本發(fā)明屬于油藏出砂模擬實(shí)驗(yàn)裝置的，涉及一種多元熱流體吞吐開發(fā)稠油儲(chǔ)層出砂實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、油井生產(chǎn)出砂作為世界范圍內(nèi)石油工業(yè)中普遍存在的問(wèn)題，給石油生產(chǎn)帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失，在完井前以及動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)油井出砂至關(guān)重要。近年來(lái)，技術(shù)人員逐步嘗試通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方法進(jìn)行油井動(dòng)態(tài)出砂效果評(píng)價(jià)，目前對(duì)該問(wèn)題的物理模擬實(shí)驗(yàn)方法大多采用天然或人造巖心，研究流體在注入驅(qū)替過(guò)程中攜帶產(chǎn)出的微粒量及微粒尺寸與流體注入速度、巖心兩端注入壓差、圍壓載荷之間的變化關(guān)系，這種實(shí)驗(yàn)方法仿真度較高。但是，室內(nèi)試驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的出砂現(xiàn)象存在較大誤差，而且關(guān)于多元熱流體開發(fā)稠油時(shí)的出砂實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究尚不完善。例如，專利cn107478809a中公開了一種模擬砂巖儲(chǔ)層出砂的微觀可視化模擬設(shè)備，該模擬設(shè)備采用多種巖心薄片模型滿足多種巖心狀態(tài)的研究需求，但此種設(shè)計(jì)可模擬地層狀況適應(yīng)性差，無(wú)法滿足高溫高壓儲(chǔ)層出砂的研究；專利cn114839351a中公開了一種出砂實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及出砂測(cè)量方法，該裝置利用低壓氣驅(qū)時(shí)滲透率變化小的特性可測(cè)得較為準(zhǔn)確的巖心滲透率，但此種設(shè)計(jì)需要調(diào)整注入氣體的壓力并通過(guò)手工計(jì)算測(cè)量巖心數(shù)據(jù)，每次測(cè)量需拆裝儀器，操作過(guò)程繁瑣，且無(wú)法進(jìn)行巖心數(shù)據(jù)的在線實(shí)時(shí)測(cè)量；專利cn112664176a中公開了一種超臨界多元熱流體吞吐采油試驗(yàn)?zāi)M裝置及方法，該裝置可以使多元熱流體在模擬巖心裝置內(nèi)模擬形成真實(shí)采油狀況，但整體設(shè)備封閉，無(wú)法確保流體的穩(wěn)定輸送，也未能考慮氣體膨脹、流體回流等安全問(wèn)題。

2、因此，亟需一種準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的出砂實(shí)驗(yàn)裝置及方法，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)多元熱流體吞吐開發(fā)地層時(shí)的地層形態(tài)變化，并對(duì)出砂產(chǎn)物進(jìn)行固相控制效果評(píng)價(jià)，為油氣生產(chǎn)過(guò)程中的出砂預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種多元熱流體吞吐開發(fā)稠油儲(chǔ)層出砂實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，使得出砂預(yù)測(cè)更方便準(zhǔn)確、操作成本更低。

2、本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種多元熱流體吞吐開發(fā)稠油儲(chǔ)層出砂實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，其特殊之處在于：

3、包括高溫高壓出砂系統(tǒng)、流體泵送系統(tǒng)、核磁檢測(cè)系統(tǒng)、聲速測(cè)量系統(tǒng)以及集砂系統(tǒng)；

4、所述高溫高壓出砂系統(tǒng)包括高溫高壓夾持器、頂蓋和底蓋；所述高溫高壓夾持器本體呈長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其與頂蓋和底蓋均為螺紋連接，頂蓋上設(shè)置有進(jìn)液孔和排液孔，底蓋設(shè)置有排氣孔，頂蓋和底蓋的底面分別設(shè)置加壓孔；高溫高壓夾持器內(nèi)部設(shè)置有圓柱形的巖心固定腔，用于安裝巖心樣品并連接流體輸送管路；巖心固定腔兩端設(shè)置有三條管路，底蓋端設(shè)置有排氣管路，頂蓋端設(shè)置有多元熱流體注入管路和出砂管路，流體泵送系統(tǒng)與多元熱流體注入管路連接，集砂系統(tǒng)與出砂管路連接；

5、所述核磁檢測(cè)系統(tǒng)包括磁體柜和高溫高壓循環(huán)系統(tǒng)，所述高溫高壓循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)配備有環(huán)壓跟蹤泵和溫度傳感器；

6、所述高溫高壓夾持器整體置于磁體柜內(nèi)，通過(guò)磁體柜產(chǎn)生的磁場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)多元熱流體注入、燜井以及出砂過(guò)程中巖心樣品的參數(shù)變化；高溫高壓夾持器通過(guò)加壓孔與高溫高壓循環(huán)系統(tǒng)連接，通過(guò)向夾持器內(nèi)填充熱循環(huán)液體對(duì)巖心樣品施加壓力和溫度，并通過(guò)核磁檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)壓跟蹤泵和溫度傳感器加以控制；

7、所述聲速測(cè)量系統(tǒng)包括若干聲波探頭和聲速測(cè)試儀；若干聲波探頭設(shè)置在巖心固定腔的下底面，聲波探頭與聲速測(cè)試儀連接，檢測(cè)多元熱流體注入、燜井以及出砂過(guò)程中巖心樣品的力學(xué)參數(shù)變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

8、優(yōu)選的，所述集砂系統(tǒng)包括減壓閥、燒杯、天平、干燥箱及粒度分析儀，同時(shí)具備出砂量測(cè)量和顆粒粒度分析的功能，減壓閥連接高溫高壓夾持器的出砂管路，能夠控制回采過(guò)程的出口壓力。

9、優(yōu)選的，所述流體泵送系統(tǒng)包括二氧化碳輸送設(shè)備、氮?dú)廨斔驮O(shè)備、蒸汽輸送設(shè)備和預(yù)熱器；所述二氧化碳輸送設(shè)備和氮?dú)廨斔驮O(shè)備包括二氧化碳?xì)馄?、氮?dú)鈿馄?、增壓泵、中間容器、預(yù)熱器、壓力傳感器、氣體流量計(jì)、預(yù)熱器和截止閥；蒸汽輸送設(shè)備包括蒸汽發(fā)生器、電接點(diǎn)壓力表、水源水管、壓力傳感器、液體流量計(jì)、氣體流量計(jì)和截止閥。

10、優(yōu)選的，所述排氣管路包括真空泵，真空泵與排氣孔連接，用于制造系統(tǒng)的真空環(huán)境，所述真空泵與排氣孔間為可拆卸結(jié)構(gòu)，且二者之間安裝有截止閥，壓力異常時(shí)可為夾持器泄壓；多元熱流體注入管路和出砂管路，分別通過(guò)進(jìn)液孔和排液孔連接流體泵送系統(tǒng)和集砂系統(tǒng)。

11、優(yōu)選的，所述多元熱流體管路安裝壓力傳感器，用以監(jiān)測(cè)多元熱流體的注入穩(wěn)定性，保證實(shí)驗(yàn)安全進(jìn)行；所述多元熱流體注入管路通過(guò)t型轉(zhuǎn)接頭與蒸汽輸送管路和預(yù)熱器管路連接。

12、優(yōu)選的，所述蒸汽輸送管路設(shè)置有截止閥控制水蒸汽是否注入，蒸汽輸送管路與多元熱流體輸送管路采用耐高溫材料，外圍纏繞加熱電阻絲和保溫膠套，可以充分保證蒸汽流通過(guò)程中流速和成分的穩(wěn)定性；所述蒸汽輸送管路連接蒸汽發(fā)生器并配備電接點(diǎn)壓力表，使其具備控制水蒸汽注入壓力和注入速度的能力；所述蒸汽發(fā)生器連接水源水管并配備液體流量計(jì)，可通過(guò)理想氣體狀態(tài)方程結(jié)合純水輸送量計(jì)算水蒸汽的注入量。

13、優(yōu)選的，所述預(yù)熱器管路連接預(yù)熱器及二氧化碳輸送設(shè)備和氮?dú)廨斔驮O(shè)備，用于混合二氧化碳與氮?dú)獠⒓訜?，所述預(yù)熱器前設(shè)置放空安全閥，可根據(jù)后置壓力傳感器判斷水蒸氣是否回流并做出相應(yīng)措施。

14、優(yōu)選的，所述二氧化碳輸送設(shè)備中的二氧化碳?xì)馄窟B接儲(chǔ)氣罐，通過(guò)二者之間的氣體增壓泵為儲(chǔ)氣罐中的二氧化碳?xì)怏w增壓，之后連接節(jié)流閥與氣體流量計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流閥可為管路輸送設(shè)定流速的二氧化碳?xì)怏w；節(jié)流閥與氣體流量計(jì)間設(shè)置有壓力傳感器和截止閥，壓力傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管路壓力是否異常，并通過(guò)關(guān)閉截止閥來(lái)保證氣體流量計(jì)不損壞；氣體流量計(jì)之后通過(guò)截止閥連接二氧化碳輸送管路。

15、優(yōu)選的，所述氮?dú)廨斔驮O(shè)備與二氧化碳輸送設(shè)備的結(jié)構(gòu)相同，二氧化碳輸送管路與氮?dú)廨斔凸苈泛喜⑦B接預(yù)熱器；所述預(yù)熱器用于加熱二氧化碳與氮?dú)獾幕旌蠚怏w至設(shè)定的溫度，通過(guò)截止閥連接所述多元熱流體注入管路。

16、另外，本發(fā)明還提出一種基于上述多元熱流體吞吐開發(fā)稠油儲(chǔ)層出砂實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下實(shí)驗(yàn)步驟：

17、步驟1：抽真空并檢測(cè)氣密性：?jiǎn)?dòng)真空泵，通過(guò)核磁檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)氣壓恒定為零，證明系統(tǒng)氣密性良好且為真空狀態(tài)，結(jié)束后關(guān)閉高溫高壓出砂系統(tǒng)與其它系統(tǒng)連接的閥門。

18、步驟2：試樣裝填：將稠油巖心樣品用隔油熱縮套密封，連接管路后安裝于巖心加載腔，并用夾持器兩端的頂蓋和底蓋固定，之后通過(guò)夾持器的加壓孔連接核磁檢測(cè)系統(tǒng)的高溫高壓循環(huán)管路，并連接各管路閥門、管線和聲速測(cè)量系統(tǒng)。

19、步驟3：模擬地層溫度壓力環(huán)境：?jiǎn)?dòng)核磁檢測(cè)系統(tǒng)開啟高溫高壓熱循環(huán)系統(tǒng)，將夾持器巖心加載腔內(nèi)的溫壓環(huán)境調(diào)整到設(shè)定溫度和壓力，模擬巖石樣品所處地層環(huán)境。

20、步驟4：輸送多元熱流體并進(jìn)行燜井：擰開二氧化碳?xì)馄繗馄颗c氮?dú)鈿馄块y門，同時(shí)打開預(yù)熱器加熱系統(tǒng)開關(guān)，分別調(diào)整二氧化碳輸送管路與氮?dú)廨斔凸苈返臍怏w至穩(wěn)定流速后向所述高溫高壓夾持器輸入混合后的高溫氣體；打開蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生所需流量蒸汽，流體混合進(jìn)入夾持器中，整體過(guò)程可通過(guò)各個(gè)截止閥調(diào)整注入多元熱流體的組分比和注入量；夾持器內(nèi)達(dá)到設(shè)定流體注入量后關(guān)閉蒸汽注入閥門和混合流體注入閥門進(jìn)行燜井。

21、步驟5：出砂分析：實(shí)驗(yàn)期間通過(guò)核磁檢測(cè)系統(tǒng)和聲速測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行巖心結(jié)構(gòu)及力學(xué)特征的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析；燜井結(jié)束后打開出砂管路，調(diào)整減壓閥模擬回采過(guò)程，用燒杯收集夾持器噴出的油砂混合物，冷卻后過(guò)濾并利用干燥箱干燥，得到出砂樣品，之后利用天平進(jìn)行稱重，并置于粒度分析儀進(jìn)行出砂粒度分析。

22、步驟6：模擬開發(fā)過(guò)程，重復(fù)上述步驟進(jìn)行多輪次多元熱流體吞吐開發(fā)地層模擬實(shí)驗(yàn)。

23、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

24、1.本發(fā)明充分考慮以往實(shí)驗(yàn)裝置模擬地層狀況適應(yīng)性差的問(wèn)題，采用耐高溫高壓夾持器，滿足多種實(shí)驗(yàn)要求；

25、2.本發(fā)明通過(guò)核磁測(cè)試設(shè)備和聲速測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)出砂過(guò)程中巖心的結(jié)構(gòu)變化和力學(xué)性質(zhì)變化，分析力學(xué)破壞以及流體遷移對(duì)地層出砂的影響；

26、3.本發(fā)明整體設(shè)備設(shè)計(jì)并不封閉，可以穩(wěn)定流體輸送流速和輸送組分比，充分考慮了氣體膨脹、流體回流等安全問(wèn)題；

27、4.本發(fā)明能夠有效解決吞吐過(guò)程中因承壓容器吸熱和環(huán)境散熱引起的模擬巖心溫度降低問(wèn)題，能夠調(diào)節(jié)吞吐過(guò)程中熱流體的注入量和注入組分比；

28、5.本發(fā)明可以進(jìn)行多種溫壓環(huán)境和地層出砂模擬實(shí)驗(yàn)，有利于分析不同開采方案下的地層出砂規(guī)律和出砂機(jī)理，制定合理的防砂方式。