專利名稱：水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬和研究水平井周圍地層向水平井筒滲流的物理模型，同時(shí)分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流的影響的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
水平井技術(shù)于1928年提出，40年代付諸實(shí)施，就成為一項(xiàng)非常有前途的油氣田開發(fā)、提高采收率的重要技術(shù)。到了 80年代相繼在美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)家得到廣泛工業(yè)化應(yīng)用，并由此形成一股研究水平井技術(shù)、應(yīng)用水平井技術(shù)的高潮?，F(xiàn)如今，水平井滲流理論及產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法研究水平井鉆井技術(shù)已日趨完善，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展了水平井各項(xiàng)配套技術(shù)。目前，國(guó)外水平井技術(shù)的發(fā)展主要有以下兩大特點(diǎn)一、水平井技術(shù)由單個(gè)水平井向整體井組開發(fā)、多底井、多分支水平井轉(zhuǎn)變，水平井具有多種類型，有普通的單支水平井、平面分支水平井、多層分支水平井、穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)層的三維多目標(biāo)分支水平井等；二、應(yīng)用欠平衡鉆井技術(shù)，減少鉆井液對(duì)油層的浸泡和損害，加快機(jī)械鉆速，簡(jiǎn)化井下矛盾，使水平井、多底井、多分支井在較簡(jiǎn)化的完井技術(shù)下就可以達(dá)到高產(chǎn)。近些年，水平井技術(shù)己經(jīng)在石油工業(yè)得到了迅速發(fā)展，日益普及整個(gè)石油工業(yè)。我國(guó)的油氣藏大多為中低滲透油氣藏，而且薄層油氣藏居多，大部分油田處于中后期開發(fā)，水平井技術(shù)正在成為我國(guó)油田經(jīng)濟(jì)有效的開發(fā)方式。對(duì)于薄油層，水平井多適用于單一薄層的開采，利用“階梯型水平井”還可以實(shí)現(xiàn)多層同時(shí)開采；對(duì)于低滲透儲(chǔ)層油藏，水平井可以增加泄油面積，同時(shí)減少了油藏開發(fā)所必需的總井?dāng)?shù)，有利于降低成本；在高滲透儲(chǔ)層油藏中，直井井筒中滲流速度很高，應(yīng)用水平井可以降低滲流速度從而減輕或避免高產(chǎn)時(shí)天然氣的紊流；在開發(fā)中后期應(yīng)用提高采收率方法時(shí)，特別是在應(yīng)用加熱方法時(shí)，應(yīng)用水平井可以增加與油層的接觸面積，提高吸水能力，從而提高開發(fā)效果；對(duì)于海上油田，鉆水平井是唯一降低海洋鉆井成本的方法，因?yàn)楹Ｉ香@井成本的降低只能靠減小必需的開發(fā)井?dāng)?shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，海上鉆水平井不僅減小了必需的開發(fā)井?dāng)?shù)，而且增加了在同一平臺(tái)上可以開采的油層面積，毫無(wú)疑問(wèn)，鉆水平井在總體上大大地降低了海上油田開發(fā)成本。隨著鉆井技術(shù)的提高，水平井的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)水平井滲流理論與產(chǎn)能評(píng)價(jià)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，但是由于井身結(jié)構(gòu)以及油藏地質(zhì)特征的復(fù)雜性，還有許多問(wèn)題值得進(jìn)一步深入研究。在水平井滲流理論及壓力動(dòng)態(tài)研究方面，試井技術(shù)是油氣田開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一，通過(guò)水平井試井技術(shù)，建立合適的水平井試井解釋模型和解釋方法，得到油氣藏重要的參數(shù)，以此對(duì)油氣藏進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這對(duì)油田的開發(fā)具有非常重要的指導(dǎo)意義。目前由于水平井滲流的復(fù)雜性 (油藏及邊界的復(fù)雜性和井結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性)，水平井的滲流理論研究還不夠完善，需要進(jìn)一步研究。在研究油氣層水平井滲流時(shí)，往往采用數(shù)學(xué)方法，但數(shù)學(xué)方法比較抽象，初學(xué)者難于理解。故而采用模擬方法來(lái)研究復(fù)雜條件下的油氣層流體滲流規(guī)律。其中物理模擬是常采用的方法，但建立水平井滲流的實(shí)物模型耗資巨大，難于操作與管理，因此有必要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究和實(shí)踐教學(xué)，以補(bǔ)充水平井滲流的實(shí)物模型的不足。本發(fā)明用于模擬和研究水平井周圍地層向水平井筒穩(wěn)定滲流的物理模型，清晰展現(xiàn)自然界無(wú)法觀測(cè)到的水平井滲流狀態(tài)，同時(shí)分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流的影響。經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研，在模擬水平井滲流及分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流影響的方面未發(fā)現(xiàn)與水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置相關(guān)的思路、產(chǎn)品、工藝設(shè)計(jì)方法和理論基礎(chǔ)研究的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種模擬和研究水平井周圍地層向水平井筒穩(wěn)定滲流的物理模型，清晰展現(xiàn)自然界無(wú)法觀測(cè)到的水平井滲流狀態(tài)，同時(shí)分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流的影響，特提供一種水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置由主體支架、滲流觀察板、高壓氣泵、儲(chǔ)水槽、水泵、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、滲流槽、水平段模擬井筒和攝像機(jī)組成。其結(jié)構(gòu)特征是主體支架安裝在底座上面，主體支架的下部流入端安裝有流入端支架，主體支架的下部流出端安裝有流出端支架；滲流觀察板安裝在主體支架的中部，用注入端固定螺釘和流出端固定螺釘將滲流觀察板左右兩邊固定在主體支架上；滲流觀察板的流出端設(shè)有導(dǎo)向槽，流出端固定螺釘卡在導(dǎo)向槽內(nèi)。滲流觀察板中部安裝有滲流槽，滲流槽內(nèi)部的管流腔插有水平段模擬井筒，密封橡膠圈密閉滲流槽出口內(nèi)壁與水平段模擬井筒外壁的空隙；滲流觀察板上面安裝有照明燈架，每個(gè)照明燈架內(nèi)設(shè)置有照明燈，照明燈架環(huán)繞于滲流槽的外側(cè)；儲(chǔ)水槽安裝在主體支架下部中間，在儲(chǔ)水槽中裝有水泵，水泵出口接液相恒壓閥，水泵出口端與液相恒壓閥間安裝有液相壓力傳感器和液相止回閥；高壓氣泵與儲(chǔ)氣罐安裝在主體支架下部的流入端，高壓氣泵安裝在儲(chǔ)氣罐支架之下，儲(chǔ)氣罐安裝在儲(chǔ)氣罐支架之上；高壓氣泵出口端與氣泵止回閥連接，再與儲(chǔ)氣罐相接，儲(chǔ)氣罐出口端連接氣相恒壓閥，在儲(chǔ)氣罐出口端與氣相恒壓閥間安裝有氣相壓力傳感器和氣相止回閥；液相恒壓閥和氣相恒壓閥接出管線匯合后與流入止回閥和流入壓力傳感器連接，再與注入管線組的入口端連接；注入管線組安裝在滲流觀察板的流入端，每根注入管線另接有示蹤劑注入盒， 注入管線組的注入管線出口與滲流槽的滲流槽入口一一對(duì)應(yīng)；水平段模擬井筒的出口端用兩段可視連接筒和三段柔性連接筒連接垂直段模擬井筒，水平段模擬井筒出口處安裝有水平井筒跟端壓力傳感器；垂直段模擬井筒頂部安裝有流出壓力傳感器，垂直段模擬井筒頂部出口與儲(chǔ)水槽相連接，垂直段模擬井筒頂部出口與儲(chǔ)水槽間安有流出恒壓閥和流出止回閥；在距離滲流觀察板背面5-7m處，設(shè)置有攝像機(jī)支架，攝像機(jī)支架上安裝有攝像機(jī)；計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡安裝在主體支架下部的流出端，數(shù)據(jù)采集卡安裝在計(jì)算機(jī)支架之下，計(jì)算機(jī)安裝在計(jì)算機(jī)支架之上；水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)各壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡用數(shù)據(jù)線連接，數(shù)據(jù)采集卡再與計(jì)算機(jī)連接，攝像機(jī)直接與計(jì)算機(jī)用數(shù)據(jù)線連接。本發(fā)明的特征在于
水泵以恒壓方式工作，保證液相恒壓閥的流入端壓力高于流出端壓力兩倍以上。水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置的流入端連接有液相恒壓閥和氣相恒壓閥，流出端壓力連接有流出恒壓閥，恒壓閥能保持裝置的流入、流出端壓力的相對(duì)穩(wěn)定，并通過(guò)調(diào)節(jié)恒壓閥打開壓力來(lái)調(diào)節(jié)流經(jīng)恒壓閥流體的流量。滲流觀察板由PVC硬質(zhì)塑料制成，塑料顆粒透光率為96-98%，滲流觀察板的厚度為 5_6cm0滲流觀察板的流出端設(shè)有導(dǎo)向槽，流出端固定螺釘卡在導(dǎo)向槽內(nèi)。通過(guò)改變流出端固定螺釘在導(dǎo)向槽內(nèi)的位置，可以調(diào)節(jié)滲流觀察板與水平方向的夾角，以此模擬水平井段的傾斜程度。滲流觀察板上面安裝有6-9個(gè)照明燈架，每個(gè)照明燈架內(nèi)設(shè)置有3個(gè)照明燈，照明燈架環(huán)繞于滲流槽的外側(cè)。安裝在滲流觀察板流入端的注入管線組有7-13根注入管線，注入管線的數(shù)目為奇數(shù)，注入管線的數(shù)目與滲流槽入口的數(shù)目相同。每根注入管線連接的示蹤劑注入盒內(nèi)充滿試驗(yàn)用示蹤劑，示蹤劑選用水不溶性有機(jī)物，為偶氮顏料、酞菁顏料或喹吖啶酮顏料中的一種。滲流槽緊貼于滲流觀察板之上，制作滲流槽的材料為PVC硬質(zhì)塑料，由I個(gè)管流腔和2個(gè)滲流腔構(gòu)成，管流腔位于滲流槽的中間，橫截面形狀為矩形，管流腔內(nèi)無(wú)填充物；滲流腔位于滲流槽的上下兩邊，橫截面形狀為圓心角為4. 5°的扇形，滲流腔內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，管流腔與上下滲流腔的交會(huì)處安裝有滲流隔板，滲流隔板的作用是保證流體順利由滲流腔流入管流腔，且防止?jié)B流腔內(nèi)的PVC硬質(zhì)塑料顆粒進(jìn)入管流腔；滲流槽緊貼于滲流觀察板的滲流腔壁為滲流觀察壁，緊貼于滲流觀察板的管流腔壁為管流觀察壁；滲流槽的入口端設(shè)置有7-13個(gè)滲流槽入口，滲流槽入口的數(shù)目與注入管線組的注入管線數(shù)目相同。水平段模擬井筒與垂直段模擬井筒之間的連接部分，使用兩段可視連接筒與三段柔性連接筒交替連接。水平段模擬井筒、可視連接筒、柔性連接筒和垂直段模擬井筒的橫截面積應(yīng)保持一致。水平段模擬井筒的橫截面為矩形，水平段模擬井筒的外壁與滲流槽的管流腔契合。管流腔內(nèi)的水平段模擬井筒外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證管流腔內(nèi)流體均勻滲入。根據(jù)模擬水平井的完井方式不同，更換不同的水平段模擬井筒。水平段模擬井筒包含有裸眼完井模擬井筒、割縫襯管完井模擬井筒、射孔完井模擬井筒、礫石充填完井模擬井筒。裸眼完井模擬井筒由封閉隔板、密封圈、模擬環(huán)空、模擬井周圍地層構(gòu)成，模擬井周圍地層內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬井周圍地層內(nèi)的模擬環(huán)空外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證模擬井周圍地層內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空內(nèi)無(wú)填充物，封閉隔板和密封圈封閉模擬井周圍地層與模擬環(huán)空出口之間的空隙。割縫襯管完井模擬井筒由封閉隔板、密封圈、模擬環(huán)空、模擬井周圍地層、環(huán)空密封圈、模擬襯管、模擬扶正器構(gòu)成，模擬井周圍地層內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬井周圍地層內(nèi)的模擬環(huán)空外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證模擬井周圍地層內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空內(nèi)無(wú)填充物；封閉隔板和密封圈封閉模擬環(huán)空與模擬井周圍地層間的空隙，模擬襯管的上下兩側(cè)有6-12組細(xì)縫，模擬襯管與模擬環(huán)空間設(shè)有5-7個(gè)模擬扶正器，模擬扶正器保證模擬襯管位于模擬環(huán)空的中間位置，環(huán)空密封圈封閉模擬環(huán)空與模擬襯管出口之間的空隙。
射孔完井模擬井筒由封閉隔板、密封圈、模擬環(huán)空、模擬井周圍地層、環(huán)空密封圈、 模擬襯管、模擬射孔構(gòu)成，模擬井周圍地層內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬環(huán)空外壁封閉，模擬井周圍地層內(nèi)流體無(wú)法滲入，模擬環(huán)空內(nèi)無(wú)填充物，模擬襯管與模擬環(huán)空間設(shè)有 10-20個(gè)模擬射孔，模擬射孔連通模擬襯管與模擬井周圍地層，并伸入模擬井周圍地層內(nèi)部，封閉隔板和密封圈封閉模擬環(huán)空與模擬井周圍地層間的空隙。礫石充填完井模擬井筒由封閉隔板、密封圈、模擬環(huán)空、模擬井周圍地層、環(huán)空密封圈、模擬襯管、模擬扶正器、模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管構(gòu)成，模擬井周圍地層內(nèi)填充有PVC 硬質(zhì)塑料顆粒，模擬井周圍地層內(nèi)的模擬環(huán)空外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證模擬井周圍地層內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空內(nèi)無(wú)填充物；模擬襯管外部套有模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管與模擬襯管之間填充PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管與模擬環(huán)空間設(shè)有5-7個(gè)模擬扶正器，模擬扶正器保證模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管位于模擬環(huán)空的中間位置；封閉隔板和密封圈封閉模擬環(huán)空與模擬井周圍地層間的空隙。本發(fā)明裝置遵循相似模擬的原則。(I)幾何相似
本發(fā)明裝置和自然界滲流區(qū)域中所有的長(zhǎng)度元素成比例。即自然界滲流區(qū)域長(zhǎng)度與滲流模型長(zhǎng)度的比值、自然界滲流區(qū)域?qū)挾扰c滲流模型寬度的比值，以及自然界滲流區(qū)域厚度與滲流模型厚度的比值相等。(2)動(dòng)力相似
本發(fā)明裝置和自然界滲流中相應(yīng)液體質(zhì)點(diǎn)所受到的力的性質(zhì)相同，且保持一定比例。 由于自然界的滲流絕大部份為層流，模型中的滲流亦保持層流。(3)邊界條件一致
本發(fā)明裝置的滲流板的上下滲流腔的橫截面形狀均為圓心角為4. 5°的扇形，各模擬了水平井360°周圍地層的1/80，實(shí)驗(yàn)流體在其中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是與在360°井中運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是一致的。(4)運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似
本發(fā)明裝置和自然界滲流中相應(yīng)液體質(zhì)點(diǎn)的跡線相似，而且流體質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)相應(yīng)跡線段所需時(shí)間應(yīng)成一定比例。本發(fā)明裝置模擬了地層流體從水平井的四周流入水平井筒內(nèi)，根據(jù)向滲流理論，當(dāng)井的邊界壓力與井底流壓恒定時(shí)，井的產(chǎn)量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)在油井的周圍也會(huì)形成有規(guī)則的穩(wěn)定的壓降。當(dāng)井的邊界壓力與井底流壓發(fā)生改變時(shí)，井的產(chǎn)量及井周圍的壓降也會(huì)發(fā)生改變。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(1)模擬水平井周圍地層向水平井筒穩(wěn)定滲流的物理現(xiàn)象，直接觀測(cè)水平井周圍地層的滲流過(guò)程。(2)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)液體的循環(huán)利用，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)液體，降低了實(shí)驗(yàn)成本，保護(hù)環(huán)境；(3)模擬過(guò)程全數(shù)字化監(jiān)測(cè)并記錄，能總結(jié)水平井筒周圍地層的滲流規(guī)律；(4)可用于分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流的影響。


圖I為本發(fā)明水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
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圖2為圖I的A向視圖。圖3為圖I的B向視圖。圖4為圖I的C向視圖。圖5為本裝置滲流槽的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本裝置水平段模擬井筒的裸眼完井模擬井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本裝置水平段模擬井筒的割縫襯管完井模擬井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本裝置水平段模擬井筒的射孔完井模擬井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本裝置水平段模擬井筒的礫石充填完井模擬井筒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為圖6的D向視圖。圖11為圖7的D向視圖。圖12為圖8的D向視圖。圖13為圖9的D向視圖。圖廣圖13中，I、主體支架，2、照明燈架，3、滲流觀察板，4、注入管線組，5、示蹤劑注入盒，6、流入端固定螺釘，7、流入壓力傳感器，8、流入止回閥，9、流入端支架，10、液相恒壓閥，11、氣相恒壓閥，12、液相止回閥，13、液相壓力傳感器，14、氣相止回閥，15、氣相壓力傳感器，16、儲(chǔ)氣罐，17、氣泵止回閥，18、儲(chǔ)氣罐支架，19、底座，20、高壓氣泵，21、儲(chǔ)水槽， 22、水泵，23、計(jì)算機(jī)支架，24、計(jì)算機(jī)，25、數(shù)據(jù)采集卡，26、流出端支架，27、滲流槽，28、流出止回閥，29、密封橡膠圈，30、水平段模擬井筒，31、柔性連接筒，32、水平井筒跟端壓力傳感器，33、流出端固定螺釘，34、導(dǎo)向槽，35、可視連接筒，36、流出恒壓閥，37、垂直段模擬井筒， 38、流出壓力傳感器，39、照明燈，40、攝像機(jī)支架，41、攝像機(jī)，42、滲流觀察壁，43、滲流腔， 44、滲流隔板，45、管流腔，46、管流觀察壁，47、滲流槽入口，48、封閉隔板，49、密封圈，50、模擬環(huán)空，51、模擬井周圍地層，52、環(huán)空密封圈，53、模擬襯管，54、模擬扶正器，55、模擬射孔， 56、模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管。
具體實(shí)施例方式以模擬水平方向呈5°夾角、分析水平氣水井不同完井方式對(duì)水平井滲流影響的實(shí)驗(yàn)裝置為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參閱圖I 圖13。裸眼完井模擬井筒由封閉隔板48、密封圈49、模擬環(huán)空50、模擬井周圍地層51構(gòu)成。模擬井周圍地層51內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為O. 5mm。模擬井周圍地層51內(nèi)的模擬環(huán)空50外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔， 保證模擬井周圍地層51內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空50內(nèi)無(wú)填充物。封閉隔板48和密封圈 49封閉模擬井周圍地層51與模擬環(huán)空50出口之間的空隙。割縫襯管完井模擬井筒由封閉隔板48、密封圈49、模擬環(huán)空50、模擬井周圍地層 51、環(huán)空密封圈52、模擬襯管53、模擬扶正器54構(gòu)成，模擬井周圍地層51內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為O. 5mm。模擬井周圍地層 51內(nèi)的模擬環(huán)空50外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證模擬井周圍地層51內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空50內(nèi)無(wú)填充物。封閉隔板48和密封圈49封閉模擬環(huán)空50與模擬井周圍地層51間的空隙。模擬襯管53的上下兩側(cè)有6組細(xì)縫，每組細(xì)縫長(zhǎng)度為O. 5m，寬度為O. 1mm。模擬襯管53與模擬環(huán)空50間設(shè)有5個(gè)模擬扶正器54，模擬扶正器54保證模擬襯管53位于模擬環(huán)空50的中間位置。環(huán)空密封圈52封閉模擬環(huán)空50與模擬襯管53出口之間的空隙。射孔完井I旲擬井筒由封閉隔板48、乾'封圈49、|旲擬環(huán)空50、|旲擬井周圍地層51、環(huán)空密封圈52、模擬襯管53、模擬射孔55構(gòu)成，模擬井周圍地層51內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為O. 5mm。模擬環(huán)空50外壁封閉， 模擬井周圍地層51內(nèi)流體無(wú)法滲入，模擬環(huán)空50內(nèi)無(wú)填充物。模擬襯管53與模擬環(huán)空50 間設(shè)有15個(gè)模擬射孔55，模擬射孔55連通模擬襯管53與模擬井周圍地層51，并伸入模擬井周圍地層51內(nèi)部。封閉隔板48和密封圈49封閉模擬環(huán)空50與模擬井周圍地層51間的空隙。 樂(lè)石充填完井I旲擬井筒由封閉隔板48、乾'封圈49、|旲擬環(huán)空50、|旲擬井周圍地層 51、環(huán)空密封圈52、模擬襯管53、模擬扶正器54、模擬預(yù)充填碌石繞絲篩管56構(gòu)成。模擬井周圍地層51內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為2mm。模擬井周圍地層51內(nèi)的模擬環(huán)空50外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證模擬井周圍地層51內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空50內(nèi)無(wú)填充物。模擬襯管53外部套有模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管56，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管56外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管56與模擬襯管53之間填充PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為2mm。模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管56與模擬環(huán)空50間設(shè)有5個(gè)模擬扶正器 54，模擬扶正器54保證模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管56位于模擬環(huán)空50的中間位置。封閉隔板48和密封圈49封閉模擬環(huán)空50與模擬井周圍地層51間的空隙。主體支架I安裝在底座19之上。主體支架I的流入端和流出端下部分別安裝有流入端支架9和流出端支架26。滲流觀察板3安裝在主體支架I的中部，注入端固定螺釘 6和流出端固定螺釘33將滲流觀察板3固定于主體支架I上。滲流觀察板3由PVC硬質(zhì)塑料制成，塑料顆粒透光率為96%，滲流觀察板3的厚度為6cm。滲流觀察板3的流出端設(shè)有導(dǎo)向槽34，流出端固定螺釘33卡在導(dǎo)向槽34內(nèi)。通過(guò)改變流出端固定螺釘33在導(dǎo)向槽 34內(nèi)的位置，可以調(diào)節(jié)滲流觀察板3與水平方向的夾角，以此模擬水平井段的傾斜程度。滲流觀察板3安裝有9個(gè)照明燈架2，每個(gè)照明燈架2內(nèi)置3個(gè)照明燈39，照明燈架2環(huán)繞于滲流槽27的外側(cè)。儲(chǔ)水槽21安裝在主體支架I下部中間，儲(chǔ)水槽21中裝有水泵22，水泵 22以恒壓方式工作，水泵22出口接液相恒壓閥10，水泵22出口端與液相恒壓閥10間安裝有液相壓力傳感器13和液相止回閥12。液相恒壓閥10能保持閥的流出端壓力的相對(duì)穩(wěn)定，并通過(guò)調(diào)節(jié)液相恒壓閥10打開壓力來(lái)調(diào)節(jié)流經(jīng)液相恒壓閥10流體的流量。高壓氣泵 20與儲(chǔ)氣罐16安裝在主體支架I下部的流入端，高壓氣泵20安裝于儲(chǔ)氣罐支架18之下， 儲(chǔ)氣罐16安裝于儲(chǔ)氣罐支架18之上。高壓氣泵20出口端與氣泵止回閥17連接，再與儲(chǔ)氣罐16相接，儲(chǔ)氣罐16出口端接氣相恒壓閥11，儲(chǔ)氣罐16出口端與氣相恒壓閥11間安裝有氣相壓力傳感器15和氣相止回閥14。氣相恒壓閥11能保持閥的流出端壓力的相對(duì)穩(wěn)定，并通過(guò)調(diào)節(jié)氣相恒壓閥11打開壓力來(lái)調(diào)節(jié)流經(jīng)氣相恒壓閥11流體的流量。液相恒壓閥10和氣相恒壓閥11接出管線匯合后與流入止回閥8和流入壓力傳感器7連接，再與注入管線組4的入口端連接。注入管線組4安裝在滲流觀察板3的流入端，注入管線組4有7 根注入管線，注入管線的數(shù)目與滲流槽入口 47的數(shù)目相同。每根注入管線連接有示蹤劑注入盒5，示蹤劑注入盒5內(nèi)充滿試驗(yàn)用示蹤劑，示蹤劑選用水不溶性有機(jī)物，為偶氮顏料、酞菁顏料或喹吖啶酮顏料中的一種。滲流槽27緊貼于滲流觀察板3之上，制作滲流槽27的材料為PVC硬質(zhì)塑料，由I個(gè)管流腔45和2個(gè)滲流腔43構(gòu)成，管流腔45位于滲流槽27的中間，橫截面形狀為矩形，管流腔42內(nèi)無(wú)填充物。滲流腔43位于滲流槽27的上下兩邊，橫截面形狀為圓心角為4. 5°的扇形，滲流腔43內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為O. 5mm。管流腔45與上下滲流腔43的交會(huì)處安裝有滲流隔板44，滲流隔板44的作用是保證流體順利由滲流腔43流入管流腔45，且防止?jié)B流腔43內(nèi)的PVC硬質(zhì)塑料顆粒進(jìn)入管流腔45。滲流槽27緊貼于滲流觀察板3的滲流腔43 壁為滲流觀察壁42，緊貼于滲流觀察板3的管流腔43壁為管流觀察壁46。滲流槽27的入口端開有7個(gè)滲流槽入口 47，滲流槽入口 47的數(shù)目與注入管線組4的注入管線數(shù)目相同。 水平段模擬井筒30的橫截面為矩形，水平段模擬井筒30的外壁與滲流槽27的管流腔45 契合。管流腔45內(nèi)的水平段模擬井筒30外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證管流腔45內(nèi)流體均勻滲入。水平段模擬井筒30為裸眼完井模擬井筒，由封閉隔板48、密封圈49、模擬環(huán)空50、 模擬井周圍地層51構(gòu)成。模擬井周圍地層51內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，塑料顆粒透光率為96%，硬度為摩氏硬度5，平均粒度為O. 5mm。模擬井周圍地層51內(nèi)的模擬環(huán)空50外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，保證模擬井周圍地層51內(nèi)流體均勻滲入，模擬環(huán)空50內(nèi)無(wú)填充物。 封閉隔板48和密封圈49封閉模擬井周圍地層51與模擬環(huán)空50出口之間的空隙。水平段模擬井筒30與垂直段模擬井筒37之間的連接部分，使用兩段可視連接筒35與三段柔性連接筒31交替連接。水平段模擬井筒30、可視連接筒35、柔性連接筒31和垂直段模擬井筒 37的橫截面積應(yīng)保持一致，水平段模擬井筒30出口處安裝有水平井筒跟端壓力傳感器32。 垂直段模擬井筒37頂部安裝有流出壓力傳感器38，垂直段模擬井筒37頂部出口與儲(chǔ)水槽 21相連，垂直段模擬井筒37頂部出口與儲(chǔ)水槽21間安有流出恒壓閥36和流出止回閥28。 在距離滲流觀察板3背面5m處，設(shè)置有攝像機(jī)支架40，攝像機(jī)支架40上安裝有攝像機(jī)41。 計(jì)算機(jī)24與數(shù)據(jù)采集卡25安裝在主體支架I下部的流出端，數(shù)據(jù)采集卡25安裝于計(jì)算機(jī)支架23之下，計(jì)算機(jī)24安裝于計(jì)算機(jī)支架23之上。水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)各壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡25用數(shù)據(jù)線連接，數(shù)據(jù)采集卡25再與計(jì)算機(jī)24連接。攝像機(jī)41直接與計(jì)算機(jī)24用數(shù)據(jù)線連接。啟動(dòng)設(shè)備前，檢查設(shè)備軟硬件無(wú)誤，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)節(jié)液相恒壓閥10、氣相恒壓閥 11和流出恒壓閥36的打開壓力。向示蹤劑注入盒5注入實(shí)驗(yàn)用示蹤劑，向儲(chǔ)水槽21注入實(shí)驗(yàn)用水。接通電源，開啟計(jì)算機(jī)24與攝像機(jī)41。調(diào)節(jié)流出端固定螺釘33與導(dǎo)向槽34位置，使?jié)B流觀察板3與水平方向的傾角達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。關(guān)閉所有閥門開啟高壓氣泵20，當(dāng)儲(chǔ)氣罐16達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求壓力后，開啟水泵22。打開流入止回閥8、液相止回閥12、氣相止回閥 14和流出止回閥28。開啟照明燈39，開始模擬水平井周圍地層的滲流現(xiàn)象。模擬過(guò)程中， 通過(guò)調(diào)節(jié)高壓氣泵20功率，保持循環(huán)管線各點(diǎn)壓力穩(wěn)定。計(jì)算機(jī)24記錄實(shí)驗(yàn)開始至結(jié)束時(shí)間段內(nèi)各個(gè)傳感器測(cè)量到的裝置各點(diǎn)壓力值，實(shí)時(shí)采集攝像機(jī)41觀測(cè)到的圖像。實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉高壓氣泵20與水泵22，排空儲(chǔ)水槽21、儲(chǔ)氣罐16與滲流槽27內(nèi)的流體。關(guān)閉計(jì)算機(jī)24與攝像機(jī)41。
權(quán)利要求
1.水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置，由主體支架、滲流觀察板、高壓氣泵、儲(chǔ)水槽、水泵、計(jì)算機(jī)、 數(shù)據(jù)采集卡、滲流槽、水平段模擬井筒和攝像機(jī)組成，其特征是主體支架(I)安裝在底座 (19)上面，主體支架(I)的下部流入端安裝有流入端支架(9)，主體支架(I)的下部流出端安裝有流出端支架(26);滲流觀察板(3)安裝在主體支架(I)的中部，用注入端固定螺釘(6)和流出端固定螺釘(33)將滲流觀察板(3)左右兩邊固定在主體支架(I)上；滲流觀察板(3)的流出端設(shè)置有導(dǎo)向槽(34)，流出端固定螺釘(33)卡在導(dǎo)向槽(34)內(nèi)，滲流觀察板(3)的中部安裝有滲流槽(27)，滲流槽(27)內(nèi)部的管流腔(45)插有水平段模擬井筒(30)， 密封橡膠圈(29)密閉滲流槽(27)出口內(nèi)壁與水平段模擬井筒(30)外壁的空隙；滲流觀察板(3)上面安裝有照明燈架(2)，每個(gè)照明燈架(2)內(nèi)設(shè)置有照明燈(39);儲(chǔ)水槽(21)安裝在主體支架(I)下部中間，在儲(chǔ)水槽(21)中裝有水泵(22 )，水泵(22 )出口連接液相恒壓閥(10)，水泵(22)出口端與液相恒壓閥(10)間安裝有液相壓力傳感器(13)和液相止回閥 (12);高壓氣泵(20)與儲(chǔ)氣罐(16)安裝在主體支架(I)下部的流入端，高壓氣泵(20)安裝在儲(chǔ)氣罐支架(18)之下，儲(chǔ)氣罐(16)安裝在儲(chǔ)氣罐支架(18)之上；高壓氣泵(20)出口端與氣泵止回閥(17)連接，氣泵止回閥(17)再與儲(chǔ)氣罐(16)相連接，儲(chǔ)氣罐(16)出口端連接氣相恒壓閥(11)，在儲(chǔ)氣罐(16)出口端與氣相恒壓閥(11)之間安裝有氣相壓力傳感器(15)和氣相止回閥(14);液相恒壓閥(10)和氣相恒壓閥(11)接出管線匯合后與流入止回閥(8)和流入壓力傳感器(7)連接，流入壓力傳感器(7)再與注入管線組(4)的入口端連接；注入管線組(4)安裝在滲流觀察板(3)的流入端，每根注入管線另接有示蹤劑注入盒(5)，注入管線組(4)的注入管線出口與滲流槽(27)的滲流槽入口(47) —一對(duì)應(yīng)；水平段模擬井筒(30 )的出口端用兩段可視連接筒(35 )和三段柔性連接筒(31)連接垂直段模擬井筒 (37)，水平段模擬井筒(30)出口處安裝有水平井筒跟端壓力傳感器(32);垂直段模擬井筒 (37)頂部安裝有流出壓力傳感器(38)，垂直段模擬井筒(37)頂部出口與儲(chǔ)水槽(21)相連接，垂直段模擬井筒(37 )頂部出口與儲(chǔ)水槽(21)之間安裝有流出恒壓閥(36 )和流出止回閥(28);在距離滲流觀察板(3)背面5-7m處，設(shè)置有攝像機(jī)支架(40)，攝像機(jī)支架(40)上安裝有攝像機(jī)(41);計(jì)算機(jī)(24)與數(shù)據(jù)采集卡(25)安裝在主體支架(I)下部的流出端，數(shù)據(jù)采集卡(25)安裝于計(jì)算機(jī)支架(23)之下，計(jì)算機(jī)(24)安裝于計(jì)算機(jī)支架(23)之上；本實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)各壓力傳感器(7、13、15、32、38)用數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集卡(25)相連接，數(shù)據(jù)采集卡(25)再與計(jì)算機(jī)(24)連接，攝像機(jī)(41)用數(shù)據(jù)線直接與計(jì)算機(jī)(24)相連接；水平段模擬井筒(30 )包含有裸眼完井|吳擬井筒、IllJ縫襯管完井|吳擬井筒、射孔完井1吳擬井筒、或碌石充填完井1 擬井筒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述滲流觀察板(3)由PVC 硬質(zhì)塑料制成，塑料透光率為96-98%，滲流觀察板(3)的厚度為5-6cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是在滲流觀察板(3)上面安裝有6-9個(gè)照明燈架(2)，每個(gè)照明燈架(2)內(nèi)設(shè)置有3個(gè)照明燈(39)，照明燈架(2)環(huán)繞于滲流槽(27)的外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是安裝在滲流觀察板(3)流入端的注入管線組(4)有7-13根注入管線，注入管線的數(shù)目為奇數(shù)，注入管線的數(shù)目與滲流槽入口(47)的數(shù)目相同；每根注入管線連接的示蹤劑注入盒(5)內(nèi)充滿試驗(yàn)用示蹤劑；示蹤劑為不溶于水的有機(jī)物，是用偶氮顏料、酞菁顏料或喹吖啶酮顏料中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是滲流槽(27)緊貼于滲流觀察板(3 )之上，是由I個(gè)管流腔(45 )和2個(gè)滲流腔(43 )構(gòu)成，管流腔(45 )位于滲流槽(27 ) 的中間，橫截面形狀為矩形，管流腔(45)內(nèi)無(wú)填充物；滲流腔(43)位于滲流槽(27)的上下兩邊，橫截面形狀為圓心角為4. 5°的扇形，滲流腔(43)內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒；管流腔(45)與上下滲流腔(43)的交會(huì)處安裝有滲流隔板(44);滲流槽(27)緊貼于滲流觀察板 (3 )的滲流腔(43 )壁為滲流觀察壁(42 )，滲流槽(27 )緊貼于滲流觀察板(3 )的管流腔(43 ) 壁為管流觀察壁(46 );滲流槽(27 )的入口端開有7-13個(gè)滲流槽入口( 47 )，滲流槽入口( 47 ) 的數(shù)目與注入管線組(4)的注入管線數(shù)目相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是水平段模擬井筒(30)有 裸眼完井模擬井筒由封閉隔板(48)、密封圈(49)、模擬環(huán)空(50)、模擬井周圍地層(51)構(gòu)成，模擬井周圍地層(51)內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬井周圍地層(51)內(nèi)的模擬環(huán)空(50)外壁設(shè)置有均勻滲流細(xì)孔，模擬環(huán)空(50)內(nèi)無(wú)填充物，封閉隔板(48)和密封圈(49) 封閉模擬井周圍地層(51)與模擬環(huán)空(50)出口之間的空隙；割縫襯管完井模擬井筒由封閉隔板(48)、密封圈(49)、模擬環(huán)空(50)、模擬井周圍地層(51)、環(huán)空密封圈(52)、模擬襯管(53 )、模擬扶正器(54)構(gòu)成，模擬井周圍地層(51)內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬井周圍地層(51)內(nèi)的模擬環(huán)空(50 )外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，模擬環(huán)空(50 )內(nèi)無(wú)填充物，封閉隔板(48)和密封圈(49)封閉模擬環(huán)空(50)與模擬井周圍地層(51)之間的空隙，模擬襯管 (53)的上下兩側(cè)有6-12組細(xì)縫，模擬襯管(53)與模擬環(huán)空(50)之間設(shè)有5_7個(gè)模擬扶正器(54)，環(huán)空密封圈(52)封閉模擬環(huán)空(50)與模擬襯管(53)出口之間的空隙；射孔完井模擬井筒由封閉隔板(48 )、密封圈(49 )、模擬環(huán)空(50 )、模擬井周圍地層(51)、環(huán)空密封圈 (52 )、模擬襯管(53 )、模擬射孔(55 )構(gòu)成，模擬井周圍地層(51)內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬環(huán)空(50)外壁封閉，模擬井周圍地層(51)內(nèi)流體無(wú)法滲入，模擬環(huán)空(50)內(nèi)無(wú)填充物，模擬襯管(53 )與模擬環(huán)空(50 )間設(shè)有10-20個(gè)模擬射孔(55 )，模擬射孔(55 )連通模擬襯管(53)與模擬井周圍地層(51)，并伸入模擬井周圍地層(51)內(nèi)部，封閉隔板(48)和密封圈(49)封閉模擬環(huán)空(50)與模擬井周圍地層(51)之間的空隙；礫石充填完井模擬井筒由封閉隔板(48)、密封圈(49)、模擬環(huán)空(50)、模擬井周圍地層(51)、環(huán)空密封圈(52)、模擬襯管(53)、模擬扶正器(54)、模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管(56)構(gòu)成，模擬井周圍地層(51) 內(nèi)填充有PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬井周圍地層(51)內(nèi)的模擬環(huán)空(50)外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，模擬環(huán)空(50)內(nèi)無(wú)填充物，模擬襯管(53)外部套有模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管(56)，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管(56)外壁設(shè)有均勻滲流細(xì)孔，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管(56)與模擬襯管(53)之間填充PVC硬質(zhì)塑料顆粒，模擬預(yù)充填礫石繞絲篩管(56)與模擬環(huán)空(50) 間設(shè)有5-7個(gè)模擬扶正器(54),封閉隔板(48)和密封圈(49)封閉模擬環(huán)空(50)與模擬井周圍地層(51)間的空隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬和研究水平井周圍地層向水平井筒滲流的水平井滲流實(shí)驗(yàn)裝置。它能清楚展現(xiàn)自然界無(wú)法觀測(cè)到的水平井滲流狀況，并分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流的影響。其技術(shù)方案主體支架安在底座上，主體支架下部安有流入端支架和流出端支架；滲流觀察板安在主體支架中部，滲流觀察板中部安有滲流槽，滲流槽內(nèi)的管流腔插有水平段模擬井筒；儲(chǔ)水罐安在主體支架下部中間，高壓氣泵與儲(chǔ)氣罐安在主體支架下部流入端；注入管線組安在滲流觀察板的流入端，每根注入管線接有示蹤劑注入盒；水平段模擬井筒用可視連接筒和柔性連接筒連接垂直段模擬井筒。本發(fā)明用于分析不同水平井完井方式對(duì)水平井周圍地層滲流的影響。
文檔編號(hào)E21B47/002GK102587894SQ201210071679
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者吳鋒, 李曉平, 胡俊坤, 譚曉華 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)