本發(fā)明涉及稠油油藏蒸汽吞吐開發(fā)實驗，特別是涉及到一種稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術(shù)：

1、稠油是我國能源的重要組成部分，目前已建成遼河、新疆、勝利和河南等稠油生產(chǎn)基地，年產(chǎn)量達1300多萬噸。蒸汽吞吐是應(yīng)用最廣的稠油開發(fā)方式，從上世紀八十年代開始，稠油油藏主要以蒸汽吞吐方式開發(fā)，現(xiàn)階段國內(nèi)稠油油藏?zé)岵扇匀灰哉羝掏聻橹?。隨著生產(chǎn)輪次的增加，蒸汽吞吐的效果逐漸變差，單井的蒸汽加熱半徑不再擴大、周期產(chǎn)油量、周期油汽比下降，周期含水上升快，周期效果逐漸變差。通過制作蒸汽吞吐的物理模型，并開展蒸汽吞吐實驗對于蒸汽吞吐后剩余油賦存規(guī)律表征，對于蒸汽吞吐后接替技術(shù)的選擇、稠油高效開發(fā)技術(shù)的研究和實施方案的制定均具有重要意義。

2、目前，國內(nèi)外針對稠油蒸汽吞吐開發(fā)開展了大量的室內(nèi)物理模擬實驗研究，但很多實驗用蒸汽驅(qū)來模擬蒸汽吞吐中的局部油、汽、水的變化情況，缺乏對燜井及反吐過程的模擬，得到的殘余油分布規(guī)律及賦存狀態(tài)與地層存在差異。例如專利文獻cn201520332896.3，實際為蒸汽驅(qū)實驗。專利文獻cn?202011132908.x，在模型一側(cè)進行注入蒸汽吞吐，通過在模型的另一側(cè)注氮氣，通過氮氣驅(qū)來實現(xiàn)油、汽、水的反吐，剩余油賦存狀態(tài)存在一定差異，難以模擬真實油藏蒸汽吞吐過程。

3、部分現(xiàn)有的蒸汽吞吐實驗裝置依靠模型本身形變產(chǎn)生的壓力進行儲能，這類實驗裝置的儲能能力有限，難以模擬擴大蒸汽加熱半徑后周圍地層原油產(chǎn)生的新能量供給，且這類實驗方法引起的模型形變可能導(dǎo)致模型的孔滲物性發(fā)生變化，難以模擬地層的物性。例如專利文獻cn?113790042?a，對蒸汽吞吐的模擬作用較有限，難以模擬溫度場波及地層的能量供給。專利文獻cn?201310046830.3和cn?201320067319.7通過設(shè)定圍壓來提供模擬地層壓力，蒸汽吞吐完全依靠模型形變產(chǎn)生的壓力，實驗過程中模型的孔隙結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，使飽和度計量的錯誤增大。專利文獻cn202010458747.7利用三維物理模型模擬蒸汽吞吐，模型的形變量對吞吐量的貢獻較為有限。專利文獻cn?202220154347.1通過井網(wǎng)模型模擬蒸汽吞吐及蒸汽驅(qū)，該模型的承壓較低，對吞吐量的貢獻較為有限。專利文獻201320093929.4的井網(wǎng)模型的承壓提高，但模型本身的形變量有限，難以模擬地層條件下的吞吐量。專利文獻cn202210406516.0利用多級填砂管模型模擬蒸汽吞吐的過程，一定程度上擴大了模型形變量，但該方法在模擬地層條件下吞吐的壓力水平時，模型形變依然有效，難以模擬地層條件下的蒸汽吞吐，而壓力過高則難以模擬地層條件下蒸汽的相態(tài)特征。

4、為了模擬蒸汽吞吐的燜井儲能過程，通常室內(nèi)實驗采用儲能容器來模擬地層儲能。例如專利文獻cn?201220227338.7和cn?202122603755.9通過引入儲能罐進行儲能，但該實驗裝置中儲能罐本身不具有動力，完全依靠容器形變產(chǎn)生的壓力進行驅(qū)動，注入的蒸汽量有限，難以模擬溫度場波及地層的能量供給。專利文獻cn202010677563.x通過引入儲層填砂模型作為儲能罐進行儲能，并利用手搖泵恒壓來增大填砂模型的儲能能力，但流體的供應(yīng)量依然有限。專利文獻cn202110628824.3通過在模型的四個角打井，并利用壓力保持裝置模擬遠端地層壓力，但該方法的流體將形成五點井網(wǎng)流場與地層情況存在差異。專利文獻cn2012202272338.7通過活塞容器提供儲能，通過恒壓泵提供動力。

5、以上現(xiàn)有技術(shù)均與本發(fā)明有較大區(qū)別，未能解決我們想要解決的技術(shù)問題，為此我們發(fā)明了一種新的稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置及實驗方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種按照蒸汽波及情況模擬溫度場波及地層的能量供給，來模擬蒸汽吞吐后的儲層飽和度變化情況，并用于研究蒸汽吞吐后的剩余油賦存規(guī)律的稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置及實驗方法。

2、本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置，該稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置包括注入系統(tǒng)、產(chǎn)出計量系統(tǒng)、物理模型裝置和儲能系統(tǒng)，該物理模型裝置模擬稠油油藏蒸汽吞吐井，該注入系統(tǒng)連接于該物理模型裝置，將各種流體注入該物理模型裝置，該產(chǎn)出計量系統(tǒng)連接于該物理模型裝置，分離和計量該物理模型裝置產(chǎn)出流體的量，該儲能系統(tǒng)連接于該物理模型裝置，以模擬地層的供給邊界。

3、本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

4、該注入系統(tǒng)包括驅(qū)替泵、蒸汽發(fā)生器、油相中間容器和水相中間容器，該驅(qū)替泵的出口連接于該蒸汽發(fā)生器、該油相中間容器、該水相中間容器的入口，該蒸汽發(fā)生器、該油相中間容器、該水相中間容器的出口連接于該物理模型裝置，該驅(qū)替泵將該蒸汽發(fā)生器、該油相中間容器、該水相中間容器中存儲的流體泵入到該物理模型裝置。

5、該注入系統(tǒng)還包括第一差壓傳感器和第二差壓傳感器，該第一差壓傳感器連接在該蒸汽發(fā)生器、該油相中間容器、該水相中間容器的出口與該物理模型裝置的一端，該第二差壓傳感器連接在該蒸汽發(fā)生器、該油相中間容器、該水相中間容器的出口與該物理模型裝置的另一端，以測量該物理模型裝置兩端的壓差。

6、該儲能系統(tǒng)包括儲能容器和恒壓泵，該恒壓泵連接于該儲能容器的入口，該儲能容器的出口連接于該物理模型裝置，以模擬地層壓力。

7、該稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置還包括恒溫箱，該儲能容器、該油相中間容器、該水相中間容器和該物理模型裝置均位于該恒溫箱中。

8、該產(chǎn)出計量系統(tǒng)包括冷凝裝置、回壓閥、回壓泵和氣液分離器，該冷凝裝置的入口連接于該物理模擬裝置，該冷凝裝置的出口連接于該回壓閥的入口，該回壓閥的控制口連接于該回壓泵以設(shè)定回壓，該回壓閥的出口連接于該氣液分離器的入口。

9、該產(chǎn)出計量系統(tǒng)包括還包括氣體流量計和油水計量裝置，該氣體流量計連接于該氣液分離器的氣體出口，該油水計量裝置連接于該氣液分離器的液相出口。

10、該物理模型裝置包括吞吐井、殼體、填砂腔體、濾板、活塞和頂蓋，該殼體內(nèi)部有該填砂腔體用于填制模型，該填砂腔體上部有與其內(nèi)部尺寸相匹配的該濾板，該濾板上部安裝有該活塞，該活塞與該殼體之間通過o型圈密封，o型圈可套入該活塞下部凹槽，并用環(huán)形卡箍固定在該活塞外壁凹槽內(nèi)，該活塞上部有一個圓柱形凸起，可以穿過該頂蓋中心的圓孔，該殼體、該活塞和該頂蓋共同形成了一個環(huán)形的軸壓腔體，該頂蓋通過螺紋固定在該殼體上，與該殼體之間通過o型圈密封，該活塞和該頂蓋之間通過o型圈密封，該吞吐井插入該填砂腔體中。

11、該吞吐井為一根管線，井筒的井壁有小孔，可以插入該填砂腔體內(nèi)的滲流模型，該吞吐井的管線與該殼體之間通過卡套和壓帽密封。

12、該o型圈的材質(zhì)為石墨或各類橡膠，該填砂腔體可以填充天然油砂或按照粒度分布配制的模擬沙。

13、該濾板為高孔高滲的金屬多孔介質(zhì)板或膠結(jié)較強的高孔高滲砂巖石板，該濾板用于防止沙粒運移，同時通過調(diào)整該濾板的孔隙尺寸，模擬稠油儲層蒸汽反吞過程中的剪切作用，模擬地層反吐時的流體乳化特征。

14、該物理模型裝置還包括該軸壓腔體和軸壓泵，該軸壓泵通過閥門和管線連接于該軸壓腔體，通過向該軸壓腔體內(nèi)注入恒定壓力的壓力液推動該活塞。

15、該軸壓泵為恒壓泵或壓力跟蹤泵。

16、本發(fā)明的目的也可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗方法，該稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗方法采用了稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置，包括：

17、步驟1，制備實驗?zāi)Ｐ秃蛯嶒炗糜?，將模擬地層水裝入水相中間容器，將模擬地層原油轉(zhuǎn)入油相中間容器；

18、步驟2，將物理模型裝置的活塞和頂蓋卸掉，在殼體底部通孔上安裝吞吐井；

19、步驟3，制作填砂實驗?zāi)Ｐ?，根?jù)達西定律測試水相滲透率；

20、步驟4，將填砂實驗?zāi)Ｐ蜕龎褐恋貙訅毫Γ?/p>

21、步驟5，進行飽和油實驗，計量產(chǎn)水體積來計算填砂實驗?zāi)Ｐ偷氖`水飽和度；

22、步驟6，注入蒸汽，計量注蒸汽的壓差；

23、步驟7，進行燜井，計量儲能容器內(nèi)的流體體積；

24、步驟8，計量產(chǎn)油量、產(chǎn)水量及產(chǎn)氣量隨時間的變化規(guī)律。

25、本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

26、在步驟3，將殼體旋轉(zhuǎn)至開口朝上，利用濕法填砂或干法填砂將實驗用砂均勻填入填砂腔體內(nèi)，制作填砂實驗?zāi)Ｐ?，將濾板覆蓋在填砂實驗?zāi)Ｐ蜕?，安裝活塞和頂蓋，用軸壓泵將壓力液注入軸壓腔體，飽和水并計算填砂實驗?zāi)Ｐ涂紫抖龋⒗米⑷氡脤⑺ㄟ^殼體底部通孔注入填砂實驗?zāi)Ｐ?，利用儲能系統(tǒng)采出水，利用差壓傳感器測量填砂實驗?zāi)Ｐ蛢啥说膲翰睿鶕?jù)達西定律測試水相滲透率。

27、在步驟4，將物理模型裝置旋轉(zhuǎn)至所需的角度，裝入恒溫箱內(nèi)并連接流程，關(guān)閉產(chǎn)出計量系統(tǒng)的閥門；控制恒溫箱升溫至實驗溫度，利用軸壓泵保持模型的軸壓高于注入壓力，同時利用驅(qū)替泵和儲能系統(tǒng)的恒壓泵將填砂實驗?zāi)Ｐ蜕龎褐恋貙訅毫Α?/p>

28、在步驟5，保持軸壓不變，利用驅(qū)替泵將油相中間容器內(nèi)的原油注入殼體底部通孔來飽和油，同時計量產(chǎn)水體積來計算模型的束縛水飽和度。

29、在步驟6，排空儲能容器，利用儲能容器保持模型內(nèi)的流體壓力穩(wěn)定，利用驅(qū)替泵提供動力，將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽通過吞吐井注入填砂實驗?zāi)Ｐ?，按照實驗需求將特定量的蒸汽注入吞吐井，利用?qū)替泵計量注汽量同時利用壓差傳感器計量注蒸汽的壓差。

30、在步驟7，注蒸汽結(jié)束后，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器出口的閥門，按照實驗需求進行燜井，并通過儲能容器保持填砂實驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)壓力穩(wěn)定，并利用恒壓泵實時計量儲能容器內(nèi)的流體體積。

31、在步驟8，利用回壓泵設(shè)定回壓，開啟冷凝裝置，燜井結(jié)束后打開產(chǎn)出計量系統(tǒng)的冷凝裝置的入口閥門，利用儲能容器模擬地層壓力，利用油水計量裝置和氣體流量計計量產(chǎn)油量、產(chǎn)水量及產(chǎn)氣量隨時間的變化規(guī)律，待穩(wěn)定后可降低回壓繼續(xù)進行彈性生產(chǎn)。

32、本發(fā)明中的稠油油藏蒸汽吞吐的物理模擬實驗裝置及實驗方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果具體如下：

33、(1)蒸汽吞吐裝置能夠模擬蒸汽注入過程，模擬蒸汽上覆等現(xiàn)象，還能模擬反吐的過程，得到的殘余油分布于蒸汽驅(qū)存在差異，更接近礦場蒸汽吞吐的情況。

34、(2)蒸汽吞吐過程中，能夠根據(jù)儲層的規(guī)模，利用儲能系統(tǒng)模擬稠油儲層的單側(cè)供給邊界，模擬蒸汽吞吐過程中的加熱半徑及溫度場波及半徑增加后地層的新增能量供給。

35、(3)濾板用于防止沙粒運移，同時通過調(diào)整濾板的孔隙尺寸，模擬稠油儲層蒸汽反吞過程中的剪切作用，模擬地層反吐時的流體乳化特征。