气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置以及实验方法

摘要

本发明公开了一种气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置以及实验方法，模拟实验装置包括：模型主体，模型主体包括下箱体、能盖设在下箱体上的上盖，上盖的上部设置有能打开或关闭的填砂口以及注入口，下箱体内设置有第一直井、第二直井、第三直井、第四直井、第五直井、第六直井、第七直井以及第八直井；注入装置，注入装置包括：能与第五直井连通的注水装置；能与第一直井和注入口连通的注油装置；能与第一直井连通的注蒸汽装置；能与第一直井连通的注泡沫装置；生产装置，生产装置与第二直井、第三直井、第四直井连通。通过本发明的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油的实验装置及方法，能够精确的模拟在蒸汽驱过程中添加一定量的气体泡沫时的情况。

说明书

技术领域

本发明涉及石油开发室内实验领域，尤其涉及一种气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置以及实验方法。

背景技术

蒸汽驱采油，就是由注入井连续不断地往油层中注入高干度的蒸汽，蒸汽不断地加热油层，从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中变为热的流体，将原油驱赶到生产井的周围，并被采到地面上来。

我国适宜蒸汽驱开发的储量有4.5亿吨，经过近30年的开发，新疆、辽河稠油注蒸汽油藏开发都已进入中后期，由于蒸汽驱开发会导致边底水侵入和厚油层蒸汽冷凝水体的大量积存，增加开发难度；其次蒸汽驱后期油层动用的非常不均匀，上部油层动用好，下部油层动用差或难以动用，无效热循环严重；再者中后期稠油蒸汽驱效率低，平面蒸汽驱波及不均普遍存在，蒸汽汽窜、超覆现象严重，驱动压力大幅下降，油井产量急剧下滑，生产成本快速上升，经济效益明显变差，再加上当前国际油价大幅走低，对稠油热采的生存面临着极大的挑战，急需找到更经济有效的蒸汽驱中后期开采稠油的方法，为实现稠油蒸汽驱高效开发和产量的持续稳定提供强有力的技术支持。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置以及实验方法，其能够模拟气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油技术的开采条件，从而研究气体泡沫辅助蒸汽驱过程中的开采机理，从而给予稠油油藏蒸汽驱有效开发提供技术支持。

本发明的具体技术方案是：一种气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置，包括：

模型主体，所述模型主体包括下箱体、能盖设在所述下箱体上的上盖，所述上盖的上部设置有能打开或关闭的填砂口以及注入口，所述下箱体内设置有自上而下延伸的第一直井、第二直井、第三直井、第四直井、第五直井、第六直井、第七直井以及第八直井，其中所述第一直井、所述第二直井、所述第三直井和所述第四直井的下端穿出所述下箱体，所述第五直井、所述第六直井、第七直井、第八直井的上端穿出所述下箱体，所述第一直井、所述第五直井临近且位于所述下箱体的第一角，所述第二直井、所述第六直井临近且位于所述下箱体的第二角，所述第三直井、所述第七直井临近且位于所述下箱体的第三角，所述第四直井、所述第八直井临近且位于所述下箱体的第四角，所述下箱体的所述第一角和所述第四角对角设置，所述下箱体的第二角和所述第三角对角设置；

注入装置，所述注入装置包括：

能与所述第五直井连通的注水装置；

能与所述第一直井和所述注入口连通的注油装置；

能与所述第一直井连通的注蒸汽装置；

能与所述第一直井连通的注泡沫装置；

生产装置，所述生产装置与所述第二直井、第三直井、第四直井连通。

优选地，所述上盖的底侧壁和/或所述下箱体的内侧壁经过磨砂处理。

优选地，所述注入口位于所述上盖的中心，所述注入口的孔径为1/4英寸。

优选地，所述下箱体的四周设置有密封槽，所述密封槽内设置有高温密封条。

优选地，所述模型主体外能罩设有温度控制装置。

优选地，包括数据采集装置，所述数据采集装置包括传感器、与所述传感器电性连接的数据采集与传输装置、与所述数据采集与传输装置电性连接的计算机、用于向所述计算机输出电能的UPS电源。

优选地，所述下箱体内设置有多个温度测量单元，任一个所述温度测量单元包括沿纵向间隔排列的多个热电偶。

优选地，所述注蒸汽装置包括第一注入泵、与所述第一注入泵连通的蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的输出端与所述第一直井连通。

优选地，所述注泡沫装置包括气瓶、与所述气瓶连通的干燥器、第二注入泵、与所述第二注入泵连通的中间容器、与所述干燥器和所述中间容器连通的泡沫发生器，所述泡沫发生器的输出端与所述第一直井连通。

优选地，在每个所述第一直井和所述第二直井、第三直井、第四直井处均设置有一个压力检测传感器以实时监测注入井与采油井的压力变化。

本申请实施例公开了一种采用上述的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：

将上盖板打开按储层参数往下箱体内装填石英砂；

自第四直井对已装满石英砂的模型主体进行抽真空，抽真空完毕后从第五直井处注入水，使已装满石英砂的模型主体进行吸水饱和，根据吸水的重量计算出模型主体内已装石英砂的孔隙体积；

在模型主体外设置温度控制装置，从而对模型主体的温度进行控制；

先从第一直井进行注入原油，依次从第八直井、第七直井、第六直井、第五直井、第四直井、第三直井、第二直井、进行采出原油，其次从所述注入口进行注入原油，依次从第一直井、第二直井、第三直井、第四直井、第五直井、第六直井、第七直井、第八直井进行采出原油；

待第一蒸汽发生器升温至实验温度200℃时，打开连接第一回压阀、第一压力表的旁通管路，使热流体通过旁通管路流畅稳定后，然后关闭旁通管路，采用100％蒸汽驱生产模式开始向第一直井注入蒸汽，其中，注蒸汽速率100ml/min；

当100％蒸汽驱模式进行到产液含水率99％且超覆现象严重时，将气体按一定的比例与蒸汽混合后一同注入模型主体，开始气体辅助蒸汽驱岩心驱替实验；

当气体辅助蒸汽驱进行到产液含水率99％且超覆现象严重时，停止注入蒸汽；设置好气体的注入流量以及泡沫液的注入量，先打开连接第二回压阀、第三压力表的旁通管路，使泡沫通过旁通管路流畅稳定后，然后关闭旁通管路，开始从直井蒸汽驱井网往模型主体内注入经过旁通管路流畅稳定的泡沫，开始气体泡沫封堵高渗层实验；

待泡沫依次从第四直井、第三直井、第二直井产出顺畅且注入泡沫的压力一直上升时，再将气体按预设比例与蒸汽混合后一同注入模型主体，继续进行气体辅助蒸汽驱岩心驱替实验。

通过本发明的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油的实验装置及方法，能够精确的模拟在蒸汽驱过程中添加一定量的气体泡沫时，蒸汽腔向上部扩展速度得到部分抑制，增大蒸汽腔波及体积，并且方便测量出蒸汽腔扩展过程中温度场的变化规律，为研究提高蒸汽驱热效率、增大蒸汽波及体积，进一步对稠油油藏蒸汽驱中后期提高油汽比有效开发技术提供数据支持，有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本申请实施例中气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置的原理示意图。

图2为图1中的模型主体以及温度控制装置的结构原理示意图。

图3为图1中的模型主体的上盖的俯视图。

图4为图1中的模型主体的下箱体的俯视图。

图5为本申请中的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油模拟实验装置的设备原理图。

以上附图的附图标记：1、模型主体；10、螺栓孔；11、下箱体；1121、第一直井；1122、第二直井；1123、第三直井；1124、第四直井；1125、第五直井；1126、第六直井；1127、第七直井；1128、第八直井；114、密封槽；12、上盖；121、填砂口；122、注入口；2、注入装置；201、注水装置；202、注油装置；203、注蒸汽装置；204、注泡沫装置；21、第一注入泵；215、带伴热装置的注入管线；22、蒸汽发生器；23、第一回压阀；24、第一压力表；25、气瓶；26、干燥器；27、控制装置；28、单向阀；29、第二压力表；210、第二注入泵；211、中间容器；212、泡沫发生器；213、第二回压阀；214、第三压力表；3、生产装置；31、第一产出伴热管线；32、第三回压阀；33、第四压力表；34、第一烧杯；35、第四回压阀；36、第五压力表；37、第二产出伴热管线；38、第五回压阀；39、第六压力表；310、第二烧杯；311、第六回压阀；312、第七压力表；313、第三产出伴热管线；314、第七回压阀；315、第八压力表；316、第三烧杯；317、第八回压阀；318、第九压力表；4、数据采集装置；41、数据采集与传输装置；42、计算机；43、UPS电源；44、温度测量单元；5、温度控制装置。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

图1为本发明实施例的实验系统的结构示意图。如图1所示，本实施例的模拟实验装置可以包括模型主体1、注入装置2、生产装置3及数据采集装置4。所述模型主体1用于模拟开采中的储层。所述注入装置2用于向模型主体1进行蒸汽及多种流体注入。所述生产装置3用于接收模型主体1产出的流体。所述数据采集装置4用于采集记录实验数据。

图2为本发明实施例的结构示意图。如图2所示，所述模型主体1包括下箱体11和盖设在所述下箱体11上的上盖12。所述下箱体11和所述上盖12之间可以形成用于容置诸如石英砂等砂体的腔体。为了将腔体填满石英砂，所述上盖12可以设置有一个或多个(例如，两个)填砂口121。所述填砂口121包括能通过法兰与所述上盖12连接的盖板。当所述盖板与所述上盖12连接时，所述填砂口121处于封闭状态。当所述盖板与所述上盖12脱离时，能通过填砂口121向所述腔体内填入石英砂。所述上盖12还设置有注入口122。

参照图2和3所示，为了使原油更充分地被注入，在腔体内不留死角，所述注入口122位于所述上盖12的中心位置，所述注入口122的孔径为1/4英寸，为模型主体1充分饱和原油使用。

参照图2和图4所示，所述下箱体11采用不锈钢焊接而成。其中，所述下箱体11内设置有自上而下延伸的第一直井1121、第二直井1122、第三直井1123、第四直井1124、第五直井1125、第六直井1126、第七直井1127以及第八直井1128，其中所述第一直井1121、所述第二直井1122、所述第三直井1123和所述第四直井1124的下端穿出所述下箱体11，所述第五直井1125、所述第六直井1126、第七直井1127、第八直井1128的上端穿出所述下箱体11，所述第一直井1121、所述第五直井1125临近且位于所述下箱体11的第一角，所述第二直井1122、所述第六直井1126临近且位于所述下箱体11的第二角，所述第三直井1123、所述第七直井1127临近且位于所述下箱体11的第三角，所述第四直井1124、所述第八直井1128临近且位于所述下箱体11的第四角，所述下箱体11的所述第一角和所述第四角对角设置，所述下箱体11的第二角和所述第三角对角设置。

所述第一直井1121、所述第二直井1122、所述第三直井1123和所述第四直井1124，这四口直井模拟了反九点井网的1/4，1口为注汽井，2口边井、1口角井。一注三采，注入井、采油井完全射开。

所述注入装置2包括：能与所述第五直井1125连通的注水装置201，能与所述注入口122和所述第一直井1121连通的注油装置202；能与所述第一直井1121连通的注蒸汽装置203；能与所述第一直井1121连通的注泡沫装置204。所述生产装置3与所述第二直井1122、所述第三直井1123和所述第四直井1124连通。

结合图3和图4所示，在所述下箱体11的四周外缘和所述上盖12的四周边缘之间通过螺栓孔10设置有多个螺栓。为了提高连接的密闭性，所述螺栓可以为碳钢12.9级M27螺栓。所述下箱体11的四周边缘设置有密封槽114，所述密封槽114内设置有高温密封条，从而提高该模型主体1的密封程度。由于本申请的模型主体1的密封程度较好，最高耐受温度为300℃，耐压30MPa。

优选地，所述下箱体11的内侧壁和所述上盖12的底侧壁经过磨砂处理，从而使蒸汽不容易沿着盖板的边缘产生汽窜。

参照图2所示，所述模型主体1外能罩设有温度控制装置5，以对所述模型主体1内的温度进行控制。所述温度控制装置5包括加热保温套主体、加热控制开关、控温热电偶；其中，所述的加热保温套主体套放在所述的模型主体1上；所述的加热控制开关一头连接所述的加热保温套主体，另一头连接220V的电源；所述的控温热电偶一头连接所述的加热控制开关，另一头连接所述的加热保温套主体。

参照图5所示，所述注蒸汽装置203包括第一注入泵21、蒸汽发生器22、第一回压阀23、第一压力表24。第一注入泵21与蒸汽发生器22相连接，蒸汽发生器22与第一回压阀23、第一压力表24相连接。所述蒸汽发生器22通过带伴热装置的注入管线215与模型主体1连接。

参照图5所示，所述注泡沫装置204包括气瓶25、干燥器26、气体流量测量与控制装置27、单向阀28、第二压力表29、第二注入泵210、中间容器211、泡沫发生器212、第二回压阀213、第三压力表214。气瓶25与干燥器26连接、干燥器26与气体流量测量与控制装置27相连接，气体流量测量与控制装置27通过单向阀28与第二压力表29连接，第二注入泵210与中间容器211连接。中间容器211与第二压力表29一起与泡沫发生器212连接，泡沫发生器212与第二回压阀213、第三压力表214相连接，泡沫发生器212通过带伴热装置的注入管线215与模型主体1连接。

参照图5所示，在本实施例中，生产装置3包括：第一产出伴热管线31、第三回压阀32、第四压力表33、第一烧杯34、第四回压阀35、第五压力表36、第二产出伴热管线37、第五回压阀38、第六压力表39、第二烧杯310、第六回压阀311、第七压力表312、第三产出伴热管线313、第七回压阀314、第八压力表315、第三烧杯316、第八回压阀317、第九压力表318；其中，第三回压阀32连接第四压力表33，第四回压阀35连接第五压力表36，第三回压阀32、第四回压阀35通过第一产出伴热管线31与模型主体1连接，第一烧杯34用于接收所述第三回压阀32产出的流体，当第三回压阀32发生故障时，启用第四回压阀35，这时，接着用第一烧杯34接收所述第四回压阀35产出的流体；第五回压阀38连接第六压力表39，第六回压阀311连接第七压力表312，第五回压阀38、第六回压阀311通过第二产出伴热管线37与模型主体1连接，第二烧杯310用于接收所述第五回压阀38产出的流体，当第五回压阀38发生故障时，启用第六回压阀311，这时，接着用第二烧杯310接收所述第六回压阀311产出的流体；第七回压阀314连接第八压力表315，第八回压阀317连接第九压力表318，第七回压阀314、第八回压阀317通过第三产出伴热管线313与模型主体1连接，第三烧杯316用于接收所述第七回压阀314产出的流体，当第七回压阀314发生故障时，启用第八回压阀317，这时，接着用第三烧杯316接收所述第八回压阀317产出的流体。

基于上述结构，在第二直井1122、第三直井1123、第四直井1124处设置了两个回压阀。

参照图5所示，在本实施例中，数据采集装置4包括：多个热电偶、压力检测传感器、数据采集与传输装置41、计算机42、UPS电源43。

所述下箱体11内设置有多个温度测量单元44，任一个所述温度测量单元44包括沿纵向间隔排列的多个热电偶。在本实施方式中，下箱体11内共有64(8行*8列)个温度测量单元44，每一个温度测量单元44分上、中、下三层均匀布置有一个热电偶，即共192个热电偶。根据这些热电偶测得的数据，经过软件插值反演可以得到油层中任意温度剖面。通过温度剖面可以清楚判断蒸汽及其热前缘在平面和纵向上的展布规律。

在所述第一直井1121和所述第二直井1122、第三直井1123、第四直井1124处均设置有一个压力检测传感器以实时监测所述第一直井1121与所述第二直井1122、第三直井1123、第四直井1124的压力变化。

温度传感器、压力检测传感器与数据采集与传输装置41电性连接。数据采集与传输装置41与计算机42相连，计算机42与UPS电源43相连。一旦出现停电故障，UPS电源43仍然能使计算机42以及各个部件处于正常工作，例如记录、计算、采集等，避免了由于断电造成实验需要重新开始的问题。

本申请提出了一种经济可行，能大幅度提高蒸汽驱中后期稠油油藏的动用体积、延长开发时间，进一步降低残余油饱和度、提高经济效益的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油的技术，具体作法是在蒸汽驱中后期过程中添加一种适宜的气体(如CO₂、空气、烟道气等)以及一种耐高温的泡沫剂，为研究控制蒸汽窜流、抑制蒸汽超覆、扩展蒸汽腔体积，提高蒸汽驱热效率、增大蒸汽波及体积，改善蒸汽驱效果，进一步对稠油油藏蒸汽驱中后期提高油汽比有效开发提供数据支持，有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

以下介绍利用本发明的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油的实验装置的作业方法，包括以下步骤：

将上盖12打开按储层参数往下箱体11内装填石英砂，装砂过程中要边装边夯实，合上上盖12后如果装砂不够充足，再从上盖12的两个填砂口121进行装砂。

自第四直井1124对已装满石英砂的模型主体1进行抽真空，抽真空完毕后从第五直井1125处注入水，使已装满石英砂的模型主体1进行吸水饱和，根据吸水的重量计算出模型主体1内已装石英砂的孔隙体积。

在模型主体1外设置温度控制装置5，从而对模型主体1的温度进行控制。

先从第一直井1121进行注入原油，依次从第八直井1128、第七直井1127、第六直井1126、第五直井1125、第四直井1124、第三直井1123、第二直井1122进行采出原油，其次从所述注入口122进行注入原油，依次从第一直井1121、第二直井1122、第三直井1123、第四直井1124、第五直井1125、第六直井1126、第七直井1127、第八直井1128进行采出原油；

待第一蒸汽发生器升温至实验温度200℃时，打开连接第一回压阀23、第一压力表24的旁通管路，使热流体通过旁通管路流畅稳定后，然后关闭旁通管路，采用100％蒸汽驱生产模式开始向第一直井1121注入蒸汽，其中，注蒸汽速率100ml/min；

当100％蒸汽驱模式进行到产液含水率99％且超覆现象严重时，将气体按一定的比例与蒸汽混合后一同注入模型主体1，开始气体辅助蒸汽驱岩心驱替；

当气体辅助蒸汽驱进行到产液含水率99％且超覆现象严重时，停止注入蒸汽；设置好气体的注入流量以及泡沫液的注入量，先打开连接第二回压阀213、第三压力表214的旁通管路，使泡沫通过旁通管路流畅稳定后，然后关闭旁通管路，开始从直井蒸汽驱井网往模型主体1内注入经过旁通管路流畅稳定的泡沫，开始气体泡沫封堵高渗层实验；

待泡沫依次从第四直井1124、第三直井1123、第二直井1122产出顺畅且注入泡沫的压力一直上升时，再将气体按预设比例(例如，体积比例为2：8)与蒸汽混合后一同注入模型主体1，继续进行气体辅助蒸汽驱岩心驱替实验。

通过本发明的气体泡沫辅助蒸汽驱开采稠油的三维物理模拟实验装置及方法，能够精确的模拟在蒸汽驱过程中添加一定量的气体泡沫时，蒸汽腔向上部扩展速度得到部分抑制，增大蒸汽腔波及体积，并且方便测量出蒸汽腔扩展过程中温度场的变化规律，为研究提高蒸汽驱热效率、增大蒸汽波及体积，进一步对提高油汽比的稠油油藏蒸汽驱有效开发技术提供数据支持，有助于后续的理论研究和数值模拟研究。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。