水平井物理模擬實驗裝置及方法

高輝

摘 要 本文論述了一種在室內實驗中模擬水平井開發的實驗裝置及其實驗方法。實驗裝置由注入系統、水平井物理模擬裝置、采出系統、數據分析系統組成；實驗方法主要包括巖心準備、建立油藏模型、開展物理模擬實驗、數據采集、數據分析等5個步驟，能夠應用實際巖心，模擬水平井在實際地層高溫高壓條件下衰竭開采、注氣吞吐及注氣驅替、分段射孔開采等開采過程，還能夠用于研究水平井不同開發方式對提高采收率的影響，為水平井油藏數值模擬及現場開發調整提供依據。

關鍵詞 水平井 實驗裝置 物理模擬 射孔 采收率

中圖分類號：TE319 文獻標識碼：A

目前，在石油開發實驗技術領域，水平井開采物理模擬研究主要是應用三維物理模擬填砂模型對不同類型油氣藏的水平井進行模擬開采實驗的，實驗模型裝置使用均質填砂管，不能反映真實地層的非均質性和地層流體的物理性質和流動狀態。資料查詢發現：一項專利文獻公開了一種水平井井下物理模擬試驗裝置，能夠根據實驗目的層的要求，選擇充填材料配制后，填入模擬井筒與殼體之間，制成不同的模擬地層，實現不同實驗目的層的實驗研究。該裝置的缺陷是充填材料只能近似模擬地層，與實際地層巖心物性很難一致，仍然不能夠反映真實地層流體的物理性質和真實地層條件下的水平井開采狀況，同時不能夠模擬目前水平井開發中常用的分段射孔情況，本文所述的實驗裝置和實驗方法能夠解決這些問題。

1實驗裝置

我們研制的水平井物理模擬實驗裝置由注入系統、水平井物理模擬裝置、采出系統、數據分析系統組成，其中：注入系統由高壓恒壓恒速計量泵2a、配樣裝置組成，高壓恒壓恒速計量泵2a、配樣裝置通過閥門2b和管線2f串聯至水平井物理模擬裝置進口1e；配樣裝置由高溫高壓配樣器2d、活塞中間容器2e通過連通閥2c并聯連接至高壓恒壓恒速計量泵2a。

水平井物理模擬裝置由巖心夾持器1a、巖心1b、雙層套管1c、油管、環壓計量泵1g、恒溫加熱器組成。采出系統由溫控空氣浴3a、高壓觀察窗3b、回壓控制系統、三相分離器3f、電子天平3h、氣體計量計3g組成，回壓控制系統由回壓調節器3c、高壓氮氣中間容器3d、回壓調節高壓計量泵3e串聯組成。數據分析系統由密度儀4a、氣相色譜儀4b、計算機4c組成。

2實驗方法與步驟

2.1巖心的準備

對若干塊全直徑柱狀真實巖心1b進行洗油、烘干，測定孔隙度和空氣滲透率，再在巖心1b中部按實驗要求鉆固定直徑的圓孔，然后按照每塊巖心長度和滲透率，依布拉法則進行排序依次裝入熱縮管內，組裝成1米的長巖心，用膠套密封后裝入巖心夾持器1a中。

2.2建立油藏模型

先對巖心夾持器1a中巖心1b抽真空，然后根據模擬油藏的地層水礦化度配制地層水樣品，通過高壓恒壓恒速計量泵2a將配制好的地層水注入到巖心夾持器1a中，用地層水樣品對巖心1b進行飽和，接著用脫氣原油驅替巖心1b中地層水，建立巖心1b的束縛水飽和度，再將高溫高壓配樣器2d中配好的原始地層原油驅替脫氣原油，當巖心1b出口流出的地層原油氣油比連續檢測五次保持穩定，且與所配制地層原油的氣油比一致，可以認為巖心1b已經飽和好地層原油，從而建立起水平井實驗用油藏模型。

2.3開展物理模擬實驗

應用建立好的油藏模型開展實驗，模擬水平井開發過程。巖心1b用來模擬地層，巖心中心孔模擬水平井段，雙層套管1c模擬水平井的雙層套管，雙層套管1c對應的射孔位置預留有滲流孔1j1、1j2、1j3。雙層套管1c中放入3根油管1d1、1d2、1d3，通過給雙層套管加壓實現雙層套管1c與巖心1b間的密封以及油管1d1、1d2、1d3與雙層套管1c間的密封。油管1d2模擬射孔位置預留滲流孔1k2，油管d1、1d3在模擬射孔錯開的位置預留滲流孔1k1、1k3；巖心夾持器1a的溫度由三組單獨的可調式恒溫加熱器1m1、1m2、1m3來控制；巖心夾持器1a上開有加壓孔1h，加壓孔1h通過管線和閥連接至用來模擬上覆壓力的環壓計量泵1g；油藏模型建立后，通過注入系統對油藏模型進行驅替，模擬水平井開發，通過移動油管1d1、1d3調整滲流孔1k1、1k3位置，模擬分段射孔開發過程。

2.4進行數據采集

通過采出系統進行流動狀態觀察、產出物計量和數據采集。利用溫控空氣浴3a把采出部分保持在特定溫度下，通過高壓觀察窗3b可以在油藏壓力和溫度條件下觀察巖心流出物的相態特征，回壓控制系統由回壓調節器3c、高壓氮氣中間容器3d和回壓調節高壓計量泵3e組成，利用回壓控制系統來控制系統的出口壓力；實驗過程中的流出物在油、水、氣三相分離器3f中分離，液體的重量由電子天平3h稱得，氣體由氣體計量計3g計量。

2.5進行數據分析

應用密度儀、氣相色譜儀、計算機將采出系統獲得的產出物和相關數據進行分析總結，得出實驗結論，并對實驗進行匯總處理。產出油通過密度儀4a測量密度，氣體通過氣相色譜儀4b進行組分分析，最終數據經過計算機4c相應軟件進行匯總處理，得出產出油質量、密度、產出速度的變化、產出氣的組分及各組分所占比例、驅替實驗的溫度、壓力、采收率分析報告。

3結論

（1）本實驗裝置使用天然巖心和真實地層流體，能夠開展水平井衰竭開采、吞吐實驗、分段開采及氣驅提高采收率等研究。采用全直徑天然巖心和實際地層流體模擬水平井開發，更加接近要模擬的油藏地下真實情況，模擬精度更高。

（2）通過移動油管使得油管上滲流孔與雙層套管滲流孔連通，對分段射孔進行模擬，實現了在室內物理實驗中對水平井分段開采的動態模擬。

（3）通過模擬水平井在高溫高壓地層條件下衰竭開采、注氣吞吐及注氣驅替等開發方式，研究水平井提高采收率的方法，能夠為水平井提高采收率的油藏數值模擬及現場開發調整提供借鑒。

參考文獻

[1] 唐鋼，江匯，劉偉偉，唐功勛等.一種水平井井下物理模擬試驗裝置[P]. CN201220261827.4，2012.