專利名稱：地層測試器仿真裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種地層測試器仿真裝置，特別是指一種在石油、天然氣鉆井過程中用于模擬地層測試器工作過程的實驗裝置，屬于石油天然氣開采技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
在鉆井過程中，當鉆至目的層時，需要及時進行地層測試，測取地層壓力、滲透率等參數(shù)，抽取地層流體樣品，確定地層流體的參數(shù)，從而對儲層進行產(chǎn)能評價，確定開采方案，避免漏測產(chǎn)油層。
對于地層壓力的測試和地層流體的取樣，合理的工作制度至關重要。在地層滲透率較低的情況下，泵抽速度如果太大，則地層壓力降到地層流體的泡點壓力之下，壓力數(shù)據(jù)不能反映實際的地層參數(shù)，使得測試失敗。同樣，當?shù)貙恿黧w粘度較大時，泵抽速度也應該足夠小，才能得到較理想的壓力隨時間變化曲線。反之，當?shù)貙訚B透率較高、地層原油粘度較小時，則要求泵抽速度足夠大，否則，地層壓力降落值太小，不能得到理想的、可以用來解釋儲層滲透率的壓力降落和壓力恢復曲線。
目前，在石油、天然氣鉆井過程中的地層測試主要采用重復式電纜地層測試器。但是，預測試室容積小、泵抽速度不能調(diào)節(jié)并且只有一個探針，存在著壓力測試和取樣質(zhì)量差、對不同地層和流體條件適應能力差和垂直滲透率精度低的缺點。
由于重復式電纜地層測試器結(jié)構(gòu)和功能限制，其工作制度比較單一。而對于泵抽式地層測試器，其一個主要的優(yōu)點就是工作制度可以根據(jù)地層和流體條件來調(diào)節(jié)。其工作制度設計可以采用數(shù)學物理方法設計測試工作制度，計算和優(yōu)選測試流量和時間。但是數(shù)學模型往往存在很多的假設條件，和地層測試的實際條件不符，計算結(jié)果也不能直接用于地層測試的工作制度的設計。因此，需要采用物理仿真實驗來修正數(shù)學模型，指導地層測試工作制度的設計。
但目前還沒有用來修正數(shù)學模型的三維物理仿真實驗裝置。只有一維的物理仿真實驗裝置，由于該裝置是一維的，所以不能真正地模擬地層測試過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種地層測試器仿真裝置，可以直接實現(xiàn)三維物理仿真模擬實驗，測試壓力數(shù)據(jù)精度高，實驗數(shù)據(jù)誤差小，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和分析后可以用來定量地指導實際地層測試的工作制度設計。
本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的一種地層測試器仿真裝置，包括恒壓單元、帶有實心半球體巖心和內(nèi)腔的巖心模型、流體抽吸單元、數(shù)據(jù)采集單元和處理單元，其中，恒壓單元通過管道與巖心模型的內(nèi)腔相通，使巖心模型在抽吸過程中保持恒定壓力；流體抽吸單元通過管道與巖心模型的實心半球體巖心相通，通過管道從巖心模型的內(nèi)腔抽吸流體，模擬地層測試過程；數(shù)據(jù)采集單元包括流體抽吸壓力傳感器和恒壓單元壓力傳感器，所述的流體抽吸壓力傳感器設置在連接流體抽吸單元和巖心模型的管道上，信號輸出端與處理單元連接，用于記錄實驗過程中流體抽吸單元探頭的壓力數(shù)據(jù)，并且將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧M行數(shù)據(jù)處理；所述的恒壓單元壓力傳感器設置在連接恒壓單元和巖心模型內(nèi)腔的管道中，信號輸出端與處理單元連接，用于記錄實驗過程中巖心的壓力數(shù)據(jù)，并且將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧?，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。
上述的數(shù)據(jù)采集單元測量壓力和壓力分別隨時間變化數(shù)據(jù)、流量隨時間變化數(shù)據(jù)及流速隨時間變化數(shù)據(jù)；上述的處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)，驗證和建立地層測試器三維有限元數(shù)值仿真模型，利用該模型修正與建立不同巖性、不同儲層特征測試工作制度模型的建立與解釋模型。
上述的流體抽吸單元包括一精密數(shù)控的活塞泵和一轉(zhuǎn)樣筒，該活塞泵通過管道分別與巖心模型內(nèi)的實心半球體巖心和轉(zhuǎn)樣筒連接，并在管道上設有開關閥，該開關閥使活塞泵或者與實心半球體巖心相通，或者與轉(zhuǎn)樣筒相通；并在與巖心模型連接的管道上設有壓力傳感器；所述的活塞泵通過調(diào)節(jié)其控制盤上的數(shù)字化流量調(diào)節(jié)的小撥桿確定抽吸流量，通過開關按鈕開始或停止抽吸動作。
上述的恒壓單元包括數(shù)字控制精密恒壓源和活塞容器；其中，該數(shù)字控制精密恒壓源的輸出口通過管道與活塞容器的輸入口連接，活塞容器的輸出口通過管道與巖心模型的內(nèi)腔連接。
上述的處理單元包括信號轉(zhuǎn)換電路、處理器和顯示器，其中，信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端與數(shù)據(jù)采集單元的輸出端連接，將接收的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸給處理器，處理器對接收的數(shù)據(jù)進行處理后輸出到顯示器中。
為了真實的模擬地球內(nèi)部的滲透性，并方便實驗的進行，其巖心模型包括殼體及殼體內(nèi)具有滲透能力的實心半球體巖心和開口的半球形濾網(wǎng)，所述的半球形濾網(wǎng)包覆在實心半球體巖心的球冠部分，半球形濾網(wǎng)的開口邊緣固定在殼體上，將實心半球體巖心固定在殼體上，半球形濾網(wǎng)的球冠外表面與殼體的空間形成內(nèi)腔，在殼體上開設有與內(nèi)腔相通的孔，在殼體上固定有實心半球體巖心的部位開設有可與實心半球體巖心相通的孔。
其中，巖心模型的殼體可以多種形狀，如圓柱形或立方形；當所述的殼體為圓柱形，殼體上固定有實心半球體巖心的部位為圓柱形殼體的一個端面，在其上開設的孔位于端面的中心，殼體上與內(nèi)腔相通的孔開設在圓柱形殼體的另一個端面的中心。所述的半球形濾網(wǎng)的開口邊緣設有一周凸沿，該凸沿的外徑等于圓柱形殼體的內(nèi)徑，并固定在圓柱形殼體的一個端面上。
當所述的殼體為上、下底面為正方形的立方體時，固定有實心半球體巖心的部位為立方體的一個底面，在其上開設的位于該底面的中心；與內(nèi)腔相通的孔開設在立方體殼體的另一個底面的中心。
綜上所述，本發(fā)明所述的地層測試器仿真裝置可以進行地層測試全過程的三維物理仿真模擬，該裝置采用半球形恒壓巖心模型，可以直接實現(xiàn)三維物理仿真模擬實驗，該裝置采用高精度的石英壓力計、可變流量控制精密抽吸泵、精密數(shù)控恒壓源等高精度的零部件，測試壓力數(shù)據(jù)精度高，實驗數(shù)據(jù)誤差小，實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和分析后可以用來定量地指導實際地層測試的工作制度設計。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一實施例中的巖心模型結(jié)構(gòu)正面示意圖；圖4為圖3中所示的巖心模型側(cè)面示意圖；圖5為本發(fā)明另一實施例中的巖心模型結(jié)構(gòu)的側(cè)面示意圖。
具體實施例方式
以下通過附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明包括恒壓單元1、帶有實心半球體巖心和內(nèi)腔的巖心模型2、流體抽吸單元3、數(shù)據(jù)采集單元4和處理單元5，其中，恒壓單元1與巖心模型2內(nèi)部的實心半球體巖心相通，流體抽吸單元3通過管道與巖心模型2的內(nèi)腔相通，數(shù)據(jù)采集單元4包括流體抽吸壓力傳感器41和恒壓單元壓力傳感器42，所述的流體抽吸壓力傳感器41設置在連接流體抽吸單元4和巖心模型2的管道上，信號輸出端與處理單元5連接，用于記錄實驗過程中流體抽吸單元抽吸的壓力數(shù)據(jù)，并且將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧?，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理；所述的恒壓單元壓力傳感器42設置在連接恒壓單元1和巖心模型2內(nèi)腔的管道中，信號輸出端與處理單元5連接，用于記錄實驗過程中巖心的壓力數(shù)據(jù)，并且將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧?，進行數(shù)據(jù)的處理、顯示和存儲。
現(xiàn)以具體的實施例對本發(fā)明進行詳細的說明一種地層測試器仿真裝置，包括恒壓單元1、帶有實心半球體巖心和內(nèi)腔的巖心模型2、流體抽吸單元3、數(shù)據(jù)采集單元4和處理單元5，為了保證巖心模型2中的壓力在測試過程中的穩(wěn)定，恒壓單元1包括數(shù)字控制精密恒壓源11和活塞容器12，該數(shù)字控制精密恒壓源11采用YBPD16型恒壓式變量葉片泵，其輸出口通過管道與活塞容器12的輸入口連接，活塞容器12的輸出口通過管道與巖心模型2的內(nèi)腔連接。該YBPD16型恒壓式變量葉片泵自身配有恒壓控制裝置，控制精度高，可保證巖心模型2中的壓力在測試過程中的恒定，使測試的環(huán)境真實的貼進地球自身的環(huán)境，保證測試數(shù)據(jù)的準確性。
流體抽吸單元3包括一精密數(shù)控的活塞泵31和一轉(zhuǎn)樣筒32，該活塞泵31通過管道分別與巖心模型2內(nèi)的實心半球體巖心23和轉(zhuǎn)樣筒32連接，并在管道上設有開關閥33、34，當打開開關閥33，關閉開關閥34時，活塞泵31與實心半球體巖心23相通，當關閉開關閥33，打開開關閥34時，活塞泵31與轉(zhuǎn)樣筒32相通；并且，在活塞泵31與巖心模型2連接的管道上設有壓力傳感器41。在本實施例中，所述的活塞泵采用美國生產(chǎn)的JEFRI型柱塞泵，其本身帶有控制裝置，可以通過調(diào)節(jié)柱塞泵的控制盤上的數(shù)字化的流量檔位手柄，控制抽吸泵的流量。
為了模擬地層，巖心模型2的結(jié)構(gòu)正面示意圖如圖3所示，所述的巖心模型2包括殼體21及殼體內(nèi)具有滲透能力的實心半球體巖心23和開口的半球形濾網(wǎng)22，所述的半球形濾網(wǎng)22包覆在實心半球體巖心23的球冠部分，半球形濾網(wǎng)22的開口邊緣固定在殼體21上，將實心半球體巖心23固定在殼體21上，半球形濾網(wǎng)22的球冠外表面與殼體21的空間形成內(nèi)腔24，在殼體21上開設有與內(nèi)腔24相通的孔212，在殼體21上固定有實心半球體巖心23的部位開設有可與實心半球體巖心23相通的孔211。
為了增加實心半球體巖心23與殼體21的連接牢固性，避免內(nèi)腔24中的流體泄漏沿著半球形巖心圓形切面與殼體端面之間的縫隙泄漏到與抽吸單元相連的殼體端面中心孔211，在半球形濾網(wǎng)22的開口邊緣設有一周凸出的邊沿221，該邊沿221固接在殼體21，將實心半球體巖心23牢牢的固定在殼體21上，并且避免了流體的泄漏。
在本實施例中，所述的殼體21為圓柱形，其中，殼體21中固定有實心半球體巖心23的部位為圓柱的一個端面，孔211設在該端面的中心，孔212設在另一個端面的中心。
對照圖3，該巖心模型2的側(cè)面示意圖如圖4所示。
為了測試不同的地層滲透率、地層流體粘度、抽吸流量和時間情況下的壓力降落曲線的最低壓力，將實心半球體巖心23設置成為具有液體滲透力的半球體，由于其沒有固定裝置使其與外殼固定，所以在其球冠部分覆蓋一濾網(wǎng)22，通過將該濾網(wǎng)22將實心半球體巖心23固定在殼體上。
接在精密數(shù)控的活塞泵31上的管道的另一端通過孔211與實心半球體巖心23連接，接在活塞容器12出口的管道的另一端通過孔212與巖心模型2的內(nèi)腔連接。
在測試開始前，將巖心放入半球形濾網(wǎng)中，將濾網(wǎng)外沿黏結(jié)在圓柱形的一個端面。從而固定巖心；打開開關閥33，關閉開關閥34時，使活塞泵31與實心半球體巖心23相通，啟動恒壓式變量葉片泵11，使其推動活塞容器12，向巖心模型2的內(nèi)腔24和巖心注入地層流體，使巖心飽和，并達到恒定壓力9Mpa。在抽吸過程中，由于抽吸造成壓力降落，壓力降落從巖心一端波及到另一端，即巖心的球面端，此時內(nèi)腔的流體向巖心內(nèi)流動，補充地層流體。恒壓式變量葉片泵11通過活塞容器12向內(nèi)腔補充流體，并保持內(nèi)腔壓力恒定。當活塞泵31內(nèi)的流體較多時，打開開關閥34，關閉開關閥33時，使活塞泵31與轉(zhuǎn)樣筒34相通，將活塞泵31內(nèi)的流體引入轉(zhuǎn)樣筒34內(nèi)。
在保證了模擬的環(huán)境和流體的抽取的精確度的同時，在本實施例中，采用了精密的數(shù)據(jù)采集單元，設置在連接流體抽吸單元4和巖心模型2的管道上的傳感器采用石英壓力計，設置在連接恒壓單元1和巖心模型2內(nèi)腔的管道中傳感器采用應變壓力計，處理單元采用包括一信號轉(zhuǎn)換電路和計算機，石英壓力計和應變壓力計的信號輸出端與信號轉(zhuǎn)換電路連接，信號轉(zhuǎn)換電路將壓力計的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送到計算機中，計算機進行數(shù)據(jù)的保存、處理后，輸出到顯示器中顯示出來。
在本發(fā)明中，處理單元中的處理器不局限于計算機，也可以其他的控制裝置，如處理器為各種單片機的處理電路等，由于此部分的控制電路對于一般的技術(shù)人員均可以實現(xiàn)，所以在此不再贅述。
殼體可以為很多形狀，殼體2 1的形狀不局限于圓柱形，還可以為立方形，如另一實施例中的巖心模型2的側(cè)面示意圖，如圖5所示。
巖心模型2的殼體21’為上、下底面為正方形的立方體，固定有實心半球體巖心23的部位為立方體的一個底面，在其上開設的孔211’位于該底面的中心；與內(nèi)腔相通的孔212開設在立方體殼體的另一個底面的中心。
在本實施例中，其余部分與上一實施例相同，在此不再贅述。
本發(fā)明所述的裝置中的數(shù)據(jù)采集單元測量壓力和壓力分別隨時間變化數(shù)據(jù)、流量隨時間變化數(shù)據(jù)及流速隨時間變化數(shù)據(jù)，處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)，建立地層測試器三維有限元數(shù)值仿真模型，利用該模型修正與建立不同巖性、不同儲層特征測試工作制度模型的建立與解釋模型。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種地層測試器仿真裝置，其特征在于包括恒壓單元、帶有實心半球體巖心和內(nèi)腔的巖心模型、流體抽吸單元、數(shù)據(jù)采集單元和處理單元，其中，恒壓單元通過管道與巖心模型的內(nèi)腔相通，使巖心模型在抽吸過程中保持恒定壓力；流體抽吸單元通過管道與巖心模型的實心半球體巖心相通，通過管道從巖心模型內(nèi)的實心半球體巖心抽吸流體，模擬地層測試過程；數(shù)據(jù)采集單元包括流體抽吸壓力傳感器和恒壓單元壓力傳感器，所述的流體抽吸壓力傳感器設置在連接流體抽吸單元和巖心模型的管道上，信號輸出端與處理單元連接，用于記錄實驗過程中流體抽吸單元探頭的壓力數(shù)據(jù)，并且將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧?，進行數(shù)據(jù)處理；所述的恒壓單元壓力傳感器設置在連接恒壓單元和巖心模型內(nèi)腔的管道中，信號輸出端與處理單元連接，用于記錄實驗過程中巖心的壓力數(shù)據(jù)，并且將壓力數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚韱卧?，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集單元測量壓力和壓力分別隨時間變化數(shù)據(jù)、流量隨時間變化數(shù)據(jù)及流速隨時間變化數(shù)據(jù)；所述的處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)，建立地層測試器三維有限元數(shù)值仿真模型，利用該模型修正與建立不同巖性、不同儲層特征測試工作制度模型的建立與解釋模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的流體抽吸單元包括一個精密數(shù)控的活塞泵和一個轉(zhuǎn)樣筒，該活塞泵通過管道分別與巖心模型內(nèi)的實心半球體巖心和轉(zhuǎn)樣筒連接，并在管道上設有開關閥，該開關閥使活塞泵或者與實心半球體巖心相通，或者與轉(zhuǎn)樣筒相通；并在與巖心模型連接的管道上設有壓力傳感器；所述的活塞泵通過調(diào)節(jié)其控制盤上的數(shù)字化流量調(diào)節(jié)的小撥桿確定抽吸流量，通過開關按鈕開始或停止抽吸動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的恒壓單元包括數(shù)字控制精密恒壓源和活塞容器；其中，該數(shù)字控制精密恒壓源的輸出口通過管道與活塞容器的輸入口連接，活塞容器的輸出口通過管道與巖心模型的內(nèi)腔連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的處理單元包括信號轉(zhuǎn)換電路、處理器和顯示器，其中，信號轉(zhuǎn)換電路的輸入端與數(shù)據(jù)采集單元的輸出端連接，將接收的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸給處理器，處理器對接收的數(shù)據(jù)進行處理后輸出到顯示器中，并將接收的數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)保存在存儲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的巖心模型包括殼體及殼體內(nèi)具有滲透能力的實心半球體巖心和開口的半球形濾網(wǎng)，所述的半球形濾網(wǎng)包覆在實心半球體巖心的球冠部分，半球形濾網(wǎng)的開口邊緣固定在殼體上，將實心半球體巖心固定在殼體上，半球形濾網(wǎng)的球冠外表面與殼體的空間形成內(nèi)腔，在殼體上開設有與內(nèi)腔相通的孔，在殼體上固定有實心半球體巖心的部位開設有可與實心半球體巖心相通的孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的殼體為圓柱形，殼體上固定有實心半球體巖心的部位為圓柱形殼體的一個端面，在其上開設的孔位于端面的中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述殼體上與內(nèi)腔相通的孔開設在圓柱形殼體的另一個端面的中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的半球形濾網(wǎng)的開口邊緣設有一周凸沿，該凸沿的外徑等于圓柱形殼體的內(nèi)徑，并固定在圓柱形殼體的一個端面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的地層測試器仿真裝置，其特征在于所述的殼體也可以為上、下底面為正方形的立方體，固定有實心半球體巖心的部位為立方體的一個底面，在其上開設孔的位于該底面的中心。
全文摘要
一種地層測試器仿真裝置，包括恒壓單元、帶有實心半球體巖心和內(nèi)腔的巖心模型、流體抽吸單元、數(shù)據(jù)采集單元和處理單元，恒壓單元通過管道與巖心模型的內(nèi)腔相通，流體抽吸單元通過管道與巖心模型的實心半球體巖心相通，數(shù)據(jù)采集單元包括流體抽吸壓力傳感器和恒壓單元壓力傳感器，流體抽吸壓力傳感器設置在連接流體抽吸單元和巖心模型的管道上，恒壓單元壓力傳感器設置在連接恒壓單元壓和巖心模型內(nèi)腔的管道中。本發(fā)明可以進行地層測試全過程的三維物理仿真模擬，建立地層測試器三維有限元數(shù)值仿真模型，用于不同巖性、不同儲層特征測試工作制度模型的建立與解釋模型的修正與建立，測試精度高，數(shù)據(jù)誤差小。
文檔編號G01N35/00GK1670533SQ200410008759
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者李相方, 關文龍, 侯洪為, 隋秀香, 劉書民, 馮永仁, 程時清, 姚約東 申請人:中海油田服務股份有限公司, 石油大學(北京)