專利名稱：一種油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于石油開發(fā)技術(shù)，具體涉及一種用于研究熱力采油機(jī)理及預(yù)測其開發(fā) 效果的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在石油地球物理勘探及開發(fā)技術(shù)中，提高地震勘探精度、解決陸相沉積 盆地復(fù)雜的地質(zhì)問題以及選擇有效的開發(fā)方案是一項系統(tǒng)工程，涉及釆集方法、靜校正 技術(shù)、噪音壓制技術(shù)、精細(xì)成像技術(shù)以及開發(fā)物理模擬等技術(shù)的許多方面。
在開發(fā)物理模擬技術(shù)中，關(guān)于熱力采油提高原油采收率的研究方法主要有物理模 擬、數(shù)值模擬、礦場試驗。物理模擬主要開展的是一維管式驅(qū)替或二維、三維驅(qū)替實驗， 研究油藏內(nèi)宏觀波及和驅(qū)替的滲流機(jī)理；數(shù)值模擬主要依賴修正后的達(dá)西定律，及一些 其他相關(guān)的物理和化學(xué)定律進(jìn)行數(shù)值計算。但是熱力采油過程是一個非常復(fù)雜的流動過 程，涉及到物理、化學(xué)、力學(xué)等多個學(xué)科，由于此前大量機(jī)理沒有弄清楚，建立的數(shù)學(xué) 模型不完善，數(shù)值模擬結(jié)果還不能完全反映油藏內(nèi)的真實流動。礦場試驗是最能夠反映 油藏內(nèi)真實的流動過程，獲得的數(shù)據(jù)是真實的，也是其他研究結(jié)果的對比基礎(chǔ)。不足之 處在于獲得的數(shù)據(jù)較少，不能解決一些開發(fā)模擬的機(jī)理問題和工程中的普遍性問題，并 且需要大量的財力和物力支持。
另外，目前已有的熱采比例模型是利用己提出的熱采相似理論體系為基礎(chǔ)，過于簡 單，在實際工業(yè)化開發(fā)中無法真正實現(xiàn)，并且已有的熱采比例模型是針對單一開發(fā)過程 開展模擬的。在稠油油藏的開發(fā)全過程中，所使用的技術(shù)一般涉及蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、 蒸汽輔助重力泄油(SAGD)等多個相互銜接的物理過程，如果分別采用不同已有的熱采 比例模型，不僅僅無法單獨實現(xiàn)，并且無法實現(xiàn)各個物理過程之間的銜接，從而實現(xiàn)工 業(yè)化生產(chǎn)。
此外，根據(jù)模型實驗條件及試驗壓力的不同， 一般將蒸汽驅(qū)比例模型分為高壓比例 物理模型(壓力大于0.3 MPa，溫度可達(dá)IOO'C以上)、低壓比例物理模型(壓力在0 0. lMPa)和真空比例物理模型(模擬壓力低于大氣壓，蒸汽注入溫度低于IO(TC )三類。
其中，真空與低壓模型使用與原型(地質(zhì)結(jié)構(gòu)真實情況)不同的流體和孔隙介質(zhì)，在低于原型的溫度、壓力下迸行試驗，從而建造費用低，操作方便。但是，由于使用與 原型(地質(zhì)結(jié)構(gòu)真實情況)不同的流體和孔隙介質(zhì)，造成對實際油藏開發(fā)的參考使用價 值不大。高壓模型采用的巖石一流體系統(tǒng)與原型油藏幾乎相同或相近，其溫度、壓力也 與原型接近或相等，因此可以較好地模擬巖石的熱膨脹、原油的蒸餾作用、巖石和流體 的相互作用。但是，建立完善的高壓模型會面臨溫度、壓力高，設(shè)備規(guī)模、技術(shù)難度和 投資高的局面。因此，目前已建立的熱采高壓模型基本上壓力均小于5 MPa，并且溫度 小于20(TC，進(jìn)而與實際地質(zhì)或油藏結(jié)構(gòu)不相同且不能真正模擬地下情況，因而造成對 實際油藏開發(fā)的參考使用價值也不是很大。如果構(gòu)造與真實地質(zhì)或油藏結(jié)構(gòu)相同或相近 的物理模擬模型，而又面臨著許多技術(shù)難點沒有突破，如油藏條件下傳熱傳質(zhì)模擬、高 溫高壓條件下模型密封、多井同注同釆等。
全球稠油資源巨大，其地質(zhì)儲量高于常規(guī)油氣資源之和。中國稠油資源也比較豐富， 但是油藏類型繁多，地質(zhì)條件復(fù)雜，油品性質(zhì)變化范圍大，油藏埋藏較深，新發(fā)現(xiàn)的還 有超深層、低滲透稠油油藏。為了將地下資源合理開發(fā)，對于稠油油藏的開發(fā)技術(shù)來說， 目前急需一種合適的模擬開采技術(shù)，以此來提高開采的準(zhǔn)確性、原油采收率和合理開發(fā) 稠油油藏。

實用新型內(nèi)容
針對現(xiàn)有模擬技術(shù)的不足，本實用新型進(jìn)行多次實驗及研究了復(fù)雜驅(qū)動體系提高原 油采收率技術(shù)，提出了一種油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)。
本實用新型的技術(shù)方案是一種油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)，其包 括蒸汽注入系統(tǒng)、油藏模型本體、上覆壓力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)；其中，蒸 汽注入系統(tǒng)包括高壓恒速計量泵、蒸汽發(fā)生器、干度控制器；油藏模型本體包括模型外 殼、絕熱層、模擬油藏、模擬直井、模擬水平井、引壓管和熱電偶及其接口；上覆壓力 系統(tǒng)包括球形壓力罐、補(bǔ)液泵、安全閥、電加熱元件及其溫控裝置、管線接口及相應(yīng)的 連接管線、閥門，上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)放置有所述的油藏模型本體；數(shù)據(jù)采集 與圖形處理系統(tǒng)包括電磁氣動閥，回壓閥，樣品收集器，數(shù)據(jù)線，溫度、壓力、差壓數(shù) 據(jù)采集器以及微機(jī)。
優(yōu)選地，油藏模型本體還包括蓋板、內(nèi)卡套、變徑、加熱管線、兩通、水泥蓋板、 密封帶、法蘭、模型砂、底板、水泥底層、雙卡套、熱電偶側(cè)板、熱電偶后板、水平井 側(cè)板、粘結(jié)劑、真空絕熱層側(cè)板。
優(yōu)選地，所述的油藏模型本體的模型外殼為不銹鋼板焊接而成的正方體殼體的，且有上、下兩個法蘭及蓋板和底板；蓋板上有模擬直井和引壓管接口，底板上僅有引壓管 接口，蓋板和底板與模型外殼法蘭采用耐高溫、高壓的戈爾密封帶進(jìn)行密封；模型外殼 四塊側(cè)板，其中三塊側(cè)板為布置有熱電偶接口的熱電偶側(cè)板及另一塊側(cè)板為布置有模擬 水平井接口的模擬水平井側(cè)板；模型外殼四塊側(cè)板的內(nèi)側(cè)四周為雙層絕熱，外層為真空 絕熱層，內(nèi)層采用了耐高溫?zé)o機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行涂敷與粘結(jié)憎油水的絕熱材料。
優(yōu)選地，油藏模型本體中在蓋板下面設(shè)置有水泥蓋板和底板上面設(shè)置有水泥底層； 油藏模型本體內(nèi)裝填油層孔隙模擬介質(zhì)，凈空間為500mmX500mmX560mm的長方體；油 藏模型本體置于上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)的模型支架上。
優(yōu)選地，油藏模型本體置于上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)的模型支架上。
優(yōu)選地，在油藏模型本體中設(shè)置多于9口模擬直井和多于9口模擬水平井，模擬水 平井和模擬直井均為08Xlmm的不銹鋼管，其上有狹縫。
優(yōu)選地，模擬直井布置在蓋板上，通過內(nèi)卡套與蓋板相連，通過變徑與加熱管線相 連；該模擬井布置包括蓋板、真空絕熱層、變徑、加熱管線、水泥蓋板、內(nèi)卡套、模擬 直井；各部件結(jié)合為一整體。
優(yōu)選地，油藏模型本體內(nèi)布置200個溫度測點和58個壓力測點，所有熱電偶穿過 三塊模型外殼熱電偶側(cè)板引入油藏模型本體內(nèi)部，58支引壓管分別經(jīng)過蓋板和底板引入 油藏模型本體內(nèi)部。
使用上述油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點
(一) 采用液壓相似構(gòu)造法解決了蒸汽吞吐彈性能量的模擬。
(二) 水泥蓋板和底層的獨特設(shè)計，保證了油層注蒸汽熱采時，熱量向蓋層、底層 傳熱和傳質(zhì)的模擬。
(三) 模擬井井筒的獨特設(shè)計，保證了模擬井的結(jié)構(gòu)符合實際井。
(四) 高溫高壓油藏模型本體設(shè)計滿足井網(wǎng)、井別的多種組合要求。
總之，使用該系統(tǒng)模擬后的結(jié)果，在實際開采過程中，大大地提高了實際產(chǎn)油率。


圖1為本實用新型的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)的示意圖2 (a)為圖1中的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)中的油藏模型本
體的剖視圖2 (b)為圖2 (a)的C-C剖視圖2 (c)為圖2 (a)的A向視圖；圖2 (d)為圖2 (a)的"B-B"剖視圖3為圖1的油藏注蒸汽熱釆多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)中的上覆壓力系統(tǒng)的示 意圖4為模擬直井的連接結(jié)構(gòu)的示意圖5為模擬直井在蓋板上的布置的示意圖6為加熱管線結(jié)構(gòu)示意圖7為模擬水平井側(cè)板布置圖8為熱電偶在側(cè)板上的布置圖9為引壓管在蓋板上的布置圖10為熱電偶與側(cè)板連接示意圖11為引壓管與蓋板連接示意圖12 (a)為球形壓力罐支撐的縱向剖視圖12 (b)為球形壓力罐支撐的橫向剖視圖13為排料管線的結(jié)構(gòu)示意圖14為電加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖15 (a)至15 (b)分別為模擬水平井穿管接頭的布置的示意圖； 圖16 (a)至16 (c)分別為引壓管穿管接頭的布置的示意圖； 圖17 (a)為油藏模型本體支架的縱向剖視圖； 圖17 (b)為油藏模型本體支架的橫向剖視圖； 圖18為熱電偶貫穿件的結(jié)構(gòu)示意圖19 (a)至19 (b)分別為熱電偶貫穿件在上球形封頭的布置的示意圖20為主螺栓結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖21 (a)為主螺母的縱向剖視圖21 (b)為主螺母的橫向剖視圖22為螺栓張拉機(jī)系統(tǒng)連接的結(jié)構(gòu)示意圖23為模擬井的射孔結(jié)構(gòu)示意圖24為多種井網(wǎng)、井別的組合設(shè)計示意圖25(a)-25(g)分別為邊緣注汽、切割注汽、點狀注汽(蒸汽吞吐)、反九點法、反 五點法、行列法、斜反七點法注汽的井網(wǎng)設(shè)計的示意圖； 圖26是直井與水平井組合例的示意圖27(a) — (d)為不同注采模式的示意圖，其中圖27(a)為反五點法四井組注采模式 的示意圖、圖27(b)為反五點法四井組注釆模式的示意圖、圖27(c)為多排井組注釆模式的示意圖、圖27(d)為多口直井與雙水平井組合注采模式的示意圖； 圖28-1為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的前處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖； 圖28-2為數(shù)據(jù)釆集與處理系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖28-3為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的后處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型提出的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng) 進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1為本實用新型的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)的示意圖，該油
藏注蒸汽熱釆多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)主要包括以下模塊蒸汽注入系統(tǒng)、油藏模 型本體、上覆壓力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)。具體地，圖1中所示的油藏注蒸汽
熱釆多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)包括高壓恒速計量泵1001、蒸汽發(fā)生器1002、干度 控制器1003、油藏模型本體1004、模擬直井1005、模擬水平井1006、上覆壓力系統(tǒng)1007、 控溫儀表1008、補(bǔ)液泵1009、安全閥1010、電加熱元件1011、電磁氣動閥1012、回壓 閥1013、樣品收集器1014、數(shù)據(jù)線1015、溫度、壓力、差壓數(shù)據(jù)采集器1016，以及微 機(jī)(控制及信息處理平臺)1017。
蒸汽注入系統(tǒng)用于向油藏模型本體提供具有一定的溫度、流速、壓力和干度的水蒸 汽，主要包括高壓恒速計量泵IOOI、蒸汽發(fā)生器1002、干度控制器1003。
上覆壓力系統(tǒng)的作用是裝載油藏模型本體并給油藏模型本體施加上覆壓力。上覆壓 力系統(tǒng)除了上述的補(bǔ)液泵1009、安全閥IOIO、電加熱元件1011之外，還包括球形壓力 罐、溫控裝置、各類管線接口及相應(yīng)的連接管線、閥門等。
數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)主要用于采出液的收集及油藏模型本體內(nèi)溫度、壓力場等 監(jiān)測、控制以及信息數(shù)據(jù)的處理等。主要包括電磁氣動闊1012、回壓閥1013、樣品收 集器1014、數(shù)據(jù)線1015、溫度、壓力、差壓數(shù)據(jù)采集器1016以及微機(jī)(控制及信息處 理平臺)1017，另外還有相應(yīng)的處理系統(tǒng)硬件和軟件部分。該數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng) 具有流程監(jiān)控、采出控制、試驗溫度、壓力預(yù)警設(shè)置與采集等功能。
高壓恒速計量泵1001為蒸汽注入系統(tǒng)提供驅(qū)替動力。高壓恒速計量泵1001將一定 速度、壓力的水打入蒸汽發(fā)生器1002里，由蒸汽發(fā)生器1002產(chǎn)生一定溫度、壓力和流 速的蒸汽，然后進(jìn)入干度控制器1003，經(jīng)汽一水混合，產(chǎn)生試驗所需的溫度、壓力、流 速和干度的水蒸汽，注入油藏模型本體1004。
由油藏模型本體1004采出的液體通過生產(chǎn)井(模擬直井1005或模擬水平井1006) 的電磁氣動闊1012控制通過球形壓力罐流到回壓閥1013采出。采用樣品收集器1014收集產(chǎn)出液體，進(jìn)行油水(或汽〉分離計量。利用溫度、壓力、差壓采集器(傳感器) 1016對油藏模型本體^04內(nèi)的溫度場、壓力場及蒸汽注入系統(tǒng)和采出管路的溫度、壓 力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S場圖進(jìn)行試驗 監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理、存儲。
圖2 (a)至2 (d)分別為圖1的油藏開發(fā)模擬系統(tǒng)中的油藏模型本體的剖視圖， 如圖2 (a)至2 (d)中所示，其中圖2 (a)為油藏開發(fā)模擬系統(tǒng)中的油藏模型本體的 剖視圖，圖2 (b)為圖2 (a)的C-C剖視圖，圖2 (c)為圖2 (a)的A向視圖，圖2 (d)為圖2 (a)的"B-B"剖視圖。油藏模型本體I004用于模擬實際油藏，實際上包 括模型外殼、絕熱層、模擬油藏、模擬直井、模擬水平井、引壓管和熱電偶及各個對應(yīng) 接口。所述油藏模型本體1004具體包括蓋板2001、內(nèi)卡套2002,模擬直井i005、變徑 2004、加熱管線2005、內(nèi)卡套2006、引壓管2007、兩通2008、加熱管線2009、水泥蓋 板2010、密封帶2011、法蘭2012、模型砂2013、底板2014、水泥底層2015、熱電偶 2016、雙卡套2017、熱電偶側(cè)板2018、熱電偶后板2019、真空絕熱層后板2020、水平 井側(cè)板2021、粘結(jié)劑2022、真空絕熱層側(cè)板2023、模擬水平弁1006。
油藏模型本體外殼為不銹鋼板焊接而成的正方體殼體，有上、下兩個法蘭。蓋板放 在上法蘭上，通過螺栓和密縫材料連接密封。底板放在下法蘭下面，通過螺栓和密縫材 料連接密封。蓋板上有模擬直井和引壓管接口，底板上僅有引壓管接口。模型外殼四塊 側(cè)板，其中三塊側(cè)板為布置有熱電偶接口的熱電偶側(cè)板，另一塊側(cè)板為布置有模擬水平 井接口的模擬水平井惻板。蒸汽注入系統(tǒng)注入的蒸汽經(jīng)通過模擬直井或水平井注入模型 本體。油藏模型外殼四塊側(cè)板的內(nèi)側(cè)四周為雙層絕熱，外層為真空絕熱層，內(nèi)層采用了 耐高溫?zé)o機(jī)粘結(jié)劑迸行涂敷與粘結(jié)憎油水的絕熱材料。防止注入蒸汽的熱損失。在蓋板 下面設(shè)有水泥蓋板和底板上面設(shè)有水泥底層作為模擬蓋、底層，蓋底層之間填模型砂， 用以模擬油藏。所述各部件結(jié)合為一整體，協(xié)作配合實現(xiàn)油藏模型本體的功能。
圖3為圖1中的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)中的上覆壓力系統(tǒng)的 示意圖。
依據(jù)上述，上覆壓力系統(tǒng)的作用是裝載油藏模型本體并給油藏模型本體施加上覆壓 力。上覆壓力系統(tǒng)除了上述的補(bǔ)液泵1009、安全閥IOIO、電加熱元件10ii之外，還包 括球形壓力罐、溫控裝置、各類管線接口及相應(yīng)的連接管線、閥門等。
如圖3中所示，上覆壓力系統(tǒng)具體包括吊環(huán)300K安全閥IOIO、進(jìn)料接口 3003、 熱電偶接口 3004、球形封頭3005、法蘭3006、螺栓3007、齒形金屬墊3008、油藏模型 本體模型支架3009、排料管線3010、球形壓力罐支撐3Dn、熱電偶貫穿件a^、直井 穿管k,~13、水平井穿管ei~9 、引壓管穿管fW6、引壓管穿管gri2、電熱管接口 h。、排球形壓力罐為模擬地層的壓力邊界，由球形封頭和法蘭焊接而成，上、下法蘭由螺 栓聯(lián)接，用齒形金屬墊密封。球形壓力罐下球形封頭上安裝有模型支架，用以放置油藏 模型本體。補(bǔ)液泵提供并維持球形壓力罐模擬地層壓力。在球形壓力罐上設(shè)置了三個電 加熱元件及其溫控裝置，可使球形壓力罐內(nèi)的流體加熱到油藏溫度，通過油藏模型本體 蓋、底層的熱傳導(dǎo)使模型油層達(dá)到模擬地層溫度。為滿足油藏模型本體各類管線進(jìn)出球 形壓力罐時的密封要求，在球形壓力罐上設(shè)置了 22個模擬井穿管接頭和28個引壓管穿 管接頭以及6個熱電偶貫穿件接口。所述各部件結(jié)合為一整體，協(xié)作配合實現(xiàn)上覆壓力 系統(tǒng)的功能。
在本實用新型的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模型系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集與圖形 處理系統(tǒng)主要用于采出液的收集及油藏模型本體內(nèi)溫度、壓力場等監(jiān)測、控制以及信息 數(shù)據(jù)的處理等。主要包括電磁氣動閥1012、回壓閥1013、樣品收集器1014、數(shù)據(jù)線1015、 溫度、壓力、差壓數(shù)據(jù)釆集器1016以及微機(jī)(控制及信息處理平臺)1017，另外還有 相應(yīng)的處理系統(tǒng)硬件和軟件部分。該數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)具有流程監(jiān)控、采出控制、 試驗溫度、壓力預(yù)警設(shè)置與采集等功能。在試驗過程中，可以通過微機(jī)(控制及信息處 理平臺)屏幕觀察到油層任一橫截面、縱截面以及三維溫度場圖，從而清楚的判斷出蒸 汽及熱前緣在各個方向的波及情況。在圖28-1至圖28-3中，表示了數(shù)據(jù)釆集與處理系 統(tǒng)相應(yīng)處理流程圖，其中圖28-1為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的前處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖、 圖28-2為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖、圖28-3為數(shù)據(jù)采集 與處理系統(tǒng)的后處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖。
進(jìn)一步地，在下面結(jié)合具體功能關(guān)系和附圖說明，以更詳實的實施例，更詳細(xì)地描 述本實用新型的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)。
油藏模型本體及其相關(guān)聯(lián)部分
在另一實施例中，詳細(xì)描述構(gòu)成油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)中的 油藏模型本體及其相關(guān)聯(lián)部分的部件。
(1)油藏模型外殼與絕熱層 油藏模型外殼為不銹鋼板焊接而成的正方體殼體，為便于組裝和拆卸，有上、下兩 個法蘭。蓋板上有模擬直井和引壓管接口，底板上僅有引壓管接口，蓋板和底板與模型 外殼法蘭采用耐高溫、高壓的戈爾密封帶進(jìn)行密封。模型外殼四塊側(cè)板，其中三塊側(cè)板 為布置有熱電偶接口的熱電偶側(cè)板，另一塊側(cè)板為布置有模擬水平井接口的模擬水平井 側(cè)板。油藏模型外殼四塊側(cè)板的內(nèi)側(cè)四周為雙層絕熱，外層為真空絕熱層，內(nèi)層釆用了耐高溫?zé)o機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行涂敷與粘結(jié)憎油水的絕熱材料。為防止油或水沿模型邊界的竄 流，絕熱層內(nèi)側(cè)進(jìn)行了打毛處理。絕熱層各處接縫以及與模型外殼之間采用了耐高溫?zé)o 機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行涂敷與粘結(jié)，既可以防止絕熱層的開裂，又可防止絕熱層因滲油、滲水而 降低絕熱效果。
(2)模擬油藏
在蓋板下面設(shè)有水泥蓋板和底板上面設(shè)有水泥底層作為模擬蓋底層，其厚度可根據(jù) 試驗要求加以調(diào)節(jié)，以模擬實際油藏蓋、底層的導(dǎo)熱狀況。油藏模型本體內(nèi)可裝填油層 孔隙模擬介質(zhì)，以模擬不同井網(wǎng)的注釆單元，其凈空間為500mmX500mmX560咖的長方 體。整個油藏模型本體置于上覆壓力系統(tǒng)內(nèi)的模型支架上，油藏模型本體內(nèi)壓力與上覆 壓力系統(tǒng)壓力之差不大于0.5MPa。油藏模型本體內(nèi)的最高工作溫度為35(TC，油藏模型 本體外壁的溫度小于6CTC。
(3) 模擬井布置
模型井布置設(shè)置了多于9 口模擬直井和多于9 口模擬水平井，模擬水平井和模擬直 井均為。8Xlmm的不銹鋼管，其上有狹縫以模擬實際油井的射開。模擬直并布置在蓋 板上，通過內(nèi)卡套與蓋板相連，通過變徑與加熱管線相連，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中包 括蓋板4001、真空絕熱層4002、變徑4003、加熱管線4004、蓋層4005、內(nèi)卡套4006、 模擬直井4007。所述各部件結(jié)合為一整體，協(xié)作配合實現(xiàn)模擬設(shè)置的功能。
圖5為模擬直井在蓋板上的布置示意圖，具體為9 口模擬直井在蓋板上的布置位置。 各部分具體為蓋板50(H、固緊螺栓5002、模擬直井布點5003。
圖6為加熱管線結(jié)構(gòu)示意圖。加熱管線是為防止管線內(nèi)的流體在流動中向周圍環(huán)境 的熱損失而設(shè)計的，如圖6所示，其結(jié)構(gòu)包括內(nèi)管6005、熱電偶6004、內(nèi)絕緣層6002、 電熱絲6006、外絕緣保溫層6003和外管6001。該加熱管線可以進(jìn)行溫控，以保證管線 內(nèi)的流體溫度滿足試驗設(shè)定要求。
圖7為模擬水平井側(cè)板布置圖，另外9口模擬水平井布置在側(cè)板上，其連接形式和 布置位置與模擬直井類似。圖7中所示各部分分別為水平井側(cè)板7001、模擬水平井布 點7002。
(4) 溫度和壓力測點布置
油藏模型本體內(nèi)布置200個溫度測點和58個壓力測點，所有熱電偶穿過三塊模型 外殼熱電偶側(cè)板引入油藏模型本體內(nèi)部，58支引壓管分別經(jīng)過蓋板和底板引入油藏模型 本體內(nèi)部。
圖8為熱電偶在側(cè)板上的布置圖。圖8中各部分分別為；熱電偶側(cè)板8001、熱電偶 布點8002。圖9為引壓管在蓋板上的布置圖。圖9中各部分分別為蓋板9001、引壓管布點 9002。
圖10為熱電偶與側(cè)板連接示意圖。圖10中各部分分別為熱電偶10001、內(nèi)卡套 10002、壓墊10003、側(cè)板10004。
圖11為引壓管與蓋板連接示意圖。圖11中各部分分別為:測壓管U001、兩通11002 引壓管11003、內(nèi)卡套11004、蓋板11005。
上述附圖中的所有熱電偶長1. 5m，直徑①1. 2mra，引壓管均為d)6X lmm的不銹鋼管。
在另一實施例中，描述油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)中的上覆壓力 系統(tǒng)及其相關(guān)部分。在如圖3中所示的上覆壓力系統(tǒng)中包括熱電偶貫穿件ai~6 、豎井 穿管kw3、水平井穿管e"9、引壓管穿管fw6、引壓管穿管gr,2、電熱管接口h。、排料 口 j。
上覆壓力系統(tǒng)具體包括下述部分
(1) 球形壓力罐
球形壓力罐為模擬地層的壓力邊界，參照GB150-98標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、制作，由球形封頭 和法蘭焊接而成，上、下法蘭由螺栓聯(lián)接，用齒形金屬墊密封。為保證試驗時給螺栓施 加足夠且均勻的預(yù)緊力并方便拆卸，配備了專用的螺栓張拉機(jī)。高壓恒速計量泵提供并 維持模擬地層壓力。為模擬地層溫度，在球形壓力罐上設(shè)置了電加熱元件，可使球形壓 力罐內(nèi)的流體加熱到油藏溫度或設(shè)定的試驗溫度，為滿足各類管線進(jìn)出球形壓力罐時的 密封要求，在球形壓力罐上設(shè)置了注采井接口、引壓管接口以及熱電偶接口。
球形壓力罐系統(tǒng)附件包括起吊裝置、安全闊、進(jìn)料接口、卸料接口以及球形壓力 罐保溫材料等。起吊裝置由起吊鋼結(jié)構(gòu)和手動行車等組成，在現(xiàn)場進(jìn)行安裝、調(diào)試。進(jìn) 料和卸料口帶有高壓閥，可以向球形壓力罐內(nèi)注入和排出試驗用液體。為保證球形壓力
罐內(nèi)的液體保持設(shè)定的溫度，在球形壓力罐外包覆了保溫材料層以及不銹鋼薄板。.
(2) 球形壓力罐支撐
球形壓力罐支撐起到支撐并固定整個試驗裝置的作用，包括均勻布置的三只鋼管支 腿和支腿底板，鋼管支腿和下球形封頭相焊接，支腿底板與地腳螺栓連接并固定。圖12 為球形壓力罐支撐的示意圖。如圖12 (a)至12 (b)中所示，其中圖12 (a)為球形壓 力罐支撐的縱向剖視圖，圖12 (b)為球形壓力罐支撐的橫向剖視圖；12001為支腿底 板，12002為鋼管支腿，12003為下球形封頭。 (3〉排料管線
排料管線供試驗結(jié)束后排出球形壓力罐內(nèi)液體，排料管線包括接管頸、筋板、彎管、 螺紋法蘭和截止閥。接管頸焊接在下球形封頭上，起過渡作用，彎管為①35X6mm的20號鋼管，并帶加強(qiáng)筋板，截止閥的公稱直徑為DN25 (J44Y-160C)。圖13為排料管線的 結(jié)構(gòu)示意圖。如圖13所示，13001為接管頸，13002為筋板，13003為彎管，13004為 螺紋法蘭，13005為截止閥。
(4) 電加熱系統(tǒng)
圖14為電加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，電加熱系統(tǒng)是為球形壓力罐內(nèi)的液體進(jìn)行加熱， 并使液體溫度維持在設(shè)定值，其包括電加熱器接管、電加熱器、熱電偶、溫控裝置和 固態(tài)繼電器等。
在下球形封頭排料接管周圍布置有三個電加熱器接管，其上安裝電加熱器，電加熱
器技術(shù)參數(shù)功率3KW;熱電偶為K型熱電偶，測溫點布置在球形壓力罐的底部；采用
溫控儀、固態(tài)繼電器對加熱溫度進(jìn)行控制。如圖14中所示，14001為電加熱器接管、 14002為固態(tài)繼電器、14003為溫控儀、14004為壓力顯示儀、14005為交流接觸器、14006 為總電源、14007為保險、14008為分路開關(guān)。
(5) 模擬水平井穿管接頭和引壓管穿管接頭 球形壓力罐下球形封頭上布置有9個模擬水平井穿管接頭和28個引壓管穿管接頭，
接頭均采用NPT 1/2〃錐螺紋接頭。模擬水平井穿管接頭的布置如圖15 (a)至15 (b) 所示，其中el e9模擬水平井穿管。引壓管穿管接頭的布置如圖16 (a)至16 (c)所 示，其中g(shù)l gl2和fl fl6均為引壓管穿管。
(6) 模擬直井穿管接頭
球形壓力罐下球形封頭上布置有13個模擬直井穿管接頭，接頭為NPT 3/4"錐螺紋 接頭，其布置如圖15所示，kl kl3模擬直井穿管。
(7) 油藏模型本體模型支架
圖17 (a)為油藏模本體支架的縱向剖視圖，圖17 (b)為油藏模型本體支架的橫 向剖視圖。如圖17 (a)至17 (b)所示，球形壓力罐下球形封頭上安裝有由角鋼焊接 而成的油藏模型本體模型支架。其中各部件分別為固定板17001、角鋼17002、支腿 17003、橫梁17004。
(8) 熱電偶貫穿件
圖18為熱電偶貫穿件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖18所示，熱電偶貫穿件是所有鎧裝熱電 偶進(jìn)出球形壓力罐的通道，由接管頸、接管、法蘭、法蘭蓋和上、下密封墊等組成，其 中18001為接管頸，18002為接管，18003為法蘭，I8OO4為法蘭蓋，18005為上密封墊， 18006為下密封墊。
圖19 (a)至19 (b)分別為熱電偶貫穿件在上球形封頭的布置的示意圖。如圖19 (a)至19 (b)所示，上球形封頭上共布置有6個這樣的貫穿件，其中al a6為熱電偶貫穿件。
(9) 封頭、法蘭和密封墊
球形壓力罐上、下封頭均為球形封頭，用16MnR鋼板而成，鋼板材料符合 GB6654-1996《壓力容器用鋼板》的規(guī)定，沖壓成型后按JB4730-94的規(guī)定進(jìn)行超聲波 探傷檢測，達(dá)到ffl級標(biāo)準(zhǔn)。其上有各類穿管接頭，均采用全焊透焊縫焊接。其結(jié)構(gòu)如圖 3所示。
球形壓力罐上、下法蘭采用16Mn (IV)鍛件進(jìn)行加工制造，鍛件按JB4726-2000《壓
力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》規(guī)定的rv級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造和驗收，鍛件粗加工后按
JB4726-2000《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》中表4長頸法蘭鍛件的規(guī)定進(jìn)行超 聲波探傷檢測。上、下法蘭的連接釆用32根M56的定制螺栓，其結(jié)構(gòu)如圖20所示。
上、下法蘭之間的密封采用金屬齒形密封墊，密封墊的技術(shù)要求參照 《HG20632-1997》的有關(guān)規(guī)定。
(10) 主螺栓、主螺母
主螺栓和主螺母用以連接上、下法蘭，其結(jié)構(gòu)分別如圖20和圖21 (a)至21 (b) 所示，其中圖21 (a)為主螺母結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖，圖21 (b)為主螺母結(jié)構(gòu)的橫向剖 視圖。主螺栓的規(guī)格為M56X3，材料為35CrMoA，主螺母的材料為40Mn。主螺栓和主螺 母為定制的螺栓張拉機(jī)而設(shè)計。
(11) 螺栓張拉機(jī)
圖22為螺栓張拉機(jī)系統(tǒng)連接的結(jié)構(gòu)示意圖。螺栓張拉機(jī)系統(tǒng)用于固緊和拆卸主螺 栓、主螺母。圖22中各部件分別為油壓機(jī)22001、油管22002、張拉螺母22003、張 拉墊圈22004、張拉機(jī)22005、主螺栓22006、主螺母22007、主墊圈22008、主法蘭22009。
所使用的工具為油壓千斤頂及配套高壓油管，配套高壓油管的最大油壓為80MPa。
球形壓力罐工作壓力P = 15MPa
螺栓計算預(yù)緊力N = 577KN
球形壓力罐水壓試驗壓力P。 = 18.75MPa
螺栓計算預(yù)緊力N。 = 720KN
張拉機(jī)本體尺寸
外徑D =①130mm
內(nèi)徑d =①61咖
-(D2-d2)P'-N 依據(jù)公式4 計算油壓機(jī)油壓P':
設(shè)定水壓試驗時油壓機(jī)油壓P'。<formula>formula see original document page 15</formula>
取P。 =70MPa
設(shè)定工作時油壓機(jī)油壓
p,二4x577xl03 _55 3.14x(1302 -612) . Mpa
取P "6MPa
(12) 進(jìn)料管線、壓力表接口和安全閥接口
進(jìn)料管線、壓力表接口和安全閥接口的結(jié)構(gòu)與排料管線類似，其在上球封頭上的布 置可參考圖ll。壓力表的型號為Y-100，規(guī)格為0 25MPa;安全閥的型號為A41H-160, 規(guī)格為DN15。
安全閥A41H-160主要性能指標(biāo)為
① 公稱壓力16.0MPa;
② 密封壓力范圍10.0 16.0MPa;
③ 適用介質(zhì)空氣、氮氣、水、油類；
適用溫度〈200°C; 公稱通徑DN 15剛。
(13) 球形壓力罐保溫 球形壓力罐采用高效保溫材料進(jìn)行保溫，保溫層外部包覆0. 2mm厚的不銹鋼板。
(14) 球形壓力罐壓力維持 在球形壓力罐壓力表接管上安裝一個雙電接點壓力表，在球形壓力罐進(jìn)料管上連接
補(bǔ)液泵。補(bǔ)液泵電源串連一個繼電器，雙電接點壓力表測量球形壓力罐內(nèi)壓力。當(dāng)球形 壓力罐內(nèi)壓力高于設(shè)定值時，雙電接點壓力表控制繼電器斷開，補(bǔ)液泵停止工作；當(dāng)球 形壓力罐內(nèi)壓力低于設(shè)定值時，雙電接點壓力表控制繼電器接通，補(bǔ)液泵重新工作，直 至球形壓力罐內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值。
數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)
在又一實施例中，結(jié)合參照圖28-1至圖28-3，詳細(xì)表述本實用新型的油藏注蒸汽 熱采多方式聯(lián)動三維比例模型系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集與圖形處 理系統(tǒng)主要用于采出液的收集及油藏模型本體內(nèi)溫度、壓力場等監(jiān)測、控制以及信息數(shù) 據(jù)的處理等，主要由系統(tǒng)硬件和軟件兩部分組成。系統(tǒng)硬件主要包括電磁氣動閥1012、回壓閥1013、樣品收集器1014、數(shù)據(jù)線1015、溫度、壓力、差壓數(shù)據(jù)采集器1016以及 微機(jī)(控制及信息處理平臺)1017。該數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)具有流程監(jiān)控、采出控 制、試驗溫度、壓力預(yù)警設(shè)置與采集等功能。在試驗過程中，可以通過微機(jī)(控制及信 息處理平臺)屏幕觀察到油層任一橫截面、縱截面以及三維溫度場圖，從而清楚的判斷 出蒸汽及熱前緣在各個方向的波及情況。
圖28-1至圖28-3為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)相應(yīng)處理流程圖，其中圖28-1為數(shù)據(jù)采集 與處理系統(tǒng)的前處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖，圖28-2為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的試驗數(shù)據(jù)釆 集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖，圖28-3為數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的后處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖。油 藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模型系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)由前處理子 系統(tǒng)、試驗數(shù)據(jù)釆集子系統(tǒng)、后處理子系統(tǒng)組成。三個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口通過文件實現(xiàn)數(shù) 據(jù)流的傳送。
(一) 前處理子系統(tǒng)
前處理子系統(tǒng)實現(xiàn)了試驗?zāi)Ｐ腿S網(wǎng)格剖分，傳感器測量層、測點動態(tài)布置等功能， 總體結(jié)構(gòu)包括試驗?zāi)Ｐ徒＞W(wǎng)格剖分、主體控制臺、傳感器屬性配置與測試網(wǎng)格動態(tài)布 點等。
前處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程
(1) 打開前處理子系統(tǒng)操作平臺，建立前處理工程文件。
(2) 選擇前處理模型，包括二維平面模型或三維模型。
(3) 對試驗?zāi)Ｐ蛢?nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。 根據(jù)實際油藏模型本體的幾何尺寸及測點結(jié)構(gòu)建立溫度、壓力及飽和度傳感器三維
網(wǎng)格仿真油藏模型本體。操作平臺提供了試驗的油藏模型本體的三維內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖形顯 示，可通過數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)提供的旋轉(zhuǎn)、平移和縮放等功能方便的觀察實際仿 真油藏模型本體的內(nèi)部特征。
(4) 進(jìn)行傳感器與測量層二維、三維動態(tài)布點建模 首先進(jìn)行測點坐標(biāo)初始化，設(shè)置傳感器的三維分布位置，例如包含傳感器的層數(shù)、
行數(shù)和列數(shù)。然后進(jìn)行傳感器的位置及屬性配置，包括傳感器的種類、型號、量程等。
(5) 保存前處理仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)文件。
(二) 試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 試驗數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時存儲，同時在采集過程中還實現(xiàn)了模擬油
藏的溫度場、壓力場與飽和度場耦合試驗分析以及三維試驗?zāi)Ｐ透鞣N物理量實時圖形圖 象監(jiān)控分析?？傮w結(jié)構(gòu)包括前處理文件接口，各種類型傳感器類型配置、采集板卡硬件 驅(qū)動、模擬油藏的蒸汽腔發(fā)育狀態(tài)的二維三維云圖與等值線實時監(jiān)控、各種管路溫度壓力監(jiān)控、壞點異常點處理、數(shù)據(jù)采集文件實時保存。 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作流程-
(1) 打開數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)操作平臺，讀取前處理仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)文件，建立數(shù)據(jù) 采集工程文件。
(2) 選擇顯示監(jiān)控窗口，配置硬件參數(shù)，完成試驗釆集工程的初始化工作。
(3) 對數(shù)據(jù)釆集過程中的壞點、異常點進(jìn)行智能判斷設(shè)置，以便數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) 操作平臺自動跟蹤進(jìn)行插值處理。
(4) 多窗口數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示
可同時進(jìn)行油藏模型本體內(nèi)模擬油藏的溫度場、壓力場和飽和度場及流程監(jiān)控等總
計24個監(jiān)控窗口數(shù)字與圖形實時監(jiān)控。
(5) 試驗的油藏模型本體的二維剖面、三維云圖與等值線動態(tài)監(jiān)控 可同時對試驗的油藏模型本體內(nèi)的蓋層、底層、模擬油藏溫度場、壓力場的二維剖
面、三維云圖與等值線實時監(jiān)控顯示，并且數(shù)據(jù)釆集過程中的壞點、異常點自動跟蹤進(jìn) 行插值處理。
(6) 數(shù)據(jù)采集文件實時存儲。 試驗數(shù)據(jù)后處理子系統(tǒng)提供了快速、可靠的數(shù)學(xué)插值計算方法，解決了海量試驗數(shù)
據(jù)分析難以人工處理的問題，尤其三維模型數(shù)據(jù)場動態(tài)圖形圖象分析的難題。主要包括 數(shù)據(jù)采集文件接口、試驗?zāi)Ｐ途W(wǎng)格剖分、離散點試驗數(shù)據(jù)插值、三維空間坐標(biāo)系變換、
模擬油藏的溫度場、壓力場與飽和度場等值線云圖動態(tài)顯示、各種剖面等值線云圖輸出、 創(chuàng)建BMP圖象和視頻AVI文件、三維打印預(yù)覽及打印輸出等。 (三)后處理子系統(tǒng) 后處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作流程
(1) 打開后處理子系統(tǒng)操作，讀取數(shù)據(jù)釆集數(shù)據(jù)文件，建立后處理數(shù)據(jù)文件。
(2) 試驗數(shù)據(jù)文件處理與格式轉(zhuǎn)換，生成后處理文件。
(3) 油藏模型本體內(nèi)模擬油藏的網(wǎng)格剖分初始化，設(shè)置網(wǎng)格單元數(shù)量，根據(jù)節(jié)點 編譯，進(jìn)行離散數(shù)據(jù)插值計算。
(4) 啟動數(shù)據(jù)播放器，査看任意時刻三維及其剖面的等值線、云圖的動態(tài)圖像。
(5) 圖像輸出及錄像?？蓪⑷S云圖、等值線或者各種剖面圖形保存為BMP格式 的圖像文件，可將經(jīng)處理后采集過程以可視化的方式進(jìn)行錄像，保存為AVI視頻文件格 式。
油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)的研究對象及工作原理使用本實用新型的油藏注蒸汽熱釆多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)將分別針對單一過程研究的蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)及蒸汽輔助重力泄油三大理論體系的稠油注蒸汽熱采物理模擬相似理論有機(jī)結(jié)合起來，建立了蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、SAGD聯(lián)動相似理論的實施方法，從而克服了由Niko和Troost提出的蒸汽吞吐相似準(zhǔn)則、主要包括由Stegemeier、 Volk和Laumbach提出的真空模型相似準(zhǔn)則數(shù)組和由Pujol和Boberg提出的高壓比例模型相似準(zhǔn)則數(shù)組的蒸汽驅(qū)相似準(zhǔn)則、由Butler提出的蒸汽輔助重力泄油(SAGD)的缺陷，即克服了僅油藏流體、巖石性質(zhì)、時間比例等就應(yīng)當(dāng)多次?；驮诰C合歸納中存在較大的不確定性的問題。并且推導(dǎo)了包含蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)替及SAGD全過程的主要相似準(zhǔn)則，見表l。
表l吞吐轉(zhuǎn)SAGD物理模擬相似準(zhǔn)則的選取
相似準(zhǔn)則數(shù)?；瘏⒘肯嗨茰?zhǔn)則數(shù)?；瘏⒘?br> 丄/幾何相似比《m — & ^°v 注入率
生產(chǎn)壓差「"m1 "加流度
a力p、w aa /^ _ f ^ 、時間「 ) — (" 〕SAGD準(zhǔn) 、W, 數(shù)
在上表中各符號具體表示如下:
丄一 井距/ 一相似比附一 物理模型
/一油田
a/ —油汽密度差
—生產(chǎn)壓差
時間ot—熱擴(kuò)散系數(shù)
《一 注入速度
a: —滲透率//。一原油粘度
g —重力加速度/ 一油藏厚度^一孔隙度
A5。一可動油飽和度
V。一蒸汽溫度下油的運動粘度
進(jìn)一步地，本實用新型的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)及方法具有下面特點。
(一)采用液壓相似構(gòu)造法解決了蒸汽吞吐彈性能量的模擬。
蒸汽吞吐在井網(wǎng)條件下的模擬試驗技術(shù)是目前國內(nèi)外都沒有完善解決的問題。比例模型和原始模型幾何相似，因此在無量綱參數(shù)里所有的長度用特征長度L表示。由于比例模型和原始模型中原油和蒸汽之間密度差及孔隙度幾乎相同，假設(shè)比例模型的特征長度比原始模型的小n倍，那么原油壓縮系數(shù)就應(yīng)該比原始模型的高n倍。這種情況是不
可能的。
為了開展蒸汽吞吐在井網(wǎng)條件下的模擬試驗，本實用新型的發(fā)明人提出了采用液壓相似構(gòu)造法。
蒸汽吞吐開釆稠油是指在本井完成注蒸汽、燜井和開井生產(chǎn)三個連續(xù)過程。蒸汽注入地層，不僅提高油層溫度，而且提高了地層壓力，即油層巖石和流體體積膨脹，形成了彈性能量。開井生產(chǎn)時，通過彈性能的釋放將原油驅(qū)替出來。
液壓相似構(gòu)造法就是利用高溫高壓物理模型，模擬在井網(wǎng)條件下蒸汽吞吐試驗過程時，采取附加一組或多組液壓控制的彈性設(shè)備，將高于一定壓力的彈性能量臨時儲存，并在開井生產(chǎn)時通過液壓控制彈性能的釋放。
該方法的實驗步驟簡述如下
1、 建立比例物理模型。按照相似準(zhǔn)則將油藏原型比例?；话凑漳；瘏?shù)裝填油藏比例物理模型，并確定吞吐試驗時最高模擬試驗壓力Piriax。
2、 連接好彈性能量儲存裝置。將彈性能量儲存裝置上的回壓調(diào)節(jié)器設(shè)置回壓為Pmaxo
3、 按方案設(shè)計注入量及注入速度開始注入蒸汽一模擬吞吐注汽過程。當(dāng)油藏模型本體壓力升至Prnax時，油藏模型本體中流體會通過連接的管線自動進(jìn)入彈性能量儲存裝置的活塞容器中。4、 模擬燜井過程，彈性能量儲存裝置壓力變化與物理模型同步變化。
5、 開井生產(chǎn)時，控制彈性能量儲存裝置逐步釋放彈性能，直至油產(chǎn)量接近極限產(chǎn)
這樣通過液壓相似構(gòu)造法完成一個周期的蒸汽吞吐過程。
(二)蓋底層的獨特設(shè)計，保證了油層注蒸汽熱采時，熱量向蓋層、底層傳熱和傳質(zhì)的模擬。
實際油藏是一個無限大地層，而物理模型是一個固定大小的實體。稠油通過注蒸汽開發(fā)，熱的利用和損耗的是需要特別關(guān)注。通過相似準(zhǔn)則計算出模型的油層厚度后，蓋層、底層的厚度不可能無限大，所以設(shè)計合理的蓋層、底層的厚度就尤為關(guān)鍵，以滿足模擬油層向蓋層(地表)和底層(地心深處)的傳熱的需要。設(shè)計步驟簡述如下-
1、 確定充填模型用的蓋、底層材料，可以選擇水泥砂、粘土或其它介質(zhì)。
2、 測定該材料的飽和水時的導(dǎo)熱系數(shù)^^和熱擴(kuò)散系數(shù)"。
3、 可根據(jù)下列表達(dá)式計算蓋、底層的厚度。
在有較小邊界溫差A(yù)T的無窮厚地層中的熱損失為
Oo= 廠
v孤
而蓋層為有限厚《時的熱損失為
仏
上述兩種情況下熱損失的相對誤差為
7
xl00%
Q7T
Z 一
式中G。一通過無窮厚蓋層的熱損失；
2' —通過有限厚蓋層的熱損失；邊界溫差；
^"一導(dǎo)熱系數(shù)；
"一熱擴(kuò)散系數(shù)；
t一時間；
(A—10)
(A-ll)
(A—12)V" :余誤差函數(shù)；
其中 V" A 為誤差函數(shù)。
根據(jù)試驗時間和設(shè)定的傳熱誤差可計算出蓋底層厚度。
(三)模擬井井筒射孔的獨特設(shè)計，保證了模擬井的射孔結(jié)構(gòu)符合實際井。
在進(jìn)行井筒設(shè)計時，注采井應(yīng)采用易更換結(jié)構(gòu)，以便模擬不同的孔密和射孔間隙，但井筒直徑不能和模型一樣按幾何比例縮小。原因在于，如果設(shè)想按幾何比例縮小，井筒模型將是"微型"的。例如在實際油藏中，井距常常是幾十米到幾百米，而模型尺寸只有幾十厘米，模型與原型的幾何比例一般在l: 100到l: 150之間，若油井直徑實際為0)200mm，按此比例則模擬井直徑只有l(wèi)咖至2鵬。對此情況，除了模擬井制作較為困難外，井內(nèi)流動情況也與原型相差很大。
井筒直徑的設(shè)計一般不按幾何比例，實際尺寸取決于連接管線和模擬井結(jié)構(gòu)的需要，不宜太細(xì)，否則將對射孔造成困難，也難以保證平直要求。
由于模擬井直徑不能按幾何比例縮小，而是作了適當(dāng)?shù)姆糯?，按比例設(shè)計的流體流量通過井筒和射孔時的流動情況將發(fā)生較大的變化，特別是通過射孔的壓力降的變化。對于采油井來說，由于滲流速度很低，造成的影響比較小，而注汽井通過的是高溫、高壓蒸汽，流速很高，形成的影響就大些。
以往人們曾設(shè)法在模擬井里采取措施，使通過射孔的壓降增加。其中一種辦法是在注汽井上配一個附加的砂填充床，通過填充床后使射孔注汽的壓降得以增加。事實上這種措施也不太現(xiàn)實，因為注汽流量不是一個固定值，而是在一個較寬的范圍內(nèi)變化，因此需要很多的附加填充床。另一種辦法是在模擬井上加工極為細(xì)微的切縫，使通過模擬井射孔的壓降達(dá)到要求，通過計算就會發(fā)現(xiàn)，這樣的切縫太窄了，以至于工藝上無法實現(xiàn)。
根據(jù)這些情況，在模擬井射孔處理時要考慮到以下幾個方面
① 模擬井的切縫寬度應(yīng)盡量窄，例如0.5 1酬，取決于加工工藝；
② 切縫寬度要使模型砂不致進(jìn)入井筒，否則，可在井筒外包裹適當(dāng)目數(shù)的網(wǎng)；
③ 應(yīng)保證模擬井切開后井筒結(jié)構(gòu)的完整，不得發(fā)生變形，例如井筒切縫不宜一開到底，應(yīng)分幾段切開；
模擬井的切開方向應(yīng)與流體流向相同，不得使流體的流向?qū)χＰ瓦吔纾?br> 全井、1/2井和1/4井的射孔數(shù)應(yīng)按相應(yīng)的比例，安裝后的射孔方向也應(yīng)加以考慮。
射孔模擬常采用的兩種方法附加阻力法和切口法。
附加阻力法是在模型的頂角上延長油層，使其附加阻力與徑向井相當(dāng)，即利用等式
<formula>formula see original document page 22</formula>
式中
1 一附加井深；b —附加井寬；r —供給半徑；r。 一井半徑；
f 一油層夾角的弧度。
在砂粒直徑對射孔影響較小時，可采用切口法，總的切口寬度為
<formula>formula see original document page 22</formula>
此寬度與縫高的乘積為總的流動斷面面積，當(dāng)井是邊角井時要按角度進(jìn)行折算。切
口的壓力損失可按下式進(jìn)行計算<formula>formula see original document page 22</formula>式中
e—注采體積流量；
k—有效滲透率；h—油層厚度；r.一井半徑；r。一供給半徑；
Sb—局部滲透引起的壓力損失；S'—動壓損失；
S"—通過射孔引起的流動損失。
模擬井的射孔結(jié)構(gòu)如圖23所示，其中全井全方向射，12縫；1/2井相鄰90°射，6縫；1/4井單方向射，3縫
(四)高溫高壓油藏模型本體設(shè)計滿足井網(wǎng)、井別的多種組合要求高溫高壓油藏模型本體井網(wǎng)、井別的組合設(shè)計見圖24。從圖24可見，油藏模型本
體可以滿足多種井網(wǎng)、井別的組合要求。一是適用邊緣注汽、切割注汽、面積注汽、點狀注汽等多種井網(wǎng)組合，如圖25(a)-25(g)中所示。圖25(a)-25(g)中分別為邊緣注汽、切割注汽、點狀注汽(蒸汽吞吐)、反九點法、反五點法、行列法、斜反七點法注汽的示意圖。
二是適合多口直井、多口水平井井別組合；油藏模型本體的水平井與直井的配置可以采用上述邊緣注汽、切割注汽、面積注汽、點狀注汽等各種井網(wǎng)的直井組合。參見圖26。
三可實現(xiàn)多井組注采等。如圖27(a) — (d)分別為反五點法四井組注采模式、反五點法四井組注采模式、多排井組注采模式、多口直井與雙水平井組合注采模式的示意圖。(五)比例模型數(shù)據(jù)采集與圖像處理系統(tǒng)
根據(jù)三維比例物理模型特點，自行開發(fā)研制了《比例模型數(shù)據(jù)釆集與圖像處理系統(tǒng)》。該軟件采用了網(wǎng)格動態(tài)剖分與傳感器動態(tài)布點及配置技術(shù)、數(shù)據(jù)采集多窗口三維圖形數(shù)據(jù)實時監(jiān)控技術(shù)、基于無網(wǎng)格MPM法的離散數(shù)據(jù)插值技術(shù)、三維動態(tài)云圖與等值線快速生成技術(shù)、試驗數(shù)據(jù)動態(tài)播放與回放等技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集過程中試驗?zāi)Ｐ蜏囟葓?、壓力場與飽和度場三場耦合試驗分析以及三維試驗?zāi)Ｐ透鞣N物理量實時三維圖形圖像動態(tài)監(jiān)控分析，為三維比例物理模擬試驗的動態(tài)監(jiān)測與分析提供了準(zhǔn)確、可靠的系統(tǒng)分析工具。
工業(yè)實用性及有益效果
本實用新型的技術(shù)方案已經(jīng)經(jīng)過發(fā)明人的充分實施，并取得了預(yù)期效果，相比較現(xiàn)有技術(shù)，依據(jù)本實用新型所述的技術(shù)方案，以及依據(jù)實施本實用新型技術(shù)方案的實際效果，本實用新型的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)及其方法具有以下有益
效果
1、 高壓油藏模型本體使用與原型油藏相同的流體，在與原型油藏相同的溫度、壓力下運行，幾何相似、壓降相似，從而重力效應(yīng)相似。進(jìn)而在巖石和流體的相互作用、流體物性、乳化現(xiàn)象、蒸汽蒸餾、氣體溶解性和可壓縮性方面，比真空和低壓模型能更好地模擬原型。
2、 油藏模型本體與上覆壓力系統(tǒng)分體設(shè)計，使整個系統(tǒng)具有調(diào)整靈活和普適性。
3、 油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)靈活滿足井網(wǎng)、井別的多種組合要求 一是適用邊緣注汽、切割注汽、面積注汽、點狀注汽等多種井網(wǎng)組合；二是適合多口直井、多口水平井井別組合；三是可實現(xiàn)多井組同注同采等。
4、 油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)具有多方式聯(lián)動來模擬油藏整個開發(fā)過程。目前己建立的比例模型是利用已提出的熱采相似理論體系為基礎(chǔ)，針對單一開發(fā)過程開展模擬，如熱水驅(qū)、蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力泄油等。而稠油油藏的開發(fā)全過程要涉及蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力泄油等多個相互銜接的物理過程，如果分別采用不同文章介紹的相似準(zhǔn)則，在試驗的相似設(shè)計中，將難以實現(xiàn)。比如僅油藏流體、巖石性質(zhì)、時間比例等就應(yīng)當(dāng)多次?；诰C合歸納中，存在較大的不確定性。并且蒸汽吞吐在井網(wǎng)條件下的模擬試驗技術(shù)也是目前國內(nèi)外都沒有完善解決的問題。通過創(chuàng)建的聯(lián)動相似理論，以及蒸汽吞吐彈性能量的模擬方法的建立，打破了國內(nèi)外單一方式物模試驗的現(xiàn)狀。這樣，本設(shè)計可以實現(xiàn)稠油油藏的開發(fā)全過程模擬，即涉及蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力泄油等多個相互銜接的多方式聯(lián)動來模擬油藏整個開發(fā)過程。
5、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)先進(jìn)
采用云圖處理技術(shù)可以在線處理熱采物理模擬試驗中油層不同位置的溫度、壓力數(shù)據(jù)，形成溫度場、壓力場圖，圖像直觀，方便存儲調(diào)用。6、應(yīng)用前景十分樂觀
模型投入使用以來，成功地開展了單井蒸汽吞吐、多井組合式蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、熱水驅(qū)、水平井、蒸汽輔助重力泄油等物理模擬試驗，其成果為稠油油藏高效開發(fā)，特別是特稠油、超稠油油藏高效開發(fā)提供了十分有效的試驗研究手段。
另外，盡管結(jié)合附圖已經(jīng)清楚詳細(xì)地描述了本實用新型提出的技術(shù)方案，但是參考本實用新型的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求定義的本實用新型的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)中做出各種各樣的修改。因此，所有參考本實用新型技術(shù)方案所做出的各種各樣的修改，均應(yīng)當(dāng)落入本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)，其特征在于包括蒸汽注入系統(tǒng)、油藏模型本體、上覆壓力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)；其中，蒸汽注入系統(tǒng)包括高壓恒速計量泵、蒸汽發(fā)生器、干度控制器；油藏模型本體包括模型外殼、絕熱層、模擬油藏、模擬直井、模擬水平井、引壓管和熱電偶及其接口；上覆壓力系統(tǒng)包括球形壓力罐、補(bǔ)液泵、安全閥、電加熱元件及其溫控裝置、管線接口及相應(yīng)的連接管線、閥門，上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)放置有所述的油藏模型本體；數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)包括電磁氣動閥、回壓閥、樣品收集器、數(shù)據(jù)線、溫度、壓力、差壓數(shù)據(jù)采集器以及微機(jī)。
2. 依據(jù)權(quán)利要求1所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于所述的油藏模型本體還包括蓋板、內(nèi)卡套、變徑、加熱管線、兩通、 水泥蓋板、密封帶、法蘭、模型砂、底板、水泥底層、雙卡套、熱電偶側(cè)板、 熱電偶后板、水平井側(cè)板、粘結(jié)劑、真空絕熱層側(cè)板。
3. 依據(jù)權(quán)利要求2所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于所述的油藏模型本體的模型外殼為不銹鋼板焊接而成的正方體殼體 的，且有上、下兩個法蘭及蓋板和底板；蓋板上有模擬直井和引壓管接口，底 板上僅有引壓管接口，蓋板和底板與模型外殼法蘭采用耐高溫、高壓的戈爾密 封帶進(jìn)行密封；模型外殼四塊側(cè)板，其中三塊側(cè)板為布置有熱電偶接口的熱電 偶側(cè)板及另一塊側(cè)板為布置有模擬水平井接口的模擬水平井側(cè)板；模型外殼四 塊側(cè)板的內(nèi)側(cè)四周為雙層絕熱，外層為真空絕熱層，內(nèi)層采用了耐高溫?zé)o機(jī)粘 結(jié)劑進(jìn)行涂敷與粘結(jié)憎油水的絕熱材料。
4. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于油藏模型本體中在蓋板下面設(shè)置有水泥蓋板和底板上面設(shè)置有水泥 底層；油藏模型本體內(nèi)裝填油層孔隙模擬介質(zhì)，凈空間為500mmX500mmX560mm 的長方體;油藏模型本體置于上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)的模型支架上。
5. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于油藏模型本體置于上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)的模型支架上。
6. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于在油藏模型本體中設(shè)置多于9 口模擬直井和多于9 口模擬水平井， 模擬水平井和模擬直井均為①8Xlmm的不銹鋼管，其上有狹縫。
7. 依據(jù)權(quán)利要求6所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于模擬直井布置在蓋板上，通過內(nèi)卡套與蓋板相連，通過變徑與加熱 管線相連；該模擬井布置包括蓋板、真空絕熱層、變徑、加熱管線、水泥蓋板、 內(nèi)卡套、模擬直井；各部件結(jié)合為一整體。
8. 依據(jù)權(quán)利要求3所述的油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)， 其特征在于油藏模型本體內(nèi)布置200個溫度測點和58個壓力測點，所有熱電偶 穿過三塊模型外殼熱電偶側(cè)板引入油藏模型本體內(nèi)部，58支引壓管分別經(jīng)過蓋 板和底板引入油藏模型本體內(nèi)部。
專利摘要一種油藏注蒸汽熱采多方式聯(lián)動三維比例模擬系統(tǒng)，其包括蒸汽注入系統(tǒng)、油藏模型本體、上覆壓力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)；其中，蒸汽注入系統(tǒng)包括高壓恒速計量泵、蒸汽發(fā)生器、干度控制器；油藏模型本體包括模型外殼、絕熱層、模擬油藏、模擬直井、模擬水平井、引壓管和熱電偶及其接口；上覆壓力系統(tǒng)包括球形壓力罐、補(bǔ)液泵、安全閥、電加熱元件及其溫控裝置、管線接口及相應(yīng)的連接管線、閥門，上覆壓力系統(tǒng)的球形壓力罐內(nèi)放置有所述的油藏模型本體；數(shù)據(jù)采集與圖形處理系統(tǒng)包括電磁氣動閥，回壓閥，樣品收集器，數(shù)據(jù)線，溫度、壓力、差壓數(shù)據(jù)采集器以及微機(jī)。本實用新型解決了蒸汽吞吐彈性能量的模擬，并且油藏模型本體設(shè)計滿足了井網(wǎng)、井別的多種組合要求。
文檔編號G09B25/00GK201396129SQ200820180449
公開日2010年2月3日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者濤 于, 劉其成, 劉成楨, 勇 張, 張方禮, 攀 潘, 剛 王, 耿德艷, 趙慶輝 申請人:劉其成