專利名稱：一種研究水平井壓裂完井方式下變質(zhì)量多相流動(dòng)規(guī)律的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種研究水平井采用壓裂方式完井后井筒產(chǎn)生的變質(zhì)量多相流動(dòng)與地層滲流耦合流動(dòng)規(guī)律的方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)行頁巖氣藏和致密砂巖氣藏開采時(shí)，采用水平井多級(jí)壓裂完井是主要的生產(chǎn)技術(shù)。在水平井筒中，沿主流方向，由于邊壁不斷有流體流入井筒，所以是水平的變質(zhì)量多相流。顯然，多級(jí)壓裂后各裂縫的導(dǎo)流能力及水平變質(zhì)量多相流的壓降變化規(guī)律相互耦合，會(huì)影響到水平井的產(chǎn)能。目前，國內(nèi)外石油行業(yè)內(nèi)前人借助于采用射孔或割縫襯管完井方式的變質(zhì)量多相流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置單獨(dú)研究變質(zhì)量多相流動(dòng)規(guī)律，尚未有人提出如何研究考慮壓裂完井時(shí)裂縫滲流與水平井變質(zhì)量多相流動(dòng)的耦合流動(dòng)規(guī)律。本發(fā)明借助于壓裂裂縫中滲流與水平井變質(zhì)量多相流動(dòng)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)裝置，測量邊壁注入流體體積流量及壓裂和主流管道中的流體流動(dòng)參數(shù)，研究變質(zhì)量多相流動(dòng)與地層滲流耦合流動(dòng)規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中無法研究水力壓裂后裂縫滲流與井筒中變質(zhì)量多相流動(dòng)之間耦合作用的問題，本發(fā)明借助于水平井多級(jí)壓裂變質(zhì)量多相流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置研究裂縫的導(dǎo)流能力和井筒內(nèi)變質(zhì)量多相流動(dòng)規(guī)律，為設(shè)計(jì)水平井壓裂完井方案提供依據(jù)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:在模擬井筒的實(shí)驗(yàn)段邊壁鉆孔以模擬水平井射孔完井方式，在實(shí)驗(yàn)段的外壁連接一段封閉的筒狀?yuàn)A持器，該夾持器為一端有外螺紋的中空容器，可以與壓帽相連接，并用螺紋配合壓緊充填的裂縫器，用于充填人造巖心裂縫模型。所述的巖心夾持器，可以采用圓柱狀，也可以采用其他形狀，且其與完井段實(shí)驗(yàn)管道的連接方式可以采用粘結(jié)、焊接、螺紋連接等不同形式；其材質(zhì)可選用各類金屬、也可選用塑料等非金屬材料。所述的人造巖心裂縫模型，可以采用圓柱狀或半圓柱狀等類型，并可根據(jù)需要，預(yù)制成裂縫網(wǎng)絡(luò)巖心模型，充填與管道外壁與夾持器內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間。人造巖心模型接觸面間充填有石英砂等支撐劑，以此來模擬地層中的水力壓裂裂縫。可以根據(jù)裂縫中充填的石英砂的數(shù)量，模擬不同導(dǎo)流能力的水力壓裂裂縫，也可以通過填充不同的人造巖心模型，模擬水平壓裂裂縫或垂直壓裂裂縫。所述的完井段實(shí)驗(yàn)管道(主實(shí)驗(yàn)管道)，可以在邊壁采用鉆圓形孔道，也可以采用矩形割縫和其他形狀的開口，管道外壁與夾持器內(nèi)壁所形成的環(huán)形空間相通。所述的主實(shí)驗(yàn)管道上，可以串聯(lián)或并聯(lián)多個(gè)安裝有巖心夾持器的完井段實(shí)驗(yàn)管道，以模擬多級(jí)壓裂或多分支井的流動(dòng)。

本發(fā)明所述的整體流程上的流量測量儀表，可采用浮子流量計(jì)等同類流量測量儀表；壓力和壓差測量儀表可采用壓力表、差壓表等同類壓力、壓差測量儀表；其測量到的信號(hào)可以用計(jì)算機(jī)采集，也可當(dāng)場讀取。本發(fā)明所述的整體流程上的供液泵和供氣泵，可以采用離心泵，也可采用其他的供給設(shè)備。流體可以采用空氣、水等不同的流體介質(zhì)。本發(fā)明的有益效果是:在模擬井筒實(shí)驗(yàn)段外部安裝充填有預(yù)制人造巖心模型，該模型可模擬任意結(jié)構(gòu)的裂縫網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明可以根據(jù)需要模擬任意走向、任意導(dǎo)流能力的裂縫和任意數(shù)量的裂縫，便于研究油藏與井筒耦合的水平井筒變質(zhì)量多相流動(dòng)規(guī)律。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的整體流程示意圖。圖2是完井實(shí)驗(yàn)段安裝示意圖。圖3是圖2中完井實(shí)驗(yàn)段剖面圖。圖4是圖2中人造巖心模型圖。圖1中I是供液離心泵，2是供氣離心泵，3是液體主流流量計(jì)，4是氣體主流流量計(jì)，5是氣體主流壓力計(jì)，6是主流供液閥，7主流供氣閥，8是主實(shí)驗(yàn)管道，9是實(shí)驗(yàn)段壓力計(jì)，10和12都是完井實(shí)驗(yàn)段的一部分，其中10為壓帽、12為夾持器，11是實(shí)驗(yàn)段壓差計(jì)，13是邊部供液閥，14是回流閥，15是邊部供液管道，16是邊壁進(jìn)液流量計(jì)，17是放空閥，18是氣液分離罐，19是供液閥，20是供液管道。圖2中21是 邊部進(jìn)液嘴，22是邊部出液嘴。圖3中23是密封橡膠墊圈，24 (或25)是人造巖心模型，26是完井實(shí)驗(yàn)管段管道進(jìn)液口。圖4中24是垂直裂縫人造巖心模型。圖5中25是水平裂縫人造巖心模型。如圖1，從供液離心泵(I)和供氣離心泵(2)中出來的液體和氣體經(jīng)過液體主流流量計(jì)(3)和氣體主流流量計(jì)(4)及氣體主流壓力計(jì)(5)的計(jì)量后，通過主流供液閥(6)和主流供氣閥(7)混合后進(jìn)入主實(shí)驗(yàn)管道(8)。氣液混合物經(jīng)過實(shí)驗(yàn)段壓力計(jì)(9)的計(jì)量流入完井實(shí)驗(yàn)段(10)和(12)。同時(shí)，液體經(jīng)過邊部供液管道(15)經(jīng)邊壁進(jìn)液流量計(jì)(16)的計(jì)量后，通過邊部供液閥(13 )部分流體流入完井實(shí)驗(yàn)段(10 )和(12 )。實(shí)驗(yàn)段壓差計(jì)(11)用于測量完井實(shí)驗(yàn)段(10)和(12)兩端的壓差。測量完畢的混合流體經(jīng)過回流閥(14)，流入氣液分離罐(18)，經(jīng)過分離后的氣體直接放空，液體經(jīng)過供液閥(19)和供液管道(20)流回供液離心泵(I )，完成閉式循環(huán)。如圖2，夾持器(12)為一段封閉的金屬厚壁圓筒可通過焊接、粘合或螺紋連接等方式固定在完井實(shí)驗(yàn)管段(8)上，夾持器邊壁開有孔眼，通過進(jìn)液嘴(21)與邊部供液管道
(15)相連接。夾持器另外一端用中間開孔的壓帽(10)封閉。在壓帽和夾持器組成的封閉空間內(nèi)，可以充填兩塊中空?qǐng)A柱型的垂直裂縫人造巖心模型(24)，也可以充填半圓柱型的水平裂縫人造巖心模型(25 )。如圖3，夾持器(12)為一段封閉的金屬厚壁圓筒可通過焊接、粘合或螺紋連接等方式固定在完井實(shí)驗(yàn)管段(8)上，人造巖心模型(24)或(25)充填于夾持器與完井實(shí)驗(yàn)管段之間的環(huán)形空間內(nèi)。兩塊人造巖心模型之間充填有石英砂，且人造巖心模型之間的縫隙對(duì)準(zhǔn)邊壁進(jìn)液嘴(21)，且與完井實(shí)驗(yàn)管段管道進(jìn)液口(26)相連通。壓帽(10)與夾持器(12)之間以螺紋相連，并充填有密封橡膠墊圈(23)，在人造巖心模型與夾持器底部之間，也有密封橡膠墊圈(23)。當(dāng)壓帽(10)與夾持器(12)之間通過螺紋上緊后，擠壓橡膠墊圈，實(shí)現(xiàn)密封的目的。
具體實(shí)施例方式I根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇合適的夾持器(12)，在夾持器中墊入密封橡膠墊圈(23)，把人造巖心模型放入夾持器中，使人造巖心模型(24)(或25)的裂縫與主實(shí)驗(yàn)管道(8)的割縫對(duì)準(zhǔn)，在壓帽(10)中墊入密封橡膠墊圈(23)，然后把壓帽和夾持器擰緊；2打開閥門(6)、( 13)，開供液離心泵，控制閥門(6)、( 13)的大小來控制管道(8)、
(15)中的液相流量，開供氣離心泵，打開閥門(7)并控制氣相流量，使氣液兩相的流量都達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，主實(shí)驗(yàn)管道為氣液兩相混合流體；3氣液混合物經(jīng)過實(shí)驗(yàn)段壓力計(jì)(9)的計(jì)量流入完井實(shí)驗(yàn)段(10)和(12)。同時(shí)，液體經(jīng)過邊部供液管道( 15)經(jīng)邊壁進(jìn)液流量計(jì)(16)的計(jì)量后，通過邊部供液閥(13)部分流體流入完井實(shí)驗(yàn)段(10)和(12)，混合流體經(jīng)過回流閥(14)，流入氣液分離罐(18);4經(jīng)過分離后的氣體直接放空，液體經(jīng)過供液閥(19)和供液管道(20)流回供液離心泵(1)，完成閉式循環(huán)；5待實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定后，通過試驗(yàn)段壓差計(jì)(11)測量完井段(10)和(12)兩端的壓差；6通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究水平井壓裂完井方式下變質(zhì)量多相流動(dòng)規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種借助于水平井壓裂完井變質(zhì)量多相流動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，通過在開孔的實(shí)驗(yàn)管段外壁連接巖心夾持器，并以壓帽和橡膠墊圈密封充填于巖心夾持器中的人造巖心裂縫模型的形式，通過改變支撐劑充填量的方法模擬不同導(dǎo)流能力的壓裂完井水平井完井段，用于研究壓裂裂縫中滲流與水平變質(zhì)量多相管流之間耦合關(guān)系。
2.水平裂縫導(dǎo)流能力模擬實(shí)驗(yàn)方法特征在于在管壁連接有中空的巖心夾持器等容器，用于充填人造巖心裂縫模型。
全文摘要
一種能夠有效模擬壓裂后裂縫導(dǎo)流與水平井井筒中多相流動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置。它是由流體供給設(shè)備、主流管道和邊壁注入管道、完井段實(shí)驗(yàn)管道、巖心夾持器和人造巖心裂縫模型及相關(guān)測量儀表、流體處理管匯與設(shè)備等組成，能夠模擬射孔、割縫襯管等不同完井方式下，水平裂縫、垂直裂縫、裂縫網(wǎng)絡(luò)及多級(jí)壓裂后水平井井筒裂縫、井筒多相流耦合流動(dòng)。
文檔編號(hào)E21B49/00GK103256047SQ20131018664
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者何巖峰, 盧強(qiáng), 白紅艷, 段要輝, 蘇帥杰, 徐偉 申請(qǐng)人:常州大學(xué)