目前还未见报道。\n[0004] 由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置，以克服现有技术的缺陷。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置，以模拟不同类型油藏在多种开发方式、流体注入种类和完井条件下的宏观驱替效果和微观驱油机理。\n[0006] 本发明的目的是这样实现的，一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置；该实验装置包括有温控箱体、水平井注蒸汽热采可视化实验模型、图像采集装置以及流体注入和采集设备；\n[0007] 所述温控箱体的顶面及侧面分别设有一个用于固定水平井注蒸汽热采可视化实验模型的嵌入式透槽；\n[0008] 所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型包括四周边缘相互粘接的两块石英玻璃，其中一块石英玻璃在粘接部内侧的底面中设有两条间隔设置的横槽和两条间隔设置的纵槽，所述横槽和纵槽的两端分别对应连接以构成口字形槽道；该口字形槽道的四角位置分别设有贯通该块石英玻璃的穿孔；在口字形槽道内侧的玻璃表面上设置多孔介质，在相应横槽和穿孔内设置模拟管线；由两个镂空的金属框架将相互粘接的两块石英玻璃夹持固定；\n[0009] 所述图像采集装置设置于温控箱体外部，且与水平井注蒸汽热采可视化实验模型相对设置；\n[0010] 所述流体注入和采集设备连通于模拟管线。\n[0011] 在本发明的一较佳实施方式中，所述相互粘接的两块石英玻璃表面之间设置有单层、双层或多层多孔介质；所述多孔介质由玻璃微珠构成。\n[0012] 在本发明的一较佳实施方式中，在石英玻璃表面上粘贴透明胶体，在透明胶体的表面设置所述玻璃微珠；所述透明胶体为单组份工业硅酮胶。\n[0013] 在本发明的一较佳实施方式中，所述用于粘接两块石英玻璃的粘胶为单组份工业硅酮胶。\n[0014] 在本发明的一较佳实施方式中，所述石英玻璃的厚度为30mm～50mm；耐压强度为\n2MPa～4MPa；耐温达到350℃。\n[0015] 在本发明的一较佳实施方式中，所述温控箱体内部设有电加热器、温控仪、风机和指向多个方向的多个光源；所述温控箱体的侧壁内设有由玻璃棉制成的隔热保温层。\n[0016] 在本发明的一较佳实施方式中，在两条横槽内分别设置一根模拟筛管，各模拟筛管内套设有一根模拟水平井管柱；所述模拟水平井管柱的管壁上设有多个射孔；所述模拟筛管外壁包裹防砂网；所述模拟筛管与横槽之间的环空填充有多孔介质，防砂网孔眼尺寸小于多孔介质的粒径；所述模拟水平井管柱分别通过相应横槽一端的穿孔延伸出石英玻璃之外；将两条纵槽及另外两个穿孔密封堵塞；一模拟水平井管柱的外端连接流体注入设备，另一模拟水平井管柱的外端连接流体采集设备。\n[0017] 在本发明的一较佳实施方式中，所述模拟筛管和模拟水平井管柱均由中空钢管构成；模拟筛管的管径为6mm，模拟水平井管柱的管径为3mm；所述模拟水平井管柱的管壁上设有多个射孔；所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型固定嵌设在温控箱体的顶面透槽中。\n[0018] 在本发明的一较佳实施方式中，在一条横槽内设置一根模拟水平井管柱；所述模拟水平井管柱的管壁上设有多个射孔；所述模拟水平井管柱外壁包裹防砂网；防砂网孔眼尺寸小于多孔介质的粒径；所述模拟水平井管柱通过该横槽一端的穿孔延伸出石英玻璃之外并与流体注入和采集设备连接；将该横槽另一端的穿孔密封堵塞；在另一横槽两端的穿孔中分别设置一中空管线，两条中空管线的外端与一能量缓冲装置相连构成吞吐过程中的能量储集和缓冲系统。\n[0019] 在本发明的一较佳实施方式中，所述模拟水平井管柱由中空钢管构成，模拟水平井管柱的管径为3mm；所述能量缓冲装置由直径2.5cm，长15cm的钢制中空圆柱体构成；所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型固定嵌设在温控箱体的顶面透槽中。\n[0020] 由上所述，本发明水平井注蒸汽热采可视化实验装置可模拟不同油藏类型多种油田开发方式。通过改变二维可视化实验模型在温控箱体中的嵌入位置，可模拟水平方向(油田开发过程平面注采模式)和垂直方向(油田开发过程考虑重力作用的注采模式)水平井的实际注采过程；利用温控箱体改变可视化模型的环境温度，从而可以模拟多种高低温油藏温度；该实验装置可以模拟较高压力和较高温度条件下的注采开发方式；通过在耐高温耐高压玻璃上设定不同的孔眼和凹槽组合，可以模拟多种井型和井网类型的微观开发机理和开发方式；利用本发明的水平井注蒸汽热采可视化实验模型，可以观察注入蒸汽沿水平管线注入过程中的流量分布。\n附图说明\n[0021] 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：\n[0022] 图1：为本发明水平井注蒸汽热采可视化实验装置结构示意图；\n[0023] 图2：为本发明水平井注蒸汽热采可视化实验模型结构侧视图；\n[0024] 图3：为本发明水平井注蒸汽热采可视化实验模型结构俯视图；\n[0025] 图4：为本发明石英玻璃示意图；\n[0026] 图5：为本发明模拟管线示意图；\n[0027] 图6：为本发明实施例1示意图；\n[0028] 图7：为本发明实施例2示意图。\n具体实施方式\n[0029] 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。\n[0030] 如图1所示，本发明提出一种水平井注蒸汽热采可视化实验装置100；该实验装置\n100包括有温控箱体1、水平井注蒸汽热采可视化实验模型2、图像采集装置3以及流体注入和采集设备(图中未示出)；\n[0031] 所述温控箱体1的顶面及侧面分别设有一个用于固定水平井注蒸汽热采可视化实验模型的嵌入式透槽11、12；当水平井注蒸汽热采可视化实验模型被设置在透槽11时，则侧面透槽12将被密封遮挡；所述温控箱体1内部设有电加热器13、温控仪14、风机15和指向多个方向的多个光源16；所述温控箱体1的侧壁内设有由玻璃棉制成的隔热保温层；\n[0032] 如图2、图3、图4、图5所示，所述水平井注蒸汽热采可视化实验模型2包括四周边缘相互粘接的两块石英玻璃21，其中一块石英玻璃21在粘接部215内侧的底面中设有两条间隔设置的横槽211、212和两条间隔设置的纵槽213、214，所述横槽211、212与纵槽213、214的两端分别对应连接以构成口字形槽道；该口字形槽道的四角位置分别设有贯通该块石英玻璃的穿孔216；在口字形槽道内侧的玻璃表面上设置多孔介质22，在相应横槽和穿孔内设置模拟管线23，所述模拟管线23连通于流体注入和采集设备；由两个镂空的金属框架24通过多个螺栓将相互粘接的两块石英玻璃21夹持固定；在本实施方式中，所述相互粘接的两块石英玻璃21的相对表面之间可设置有单层、双层或多层多孔介质，若模拟单层多孔介质，则选取两块平板石英玻璃中的一块进行玻璃微珠的粘合，若模拟双层及多层多孔介质，则两块平板石英玻璃均进行单侧玻璃微珠的粘合；所述多孔介质由玻璃微珠构成；多孔介质由透明胶体粘设于石英玻璃表面上，所述透明胶体为耐高温透明胶体，可以采用单组份工业硅酮胶，该透明胶体涂设在口字形槽道内侧的玻璃表面上；所述石英玻璃21的厚度为30mm～50mm；耐压强度为2MPa～4MPa；耐温达到350℃；所述用于粘接两块石英玻璃21的粘胶为单组份工业硅酮胶；\n[0033] 所述图像采集装置可为高清摄像机，该图像采集装置设置于温控箱体1的外部，且与水平井注蒸汽热采可视化实验模型2相对设置。\n[0034] 本发明与现有技术相比具有如下优点：\n[0035] 1.本发明可模拟不同油藏类型多种油田开发方式。在模拟过程中，通过改变二维可视化实验模型的嵌入位置(将水平井注蒸汽热采可视化实验模型2嵌设在温控箱体顶面的透槽11或嵌设在温控箱体侧面的透槽12中)，即可模拟水平方向(油田开发过程平面注采模式)和垂直方向(油田开发过程考虑重力作用的注采模式)水平井的实际注采过程；\n[0036] 2.本发明克服图像采集系统耐温性差的缺点，利用温控箱体改变可视化模型的环境温度，从而可以模拟多种高低温油藏温度；\n[0037] 3.水平井注蒸汽热采可视化实验模型采用耐温耐压石英玻璃通过耐温耐压密封胶进行连接，并利用镂空的金属框架进行二次密封加固，可以模拟较高压力(2～3MPa)和较高温度(350℃)条件下的注采开发方式，可有效地应用于稠油油藏水平井注热开采过程微观开发机理和注入方式优选研究；\n[0038] 4.通过在耐高温耐高压玻璃上设定不同的孔眼(穿孔)和凹槽(横槽和纵槽)组合，可以模拟多种井型和井网类型的微观开发机理和开发方式；\n[0039] 5.通过改变耐温耐压石英玻璃上的水平凹槽与水平中空钢制管线(即模拟水平井)以及模拟筛管间的充填介质，可以模拟实际油藏中水平井管外的充填模式；\n[0040] 6.通过调节模拟水平井的中空钢制管线在水平凹槽中的下入长度，可以模拟注汽管线下入长度对水平井注汽效果的影响；\n[0041] 7.利用本发明的水平井注蒸汽热采可视化实验模型，可以观察注入蒸汽沿水平管线注入过程中的流量分布。\n[0042] 实施例1\n[0043] 此实施例为平面上正对式双水平井一注一采物理模拟；如图6所示，在本实施例中，在两条横槽内分别设置一根模拟筛管231，所述模拟筛管231的管壁上设有多个割缝或射孔，各模拟筛管231内套设有一根模拟水平井管柱232；所述模拟水平井管柱232的管壁上设有多个射孔，所述射孔为四点垂直交叉式射孔(即：在同一圆周上的设置四个相差90度角的射孔)；所述模拟筛管231外壁包裹防砂网(图中未示出)；所述模拟筛管231与横槽211内壁之间的环空填充有多孔介质25，防砂网孔眼尺寸小于多孔介质25的粒径；所述模拟水平井管柱232分别通过相应横槽211、212一端的穿孔216延伸出石英玻璃21之外；将两条纵槽\n213、214及另外两个穿孔216密封堵塞；一模拟水平井管柱232(构成注汽管柱)的外端连接流体注入设备，另一模拟水平井管柱232(构成生产管柱)的外端连接流体采集设备。\n[0044] 待填砂以及模拟井充填、安装完毕后，利用单组份工业硅酮密封胶将两块石英玻璃连接处进行密封，胶体完全固结后可视化模型的可视部分即制作完成；之后将该可视部分置于两个镂空的金属框架中央，镂空的金属框架四周利用螺栓进行紧固，完成二次加固密封。\n[0045] 将固定好的水平井注蒸汽热采可视化实验模型嵌入温控箱体1顶面的透槽11中，并利用螺栓将可视化实验模型固定于温控箱体1内四个边角预留的座台17上，以防止模型偏移；通过调节温控箱体内部温度来控制可视化模型的环境温度，从而模拟不同的油藏温度。待可视化实验模型环境温度达到实验设定温度后，连接流体注入和采集设备，安置图像采集装置，即完成平面正对式双水平井蒸汽驱物理模拟系统。\n[0046] 所述模拟筛管231和模拟水平井管柱232均由中空钢管构成；模拟筛管231的管径为6mm，模拟水平井管柱232的管径为3mm。\n[0047] 在本实施方式中，所述模拟水平井管柱232的管壁上也可以不设置射孔，该模拟水平井管柱232的伸入位置可以随意调整，以模拟水平井跟端、趾端、中部注汽方式。\n[0048] 由上所述，本发明水平井注蒸汽热采可视化实验装置可模拟不同油藏类型多种油田开发方式。通过改变二维可视化实验模型在温控箱体中的嵌入位置，可模拟水平方向(油田开发过程平面注采模式)和垂直方向(油田开发过程考虑重力作用的注采模式)水平井的实际注采过程；利用温控箱体改变可视化模型的环境温度，从而可以模拟多种高低温油藏温度；该实验装置可以模拟较高压力和较高温度条件下的注采开发方式；通过在耐高温耐高压玻璃上设定不同的孔眼和凹槽组合，可以模拟多种井型和井网类型的微观开发机理和开发方式；利用本发明的水平井注蒸汽热采可视化实验模型，可以观察注入蒸汽沿水平管线注入过程中的流量分布。\n[0049] 实施例2\n[0050] 此实施例为平面上一口水平井蒸汽吞吐物理模拟；如图7所示，在本实施例中，在一条横槽211内设置一根模拟水平井管柱232；所述模拟水平井管柱的管壁上设有多个射孔，所述射孔为四点垂直交叉式射孔；所述模拟水平井管柱232外壁包裹防砂网(图中未示出)；防砂网孔眼尺寸小于多孔介质的粒径；所述模拟水平井管柱232通过该横槽211一端的穿孔216延伸出石英玻璃21之外并与流体注入和采集设备连接；将该横槽另一端的穿孔216密封堵塞；在另一横槽212两端的穿孔216中分别设置一中空管线233，两条中空管线的外端与一能量缓冲装置234相连构成吞吐过程中的能量储集和缓冲系统；所述能量缓冲装置234由直径2.5cm，长15cm的钢制中空圆柱体构成；\n[0051] 安装完毕后，利用单组份工业硅酮密封胶将两块石英玻璃连接处进行密封，胶体完全固结后可视化模型的可视部分即制作完成；之后将该可视部分置于两个镂空的金属框架中央，镂空的金属框架四周利用螺栓进行紧固，完成二次加固密封。\n[0052] 将固定好的水平井注蒸汽热采可视化实验模型嵌入温控箱体1顶面的透槽11中，并利用螺栓将可视化实验模型固定于温控箱体1内四个边角预留的座台17上，以防止模型偏移；通过调节温控箱体内部温度来控制可视化模型的环境温度，从而模拟不同的油藏温度。待可视化实验模型环境温度达到实验设定温度后，连接流体注入和采集设备，安置图像采集装置，即完成一口水平井蒸汽吞吐物理模拟系统。\n[0053] 本实施例的效果与实施例1相同，在此不再赘述。\n[0054] 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出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。