[发明专利]一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置及方法

说明书

本发明涉及一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置及方法，主要由供液系统、实验流管、高速摄像机、高精度流体压力监测探头、网丝传感器、流体分离循环系统和信号检测系统组成。所述实验流管上端连接供液供气系统，实现油气水高精度输入；所述实验流管采用钢丝软管连接，流管内安装高精度流压监测探头和网丝传感器，实现流压、持率和介质分布的实时在线监测；所述实验流管出口端与流体分离系统连接，实现实验流体的分离与循环利用。本发明原理可靠、操作方便，适用于模拟蛇形水平井开发过程井筒多相流体流动并监测流动特征参数。为建立蛇形水平井流动特征参数间定量关系及生产动态评价提供依据，服务于非常规油气藏合理高效开发。

技术领域

本发明涉及一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置，以及利用该装置监测蛇形水平井气水、油水两相流体流动特征参数的方法，是一种建立多相流体流动特征参数定量关系模型，指导蛇形水平井生产动态测井定量评价的有效方法。

背景技术

随着全球能源需求量急剧增加和常规资源的逐渐枯竭，以致密油气、页岩油气等为代表的非常规油气资源成为全球勘探开发的重要领域。不同于常规油气资源，非常规油气藏储层物性极差，覆压基质渗透率普遍小于或等于0.1mD，水平井开发和多段压裂技术是目前开采非常规油气最常用的方法。水平井钻井过程中，完全理想水平井并不存在，大部分水平井或水平井段存在纵向起伏，此类井即称之为蛇形水平井。对于蛇形水平井多相流体流动，依据井筒结构可分为下坡流、水平流和上坡流组合，受复杂井筒结构和重力分异影响，开发过程介质受力关系复杂，加上流管倾角、流体性质、含液率、流量等因素耦合作用影响，流体流动特征复杂，流型多变，流动特征参数表征困难。目前，通过室内实验模拟井筒多相流动并监测多相流体流动过程特征参数及变化，是建立特征参数定量模型，评价水平井生产动态的基础。国内外学者聚焦斜井、水平井(倾角θ＝0°)气-水两相流动，建立基于单一的不同管径、不同倾角的流管物理模型，开展不同因素影响条件气-水两相流动模拟实验并建立对应特征参数表征模型。实际蛇形水平井生产动态测井资料评价效果表明，基于单一倾斜流管或水平管多相流动建立的特征参数模型并不适用于表征蛇形水平井多相流体流动，尤其是实验过程不能准确监测蛇形水平井内流体介质分布变化和流管压降变化，建立的定量模型存在一定偏差，因此亟需建立一种能更真实模拟蛇形水平井多相流动的实验装置，进而更准确的获取多相流体流动过程特征参数并建立对应的定量关系，为蛇形水平井生产动态评价提供更准确的定量评价模型。

为了克服单一流管模型模拟实验存在的影响因素局限，有必要设计一种模拟非常规油气藏蛇形水平井气水、油水两相流动的模拟试验装置系统，采用高精度流体压力监测探头和网丝传感器测量蛇形流管内不同流量、不同含液率条件流体压降、持水率和流体介质分布，用于解决蛇形水平井流体多相流动特征参数(表观速度、持率、压力梯度等)准确定量表征的技术问题，为非常规油气藏合理高效开发方案的优化和调整提供可靠的支撑参数和定量关系模型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蛇形水平井气水、油水两相流模拟实验装置，该装置原理可靠、操作方便，适用于监测不同流量蛇形水平井气水、油水两相流动特征参数及其变化，为非常规油气藏开发蛇形水平井生产动态测井定量评价提供可靠的模型参数。

本发明的另一个目的还在于提供利用上述装置对气水、油水两相流动特征参数进行测量的方法，该方法可测量气水、油水两相流体流动过程的流量、流压、持水率和流体介质分布，为定量分析蛇形水平井气水、油水两相不同流量、持水率、倾角条件两相流动规律提供实验手段，满足复杂条件工程需求。

为了实现以上技术目的，本发明提供以下技术方案：

本发明采用高精度流量计监测实验油气水流量，高精度压力探头测量两相流体流动过程不同位置流体压力，网丝传感器和高速摄像机测量持水率和流体介质分布。

蛇形水平流管内流体压降计算方法如下：

依据测试探头监测流体流动方向不同测点流体压力，若测点间流管倾角不发生变化，则流管内压降可由下式进行表示：