專利名稱：多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油天然氣行業(yè)天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種天然氣開(kāi)采室內(nèi)模擬裝置，是一種非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)水平井專用物理模擬裝置。
背景技術(shù)：
目前，非常規(guī)天然氣是一種非構(gòu)造控制、大面積成藏的天然氣，目前非常規(guī)天然氣 的主要類型有頁(yè)巖氣、煤層氣和致密氣三種。水平分支井是開(kāi)發(fā)非常規(guī)天然氣田的一種有 效手段，它能顯著提高非常規(guī)天然氣藏勘探開(kāi)發(fā)的綜合效益。自1928年世界第一口水平井 鉆成后，水平井技術(shù)迅速發(fā)展，并且以每年3000-5000 口水平井的速度增加，中國(guó)于1965年 在四川盆地鉆成了第一口水平井，2001年完成第一口水平分支井。先后在各個(gè)油田開(kāi)始了 水平井技術(shù)的應(yīng)用，水平分支井開(kāi)采過(guò)程中地層出砂特征、沖砂洗井工藝與直井中的工藝 有很大的差別，不僅表現(xiàn)在作業(yè)難度的增加，而且還制約著工藝技術(shù)措施的制定和施工作 業(yè)后的效果，主要是因?yàn)樵谝豢谒骄型瑫r(shí)存在直井段、造斜段、水平段、分支段四種井 筒，特別是在長(zhǎng)水平井井筒條件下，重力與水平分支井筒方向的復(fù)雜關(guān)系，影響了水平井筒 內(nèi)介質(zhì)的存在形式和流動(dòng)運(yùn)移規(guī)律，加上復(fù)雜的水平井段軌跡，需要射孔的孔眼數(shù)目多、射 孔方位多變、孔眼分布的差異，以及注液工藝、作業(yè)方式等都加大了水平井沖砂洗井難度； 而目前水平井沖砂洗井工藝大多采用經(jīng)驗(yàn)的方法，也就是一邊觀察，一邊摸索，一邊改進(jìn)， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行調(diào)整，沒(méi)有科學(xué)、定量的技術(shù)，在這種情況下，就很難進(jìn)行工藝技術(shù) 優(yōu)化；從技術(shù)文獻(xiàn)查詢情況看，國(guó)外雖然對(duì)水平井技術(shù)的研究有較長(zhǎng)的歷史，但是有關(guān)水平 分支井井筒沖砂洗井的技術(shù)文獻(xiàn)尚未見(jiàn)到。因此，迫切需要研發(fā)一臺(tái)既快速高效，又符合含 氣量測(cè)試試驗(yàn)原理的含氣量快速解吸實(shí)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，能模擬多角 度、多分支井的開(kāi)采技術(shù)參數(shù)，用來(lái)研究非常規(guī)天然氣在水平分支井開(kāi)采過(guò)程中地層出砂 情況、研究沖砂工藝，研究水平井開(kāi)采中多相滲流問(wèn)題，為非常規(guī)天然氣開(kāi)采提供地層壓力 分布、排采制度等基礎(chǔ)參數(shù)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，主要由閥門、 壓力傳感器、總管封頭、多角度分支井模型、溫度傳感器、流量計(jì)、注入泵、供液池和儲(chǔ)液池 組成，其特征在于多角度分支井模型由總管和分支管組成，在總管上焊接有4 12個(gè)分支 管，分支管與總管聯(lián)通，分支管的中心線與總管的中心線的夾角在25 65度之間，分支管 的長(zhǎng)度在500 IOOOmm之間。在總管的出液端外壁上固定有溫度傳感器，在總管的出液端 部固定有總管封頭，總管封頭的進(jìn)液端連接有管線和閥門，在總管封頭到閥門之間的管線 上連接有壓力傳感器。液體能通過(guò)總管封頭、閥門和管線流出。在分支管和總管的進(jìn)液端 有端蓋，端蓋上連接有管線。該管線與注入泵連接，在分支管和總管進(jìn)液端的端蓋到注入泵 之間的管線上串聯(lián)有流量計(jì)和閥門，在分支管和總管進(jìn)液端的端蓋到注入泵之間的管線上連接有壓力傳感器。注入泵的進(jìn)液口連接有管線，該管線連接到供液池。為了進(jìn)行測(cè)試不同角度、不同長(zhǎng)度分支井的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，所述的分支管兩個(gè)為一組，每組分支管進(jìn)液端的端蓋連接一個(gè)注入泵。所述的總管封頭是由接頭、小壓帽、平墊、小密封圈、透明管、大壓帽、大密封圈、封 堵頭、過(guò)濾網(wǎng)和濾網(wǎng)壓帽組成。封堵頭為階梯形圓柱體，封堵頭有中心孔。封堵頭的大圓柱 體端在總管端部?jī)?nèi)，在封堵頭的大圓柱體端外壁與總管內(nèi)壁之間有密封圈。大壓帽與總管 端部螺紋連接并固定封堵頭。在封堵頭的端部有過(guò)濾網(wǎng)，采用濾網(wǎng)壓帽將過(guò)濾網(wǎng)固定在封 堵頭的端部。在封堵頭的中心孔內(nèi)有一個(gè)透明管。在封堵頭小圓柱壁上開(kāi)有窗口。在封堵 頭小圓柱的端部通過(guò)小壓帽固定有接頭。在接頭端部與透明管端部之間有平墊，在透明管 外壁與封堵頭中心孔壁之間有0型密封圈。液體能通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入封堵頭內(nèi)的透明管，通 過(guò)透明管流出。能透過(guò)窗口看到透明管內(nèi)的液體流動(dòng)。液體能通過(guò)接頭中心孔流出。多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置的工作原理和試驗(yàn)過(guò)程在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前， 首先確定實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)需要使用不同數(shù)量的分支管。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先在供液池放入按比 例配制的地層水，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)分支管進(jìn)液端蓋，向?qū)嶒?yàn)分支管的外管內(nèi)置入砂粒，然后關(guān)閉分 支管進(jìn)液端蓋，將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)管從分支管頂端插入，直到內(nèi)管尾端處于指定位置，然后將分支 管中灌滿清水，供液池中裝入足量的實(shí)驗(yàn)用液，然后啟動(dòng)注入泵把供液池中的注入泵入不 同的分支管。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將注入泵設(shè)定為不同的轉(zhuǎn)速，這樣就會(huì)有不同的注液量，達(dá)到進(jìn)行不 同流量拖動(dòng)內(nèi)管的試驗(yàn)，或者進(jìn)行內(nèi)管靜止的條件下的試驗(yàn)。通過(guò)觀察透明管可視化窗口， 直至實(shí)驗(yàn)井筒的外管中置入的砂粒完全被帶出實(shí)驗(yàn)分支管就完成了試驗(yàn)。在試驗(yàn)的過(guò)程中 攝像頭觀察并記錄實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，采集處理裝置通過(guò)電纜線連接的上部壓力傳感器、尾部 壓力傳感器、電子天平等記錄下實(shí)驗(yàn)的壓力、流量等參數(shù)，用于對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，實(shí) 驗(yàn)完畢后打開(kāi)實(shí)驗(yàn)分支管的進(jìn)液端蓋排出殘液。計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)能實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的溫度、壓 力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解釋。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，能模擬多角 度、多分支井的開(kāi)采流體的技術(shù)參數(shù)，對(duì)不同角度的水平分支井進(jìn)行模擬，模擬不同地層溫 度、壓力條件下，非常規(guī)天然氣開(kāi)采多分支井在一定的抽排工作制度下，天然氣、地層水、巖 屑等產(chǎn)出的速度以及沖砂工藝技術(shù)參數(shù)等。研究非常規(guī)天然氣在水平分支井開(kāi)采過(guò)程中地 層出砂情況、研究沖砂工藝，研究水平井開(kāi)采中多相滲流問(wèn)題，為非常規(guī)天然氣開(kāi)采提供地 層壓力分布、排采制度等基礎(chǔ)參數(shù)。依據(jù)上述結(jié)構(gòu)，制造了一臺(tái)非常規(guī)天然氣開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)裝置，成功開(kāi)展了非常規(guī) 天然氣開(kāi)采實(shí)驗(yàn)工作。通過(guò)對(duì)四川、山西等地區(qū)開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)，將所測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)用該地區(qū)低 滲透砂巖、煤層氣和頁(yè)巖氣開(kāi)采中，取得了良好的指導(dǎo)效果。模擬同一深度的溫度壓力條件 下所測(cè)的氣體流量、地層巖屑產(chǎn)出等數(shù)據(jù)高度吻合，表明該儀器裝置能夠順利完成現(xiàn)場(chǎng)非 常規(guī)天然氣開(kāi)采模擬工作，所提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可信，可以快捷方便地指導(dǎo)非常規(guī)天然 氣開(kāi)發(fā)實(shí)踐。利用該實(shí)驗(yàn)裝置能模擬多角度、多分支井的開(kāi)采技術(shù)參數(shù)，用于評(píng)價(jià)某地區(qū)非 常規(guī)天然氣資源潛力和開(kāi)發(fā)前景。


圖1是本發(fā)明多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的多角度分支井模型4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的總管封頭3的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖中，1.閥門，2.壓力傳感器，3.總管封頭，4.多角度分支井模型，5.溫度傳感器， 6.流量計(jì)，7.注入泵，8.供液池，9.儲(chǔ)液池。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 以一臺(tái)多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置為例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一 步詳細(xì)說(shuō)明。參閱圖1。本發(fā)明多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，主要由閥門1、壓力傳 感器2、總管封頭3、多角度分支井模型4、溫度傳感器5、流量計(jì)6、注入泵7、供液池8和儲(chǔ) 液池9組成。參閱圖2。多角度分支井模型4由總管4. 0和8根分支管組成?？偣?. 0上焊接根分支管，分支管與總管4. 0聯(lián)通?？偣?. 0直徑100mm，長(zhǎng)度2000mm ；有六根分支管，即第 一分支管4. 1、第二分支管4. 2、第三分支管4. 3、第四分支管4. 4、第五分支管4. 5和第六分 支管4. 6的直徑為50mm，長(zhǎng)度800mm ；第七分支管4. 7、第八分支管4. 8的直徑為50mm，長(zhǎng)度 600mmo第一分支管4. 1、第二分支管4. 2、第六分支管4. 6、第七分支管4. 7和第八分支管 4. 8與總管4. 0的水平夾角為30度。第三分支管4. 3和第四分支管4. 4與總管4. 0的水 平夾角為45度。第五分支管4. 5與總管4.0的水平夾角為60度。第二分支管4. 2、第三 分支管4. 3、第四分支管4. 4、第七分支管4. 7和第八分支管4. 8與總管4. 0在同一個(gè)平面 內(nèi)；第一分支管4. 1與平面的夾角為20度；第五分支管4. 5與平面的夾角為45度；第六分 支管4. 6與平面的夾角為60度。在總管4.0的出液端外壁上固定有一個(gè)溫度傳感器5，在總管4.0的出液端部固 定有一個(gè)總管封頭3，總管封頭3的進(jìn)液端連接有管線和一個(gè)閥門1，在總管封頭3到閥門 1之間的管線上連接有一個(gè)壓力傳感器2。液體能通過(guò)總管封頭3、閥門1和管線流出?？?管4. 0的出液端的管線端部有一個(gè)儲(chǔ)液池9，儲(chǔ)存排出的液體。在8根分支管和總管4. 0的進(jìn)液端分別有一個(gè)端蓋，端蓋上連接有管線。第一分支管4. 1和第二分支管4. 2為一組，第一分支管4. 1和第二分支管4. 2的 進(jìn)液端連接一個(gè)注入泵7。在第一分支管4. 1和第二分支管4. 2端蓋到注入泵7的管線上 串聯(lián)有一個(gè)流量計(jì)6和一個(gè)閥門1并連接有一個(gè)壓力傳感器2。同樣，第三分支管4. 3和第四分支管4. 4為一組，第五分支管4. 5和第六分支管 4. 6為一組，第七分支管4. 7和第八分支管4. 8為一組，在進(jìn)液端分別與一個(gè)注入泵7連接。 在連接管線上同樣串聯(lián)有一個(gè)流量計(jì)6和一個(gè)閥門1并連接有一個(gè)壓力傳感器2。在與第 七分支管4. 7、第八分支管4. 8連接的注入泵7有管線連接總管4. 0的進(jìn)液端，并串聯(lián)有一 個(gè)流量計(jì)6和一個(gè)閥門1并連接有一個(gè)壓力傳感器2。四個(gè)注入泵7的進(jìn)液口連接有管線，管線連接到供液池8。所述的總管封頭3是由接頭3. 1、小壓帽3. 2、平墊3. 3、小密封圈3. 4、透明管3. 5、 大壓帽3. 6、大密封圈3. 7、封堵頭3. 8、過(guò)濾網(wǎng)3. 9和濾網(wǎng)壓帽3. 10組成。封堵頭3. 8為階 梯形圓柱體，封堵頭3. 8有中心孔。封堵頭3. 8的大圓柱體端在總管4. 0端部?jī)?nèi)，在封堵頭3. 8的大圓柱體端外壁與總管4. O內(nèi)壁之間有一個(gè)密封圈3. 7。大壓帽3. 6與總管4. O端 部螺紋連接并固定封堵頭3. 8。在封堵頭3. 8的端部有一個(gè)過(guò)濾網(wǎng)3. 9，采用濾網(wǎng)壓帽3. 10 將過(guò)濾網(wǎng)3. 9固定在封堵頭3. 8的端部。在封堵頭3. 8的中心孔內(nèi)有一個(gè)透明管3. 5。在 封堵頭3. 8小圓柱壁上開(kāi)有窗口。在封堵頭3. 8小圓柱的端部通過(guò)小壓帽3. 2固定有接頭 3. 1。在接頭3. 1端部與透明管3. 5端部之間有平墊3. 3，在透明管3. 5外壁與封堵頭3. 8 中心孔壁之間有一個(gè)O型密封圈3. 4。多角度分支井模型4安裝在一個(gè)支架上，能旋轉(zhuǎn)多角度分支井模型4，使多角度分 支井模型4調(diào)節(jié)與水平面的角度。 注入泵7的最大流量是20mL/min，最大壓力為lOMpa，采用的是平流泵。該種泵采 用非圓齒輪或線性凸輪驅(qū)動(dòng)，具有良好的滿足恒流要求的雙柱塞運(yùn)動(dòng)特性。多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置還可以采用微機(jī)控制監(jiān)測(cè)，采集壓力、溫 度、流量等參數(shù)，設(shè)有計(jì)算機(jī)通訊接口、打印機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、采集及處理軟件等，對(duì)流量、壓 力等進(jìn)行顯示，工作參數(shù)由鍵盤輸入，操作簡(jiǎn)單，維修方便。為了安全，還可以增設(shè)高低壓保 護(hù)裝置。
權(quán)利要求
一種多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，主要由閥門(1)、壓力傳感器(2)、總管封頭(3)、多角度分支井模型(4)、溫度傳感器(5)、流量計(jì)(6)、注入泵(7)、供液池(8)和儲(chǔ)液池(9)組成，其特征在于多角度分支井模型(4)由總管(4.0)和分支管組成，在總管(4.0)上焊接有4～12個(gè)分支管，分支管與總管(4.0)聯(lián)通，分支管的中心線與總管(4.0)的中心線的夾角在25～65度之間，分支管的長(zhǎng)度在500～1000mm之間；在總管(4.0)的出液端外壁上固定有溫度傳感器(5)，在總管(4.0)的出液端部固定有總管封頭(3)，總管封頭(3)的進(jìn)液端連接有管線和閥門(1)，在總管封頭(3)到閥門(1)之間的管線上連接有壓力傳感器(2)；在分支管和總管(4.0)的進(jìn)液端有端蓋，端蓋上連接有管線，管線與注入泵(7)連接，在分支管和總管(4.0)進(jìn)液端的端蓋到注入泵(7)之間的管線上串聯(lián)有流量計(jì)(6)和閥門(1)，在分支管和總管(4.0)進(jìn)液端的端蓋到注入泵(7)之間的管線上連接有壓力傳感器(2)，注入泵(7)的進(jìn)液口連接有管線，該管線連接到供液池(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，其特征是所述的 分支管兩個(gè)為一組，每組分支管進(jìn)液端的端蓋連接一個(gè)注入泵(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，其特征是所述的 總管封頭(3)是由接頭(3. 1)、小壓帽(3. 2)、平墊(3. 3)、小密封圈(3. 4)、透明管(3. 5)、大 壓帽(3. 6)、大密封圈(3. 7)、封堵頭(3. 8)、過(guò)濾網(wǎng)(3.9)和濾網(wǎng)壓帽(3. 10)組成，封堵頭 (3.8)為階梯形圓柱體，封堵頭(3.8)有中心孔，封堵頭(3.8)的大圓柱體端在總管(4.0) 端部?jī)?nèi)，在封堵頭(3.8)的大圓柱體端外壁與總管(4.0)內(nèi)壁之間有密封圈(3. 7)，大壓帽 (3.6)與總管(4.0)端部螺紋連接并固定封堵頭(3. 8)，在封堵頭(3.8)的端部有過(guò)濾網(wǎng) (3. 9)，濾網(wǎng)壓帽(3. 10)將過(guò)濾網(wǎng)(3.9)固定在封堵頭(3.8)的端部，在封堵頭(3.8)的中 心孔內(nèi)有一個(gè)透明管(3. 5)，在封堵頭(3.8)小圓柱壁上開(kāi)有窗口，在封堵頭(3.8)小圓柱 的端部通過(guò)小壓帽(3. 2)固定有接頭(3. 1)，在接頭(3. 1)端部與透明管(3. 5)端部之間有 平墊(3. 3)，在透明管(3. 5)外壁與封堵頭(3. 8)中心孔壁之間有O型密封圈(3. 4)。
全文摘要
多角度水平分支井天然氣開(kāi)采模擬裝置，應(yīng)用于非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)水平井專用物理模擬試驗(yàn)。特征是多角度分支井模型由總管和分支管組成，在總管上焊接有4～12個(gè)分支管，分支管與總管聯(lián)通，分支管的中心線與總管的中心線的夾角在25～65度之間，分支管的長(zhǎng)度在500～1000mm之間。在總管的出液端部固定有總管封頭。在分支管和總管的進(jìn)液端有端蓋，端蓋上連接有管線和注入泵，管線上串聯(lián)有流量計(jì)和閥門并連接有壓力傳感器。效果是能模擬多角度、多分支井的開(kāi)采流體的技術(shù)參數(shù)，研究非常規(guī)天然氣在水平分支井開(kāi)采過(guò)程中地層出砂情況、研究沖砂工藝，為非常規(guī)天然氣開(kāi)采提供地層壓力分布、排采制度等基礎(chǔ)參數(shù)。
文檔編號(hào)G09B23/00GK101800000SQ20091023624
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者劉人和, 劉洪林, 王紅巖, 趙群, 閆剛, 魏偉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司