顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统.pdf

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1、10申请公布号CN102654046A43申请公布日20120905CN102654046ACN102654046A21申请号201210144563922申请日20120510E21B43/16200601E21B47/0020120171申请人中国石油天然气股份有限公司地址100007北京市东城区东直门北大街9号72发明人王伯军王红庄蒋有伟马德胜李秀峦关文龙梁金中李晓玲王春雨罗建华韩静74专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人任默闻54发明名称顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统57摘要本发明公开了一种顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，系统包括配样注入。

2、系统，模拟系统，产出系统，PC监控系统及气相色谱分析仪；其中，所述的配样注入系统包括ISO高精度计量泵、死油活塞容器、天然气活塞容器及配样器；所述模拟系统包括ISO高精度计量泵、地层水活塞容器、空气活塞容器、六通阀、高压仓、倾角标记仪及二维填砂模型；所述产出系统包括分离器、氦气瓶及气体计量计；PC监控系统包括PC监测计算机及气体流量质量控制器。采用本发明的试验系统，能够保证样品和地层原油一致性，使得实验结果更真实可靠，真实模拟地层构造特征，具备产出系统样品在线监测功能，提高了实时化、自动化程度。51INTCL权利要求书1页说明书6页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要。

3、求书1页说明书6页附图3页1/1页21一种顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，其特征在于，所述的实验系统包括配样注入系统，模型系统，产出系统，PC监控系统及气相色谱分析仪；其中，所述的配样注入系统包括ISO高精度计量泵、死油活塞容器、天然气活塞容器及配样器，所述的ISO高精度计量泵通过阀门分别与所述死油活塞容器和天然气活塞容器相连接，所述的死油活塞容器和天然气活塞容器均通过阀门与配样器相连接，所述ISO高精度计量泵将死油活塞容器中的死油转入配样器，所述ISO高精度计量泵按照PVT测试汽油比将所述天然气活塞容器中的天然气转入配样器，通过所述配样器设定油藏温度和压力，在所述配样器中形成活。

4、油；所述模型系统包括ISO高精度计量泵、地层水活塞容器、空气活塞容器、六通阀、高压仓、倾角标记仪及二维填砂模型，所述的ISO高精度计量泵通过阀门分别与所述地层水活塞容器和空气活塞容器相连接，所述地层水活塞容器、空气活塞容器及二维填砂模型均与所述六通阀相连接，所述的二维填砂模型外有加温保温系统，整体设置于高压仓内，所述倾角标记仪的指针固定于所述二维填砂模型，所述的模拟系统的六通阀通过管线与所述配样注入系统的配样器连接；所述产出系统包括分离器、氦气瓶及气体计量计，所述的分离器通过管线分别与所述氦气瓶和气体计量计相连接，所述分离器通过阀门及管线与所述模拟系统的二维填砂模型相连接；所述PC监控系统包括。

5、PC监测计算机及气体流量质量控制器，所述PC监测计算机通过数据线与气体流量质量控制器相连接，所述气体流量控制器通过管线与所述产出系统的氦气瓶相连接，所述PC监测计算机通过数据线与所述产出系统的气体计量计相连接；所述气相色谱分析仪通过管线与所述产出系统的气体计量计相连接。2如权利要求1所述的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，其特征在于，所述的配样注入系统还包括手动泵和压力表，所述的手动泵通过一阀门与所述配样器连接，所述压力表设置于手动泵出口端。3如权利要求1所述的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，其特征在于，所述的配样注入系统还包括气体质量流量计，所述气体质量流量计与天然。

6、气活塞容器相连接，并通过阀门与所述配样器相连接。4如权利要求1所述的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，其特征在于，所述的模型系统还包括背压阀，所述二维填砂模型通过背压阀与所述产出系统的分离器相连接。5如权利要求1所述的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，其特征在于，所述的二维填砂模型设有视窗。权利要求书CN102654046A1/6页3顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统技术领域0001本发明关于石油开发领域，具体的讲是一种顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统背景技术0002顶部注气重力辅助稳定驱被认为是有效提高这类油藏采收率的很有潜力的方法之一，其采收率。

7、是所有非混相驱中最高的，甚至是水驱的两倍。由于注入气与原油之间存在密度差，可以通过控制合理采油速度，利用重力稳定以保持密度较小的气体与密度较大的原油分离，以便当指进欲形成时抑制气体指进，避免水平注气驱过程中气体粘性指进和重力超覆作用所产生的排驱效率低和容易气窜等缺点。另外，20世纪60年代以来，世界上许多国家包括美国、俄罗斯等国家都开展过轻质油藏注空气技术研究，许多深层轻质油藏开展了注空气矿场试验，均取得了技术上和经济上的成功；轻质油藏低温氧化开采在我国虽然起步较晚，但由于空气来源广，成本低廉，近几年来受到广泛关注，顶部注气和空气驱相结合更能发挥高效、经济的特点。0003轻质油藏注空气开采的缺。

8、点是存在不安全因素，即注入空气和原油未完全发生低温氧化反应时，产出气中烃类气体和氧气混合容易发生爆炸；注采参数不合理更容易导致气窜，这就严格要求前期做好相关室内实验研究，在此基础上合理优化注采参数。这对顶部注空气重力辅助驱实验方法及装置提出了新的挑战窗。0004现有技术在轻质油藏注空气开发低温氧化动态评价实验模拟方法和装置方面开展了大量的工作，但现有技术仍存在一下缺点00051）不能模拟地层倾角，不能代表真实地层条件。00062）实验过程中使用的是死油，不能代表地层中原油实际的氧化特点。00073）模型管水平放置，调整成为地层倾角困难，不能代表真实地层条件，容易产生气窜，降低了时间结果的可靠性。

9、。00084）该装置不针对注空气设计，因此没有考虑产出混合气安全问题。发明内容0009本发明实施例提供了一种顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，所述的实验系统包括配样注入系统，模拟系统，产出系统，PC监控系统及气相色谱分析仪；其中，0010所述的配样注入系统包括ISO高精度计量泵、死油活塞容器、天然气活塞容器及配样器，所述的ISO高精度计量泵通过阀门分别与所述死油活塞容器和天然气活塞容器相连接，所述的死油活塞容器和天然气活塞容器均通过阀门与配样器相连接，所述ISO高精度计量泵将死油活塞容器中的死油转入配样器，所述ISO高精度计量泵按照PVT测试汽油比将所述天然气活塞容器中的天然气转入。

10、配样器，通过所述配样器设定油藏温度和压力，在所述配样器中形成活油；说明书CN102654046A2/6页40011所述模拟系统包括ISO高精度计量泵、地层水活塞容器、空气活塞容器、六通阀、倾角标记仪及二维填砂模型，所述的ISO高精度计量泵通过阀门分别与所述地层水活塞容器和空气活塞容器相连接，所述地层水活塞容器、空气活塞容器及二维填砂模型均与所述六通阀相连接，所述的二维填砂模型外有加温保温系统，整体置于高压仓内，所述倾角标记仪的指针固定于所述二维填砂模型，所述的模拟系统通过所述六通阀与所述配样注入系统的配样器连接；0012所述产出系统包括分离器、氦气瓶及气体计量计，所述的分离器通过管线分别与所述。

11、氦气瓶和气体计量计相连接，所述分离器通过阀门及管线与所述模拟系统的二维填砂模型相连接；0013所述PC监控系统包括PC监测计算机及气体流量质量控制器，所述PC监测计算机通过数据线与气体流量质量控制器相连接，所述气体流量控制器通过管线与所述产出系统的氦气瓶相连接，所述PC监测计算机通过数据线与所述产出系统的气体计量计相连接；0014所述气相色谱分析仪通过管线与所述产出系统的气体计量计相连接。0015采用本发明的试验系统，能够模拟最高油藏压力25MPA，模拟油藏最高温度200，保证样品和地层原油一致性，使得实验结果更真实可靠，真实模拟地层构造特征，使用带视窗二维填砂模型，可以直观观察到气体驱替前缘。

12、，具备产出气自动稀释功能，防止室内活油实验产出气达到爆炸极限造成爆炸的危险，具备产出系统样品在线监测功能，提高了实时化、自动化程度。0016为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。附图说明0017为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。0018图1为本发明顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统的结构框图；001。

13、9图2为本发明顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统的系统结构图；0020图3为本发明顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统中二维填砂模型的结构示意图。具体实施方式0021下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。0022本阀门实施例提供了一种顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统，该系统包括配样注入系统，模型系统，产出系统，PC监控系统及气相色谱分析仪；002。

14、3配样注入系统包括ISO高精度计量泵、死油活塞容器、天然气活塞容器及配样说明书CN102654046A3/6页5器，ISO高精度计量泵通过阀门分别与死油活塞容器和天然气活塞容器相连接，死油活塞容器和天然气活塞容器均通过阀门与配样器相连接，ISO高精度计量泵将死油活塞容器中的死油转入配样器，ISO高精度计量泵按照PVT测试汽油比将天然气活塞容器中的天然气转入配样器，通过所述配样器设定油藏温度和压力，在所述配样器中形成活油；0024模型系统包括ISO高精度计量泵、地层水活塞容器、空气活塞容器、六通阀、倾角标记仪及二维填砂模型，ISO高精度计量泵通过阀门分别与地层水活塞容器和空气活塞容器相连接，地层。

15、水活塞容器、空气活塞容器及二维填砂模型均与六通阀相连接，二维填砂模型设置于高压仓内的支座上，倾角标记仪的指针固定于所述二维填砂模型上，倾角标记仪的指示盘固定于支座上，模型系统的六通阀通过管线与所述配样注入系统的配样器连接；0025产出系统包括分离器、氦气瓶及气体计量计，分离器通过管线分别与氦气瓶和气体计量计相连接，分离器通过阀门及管线与所述模拟系统的二维填砂模型相连接；0026PC监控系统包括PC监测计算机及气体流量质量控制器，PC监测计算机通过数据线与气体流量质量控制器相连接，气体流量控制器通过管线与产出系统的氦气瓶相连接，PC监测计算机通过数据线与产出系统的气体计量计相连接；0027气相色。

16、谱分析仪通过管线与产出系统的气体计量计相连接。0028如图1所示，为本发明公开的实验装置的结构框图，本发明的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验装置包括配样注入系统101、模型系统102、PC监控系统103、产出系统104和分析系统105。0029本实施例中的配样注入系统101由ISCO高精度计量泵、死油活塞容器、天然气活塞容器、气体质量流量计、配样器、压力表及手动泵组成。其中，死油活塞容器通过阀门分别和ISCO高精度计量泵、配样器上端进口连接，天然气活塞容器和ISCO高精度计量泵相连接，并与气体质量流量计串联，气体质量流量计串联再通过阀门和配样器上端进口连接，手动泵和配样器下端进口连接，。

17、配样器出口经过管线和六通阀连接。压力表设置于手动泵和配样器之间的连接管线上。0030模型系统由ISCO高精度计量泵、阀门、地层水活塞容器、空气活塞容器、气体质量流量计、六通阀、二维填砂模型、倾角标记仪及背压阀组成。地层水活塞容器通过阀门分别和ISCO高精度计量泵和六通阀连接，空气活塞容器和ISCO高精度计量泵相连接，并通过气体质量流量计串联与六通阀连接，六通阀通过管线和高压仓内二维填砂模型上口连接，二维填砂模型下口配置阀门和背压阀，经管线和产出系统连接。其中，高压仓内的倾角标记仪由浮泡式水平仪、指针、刻度盘组成，指针和二维填砂模型固定在一起。0031PC监控系统由PC监测计算机、气体质量流量控。

18、制器组成。气体质量流量控制器通过数据线和PC监测计算机相连接。0032产出系统由分离器、气体计量计及管线组成。0033气体计量计通过数据线和PC监控系统的PC监测计算机连接；分离器、气体计量计通过管线连接。0034分析系统由气相色谱分析仪组成。0035气相色谱分析仪和产出系统的气体计量计通过管线连接，对产出系统生成的气体样品进行分析。0036如图2所示，为本发明一实施例公开的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟说明书CN102654046A4/6页6实验装置的示意图。0037配样注入系统由ISCO高精度计量泵1、阀门2、阀门3、死油活塞容器4、天然气活塞容器5、气体质量流量计7、阀门8、阀门9。

19、、配样器10、压力表11、手动泵12、阀门13组成。0038死油活塞容器4通过阀门2、阀门6分别和ISCO高精度计量泵1和配样器10上端进口连接，天然气活塞容器5和气体质量流量计7串联分别于ISCO高精度计量泵1和配样器10上端进口连接，手动泵12和配样器10下端进口连接，配样器10出口经过管线和六通阀18连接。根据按照油田PVT测试气油比，控制ISCO高精度计量泵1，把一定量天然气由天然气活塞容器5转入配样器10中，并把一定量的死油由死油活塞容器4转入配样器10中，设定配样器10的温度为油藏温度，压力为油藏压力，使得配样器10充分搅拌，使得天然气在死油中充分溶解形成活油油样，完成地层原油复配。

20、，从而实现实验系统采用活油油样，保证油样样品和底层原油的一致性，并且通过上述对配样器压力和温度的设定，使得本系统，能够模拟最高油藏压力25MPA，模拟油藏最高温度200。0039在实际应用中，配样系统和模型系统可以公用ISCO高精度计量泵，如图2的实施例所示。0040本实施例中模型系统由ISCO高精度计量泵1、阀门14、地层水活塞容器16、阀门15、空气活塞容器17、气体质量流量计18、六通阀19、高压仓24、二维填砂模型21、阀门25、压差表22、倾角标记仪23和背压阀26组成。0041地层水活塞容器16通过阀门14分别和ISCO高精度计量泵1和六通阀19连接，空气活塞容器17和气体质量流量。

21、计18串联分别于ISCO高精度计量泵1和六通阀19连接，六通阀19通过管线和高压仓24内二维填砂模型21入口连接，二维填砂模型21出口配置阀门25和背压阀26，经管线和产出系统连接。通过ISCO高精度计量泵1把地层水活塞容器16中的地层水转入二维填砂模型21饱和地层水，背压阀25调整为油藏压力，通过手动泵12把配样器10中复配地层活油驱替二维填砂模型21地层水造束缚水饱和度；通过ISCO高精度计量泵1利用空气活塞容器17中高压空气进行二维填砂模型21原油驱替。0042其中倾角标记仪23由浮泡式水平仪231、指针232、刻度盘233组成，指针232和二维填砂模型21固定在一起0043产出系统由带。

22、液体计量功能的分离器27、气体计量计28及管线组成。0044PC监控系统由PC监测计算机32、气体质量流量控制器31组成。0045气体计量计28通过数据线和PC监测系统32连接；气体质量流量控制器31通过数据线和PC监测系统32连接。0046带液体计量功能的分离器、气体计量计28通过管线连接。0047气相色谱分析仪29和采出系统气体计量计28通过管线连接。0048从模型系统产生的原油进入带计量功能的分离器27，由分离器27进行气油分离，分离器产出气体由气体计量计28计量，通过PC监测计算机32分析气量，控制气体质量流量控制器31控制稀释氦气流量，由氦气11稀释后进入气相色谱仪29进行组分分析，。

23、得到氧化速率及气体组分结果；带计量功能的分离器27计量油、水量，通过氦气瓶30进行产出气自动稀释，防止室内活油实验产出气达到爆炸极限。0049本发明公开的实验系统，具体应用时，操作如下0050关闭阀门6、阀门8、阀门24，打开阀门9，利用真空泵20对配样注入系统和模型系说明书CN102654046A5/6页7统抽真空01MPA。0051打开阀门2、阀门6和阀门9，通过ISCO高精度计量泵1把死油活塞容器4中一定量死油转入配样器10中，关闭阀门6；打开阀门3、阀门8，根据按照油田PVT测试气油比把一定量天然气由天然气活塞容器5转入配样器10中，关闭阀门8和阀门9，设定好配样器10的温度为油藏温度。

24、，压力为油藏压力，使得配样器10充分搅拌，使得天然气在死油中充分溶解形成活油油样，完成地层原油复配。0052通过ISCO高精度计量泵1把地层水活塞容器16中地层水进行二维填砂模型21管饱和地层水，背压阀25调整为油藏压力，通过手动泵12把配样器10中复配地层活油驱替二维填砂模型21地层水造束缚水饱和度；通过ISCO高精度计量泵1利用空气活塞容器17中高压空气进行二维填砂模型21原油驱替。产出原油进入带计量功能的分离器27，产出气体由气体计量计28计量，通过PC监控系统32分析气量，控制气体质量流量控制器31控制稀释氦气流量，由氦气11稀释后进入气相色谱仪29进行组分分析，得到氧化速率及气体组分。

25、结果；带计量功能的分离器27计量油、水量；定期取气样和油样分析，直到实验结束。0053本发明所述的顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验方法及装置由配样注入系统、模型系统、PC监控系统、产出系统和分析系统组成。0054通过真空泵对模型系统和配样系统抽真空，通过ISCO高精度计量泵把死油活塞容器中一定量死油转入配样器中，根据按照油田PVT测试气油比把一定量天然气活塞容器中的天然气转入配样器中，设定好油藏温度和压力，使得天然气在死油中充分溶解形成活油；通过ISCO高精度计量泵把地层水活塞容器中地层水进行二维填砂模型饱和地层水，背压阀调整为油藏压力，通过手动泵把配样器中复配地层活油驱替二维填砂模型。

26、地层水造束缚水饱和度；通过ISCO高精度计量泵利用空气活塞容器中高压空气进行二维填砂模型原油驱替。产出原油进入油气分离系统，产出气体由氦气11稀释后进入气相色谱进行组分分析，得到氧化速率及气体组分结果；分离原油进行计量得到驱油效率。0055详细实施方式如下0056配样注入系统由ISCO高精度计量泵1、阀门2、阀门3、死油活塞容器4、天然气活塞容器5、气体质量流量计7、阀门8、阀门9、配样器10、压力表11、手动泵12、阀门13组成。0057死油活塞容器4通过阀门2、阀门6分别和ISCO高精度计量泵1和配样器10上端进口连接，天然气活塞容器5和气体质量流量计7串联分别于ISCO高精度计量泵1和配。

27、样器10上端进口连接，手动泵12和配样器下端进口连接，配样器出口经过管线和六通阀18连接。0058模型系统由ISCO高精度计量泵1、阀门14、地层水活塞容器16、阀门15、空气活塞容器17、气体质量流量计18、六通阀19、底座24、二维填砂模型21、阀门25、滚动滑道22、支撑环23和背压阀26组成。0059地层水活塞容器16通过阀门14分别和ISCO高精度计量泵1和六通阀19连接，空气活塞容器17和气体质量流量计18串联分别于ISCO高精度计量泵1和六通阀19连接，六通阀19通过管线和高压仓24内二维填砂模型21入口连接，二维填砂模型21出口配置阀门25和背压阀26，经管线和产出系统连接，高。

28、压仓内设有摄像机（图中未视出）。说明书CN102654046A6/6页80060图3为本发明顶部注空气重力辅助驱采油二维物理模拟实验系统中二维填砂模型的结构示意图，由图3可知，二维填砂模型21由水平井预留井口211、垂直井预留井口212、轴承（可360转动）213、高压视窗214、加热装置（图中未示出）、保温装置（图中未示出）组成，二维填砂模型21和轴承213固定在一起，其中底座24底部安装有浮泡式水平仪（图中未示出）。0061PC监控系统由PC监测系统32、气体计量计28、气体质量流量控制器31组成。0062气体计量计28通过数据线和PC监测系统32连接；气体质量流量控制器31通过数据线和P。

29、C监测系统32连接。0063产出系统由带液体计量功能的分离器27、气体计量计28及管线组成。0064带液体计量功能的分离器、气体计量计28通过管线连接。0065分析系统由气相色谱分析仪29组成。0066气相色谱分析仪29和采出系统气体计量计28通过管线连接。0067根据产出井个数分别配备产出系统和分析系统一套。0068五点井网驱替，设置底座水平，调整倾角和地层倾角吻合。0069关闭阀门6、阀门8、阀门24，打开阀门9，利用真空泵20对配样注入系统和模型系统抽真空01MPA。0070打开阀门2、阀门6和阀门9，通过ISCO高精度计量泵1把死油活塞容器4中一定量死油转入配样器10中，关闭阀门6；打。

30、开阀门3、阀门8，根据按照油田PVT测试气油比把一定量天然气由天然气活塞容器5转入配样器10中，关闭阀门8和阀门9，设定好配样器10的温度为油藏温度，压力为油藏压力，使得配样器10充分搅拌，使得天然气在死油中充分溶解形成活油油样，完成地层原油复配。0071通过ISCO高精度计量泵1把地层水活塞容器16中地层水进行二维填砂模型21管饱和地层水，背压阀25调整为油藏压力，同时设置温度为油藏温度，通过手动泵12把配样器10中复配地层活油驱替二维填砂模型21地层水造束缚水饱和度；通过ISCO高精度计量泵1利用空气活塞容器17中高压空气进行二维填砂模型21原油驱替。产出原油进入带计量功能的分离器27，产。

31、出气体由气体计量计28计量，通过PC监控系统32分析气量，控制气体质量流量控制器31控制稀释氦气流量，由氦气11稀释后进入气相色谱仪29进行组分分析，得到氧化速率及气体组分结果；带计量功能的分离器27计量油、水量；定期取气样和油样分析，直到实验结束。0072本发明的技术方案与现有技术相比，存在一下优点00731）本发明的技术方案能够模拟最高油藏压力25MPA，模拟油藏最高温度200；2）采用活油，保证样品和地层原油一致性，实验结果更真实可靠；3）采用可调节倾角的二维填砂模型，真实模拟地层构造特征；4）使用带视窗二维填砂模型，可以直观观察到气体驱替前缘；5）具备产出气自动稀释功能，防止室内活油实验产出气达到爆炸极限造成爆炸的危险；6）具备产出系统样品在线监测功能，提高了实时化、自动化程度。0074本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。说明书CN102654046A1/3页9图1说明书附图CN102654046A2/3页10图2说明书附图CN102654046A103/3页11图3说明书附图CN102654046A11。