水平井物理模拟实验装置及方法

    高辉

    摘 要 本文论述了一种在室内实验中模拟水平井开发的实验装置及其实验方法。实验装置由注入系统、水平井物理模拟装置、采出系统、数据分析系统组成；实验方法主要包括岩心准备、建立油藏模型、开展物理模拟实验、数据采集、数据分析等5个步骤，能够应用实际岩心，模拟水平井在实际地层高温高压条件下衰竭开采、注气吞吐及注气驱替、分段射孔开采等开采过程，还能够用于研究水平井不同开发方式对提高采收率的影响，为水平井油藏数值模拟及现场开发调整提供依据。

    关键词 水平井 实验装置 物理模拟 射孔 采收率

    中图分类号：TE319 文献标识码：A

    目前，在石油开发实验技术领域，水平井开采物理模拟研究主要是应用三维物理模拟填砂模型对不同类型油气藏的水平井进行模拟开采实验的，实验模型装置使用均质填砂管，不能反映真实地层的非均质性和地层流体的物理性质和流动状态。资料查询发现：一项专利文献公开了一种水平井井下物理模拟试验装置，能够根据实验目的层的要求，选择充填材料配制后，填入模拟井筒与壳体之间，制成不同的模拟地层，实现不同实验目的层的实验研究。该装置的缺陷是充填材料只能近似模拟地层，与实际地层岩心物性很难一致，仍然不能够反映真实地层流体的物理性质和真实地层条件下的水平井开采状况，同时不能够模拟目前水平井开发中常用的分段射孔情况，本文所述的实验装置和实验方法能够解决这些问题。

    1实验装置

    我们研制的水平井物理模拟实验装置由注入系统、水平井物理模拟装置、采出系统、数据分析系统组成，其中：注入系统由高压恒压恒速计量泵2a、配样装置组成，高压恒压恒速计量泵2a、配样装置通过阀门2b和管线2f串联至水平井物理模拟装置进口1e；配样装置由高温高压配样器2d、活塞中间容器2e通过连通阀2c并联连接至高压恒压恒速计量泵2a。

    水平井物理模拟装置由岩心夹持器1a、岩心1b、双层套管1c、油管、环压计量泵1g、恒温加热器组成。采出系统由温控空气浴3a、高压观察窗3b、回压控制系统、三相分离器3f、电子天平3h、气体计量计3g组成，回压控制系统由回压调节器3c、高压氮气中间容器3d、回压调节高压计量泵3e串联组成。数据分析系统由密度仪4a、气相色谱仪4b、计算机4c组成。

    2实验方法与步骤

    2.1岩心的准备

    对若干块全直径柱状真实岩心1b进行洗油、烘干，测定孔隙度和空气渗透率，再在岩心1b中部按实验要求钻固定直径的圆孔，然后按照每块岩心长度和渗透率，依布拉法则进行排序依次装入热缩管内，组装成1米的长岩心，用胶套密封后装入岩心夹持器1a中。

    2.2建立油藏模型

    先对岩心夹持器1a中岩心1b抽真空，然后根据模擬油藏的地层水矿化度配制地层水样品，通过高压恒压恒速计量泵2a将配制好的地层水注入到岩心夹持器1a中，用地层水样品对岩心1b进行饱和，接着用脱气原油驱替岩心1b中地层水，建立岩心1b的束缚水饱和度，再将高温高压配样器2d中配好的原始地层原油驱替脱气原油，当岩心1b出口流出的地层原油气油比连续检测五次保持稳定，且与所配制地层原油的气油比一致，可以认为岩心1b已经饱和好地层原油，从而建立起水平井实验用油藏模型。

    2.3开展物理模拟实验

    应用建立好的油藏模型开展实验，模拟水平井开发过程。岩心1b用来模拟地层，岩心中心孔模拟水平井段，双层套管1c模拟水平井的双层套管，双层套管1c对应的射孔位置预留有渗流孔1j1、1j2、1j3。双层套管1c中放入3根油管1d1、1d2、1d3，通过给双层套管加压实现双层套管1c与岩心1b间的密封以及油管1d1、1d2、1d3与双层套管1c间的密封。油管1d2模拟射孔位置预留渗流孔1k2，油管d1、1d3在模拟射孔错开的位置预留渗流孔1k1、1k3；岩心夹持器1a的温度由三组单独的可调式恒温加热器1m1、1m2、1m3来控制；岩心夹持器1a上开有加压孔1h，加压孔1h通过管线和阀连接至用来模拟上覆压力的环压计量泵1g；油藏模型建立后，通过注入系统对油藏模型进行驱替，模拟水平井开发，通过移动油管1d1、1d3调整渗流孔1k1、1k3位置，模拟分段射孔开发过程。

    2.4进行数据采集

    通过采出系统进行流动状态观察、产出物计量和数据采集。利用温控空气浴3a把采出部分保持在特定温度下，通过高压观察窗3b可以在油藏压力和温度条件下观察岩心流出物的相态特征，回压控制系统由回压调节器3c、高压氮气中间容器3d和回压调节高压计量泵3e组成，利用回压控制系统来控制系统的出口压力；实验过程中的流出物在油、水、气三相分离器3f中分离，液体的重量由电子天平3h称得，气体由气体计量计3g计量。

    2.5进行数据分析

    应用密度仪、气相色谱仪、计算机将采出系统获得的产出物和相关数据进行分析总结，得出实验结论，并对实验进行汇总处理。产出油通过密度仪4a测量密度，气体通过气相色谱仪4b进行组分分析，最终数据经过计算机4c相应软件进行汇总处理，得出产出油质量、密度、产出速度的变化、产出气的组分及各组分所占比例、驱替实验的温度、压力、采收率分析报告。

    3结论

    （1）本实验装置使用天然岩心和真实地层流体，能够开展水平井衰竭开采、吞吐实验、分段开采及气驱提高采收率等研究。采用全直径天然岩心和实际地层流体模拟水平井开发，更加接近要模拟的油藏地下真实情况，模拟精度更高。

    （2）通过移动油管使得油管上渗流孔与双层套管渗流孔连通，对分段射孔进行模拟，实现了在室内物理实验中对水平井分段开采的动态模拟。

    （3）通过模拟水平井在高温高压地层条件下衰竭开采、注气吞吐及注气驱替等开发方式，研究水平井提高采收率的方法，能够为水平井提高采收率的油藏数值模拟及现场开发调整提供借鉴。

    参考文献

    [1] 唐钢，江汇，刘伟伟，唐功勋等.一种水平井井下物理模拟试验装置[P]. CN201220261827.4，2012.