一种ICD测试装置及其系统和应用发明专利

专利名称：一种ICD测试装置及其系统和应用

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010782073.6

专利申请（专利权）人：中国石油天然气股份有限公司
权利人地址：北京市东城区东直门北大街9号

专利发明（设计）人：张胜飞,李秀峦,王红庄,张忠义,苟燕,孙新革,杨果

专利摘要：本发明提供了一种ICD测试装置及其系统和应用。所述装置包括：恒温箱、置于恒温箱内的封闭的箱体和流量计；所述箱体包括入口和出口，在箱体内的入口端设置防砂结构单元，在箱体内的出口端设置ICD接口；在箱体外以箱体入口管路连接箱体的入口，以箱体出口管路连接箱体的出口和流量计的入口，并在流量计的出口连接流量计出口管路；所述装置还包括用于测量箱体内和流量计出口管路之间的压力差的第一压差测量支路、以及用于测量箱体入口管路和流量计出口管路之间的压力差的第二压差测量支路。

主权利要求：
1.一种ICD测试系统，其中，所述系统包括产出流体供应装置以及至少一组ICD测试单元；所述ICD测试单元包括通过管路顺序串联的ICD测试装置、用以模拟流体在井内流动状况的盘管、第一阀门、换热器和产出液收集槽；所述产出流体供应装置与每组ICD测试单元的ICD测试装置的箱体入口管路连接；
所述第一阀门为背压阀，所述ICD测试单元还包括第二阀门，第二阀门与第一阀门并联设置；
所述产出流体供应装置包括砂浆供应装置、气体供应装置、供油装置、蒸汽供应装置和混合装置；所述砂浆供应装置、气体供应装置、供油装置以及蒸汽供应装置分别和混合装置通过管路连接，混合装置再与每组ICD测试装置的入口管路连接；
砂浆供应装置、供油装置、蒸汽供应装置和每组ICD测试单元分别以伴热管路与混合装置连接；
所述ICD测试装置包括：恒温箱、置于恒温箱内的封闭的箱体和流量计；所述箱体包括入口和出口，在箱体内的入口端设置防砂结构单元，在箱体内的出口端设置ICD接口；在箱体外以箱体入口管路连接箱体的入口，以箱体出口管路连接箱体的出口和流量计的入口，并在流量计的出口连接流量计出口管路；所述装置还包括用于测量箱体内和流量计出口管路之间的压力差的第一压差测量支路、以及用于测量箱体入口管路和流量计出口管路之间的压力差的第二压差测量支路；
所述第一压差测量支路包括第一压差传感器，所述第一压差传感器的两端分别通过管路与箱体内部、以及流量计出口管路连通；所述第二压差测量支路包括第二压差传感器，所述第二压差传感器的两端分别通过管路与箱体入口管路和流量计出口管路连通；
所述ICD测试装置还包括测压装置和测温装置，所述测压装置至少为三个，并分别设置在箱体入口管路、流量计出口管路和箱体上以测量箱体入口管路、流量计出口管路和箱体内的压力；所述测温装置至少为两个，且其中的至少两个分别设置在箱体上以分别测量箱体内和ICD内的温度；
所述第一压差测量支路至少为两条，其中一条第一压差测量支路的第一压差传感器为高量程压差传感器，其余第一压差测量支路的第一压差传感器为低量程压差传感器；所述第二压差测量支路至少为两条，其中一条第二压差测量支路的第二压差传感器为高量程压差传感器，其余第二压差测量支路的第二压差传感器为低量程压差传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述砂浆供应装置包括砂浆混合器和螺杆泵，砂浆混合器、螺杆泵和混合装置通过管路顺序连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述装置还包括水槽，用以回收从每组ICD测试单元的产出液收集槽中排出的水；水槽通过管路经由泵分别和蒸汽供应装置以及砂浆混合器连接。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述供油装置为液压注油装置，所述水槽通过管路经由泵与液压注油装置连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，每组ICD测试单元和模拟产出流体供应装置连接的管路上设置测压装置。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，第一压差测量支路上设置第一支路第一阀门用以控制第一压差测量支路开闭，并与第一压差传感器并联设置第一支路第二阀门；第二压差测量支路上设置第二支路第一阀门用以控制第二压差测量支路开闭，并与第二压差传感器并联设置第二支路第二阀门。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述ICD测试装置还包括分别与第一压差测量支路、第二压差测量支路、以及箱体和流量计串联形成的线路并联设置的旁通支路，所述旁通支路上设置旁通支路阀门，所述旁通支路的两端分别与箱体入口管路和流量计出口管路连接。
8.一种利用权利要求1 7任意一项所述的ICD测试系统对ICD进行测试的方法，其中，所~
述方法包括向置入了ICD的箱体中通入产出流体，然后在预设温度下，通过第一压差测量支路和第二压差测量支路获取ICD的压降，并利用流量计获取ICD的流量；包括：根据测试的ICD数量选择ICD测试单元数量、并根据所模拟的油井设置流体井内模拟装置，利用产出流体供应装置向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体，根据水平生产井内设置ICD处的压力设置第一阀门的响应压力，然后通过第一压差测量支路和第二压差测量支路获取ICD的压降，并利用流量计获取ICD的流量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述根据所模拟的油井设置流体井内模拟装置包括根据所模拟的油井来选择盘管的如下参数之一或者多个参数的组合：管长度、管内径、盘管长度、盘管直径和管内壁粗糙度。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述方法包括利用权利要求3所述的系统对ICD进行测试，所述利用产出流体供应装置向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体包括根据所模拟的实际地层流体，利用如下（1）‑（4）的操作中的一种或多种的组合向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体：（1）利用泵将水槽中的水注入蒸汽供应装置以向混合装置中提供热水、饱和蒸汽或过热蒸汽，（2）利用泵将水槽中的水和砂注入砂浆混合器，再利用螺杆泵将混合好的砂浆注入混合装置，（3）利用气体供应装置向混合装置注入气体，（4）利用供油装置向混合装置注入油；将进入混合装置的物质混合得到模拟的产出流体；再将得到的模拟的产出流体通入ICD测试单元的ICD测试装置。 说明书 : 一种ICD测试装置及其系统和应用技术领域[0001] 本发明涉及油井开采领域，特别是涉及稠油注蒸汽SAGD开采领域，具体的，本发明涉及一种ICD测试装置及其系统和应用。背景技术[0002] 受储层非均质性强、井眼轨迹控制能力弱、启动策略不得当、注采点设计不合理等因素的影响，有约1/3已投产SAGD双水平井井组的水平段动用程度低，表现为井下温度不均，泄油速度慢，均匀动用困难。如何提高这些长水平井的动用程度具有显著的经济价值。目前主流的方法有：重新预热促进未动用段的动用、下入控液尾管强化脚尖部位动用等等。除了水平井动用程度低外，SAGD双水平井生产中的另一个难点是调控。由于追求低SUBCOOL生产总是伴随汽窜风险，如何有效降低整个水平井的汽液界面高度，同时又减少不必要的蒸汽产出，也是提高SAGD经济效益的重要研究方向。[0003] 目前各大油公司广泛探索新的完井方式，如利用流量控制器(FCDs)来改善开发现状。SAGD中应用FCDs主要目的是克服储层非均质性的缺点、并强化均匀动用、抑制汽窜。FCDs有两种类型，一种是部署在生产井内的，称为ICD。ICD可以抑制蒸汽产出，当某段ICD内进入蒸汽后，其产生的压降增大。另外，它也通过形成附加压损，降低产液能力强的水平段的流体产出，从而调节水平段的流体产出。[0004] 按原理分，目前主流ICD有三种类型：螺旋通道型、喷嘴型、和混合式型。螺旋通道ICD依靠液体与流道之间的摩擦力产生附加阻力，而摩擦力的大小和流体的粘度成正相关，因而对流体的粘度十分敏感。喷嘴式ICD对流入液体的粘度不敏感，但喷嘴很容易被大颗粒杂质堵塞或者易受到液体的冲蚀，因而也存在着一定的使用风险；相比之下螺旋通道式ICD具有较大的流动截面积，液体流速相对较低，抗液体冲蚀能力相对较强。混合式将螺旋通道式ICD与喷嘴式ICD的特点结合在了一起，综合利用了螺旋通道式ICD和喷嘴式ICD的优点。[0005] ICD在常规油气田中早有应用，主要用于控制水平井锥进，但在稠油注蒸汽开发中的应用还是新的尝试，面对许多全新的挑战。不同的地质条件、实施时机、实施过程都会产生较大的实施效果差异，另外部署ICD的防砂、防腐可靠性如何，也是决定ICD提高水平井开发效果的重要因素。通过室内实验手段评价不同ICD的性能，可以为ICD装置的研发、特定油田的部署方案设计、应用可靠性评价等提供有力支撑，是ICD技术走向成功应用的关键。而开发相应的ICD测试装置与方法又是室内研究的基础。发明内容[0006] 本发明的一个目的在于提供一种ICD测试装置；[0007] 本发明的另一目的在于提供一种ICD测试系统；[0008] 本发明的再一目的在于提供一种ICD测试方法。[0009] 为达上述目的，一方面，本发明提供了一种ICD测试装置，其中，所述装置包括：恒温箱、置于恒温箱内的封闭的箱体(夹持器)和流量计；所述箱体包括入口和出口，在箱体内的入口端设置防砂结构单元，在箱体内的出口端设置ICD接口；在箱体外以箱体入口管路连接箱体的入口，以箱体出口管路连接箱体的出口和流量计的入口，并在流量计的出口连接流量计出口管路；所述装置还包括用于测量箱体内和流量计出口管路之间的压力差的第一压差测量支路、以及用于测量箱体入口管路和流量计出口管路之间的压力差的第二压差测量支路。[0010] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述第一压差测量支路包括第一压差传感器，所述第一压差传感器的两端分别通过管路与箱体内部、以及流量计出口管路连通；所述第二压差测量支路包括第二压差传感器，所述第二压差传感器的两端分别通过管路与箱体入口管路和流量计出口管路连通。[0011] 本发明的第一压差测量支路与箱体连接的一端伸入箱体以将第一压差测量支路与箱体内部连通即可。[0012] 但根据本发明一些具体实施方案，其中，第一压差测量支路与箱体连接的一端的管路开口(测试点)设置在ICD入口处(与ICD入口在同一高度，且尽量接近)。[0013] 根据本发明一些具体实施方案，其中，第一压差测量支路上设置第一支路第一阀门用以控制第一压差测量支路开闭，并与第一压差传感器并联设置第一支路第二阀门；第二压差测量支路上设置第二支路第一阀门用以控制第二压差测量支路开闭，并与第二压差传感器并联设置第二支路第二阀门。[0014] 其中可以理解的是，第一支路第一阀门设置在第一压差传感器与第一支路第二阀门的并联管路和第一压差测量支路与箱体的连接点之间、或者是第一压差传感器与第一支路第二阀门的并联管路和第一压差测量支路与箱体出口管路连接点之间；第二支路第一阀门设置在第二压差传感器与第二支路第二阀门的并联管路和第二压差测量支路与箱体入口管路的连接点之间、或者是第二压差传感器与第二支路第二阀门的并联管路和第二压差测量支路与箱体出口管路连接点之间。[0015] 换言之，第一支路第二阀门的两端分别通过管路与直接和第一压差传感器连接的两条管路相连接；第二支路第二阀门的两端分别通过管路与直接和第一压差传感器连接的两条管路相连接。[0016] 根据本发明一些具体实施方案，其中，第一压差测量支路在和第一压差传感器两端连接的两条管路上分别设置第一支路第一阀门用以控制第一压差测量支路开闭，并与第一压差传感器并联设置第一支路第二阀门；第二压差测量支路在和第二压差传感器两端连接的两条管路上分别设置第二支路第一阀门用以控制第二压差测量支路开闭，并与第二压差传感器并联设置第二支路第二阀门。[0017] 其中可以理解的是，所述的与第一压差传感器并联设置第一支路第二阀门，是指第一支路第二阀门的两端分别通过管路与直接和第一压差传感器连接的两条管路相连接；所述的与第二压差传感器并联设置第二支路第二阀门，是指第二支路第二阀门的两端分别通过管路与直接和第一压差传感器连接的两条管路相连接。[0018] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述第一压差测量支路至少为两条，其中一条第一压差测量支路的第一压差传感器为高量程压差传感器，其余第一压差测量支路的第一压差传感器为低量程压差传感器；所述第二压差测量支路至少为两条，其中一条第二压差测量支路的第二压差传感器为高量程压差传感器，其余第二压差测量支路的第二压差传感器为低量程压差传感器。[0019] 可以理解的是，设置了低量程压差传感器的第一/二压差测量支路可以为一条、两条或三条。其可以依据所测试的压差范围来设置，譬如当设置三条低量程压差传感器的第一/二压差测量支路时，三个低量程压差传感器的压差测量范围可以在高中低三个范围进行分布。[0020] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述装置还包括测压装置和测温装置，所述测压装置至少为三个，并分别设置在箱体入口管路、流量计出口管路和箱体上以测量箱体入口管路、流量计出口管路和箱体内的压力；所述测温装置至少为两个，且其中的至少两个分别设置在箱体上以分别测量箱体内和ICD内的温度。[0021] 可以理解的是，本发明的测温装置至少为两个，且其中的至少两个分别设置在箱体上以分别测量箱体内和ICD内的温度，是指测温装置可以为两个或多于两个，且其中至少两个是设置在箱体上，并在工作状态下，分别能够测得箱体内(ICD外部的箱体内)、以及ICD内部的温度(即，测温装置的设置位置可以使得在工作状态下，温度感应部件能够分别伸入箱体内和ICD内)。[0022] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述测压装置为压力传感器，所述测温装置为热电偶。[0023] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述测压装置和测温装置分别和记录装置(图1中未示出)电连接，以分别记录所测得的压力和温度数值。[0024] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述装置还包括分别与第一压差测量支路、第二压差测量支路、以及箱体和流量计串联形成的线路并联设置的旁通支路，所述旁通支路上设置旁通支路阀门，所述旁通支路的两端分别与箱体入口管路和流量计出口管路连接。[0025] 其中可以理解的是，旁通支路分别与第一压差测量支路、第二压差测量支路、以及箱体和流量计串联而成的线路并联设置，是指旁通支路同时和第一压差测量支路以及第二压差测量支路并联、并且和箱体与流量计组成的串联线路(即箱体+流量计)并联。[0026] 而根据本发明一些具体实施方案，其中，所述旁通支路的管路的两端(即旁通支路阀门两端的管路)分别和箱体入口管路以及流量计出口管路连接；第一压差传感器的一端通过管路与箱体内部连接、另一端通过管路与旁通支路阀门和流量计出口管路之间的管路连接；第二压差传感器的一端通过管路与箱体入口管路连接、另一端通过管路与旁通支路阀门和流量计出口管路之间的管路连接。[0027] 根据本发明一些具体实施方案，其中，第一支路第一阀门、第一支路第二阀门、第二支路第一阀门、第二支路第二阀门、和旁通支路阀门各自独立的为针阀。[0028] 另一方面，本发明还提供了一种ICD测试系统，其中，所述系统包括产出流体供应装置以及至少一组ICD测试单元；所述ICD测试单元包括通过管路顺序串联的本发明所述的ICD测试装置、用以模拟流体在井内流动状况的流体井内模拟装置、第一阀门、温度调节装置和产出液收集槽；所述产出流体供应装置与每组ICD测试单元的ICD测试装置的箱体入口管路连接。[0029] 其中可以理解的是，所述的产出流体，可以是现场采集的真实的产出流体、也可以是配制的模拟的产出流体。[0030] 其中可以理解的是，本发明所述的每组ICD测试单元，即包括一组ICD测试单元的情况，也可以包括大于一组的ICD测试单元的情况。[0031] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述ICD测试单元为2‑6组。[0032] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述ICD测试单元为4组。[0033] 根据本发明一些具体实施方案，其中，与各组ICD测试单元的ICD测试装置连接的管路汇于一点，然后再和产出流体供应装置连接。[0034] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述产出流体供应装置包括砂浆供应装置、气体供应装置、供油装置、蒸汽供应装置和混合装置；所述砂浆供应装置、气体供应装置、供油装置以及蒸汽供应装置分别和混合装置通过管路连接，混合装置再与每组ICD测试装置的入口管路连接。[0035] 根据本发明一些具体实施方案，其中，连接砂浆供应装置、气体供应装置、供油装置以及蒸汽供应装置的管路汇于一点，再与混合装置连接。[0036] 根据本发明一些具体实施方案，其中，在连接砂浆供应装置、气体供应装置、供油装置以及蒸汽供应装置和混合装置连接的管路上，还设置排空管路，排空管路上设置排空阀门。[0037] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述流体井内模拟装置为盘管。[0038] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述第一阀门为背压阀，所述ICD测试单元还包括第二阀门，第二阀门与第一阀门并联设置。[0039] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述砂浆供应装置包括砂浆混合器和螺杆泵，砂浆混合器、螺杆泵和混合装置通过管路顺序连接。[0040] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述装置还包括水槽，用以回收从每组ICD测试单元的产出液收集槽中排出的水；水槽通过管路经由泵分别和蒸汽供应装置以及砂浆混合器连接。[0041] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述供油装置为液压注油装置，所述水槽通过管路经由泵与液压注油装置连接。[0042] 根据本发明一些具体实施方案，其中，每组ICD测试单元和模拟产出流体供应装置连接的管路上设置测压装置。[0043] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述测压装置为压力传感器。[0044] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述测压装置设置在与各组ICD测试单元的ICD测试装置连接的管路所汇集的点上。[0045] 根据本发明一些具体实施方案，其中，砂浆供应装置、供油装置、蒸汽供应装置、每组ICD测试单元分别以伴热管路与混合装置连接。[0046] 根据本发明一些具体实施方案，其中，在每组ICD测试单元的产出液收集槽的出口还设置第三阀门。[0047] 根据本发明一些具体实施方案，其中，每组ICD测试单元的产出液收集槽通过管路与第三阀门的一端连接，第三阀门的另一端再通过管路汇于一点，然后再通过管路将该点和水槽进行连接。[0048] 其中可以理解的是，本发明所述的和水槽进行连接，只要满足将每组ICD测试单元排出的水收集到水槽中即可。譬如可以是封闭式的连接方式，也可以是设置敞口的水槽，每组ICD测试单元的产出液收集槽引出的管路的出口设置在水槽上方，以使得管路排出的水流入水槽即可。[0049] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述排空阀门、第二阀门和第三阀门各自独立的为针阀。[0050] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述气体供应装置包括气瓶和气体流量控制器，气瓶利用管路并经由流量控制器与混合装置连接。[0051] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述的泵为柱塞泵。[0052] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述温度调节装置为换热器。[0053] 再一方面，本发明还提供了一种利用本发明所述的ICD测试装置对ICD进行测试的方法，其中，所述方法包括向置入了ICD的箱体中通入产出流体，然后在预设温度下，通过第一压差测量支路和第二压差测量支路获取ICD的压降，并利用流量计获取ICD的流量。[0054] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括利用本发明所述的系统对ICD进行测试，包括：根据测试的ICD数量选择ICD测试单元数量、并根据所模拟的油井设置流体井内模拟装置，利用产出流体供应装置向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体，根据水平生产井内设置ICD处的压力设置第一阀门的响应压力(控制阀门开闭的压力)，然后通过第一压差测量支路和第二压差测量支路获取ICD的压降，并利用流量计获取ICD的流量。[0055] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述根据所模拟的油井设置流体井内模拟装置包括根据所模拟的油井来选择盘管的如下参数之一或者多个参数的组合：管长度、管内径(盘管代表流体进入水平生产井筒内流动的阻力)、盘管长度、盘管直径和管内壁粗糙度。[0056] 其中可以理解的是，所述的管长度和管内径，是指形成盘管的管子本身的总长度和内直径；盘管长度和盘管直径，分布是指管子形成的螺旋状盘管沿盘管轴线方向的长度、以及管子形成的螺旋状盘管在与盘管轴线垂直的平面上的投影所形成的圆的直径。[0057] 根据所模拟的油井来选择盘管的参数，是根据盘管的压降(即盘管两端的压力差)来选择盘管的参数，而本领域技术人员可根据生产井的压力变化规律来进一步确定盘管的压降。[0058] 根据本发明一些具体实施方案，其中，根据所模拟的油井来选择盘管的参数，可以按照理想状态的ICD(理想状态是指把一些复杂的多因素进行了简化，比如不考虑水平井的井眼轨迹偏差、不同部位重力势能等因素对压力的影响)调节效果来进行确定，如图5所示。蒸汽腔的压力是比较均匀一致的，如图中的“蒸汽腔压力曲线”所示，该压力由混样器后面的压力表示，即进入盘管前的压力。盘管的作用是模拟不同砂面压力，见图中的“砂面压力曲线”，砂面压力比蒸汽腔压力略低，这是由于流体在油藏内流动形成的压损，这个压损我们就用盘管来模拟。因此选择盘管的依据是蒸汽腔压力‑砂面压力的压差。[0059] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述利用产出流体供应装置向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体包括根据所模拟的实际地层流体，利用如下(1)‑(4)的操作中的一种或多种的组合向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体：(1)利用泵将水槽中的水注入蒸汽供应装置以向混合装置中提供热水、饱和蒸汽或过热蒸汽，(2)利用泵将水槽中的水和砂注入砂浆混合器，再利用螺杆泵将混合好的砂浆注入混合装置，(3)利用气体供应装置向混合装置注入气体，(4)利用供油装置向混合装置注入油；将进入混合装置的物质(热水、饱和蒸汽、过热蒸汽、砂浆、气体和油中的一种或多种)混合得到模拟的产出流体；再将得到的模拟的产出流体通入ICD测试单元的ICD测试装置。[0060] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述利用产出流体供应装置向ICD测试单元的ICD测试装置通入产出流体包括利用泵将水槽中的水注入蒸汽供应装置以向混合装置中提供热水、饱和蒸汽或过热蒸汽；并利用泵将水槽中的水和砂注入砂浆混合器，再利用螺杆泵将混合好的砂浆注入混合装置；进入混合装置的热水、饱和蒸汽或过热蒸汽与砂浆、以及利用气体供应装置注入混合装置的气体、利用供油装置注入混合装置的油在混合装置内混合得到模拟的产出流体；再将得到的模拟的产出流体通入ICD测试单元的ICD测试装置。[0061] 其中可以理解的是，所述的注入混合装置的油，是用于模拟目标油藏的原油，根据本发明一些具体实施方案，其中，所述的注入混合装置的油是目标油藏的原油。[0062] 本发明产出流体经过换热降温，进入产出液收集槽中，沉降分离；其中水相返回到水槽中，以便于循环测试。[0063] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述供油装置为液压注油装置，所述水槽通过管路经由泵与液压注油装置连接；所述方法是利用泵将水槽中的水注入液压注油装置，以注油(恒速)到混合装置中。根据本发明一些具体实施方案，其中，所述气体供应装置包括气瓶和气体流量控制器，所述方法包括利用气体质量流量控制器注气体(恒速)到混合装置中。[0064] 其中可以理解的是，注油和注气体的速度是根据油藏开发实际情况来设置。比如一个400米长的水平井，某阶段的产油速度时20‑60方/天，一共布置了10个ICD，那么可以粗略估算出单个ICD的产油速度时2‑6方/天，据此来设置实验方案。[0065] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括筛分一定粒径分布的石英砂，并将水和石英砂按比例注入到砂浆混合器中得到混合好的砂浆；然后利用螺杆泵按设定速率将混合好的砂浆注入到混合装置中。[0066] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法包括采集油藏的出砂样本，进行粒径分布统计，再根据统计得到的粒径分布范围筛分一定粒径分布的石英砂。[0067] 根据本发明一些具体实施方案，其中，伴热管路的温度设置比测试方法的温度高2‑5℃。[0068] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括在测试前确保所有阀门关闭，水槽储水充分，所有装置运行正常。[0069] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括根据需要测试的ICD数量来选择ICD测试单元数量；将待测试的ICD放入ICD测试装置的箱体内并与ICD接口连接，将箱体置于恒温箱内，并设置温度。[0070] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括预设各ICD测试单元的背压阀压力。[0071] 本发明背压阀压力代表生产井筛管内压力；ICD测试单元入口压力代表砂面压力。[0072] 根据本发明一些具体实施方案，其中，所述方法还包括将温度调节装置的温度设定为50‑75℃。[0073] 本发明的经过混合装置充分混合后的流体分流进入并行的各ICD测试单元，先经过防砂结构，过滤掉固体不溶物后，进入ICD测试装置的箱体的内腔，然后流入待测ICD本体，产生显著压降，通过箱体内的ICD接口后，进入盘管进一步产生压降，到达背压阀，背压阀处的压力代表水平生产井泵抽入口的压力。[0074] 其中可以理解的是，在不矛盾的前提下，本发明的各具体实施方案可以任意相互组合。[0075] 综上所述，本发明提供了一种ICD测试装置及其系统和应用。本发明的装置具有如下优点：[0076] (1)可模拟纯水、油、气、饱和蒸汽、过热蒸汽、欠饱和热水、高温油水乳状液、油水气三相流等多种工况条件；[0077] (2)可测试不同温度、压力、流量、组分、相态条件下的流量‑压降关系；[0078] (3)可同时评估多个ICD流量调节能力；[0079] (4)可评估ICD在不同工况下的腐蚀风险及可靠性、以及ICD堵塞风险；[0080] (5)本发明的装置在无油工况下实现全封闭自动循环；[0081] (6)本发明的装置对压力波动响应快；自动控制，可重复性高；可灵活调整，实现不同的测试方案。附图说明[0082] 图1为本发明ICD测试单元示意图，为ICD测试系统的子系统；[0083] 图2为本发明的ICD测试系统的示意图；[0084] 图3为实施例3的ICD性能评价中压降随流量的变化关系图；[0085] 图4为实施例3的ICD性能评价中压降随雷诺数Re的变化关系图；[0086] 图5为实施例3的理想的ICD调节效果示意图；[0087] 图6为实施例3的4组ICD在高温高压环境下的流量调节效果图；[0088] 图7为实施例3的固体不溶物的质量和粒径分布关系图。具体实施方式[0089] 以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。[0090] 实施例1[0091] 本实施例提供了一种ICD测试装置(如图1所示，它是测试系统的子系统)：[0092] 其中，所述装置包括：恒温箱11、置于恒温箱内的封闭的箱体12和流量计13。[0093] 所述箱体12包括入口121和出口122，在箱体内的入口端设置防砂结构单元14，在箱体内的出口端设置ICD接口15；在箱体外以箱体入口管路16连接箱体的入口121，以箱体出口管路17连接箱体的出口122和流量计的入口131，并在流量计的出口132连接流量计出口管路18。[0094] 所述装置还包括两条用于测量箱体内和流量计出口管路之间的压力差的第一压差测量支路19、以及两条用于测量箱体入口管路和流量计出口管路之间的压力差的第二压差测量支路20。[0095] 两条第一压差测量支路19都分别包括第一压差传感器191(其中一个为高量程压差传感器、另一个为低量程压差传感器)，第一压差传感器191的一端通过管路连接到箱体12的内部、另一端与流量计出口管路18连通，在第一压差测量支路上，分别在第一压差传感器191两端连接的两条管路上设置第一支路第一阀门192(一共两个第一支路第一阀门192)，并与第一压差传感器191并联设置第一支路第二阀门193，第一支路第二阀门193两端的管路分别连接在第一压差传感器191和两个第一支路第一阀门192之间的管路上。[0096] 两条第二压差测量支路20都分别包括一个第二压差传感器201(其中一个为高量程压差传感器、另一个为低量程压差传感器)，第二压差传感器201的一端通过管路与箱体入口管路16连接，另一端通过管路与流量计出口管路18连通，在第二压差测量支路上，分别在第二压差传感器201两端连接的两条管路上设置第二支路第一阀门202(一共两个第二支路第一阀门202)，并与第二压差传感器201并联设置第二支路第二阀门203，第二支路第二阀门203两端的管路分别连接在第二压差传感器201和两个第二支路第一阀门202之间的管路上。[0097] 所述装置还包括3个测压装置22(压力传感器)和2个测温装置23(热电偶)；测压装置22分别设置在第二压差测量支路20和箱体入口管路16连接处、第二压差测量支路20和流量计出口管路18连接处、以及箱体12上以分别测量箱体入口处、流量计出口处和箱体内的压力；测温装置23都设置在箱体上以分别测量箱体内壁和ICD之间的空腔、以及ICD内部的温度。[0098] 所述装置还包括旁通支路21，旁通支路21分别与第一压差测量支路和第二压差测量支路并联，并且和箱体与流量计串联形成的线路并联设置，所述旁通支路上设置旁通支路阀门，所述旁通支路的一端通过管路连接在两条第二压差测量支路20和箱体入口管路的连接点上，另一端通过管路连接在两条第二压差测量支路20和流量计出口管路的连接点上。[0099] 实施例2[0100] 本实施例提供了一种ICD测试系统(如图2所示)：[0101] 其中，所述装置包括：产出流体供应装置32以及四组ICD测试单元31(图2中只标记了一组的ICD测试单元的结构，其他三组与其相同)。[0102] 所述ICD测试单元包括通过管路顺序串联的如实施例1所述的ICD测试装置311、用以模拟流体在井内流动状况的流体井内模拟装置312(盘管)、第一阀门313(背压阀)、温度调节装置314(换热器)、产出液收集槽315、第二阀门316和第三阀门317，其中第二阀门316与第一阀门313并联设置。[0103] 所述产出流体供应装置32包括砂浆供应装置325、气体供应装置324、供油装置323、蒸汽供应装置322和混合装置321。所述砂浆供应装置325、气体供应装置324、供油装置323以及蒸汽供应装置322分别和混合装置321通过伴热管路33连接，混合装置321再与每组ICD测试单元通过伴热管路33连接。所述砂浆供应装置325包括砂浆混合器3251和螺杆泵3252，砂浆混合器3251和螺杆泵3252通过管路连接，螺杆泵3252和混合装置321通过伴热管路连接。[0104] 所述装置还包括水槽34，用以回收从每组ICD测试单元31的产出液收集槽315中排出的水；水槽34通过管路经由泵35(柱塞泵)分别和蒸汽供应装置322、砂浆混合器3251和供油装置323(液压注油装置)连接。[0105] 每组ICD测试单元31的箱体入口管路16汇集一点后再混合装置321连接，该汇集点处设置测压装置36(压力传感器)。[0106] 实施例3[0107] 本实施例提供了利用实施例2的系统进行ICD测试的方法：[0108] 1.1准备[0109] a)实验前确保流程所有阀门关闭；水槽储水充分；所有传感器数据采集正常，自动执行程序运行正常。[0110] b)蒸汽发生器设置在实验方案预定温度；实验流程沿程伴热管线温度设置比实验方案温度高2‑5℃；[0111] c)根据实验方案，选择四组ICD测试单元数量，并行连接到流程中。将待测试ICD放入ICD测试装置内，并与ICD接口连接，设置好防砂单元(将防砂结构植入防砂单元内)，密封ICD测试装置，并根据实验方案温度设置恒温箱；[0112] d)根据方案设计，预设各ICD测试单元的背压阀压力，并根据需要，选择不同管径和长度的盘管，布置在ICD测试装置后。其中盘管入口处压力(压力表36处)代表蒸汽腔压力，ICD测试单元入口压力(盘管出口处压力)代表砂面压力，ICD测试单元出口压力(背压阀处压力)代表生产井筛管内压力，盘管代表流体进入水平生产井筒内流动的阻力；[0113] c)设置换热器入口水温50‑75℃。[0114] 1.2测试特定温度压力和流体组成条件下的压降和流量分配[0115] a)根据实验方案设计，使用柱塞泵恒速注水到蒸汽发生器中，提供一定流量的热水、饱和蒸汽或者过热蒸汽；[0116] b)根据实验方案设计，使用柱塞泵恒速注油到混样器中；[0117] c)根据实验方案设计，使用气体质量流量控制器恒速注特定气体到混样器中；[0118] d)根据实验方案设计，筛分一定粒径分布的石英砂，并将水和石英砂按比例注入到砂浆混合器中得到砂浆，使用螺杆泵按照设计速率注入砂浆到混样器中；[0119] e)经过混样器充分混合后的流体分流进入并行的各ICD测试单元，先经过防砂结构，过滤掉固体不溶物后，进入ICD测试装置的箱体，然后流入待测ICD本体，产生显著压降，通过ICD接口后，进入长盘管进一步产生压降，到达背压阀，背压阀处的压力代表水平生产井泵抽入口的压力；[0120] f)产出流体经过换热降温，进入产出液收集槽中，沉降分离，其中水相返回到水槽中，以便于循环测试。[0121] 2.效果评价[0122] 2.1防砂效果评价[0123] 一组高温高压模拟实验中，设置流程背压为4MPa。部署的ICD为喷嘴型，孔径1.8mm，孔长5mm。待测试的防砂结构为割缝板模组(模拟割缝筛管)，缝宽0.4mm，开孔面积占比5％。实验注入流体为油水+细粉砂混合物。其中油相为超稠油，50℃脱气原油粘度10万厘泊，注入速率为10ml/min，注入温度为220℃。恒速注水速率为90ml/min，注水温度为220℃。细粉砂和水按质量比1:4混合，搅拌后形成的砂浆加热到220℃，然后以10ml/min速度注入到ICD测试单元中。实验共进行2h，连续监测ICD测试单元的压降(ICD测试单元的压降，包括防砂单元和ICD)，并收集产出物，并过滤产出物，称重获得固体不溶物的质量和粒径分布(如图7所示)。实验后拆开ICD测试单元，取出ICD，检视内部流道结垢及附着物类型和质量。实验表明，割缝板模组有效阻止了65μm以上的岩石颗粒，但部分粒径更小的细粉砂依然经过了割缝板模组，并被产出。[0124] 2.2腐蚀性评价[0125] 一组高温高压模拟实验中，设置流程背压为3.5MPa。部署的ICD为喷嘴型，孔径1.8mm，孔长5mm。防砂结构为割缝板模组(模拟割缝筛管)，缝宽0.4mm，开孔面积占比5％。实验注入流体为油水+细粉砂混合物。其中油相为超稠油，50℃脱气原油粘度10万厘泊，注入速率为10ml/min，注入温度为220℃。水为地层矿化水，水型为NaHCO3型，总矿化度为8970mg/L,恒速注水速率为90ml/min，注水温度为220℃。细粉砂和地层矿化水按质量比1:4混合，搅拌后形成的砂浆加热到220℃，然后以10ml/min速度注入到ICD测试单元中。实验共进行一个月，连续监测ICD测试单元的压降(经过ICD的压降，即ICD的入口和出口之间的压降，不包括防砂单元的压降)，实验后拆开ICD测试单元，取出ICD，检视内部流道结垢及附着物类型和质量。判断闪蒸、地层水、油水砂等流体冲蚀形成的腐蚀程度。结果表明，ICD测试单元的压降没有明显变化，但实验造成了ICD表面一定程度的锈蚀，并可检视到少量结垢物。[0126] 2.3ICD性能评价[0127] 一组高温高压模拟实验中，设置流程背压为4MPa。部署的ICD为喷嘴型，孔径1.8mm，孔长5mm。防砂结构为割缝板模组(模拟割缝筛管)，缝宽0.4mm，开孔面积占比5％。实验注入流体为纯稠油，其20℃脱气原油粘度1250厘泊。流体以恒速模式注入到ICD测试单元中，注入温度为120℃，背压为1MPa。实验共进行2h，连续改变注入速率，计算Re数，并监测ICD测试单元的压降(经过ICD的压降，即ICD的入口和出口之间的压降，不包括防砂单元的压降)。压降随流量和雷诺数Re的变化关系图分别如图3和图4所示。获得稳定压降后，逐步增大流速，直至接近差压传感器量程。在层流范围内，ICD形成的最大压降约为5KPA；当继续增大流量，测试过渡到湍流区，在所测试的有限流量范围内，压降随流量线性增长。[0128] 2.4多ICD流量调节能力评价[0129] 一组高温高压模拟实验中，并行部署4组ICD，用于模拟井下沿水平井脚跟到脚尖的多ICD联合流量调节能力。ICD均为喷嘴型，孔径1.8mm，孔长5mm。防砂结构为割缝板模组(模拟割缝筛管)，缝宽0.4mm，开孔面积占比5％。分别设置流程背压为3.54、3.65、3.72、3.77MPa(如图6所示，分别对应图6从左到右的柱图)，模拟生产井筛管内从脚跟到脚尖的压力分布。实验注入流体为油水混合物。其中油相为超稠油，50℃脱气原油粘度10万厘泊，注入速率为40ml/min，注入温度为220℃。恒速注水速率为390ml/min，注水温度为220℃。实验共进行2h，监测ICD测试单元的压降(经过ICD的压降，即ICD的入口和出口之间的压降，不包括防砂单元的压降)。获得稳定压降后，记录各ICD的压降数据，同时收集通过各ICD的产出液，计量质量流量(见图6)。实验结束后分析各产出物的组成。结果表明，尽管流量分布依然呈现预期的脚跟高、脚尖低的趋势，但差异并不大，说明四个ICD发挥了调节作用，促进了流入剖面均衡。

专利地区：北京

专利申请日期：2020-08-06

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN114088361B