耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置及方法。

背景技术

随着我国多年来对常规油藏的开发，可开采的常规原油储量逐年减少，稠油油藏储量所占比例逐渐上升，我国稠油油藏储量丰富，针对稠油油藏目前主要的开采方式为蒸汽吞吐和蒸汽驱。在蒸汽吞吐的开采方式中，开发效果会随着吞吐轮次的增加而逐渐变差，呈现出单井产量降低，含水率升高，吞吐效率低等特点。此时需要将蒸汽吞吐转为蒸汽驱方式进行开发。但是，单纯的蒸汽驱存在波及系数低、易气窜、热能利用率低等缺点。因此，往往在蒸汽驱的过程中搭配降粘剂、CO

油气田开发物理模拟实验中，填砂可视化实验具有独特的优势，其对与注入流体的流动轨迹、波及范围、温度场分布、原油微观流动方式具有直观的反映。但在以往的模拟稠油热采实验中，多采用二维平板可视化模型，如CN112240925A公开了一种二维填砂模型的制造方法，所述方法包括以下步骤：(1)对预定目数配比的砂粒进行实验，得到渗透率与上覆压力的关系；(2)根据密度相等的原则，计算二维填砂模型填砂空间所需的砂粒质量；(3)根据所需二维填砂模型的渗透率，根据渗透率与上覆压力的关系得到二维填砂模型对应的上覆压力值；(4)填充砂粒，施加上覆压力至与步骤(3)中上覆压力值相等，得到所需的二维填砂模型。CN213331047U公开了一种基于可视化填砂模型的两相驱替实验装置，包括气体注入系统、液体注入系统、可视化填砂模型、气体计量系统、液体计量系统；所述气体注入系统和所述液体注入系统并联设置且通过三通一与所述可视化填砂模型的流体进口端相连，所述气体计量系统和所述液体计量系统并联设置且通过三通二与所述可视化填砂模型的流体出口端相连；所述气体注入系统包括依次相连的氮气瓶、氮气控制阀、阀门一，所述氮气控制阀与所述阀门一之间依次设有压力表一和气体流量计一，所述阀门一与所述三通一的一个进口相连。

然而很难模拟实际生产过程中的真实三维状态，无法考虑重力影响下的流体纵向分布特征，另外由于二维平板模型保温效果差，钢铁支架传热系数较高，且注入端的蒸汽直接与钢铁支架接触，注入的蒸汽通过支架与外界进行热力交换，冷凝形成热水，使蒸汽驱效果变差。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明提供了一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟方法，主要采用三维填砂模型，模拟在稠油开发过程中采用不同驱替方式驱替后，通过CT扫描技术对模型进行扫描建模，对最终采收率以及剩余油分布状态的直观观察。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置，所述装置包括驱替机构，加热保温装置，三维填砂模型机构，流体采集机构，；驱替机构包括驱动泵、储水容器、第一容器、第二容器、CO

三维填砂模型机构包括立方体容器、盖板、注入管道和生产管道；盖板盖于立方体容器上方；盖板上设有孔眼，注入管道通过孔眼伸入到立方体容器底部；注入管道上部与混合搅拌器连接，两者连接的管路上设置压力表；在立方体容器底部另一侧设置有孔眼，生产管道由此伸入到立方体容器上部；立方体容器内部设置有油砂层，油砂层上方为陶泥层；

三维填砂模型机构放置在加热保温装置内；

流体采集机构包括回压阀、手摇泵、液体计量装置和压力表；回压阀上端与生产管道连接，下端与液体计量装置连接；回压阀一侧与手摇泵连接，在两者连接的管路上设置压力表。

进一步地，蒸汽发生器与混合搅拌器连接的管路上，混合搅拌器与注入管道连接的管路上均设置有伴热带。

进一步地，盖板与立体容器通过螺栓固定，连接处设有一层玻璃胶用于密封。

进一步地，注入管道、生产管道的表面均有孔隙，且均缠绕有压缩弹簧。

采用注入管道、生产管道模拟注入井和生产井，其表面孔隙模拟实际生产中的射孔过程；表面缠绕压缩弹簧用于防止砂子进入管道内造成管道堵塞。

进一步地，所述盖板、立方体容器材质为耐高温钢化玻璃；生产管道、注入管道材质为不锈钢。

本发明第二方面，提供一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟方法，采用以上第一方面所述耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置进行模拟，具体包括以下步骤：

依据模拟油藏地层参数，确定油砂层厚度和孔隙度，制作填砂模型；待模型固结后，测试三维填砂模型机构的密封性，通过注入管道口注入试验气体，静置静置24小时以上，观察压力变化，若压力变化小于0.1MPa，则三维填砂模型机构密封性好；

待加热保温装置内的温度升至试验所需温度后，将三维填砂模型机构放入，在恒温条件下进行老化，待老化结束后取出，进行CT扫描获得油藏原始图像；

将三维填砂模型机构与其它装置连接，进行驱替试验。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

本发明提供的实验装置可用于在室内条件下模拟三维稠油油藏在蒸汽，降粘剂，二氧化碳单剂或多剂复合等不同驱替剂作用下的波及系数和剩余油形态、分布特征。本发明中的加热保温机构能够减少蒸汽注入过程中的热散失，保持试验系统温度，减少水蒸气冷凝，提高模拟实际蒸汽驱的效果。本发明中的三维填砂模型相较二维平板模型能够考虑重力效应，及垂直方向渗流，更加真实的模拟油田实际生产状态。

本发明提供的方法通过CT扫描成像，能够对比驱替前后三维填砂模型的微观变化。

附图说明

图1为实施例1提供的实验装置系统示意图；

图2为实施例1中的三维填砂模型机构C的结构示意图；

图3为实施例1中的三维填砂模型机构C的平面示意图。

主要附图标号：

A驱替机构，1储水容器，2驱动泵，3第一容器，4第二容器，5CO

B加热保温装置，10伴热带，11恒温箱，12支架。

C三维填砂模型机构，18盖板，19注入管道，20耐高温玻璃胶，21螺栓，22陶泥层，23压缩弹簧，24立方体容器，25生产管道，26油砂层，28盖板螺栓孔，29孔眼，30立方体容器螺栓孔，31孔眼。

D流体采集机构，14手摇泵，15回压阀，16量筒，17压力表。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”、“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作以及它们的组合。

为解决以上所述问题，本发明第一方面，提供一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置，所述装置包括驱替机构，加热保温装置，三维填砂模型机构，流体采集机构；

驱替机构包括驱动泵、储水容器、第一容器、第二容器、CO

三维填砂模型机构包括立方体容器、盖板、注入管道和生产管道；盖板盖于立方体容器上方；盖板上设有孔眼，注入管道通过孔眼伸入到立方体容器底部；注入管道上部与混合搅拌器连接，两者连接的管路上设置压力表；在立方体容器底部另一侧设置有孔眼，生产管道由此伸入到立方体容器上部；立方体容器内部设置有油砂层，油砂层上方为陶泥层；

三维填砂模型机构放置在加热保温装置内；

流体采集机构包括回压阀、手摇泵、液体计量装置和压力表；回压阀上端与生产管道连接，下端与液体计量装置连接；回压阀一侧与手摇泵连接，在两者连接的管路上设置压力表。

作为本发明一优选实施方式，蒸汽发生器与混合搅拌器连接的管路上，混合搅拌器与注入管道连接的管路上均设置有伴热带。

作为本发明一优选实施方式，盖板与立体容器通过螺栓固定，连接处设有一层玻璃胶用于密封。

作为本发明一优选实施方式，注入管道、生产管道的表面均有孔隙，且均缠绕有压缩弹簧。

作为本发明一优选实施方式，注入管道、生产管道出口端均设有一层螺纹。

作为本发明一优选实施方式，所述盖板、立方体容器材质为耐高温钢化玻璃；生产管道、注入管道材质为不锈钢。

作为本发明一优选实施方式，所述加热保温装置内设有支架，用于固定三维填砂模型机构。

本发明第二方面，提供一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟方法，采用第一方面所述耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置进行模拟，具体包括以下步骤：

依据模拟油藏地层参数，确定油砂层厚度和孔隙度，制作填砂模型；待模型固结后，测试三维填砂模型机构的密封性，通过注入管道口注入试验气体，静置静置24小时以上，观察压力变化，若压力变化小于0.1MPa，则三维填砂模型机构密封性好；

待加热保温装置内的温度升至试验所需温度后，将三维填砂模型机构放入，在恒温条件下进行老化，待老化结束后取出，进行CT扫描获得油藏原始图像；

将三维填砂模型机构与其它装置连接，进行驱替试验。

作为本发明一优选实施方式，所述驱替试验包括：

纯水驱替：打开驱动泵，将储水容器内的水注入到第二容器内进行驱替，水通过管线进入混合搅拌器后，沿注入管道注入三维填砂模型机构；

单蒸汽驱替：打开蒸汽发生器进行预热，加热伴热带，等蒸汽发生器温度提高到100℃以上时，打开驱动泵向蒸汽发生器注水进行蒸汽驱替，水蒸气通过伴热带加热的管线进入混合搅拌器后通过注入管道注入三维填砂模型机构；

CO

降粘剂复合蒸汽驱：打开蒸汽发生器进行预热，加热伴热带，等蒸汽发生器温度提高到100℃以上时，打开驱动泵向蒸汽发生器注水进行蒸汽驱替；同时打开装有降粘剂溶液的第一容器的阀门，降粘剂溶液复合水蒸气通过混合搅拌器经注入管道注入三维填砂模型机构；

CO

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，所述耐高温三维CT可视化稠油热采模拟装置，所述装置包括驱替机构A，加热保温装置B，三维填砂模型机构C，流体采集机构D；

驱替机构A包括驱动泵2、储水容器1、第一容器3、第二容器4、CO

三维填砂模型机构C包括立方体容器24、盖板18、注入管道19和生产管道25；盖板18盖于立方体容器24上方；盖板18上设有孔眼29，注入管道19通过孔眼19伸入到立方体容器24底部；注入管道19上部与混合搅拌器8连接，两者连接的管路上设置压力表9；在立方体容器24底部另一侧设置有孔眼31，生产管道25由此伸入到立方体容器24上部；立方体容器24内部设置有油砂层26，油砂层26上方为陶泥层22。

盖板18与立体容器24通过螺栓21固定，连接处设有一层玻璃胶20用于密封。注入管道19、生产管道25的表面均有孔隙，且均缠绕有压缩弹簧23。注入管道19、生产管道25出口端均设有一层螺纹。

所述盖板18、立方体容器24材质为耐高温钢化玻璃；生产管道25、注入管道19材质为不锈钢。

三维填砂模型机构C放置在加热保温装置B内，所述加热保温装置B为恒温箱11，恒温箱11内部设置有支架12用于固定三维填砂模型机构C。

流体采集机构D包括回压阀15、手摇泵14、量筒16和压力表17；回压阀15上端与生产管道25连接，下端与量筒16连接；回压阀15一侧与手摇泵14连接，在两者连接的管路上设置压力表17。

驱替完成后的三维填砂模型机构C可放入CT图像采集装置中进行图像采集，根据生成的三维图像还原驱替后的流体分布和剩余油形态，从而计算波及系数等信息。

实施例2

一种耐高温三维CT可视化稠油热采模拟方法，采用实施例1所述装置进行模拟，具体包括以下步骤：

依据模拟油藏地层参数，确定油砂层26厚度和孔隙度，制作填砂模型；待模型固结后，测试三维填砂模型机构C的密封性，通过注入管道19口注入氮气，静置静置24小时以上，观察压力变化，若压力变化小于0.1MPa，则三维填砂模型机构C密封性好。

待加热保温装置B内的温度升至试验所需温度后，将三维填砂模型机构C放入，在恒温条件下进行老化，待老化结束后取出，进行CT扫描获得油藏原始图像；

将三维填砂模型机构C按图1所示与其它装置连接，进行驱替试验：

打开恒温箱11设置温度为恒温50℃(可根据具体工区温度设定)。

纯水驱：记录饱和油体积V1，打开驱动泵2，将储水容器1内的水注入到第二容器4内进行驱替，优选的驱替速度为10mL/min，水温为室内温度25℃，此时水通过管线进入混合搅拌器8后，沿注入管道19注入三维填砂模型机构C。驱替5个PV后关停驱替机构A，记录采出油体积V2，将驱替后的三维填砂模型机构C放入CT扫描仪，获得驱替后的剩余油分布图像，记录实验图像及压力、含水率等实验数据。

单蒸汽驱替：在上步实验完成后，更换新三维填砂模型机构C，再次进行模型老化及CT扫描过程，记录饱和油体积V1，老化完成后，打开蒸汽发生器6进行预热，加热伴热带10，等蒸汽发生器6温度提高到100℃以上时，打开驱动泵2向蒸汽发生器6注水进行蒸汽驱替，优选的驱替速度为10mL/min，水蒸气通过伴热带10加热的管线进入混合搅拌器8后通过注入管道19注入三维填砂模型机构C。驱替5个PV后关停驱替机构A，记录采出油体积V2，将驱替后的三维填砂模型机构C放入CT扫描仪，获得驱替后的剩余油分布图像，记录实验图像及压力、含水率等实验数据。

CO

降粘剂复合蒸汽驱：在上步实验完成后，更换新三维填砂模型机构C，再次进行模型老化及CT扫描过程，记录饱和油体积V1，老化完成后，打开蒸汽发生器6进行预热，加热伴热带10，等蒸汽发生器6温度提高到100℃以上时，打开驱动泵2向蒸汽发生器6注水，优选的，蒸汽驱替速度为5mL/min，同时打开装有降粘剂溶液的第一容器3的阀门，优选降粘剂溶液流速为5mL/min，此时降粘剂溶液复合水蒸气通过混合搅拌器8经注入管道19注入三维填砂模型机构C。驱替5个PV后关停驱替机构A，记录采出油体积V2，将驱替后的三维填砂模型机构C放入CT扫描仪，获得驱替后的剩余油分布图像，记录实验图像及压力、含水率等实验数据。

CO

分别处理对比各个单项实验的三维扫描图像，计算各项实验的最终采收率

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。