一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法

1.本发明涉及油气开采技术领域，尤其涉及一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法，用于研究油气开采、复杂结构井渗流及碳封存利用。


背景技术：

2.复杂结构井是以水平井为基本特征的系列井型，包括水平井、大位移井、双水平井、多分支井、u型井、连通井及多功能组合井等。复杂结构井不同于常规直井，其结构多变、施工难度高，对低品位原油有着良好的开发效果，在海上油田、稠油油藏、薄层油藏、底水油藏等中均有应用。复杂结构井在油气开发作业中表现出单井高产、见水慢、井数少的显著优势，对大量低品位的油藏实现了效益开发，增大了我国石油可采储量，缓解了石油开采供应不足的问题。
3.目前，以水平井和鱼骨井为代表的复杂结构井在应用中逐步开始进入中高含水期，需要研究产出井见水后的油藏内部渗流规律。由于水平井、分支井的复杂结构，油水渗流过程受分支间、竖直与水平井筒间的干扰，致使实际的渗流情况在不同地层条件下进一步复杂化，同时生产中油井见水使得稳产难度急升，急需明确渗流规律、研究合适的控水、稳产技术手段。
4.实验室中对复杂结构井生产问题的物理模拟可以大致分为宏观与微观两大类，其中宏观以填砂管、可视化平板模型和三维物理模型具有代表性和广泛性，微观以微流控最具操作性与代表性。在宏观尺度的三维物理模拟模型中，有填砂和胶结两大类模型，其中填砂模型在不同的填砂方法、填砂材料及配比等方面严重地影响模型的物性；胶结模型胶结过程复杂、材料需求多，胶结成型后不可修改，不适应复杂多变的油藏条件。因此，急需研发一种简便、易制备、重复性高、可模拟强非均质性、多用途的物理模型，以研究各类地层条件下复杂结构井的渗流规律，指导现场工艺优化。


技术实现要素：

5.本发明提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法，通过将填砂组件、底液组件和监测组件、注采组件和倾角调整组件等进行组合能快速组装具有非均质性的三维模拟装置，该模拟装置井型种类多、非均质范围大、监测手段多、角度可调节，同时具有简便、易制备、重复性高的优点，能够研究各类地层条件下复杂结构井的渗流规律，指导现场工艺优化。
6.第一方面，本发明提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，包括填砂箱、底液组件、填砂组件、加热组件、监测组件、注采组件和倾角调整组件；底液组件、填砂组件和加热组件均设置于填砂箱的箱内，且底液组件位于填砂组件的底部；监测组件的监测端位于填砂箱的箱内，用于监测填砂箱内的环境参数；注采组件包括注入件和采出件，注入件的注入端和采出件的采出端均与填砂箱连通；倾角调整组件设置于填砂箱的外箱底，用于调整填砂箱的倾角。
7.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，填砂组件包括多个承重筛网、多个制洞件和多个制缝件，多个承重筛网沿填砂箱的厚度方向依次间隔设置于填砂箱的箱内，每相邻两个承重筛网之间形成有填砂腔，多个填砂腔均填充有填砂质；制洞件和制缝件位于填砂腔内。
8.承重筛网和填砂箱的箱内壁之间设置有第一密封件。
9.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，底液组件设置于填砂箱的内箱底，底液组件包括底液箱、注液管和出液管，底液箱的顶部具有开口，底液箱内盛装有液体；填砂组件中邻近底液箱的承重筛网设置于底液箱的顶部，且盖合于开口处；注液管和出液管上设置有控制阀，且均与底液箱连通。
10.底液组件和填砂组件与加热组件之间设置有第二密封件。
11.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，注入件包括多个注入管，注入管的管口为注入件的注入端，一个注入管的注入端对应连通一个填砂腔，各注入管上均设置有注入阀；注入管沿水平方向延伸；注入管用于向填砂腔内注入采出液。
12.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，采出件包括多个采出井，采出井的底部井口为采出件的采出端，一个填砂箱与至少一个采出井的底部井口连通；采出井包括直井段、水平井段和鱼骨井段，水平井段和鱼骨井段设置于各填砂腔中，且与直井段连通，水平井段和鱼骨井段的背离直井段的一端井口形成采出井的底部井口；直井段的顶部井口伸出至填砂箱的箱顶外部。
13.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，加热组件包括加热泵和加热套，加热套与加热泵连接，加热套设置于填砂箱内，加热套贴合于填砂箱的箱内壁，底液组件和填砂组件均位于加热套内。
14.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，监测组件包括多个温度监测件、多个压力监测件、多个油水饱和度监测件和显示件，多个温度监测件、多个压力监测件和多个油水饱和度监测件与显示件电连接；一个温度监测件、一个压力监测件、一个油水饱和度监测件监测端对应设置于一个填砂腔内。
15.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，倾角调整组件包括承重件和多个升降件，填砂箱设置于承重件上，多个升降件设置于承重件的底部的不同位置。
16.在上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可选的是，填砂箱包括底箱、箱顶、多个拼接箱，多个拼接箱沿填砂箱的厚度方向依次设置于底箱的顶部；拼接箱和底箱，以及相邻两个拼接箱之间均可拆卸连接；底液组件和至少部分填砂组件位于底箱内；箱顶盖合于多个拼接箱中最顶部的拼接箱上，箱顶设置有多个观察窗口；底箱和拼接箱之间，相邻两个拼接箱之间，以及拼接箱和箱顶之间均密封连接。
17.第二方面，本发明提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法，应用于上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法包括：
18.组装复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置；
19.打开不同数量的注入件，通过注入件向填砂腔内的填砂质注入采出液；
20.打开不同数量的采出件，通过采出件采出模拟油介质；
21.控制温度监测件监测填砂腔内的温度；
22.控制压力监测件监测填砂腔内的压力；
23.控制油水饱和度监测件监测填砂腔内的填砂质的油水饱和度。
24.本发明提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法，这种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置包括填砂箱、底液组件、填砂组件、加热组件、监测组件、注采组件和倾角调整组件，填砂组件可在三维空间内构建不同非均质程度的地质情况；监测组件用于监测填砂箱内的环境参数；注采组件包括多个水平注入管以及各种结构井；倾角调整组件全面模拟不同倾角范围内的地质情况；通过设置上述组件，该复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法具有以下有益效果：
25.(1)本发明涉及多种井型，研究井型覆盖复杂结构井与常规井，适用于研究鱼骨井等复杂结构井的多相渗流规律，及流体在地层条件下的相态变化，为品质差储层开发提供实验参考，指导生产优化。
26.(2)本发明的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置具有多层结构，有助于从纵向与横向上构建不同非均质程度的地质物理模型，每个填砂腔内部填充有一定厚度的填砂质，实现非均质性定制，该复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置具有整体能够同时快速、精准实现平面非均质性以及垂向非均质性模拟。
27.(3)本发明为研究复杂结构井的多相渗流规律，设计了不同的监测系统，主要包括装置侧面与顶部的玻璃观察窗口，每层填砂腔内部的温度监测件、压力监测件、油水饱和度监测件组成的监测网格，以及实验结束后将模拟装置拆解、直接观察状态三种手段，其中监测件通过与电脑连接，实时传输数据。通过多种监测手段，综合分析复杂结构井的流场变化。
28.(4)本发明结构设计具有组装方便、模块化等特点，通过前期的预设计，将填砂组件、底液组件和监测组件、注采组件和倾角调整组件等进行组合能快速组装具有非均质性的三维模拟装置。减少模拟装置设置时间、降低模拟装置制作难度，提高复杂结构的模拟装置的制作与实验效率。
29.(5)本发明包括一组倾角调整组件，通过倾角调整组件进行高度调节，该复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置可实现在空间任意角度的调整，全面模拟实际储层的情况，不忽略重力等因素的影响。
30.本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的俯视
图；
34.图3为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的填砂组件的结构示意图；
35.图4为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的底液组件的结构示意图；
36.图5为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的填砂箱的结构示意图；
37.图6为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的承重筛网的结构示意图；
38.图7为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的倾角调整组件的结构示意图；
39.图8为本发明实施例提供的一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法的流程图。
40.附图标记说明：
41.100：填砂箱；200：底液组件；300：填砂组件；400：加热组件；500：监测组件；600：注采组件；700：倾角调整组件；
42.101：底箱；102：拼接箱；103：箱顶；104：螺丝；105：螺母；106：第一观察窗；107：第二观察窗；108：第三观察窗；109：凸缘；
43.201：注液管；202：底液箱；203：出液管；204：控制阀；
44.301：填砂腔；302：填砂质；303：制缝件；304：制洞件；305：承重筛网；306：顶部密封盖板；307：第一密封件；
45.401：加热套；402：第二密封件；
46.501：显示件；502：监测件；
47.601：注入件；602：采出件；
48.611：注入管；612：注入阀；613：采出井；614：直井段；615：水平井段；616：鱼骨井段；617：井位通道；
49.701：承重件；702：升降件；703：支撑件。
具体实施方式
50.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
51.本发明的发明人在实际研究过程中发现，复杂结构井在低品位的原油储层开发中具有优良的效果，表现出单井高产、见水慢、井数少等显著优势。复杂结构井三维物理模拟实验装置及实验方法是在直井三维物理模拟实验装置及方法的直接延伸发展，在模拟薄层、稠油等情况时，实验效果明显，但是仍存在一些需要改善的地方，例如直接将直井模型替换为鱼骨井模型，并不能完善的模拟鱼骨井的开采情况；现有的填砂模型在不同的填砂方法、填砂材料及配比等方面严重地影响实验装置的物性，导致现有实验装置不适应复杂
多变的油藏条件。因此，急需研发一种简便、易制备、重复性高、可模拟强非均质性、多用途的实验装置。
52.鉴于此，本发明实施例提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法，复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置包括填砂箱、底液组件、填砂组件、加热组件、监测组件、注采组件和倾角调整组件，填砂组件可在三维空间内构建不同非均质程度的地质情况，能够快捷、精准实现非均质性；监测组件用于监测填砂箱内的环境参数，包括监测组件在内的多种监测手段综合分析非常规井的流场变化；注采组件包括多个水平注入管以及各种复杂结构井，可进一步扩展对填砂组件现实情况的模拟，达到全方位、细致化评价复杂结构井在高温高压条件下的多相渗流目的；倾角调整组件全面模拟不同倾角范围内的地质情况；通过设置上述组件，这种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法涉及井型种类多、监测手段多、角度可调节，同时具有简便、易制备、重复性高的优点，能够研究各类地层条件下复杂结构井的渗流规律，指导现场工艺优化。
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
54.第一方面，本发明提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，包括填砂箱100、底液组件200、填砂组件300、加热组件400、监测组件500、注采组件600和倾角调整组件700；底液组件200、填砂组件300和加热组件400均设置于填砂箱100的箱内，且底液组件200位于填砂组件300的底部；监测组件500的监测端位于填砂箱100的箱内，用于监测填砂箱100内的环境参数；注采组件600包括注入件601和采出件602，注入件601的注入端和采出件602的采出端均与填砂箱100连通；倾角调整组件700设置于填砂箱100的外箱底，用于调整填砂箱100的倾角。
55.具体地，结合图1和图3所示，每层的填砂组件300具有一定厚度，填砂组件300的组装可在三维空间内构建不同非均质程度的地质石油开采物理模型；底液组件200可以模拟地下液体流动情况；加热组件400可用于模拟实际地下温度情况；监测组件500可对环境参数进行监测，实现实时监控。注采组件600包括注入件601和采出件602，注入件601用于向填砂组件300内注入采出液；采出件602包含非常规井型与常规井型，适用于研究鱼骨井等非常规井型的渗流规律及相态变化；通过倾角调整组件700的高度组合，实现模拟装置在空间上任意角度的调整，全面模拟不同倾角范围内的地质情况；复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置具有组装方便、模块化等特点，通过不同的预设计非均质性填砂组件直接进行组合能快速组装有效合理的三维可视化模拟装置；能够提升复杂结构井三维物理模拟技术模拟仿真程度。
56.在一种可行的具体实施方式中，填砂箱100包括底箱101、箱顶103、多个拼接箱102，多个拼接箱102沿填砂箱100的厚度方向依次设置于底箱101的顶部；拼接箱102和底箱101，以及相邻两个拼接箱102之间均可拆卸连接；底液组件200和至少部分填砂组件300位
于底箱101内；箱顶103盖合于多个拼接箱102中最顶部的拼接箱102上，箱顶103设置有多个观察窗口；底箱101和拼接箱102之间，相邻两个拼接箱102之间，以及拼接箱102和箱顶103之间均密封连接。
57.具体地，填砂箱100外形包括长方体、正方体或球体等，以满足各类实验需求。参照图1和图5所示，填砂箱100包括底箱101、箱顶103、多个拼接箱102；底箱101、箱顶103、多个拼接箱102的外壁面均设置有凸缘109，底箱101、箱顶103、多个拼接箱102通过凸缘109结构连接。底箱101侧面设置有第一观察窗106，位于底箱101侧面的背离填砂箱100底部的位置，实现可视化功能。底液组件200位于底箱101内；多个拼接箱102侧面设置有第二观察窗107；多个拼接箱102可根据填砂组件300层数叠加，多个拼接箱102通过凸缘109连接；凸缘109包括通孔，螺丝104通过通孔和螺母105紧固连接。
58.箱顶103设置有第三观察窗108、井位通道617。依据凸透镜成像原理，第三观察窗108设置为下凸状，这样，第三观察窗108观察到的为填砂箱100内部放大的图像，实现可视化。参照图2所示，箱顶103采用栅格结构，栅格内部为第三观察窗108，格栅的材料可以为钢、铝或其他金属，可以保证栅格结构具有足够的强度。栅格交叉点处设置有开口，井位通道617位于整个箱顶103平面的多个栅格交叉点开口处。采出件602穿过井位通道617，这样，能够实现采出件602复杂的位置布置，模拟实际生产过程中的结构井。第一观察窗106、第二观察窗107、第三观察窗108材质包括耐压耐温玻璃，透光树脂等，这样，可以直接观察填砂组件300情况，实现可视化功能。
59.示例的，复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中，可以通过调整拼接箱102的数量，调整模拟装置中填砂腔301的数量，填砂腔301的数量可以设置为3个、4个、5个，本发明不对填砂腔的个数做限制。
60.示例的，这种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置各结构尺寸可设计为：底箱101内部长度20-40cm，宽度20-40cm，厚度1-5cm，高度5-15cm；拼接箱102的内部长度20-40cm，宽度20-40cm，高度3-15cm，厚度1-5cm；箱顶103长度20-40cm，宽度20-40cm，高度3-15cm厚度1-5cm；承重件701内部长度15-45cm，宽度15-45cm，厚度3-15cm；底液箱202内部长度20-40cm，宽度20-40cm，厚度1-5cm，高度5-10cm；填砂组件300的尺寸为内部长度20-40cm，宽度20-40cm，高度3-15cm，厚度1-5cm；承重筛网305的尺寸长度20-40cm，宽度20-40cm，其中承重筛网305厚度小于0.5mm，蜂窝状钢结构厚度0.1-0.3cm；注入件601内径1-5mm，长度5-15cm；注液管201内径1-5mm，长度5-15cm；采出件602内径1-5mm，长度10-60cm；井位通道617内径3-10mm；顶部密封盖板306的长度20-40cm，宽度20-40cm，高度1-5cm。
61.在一些实施例中，这种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置各结构尺寸可以为：底箱101内部长度为36cm，宽度为36cm，厚度为3cm，高度为8cm；拼接箱102的内部长度宽为36cm，宽度为36cm，高度为5cm，厚度为3cm；箱顶103长度为36cm，宽度为36cm，高度为5cm，厚度为3cm；承重件701内部长度为36cm，宽度为36cm，厚度为5cm；底液箱202内部长度为30cm，宽度为30cm，高度为8cm，厚度为3cm；填砂组件300的尺寸为内部长度为30cm，宽度为30cm，高度为5cm，厚度为3cm；承重筛网305的尺寸长度为30cm，宽度为30cm，厚度为0.4mm，蜂窝状钢结构厚度为0.1cm；注入件601内径为3mm，长度为10cm；注液管201内径为3mm，长度为10cm；采出件602内径为3mm，长度20cm；井位通道617内径为5mm；顶部密封盖板306的长度为36cm，宽度为36cm，高度为3cm。
62.在另一些实施例中，这种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置各结构尺寸可以为：底箱101内部长度为25cm，宽度为25cm，厚度为2.5cm，高度为5cm；拼接箱102的内部长度宽为25cm，宽度为25cm，高度为5cm，厚度为2.5cm；箱顶103长度为25cm，宽度为25cm，高度为5cm，厚度为2.5cm；承重件701内部长度为30cm，宽度为30cm，厚度为5cm；底液箱202内部长度为25cm，宽度为25cm，高度为4cm，厚度为3cm；填砂组件300的尺寸为内部长度为25cm，宽度为25cm，高度为4cm，厚度为3cm；承重筛网305的尺寸长度为25cm，宽度为25cm，厚度为0.4mm，蜂窝状钢结构厚度为0.1cm；注入件601内径为2mm，长度为8cm；注液管201内径为3mm，长度为8cm；采出件602内径为3mm，长度14cm；井位通道617内径为5mm；顶部密封盖板306的长度为30cm，宽度为30cm，高度为3cm。
63.在一种可行的具体实施方式中，结合图7所示，倾角调整组件700包括承重件701和多个升降件702，填砂箱100设置于承重件701上，多个升降件702设置于承重件701的底部的不同位置。
64.示例的，承重件701可以为承重托盘，承重托盘设置有开口，填砂箱100放置于承重件701开口处，承重件701用于盛放和固定填砂箱100；升降件702设置于承重件701下方，升降件702数量至少为1个；升降件702包括底座和升降轴，底座与外界平台连接，起固定作用；升降轴可调节至不同高度，这样，当不同升降轴处于不同高度时，填砂箱100处于不同角度；倾角调整组件700也可以包括支撑件703，支撑件703为金属件；支撑件703一端与承重件701连接，另一端与升降件702连接，支撑件703起固定支撑作用，保证模拟装置整体的稳定性。通过设置承重件701、升降件702和支撑件703，该填砂箱100可实现三维空间角度任意调整，这样，该模拟装置可实现真实地质倾斜状况模拟。
65.在一种可行的具体实施方式中，结合图1、图4和图6所示，底液组件200设置于填砂箱100的内箱底，底液组件200包括底液箱202、注液管201和出液管203，底液箱202的顶部具有开口，底液箱202内盛装有液体；填砂组件300中邻近底液箱202的承重筛网305设置于底液箱202的顶部，且盖合于开口处；注液管201和出液管203上设置有控制阀204，且均与底液箱202连通。
66.底液组件200和填砂组件300与加热组件400之间设置有第二密封件402。
67.示例的，在填砂箱100内，加热组件400环绕于填砂箱100内壁，底液组件200设置于填砂箱100的内箱底，填砂组件300设置于底液组件200上方。底液组件200和填砂组件300与加热组件400之间设置有第二密封件402，第二密封件402可以为橡胶套，这样，依据橡胶套的密封性，填砂组件300和底液组件200密封在填砂箱100内部。
68.示例的，底液箱202设置于填砂箱100的内箱底，底液箱202上方设置有开口，填砂组件300设置于底液箱202上方开口处，底液箱202下方与第二密封件402连接。垂直于填砂箱100厚度方向，在底液箱202一侧设置有连接口，注液管201一端通过连接口与底液箱202连接，另一端与控制阀204连接，这样，注液管201可使底液箱内存在所需液体，控制阀204的设置可以控制实验时液体的流速、流量，模拟实际地质情况；在底液箱202的另一侧也设置有连接口，出液管203的一端通过连接口与底液箱202连接，另一端与控制阀204连接，控制液体流出底液箱202的速度。此外，出液管203内部含有防砂网堵件，防砂网堵件为金属件，呈圆形，内部含有多个网孔。这样，在液体由底液箱202排出时，防砂网堵件可过滤杂质防止堵塞。
69.在一种可行的具体实施方式中，填砂组件300包括多个承重筛网305、多个制洞件304和多个制缝件303，多个承重筛网305沿填砂箱100的厚度方向依次间隔设置于填砂箱100的箱内，每相邻两个承重筛网305之间形成有填砂腔301，多个填砂腔301均填充有填砂质302；制洞件304和制缝件303位于填砂腔内。
70.承重筛网305和填砂箱100的箱内壁之间设置有第一密封件307。
71.具体地，结合图3所示，填砂组件300设置有壳体，壳体由可视化材料制作，材料包括玻璃，用于填装填砂质302并实现可视化功能，可在实验过程中随时观察填砂箱100内部情况；可以通过壳体的高度，来调整模拟装置中填砂腔301的厚度。填砂组件300至少包括1种填砂质302，至少相邻两层填砂腔301内的填砂质302具有不同的目数。填砂质302包括石英砂、玻璃微珠；填砂质302目数大于或等于30目，小于或大于200目；最上方填砂组件300顶部的密封盖板306采用可视化材料制作，用于密封填砂组件。
72.示例的，填砂质302可以为石英砂，沿填砂箱100的箱底至填砂箱100的箱顶，不同填砂腔301内的填砂质302的目数不相同，可以依据实际实验要求设置，进而模拟不同地下实际岩石分布情况。
73.在一种可行的具体实施方式中，沿填砂箱100厚度的由下往上方向，不同层填砂腔301内填砂质302目数，依次可以为30目、60目、90目、120目。
74.在另一种可行的具体实施方式中，沿填砂箱100厚度的由下往上方向，不同层填砂腔301内填砂质302目数，依次可以为160目、130目、100目、70目。
75.在又一种可行的具体实施方式中，沿填砂箱100厚度的由下往上方向，不同层填砂腔301内填砂质302目数，依次可以为200目、90目、150目、60目。本发明不对每层填砂质302的具体目数做限制。
76.示例的，在实际实验过程中，可以设置多个复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，多个模拟装置中填砂腔301内填砂质302的目数排列规律不同，具体地操作方法是从填砂箱100底部到顶部，不同填砂腔301内部填砂质302的目数可以依次增大，也可以依次减小，不同填砂腔301内填砂质302目数排列方式不限于上述两种。
77.示例的，承重筛网305在填砂箱100内，沿填砂箱100的厚度方向层叠且间隔设置，承重筛网305与填砂箱100的箱内壁连接，填砂质302分布于承重筛网305上。承重筛网305和填砂箱100的箱内壁之间设置有第一密封件307，第一密封件307包括金属垫圈，可以加固承重筛网与填砂箱100的箱内壁之间的抵接。
78.承重筛网305上具有多个筛孔，筛孔可以连通该承重筛网305相邻两侧的填砂腔301。
79.承重筛网305的材质可以是钢、铜或金属等，具有较高的强度。承重筛网305能够连通填砂组件300且承受填砂组件300的重量；承重筛网305内部设有筛孔，这样，承重筛网305具有渗流能力，同时可以通过更换不同筛孔孔径的承重筛网305，以用于模拟不同的渗透率的地层隔层。
80.制洞件304和制缝件303设置于填砂腔301内，用于模拟地质内的裂缝和溶洞结构，提高模型的仿真程度。制洞件304和制缝件303由钢制筛网压制粘合成型，筛网目数大于填砂质302最大目数，这样，可以保证填砂质302不进入制洞件304和制缝件303内部。制洞件304外形包括球体、椭球体和不规则体，内部为空心状。制洞件304内部随机放置有铁丝或钢
丝，用于支撑两者，这样制洞件304不因填砂质302重力或挤压形变。制缝件303外形包括规则或不规则长条状、圆形，内部为空心状，内部简单支撑或不支撑，保持极低厚度的，长度与宽度等可随意变化。
81.示例的，制缝件303的大小包括内部空心状的容积、制缝件303的缝长和缝宽；制洞件304的大小包括体积的大小；当制洞件304为椭球体时，可以通过调节椭球体的长边和短边来调整制洞件304的大小。通过调节钢制筛网的尺寸大小可以调节制洞件304和制缝件303的大小。
82.在一种可行的具体实施方式中，注入件601包括多个注入管611，注入管611的管口为注入件601的注入端，一个注入管611的注入端对应连通一个填砂腔301，各注入管611上均设置有注入阀612；注入管611沿水平方向延伸；注入管611用于向填砂腔301内注入采出液。
83.示例的，填砂组件300设置有壳体，壳体与承重筛网305共同围成填砂腔301，壳体沿水平方向的一侧的壳壁设置有开口，注入件601通过开口与壳体的腔体连接。注入件601包括多个注入管611，注入管611上设置有注入阀612连接，注入管611沿水平方向延伸并与壳体开口连接，一个注入管611对应连同一个填砂腔301。注入阀612一方面可以控制注入管611内采出液流动状态，流动状态包括并不限于采出液的速度和流量。
84.在一种可行的具体实施方式中，结合图3所示，采出件602包括多个采出井613，采出井613的底部井口为采出件602的采出端，一个填砂箱100与至少一个采出井613的底部井口连通；采出井613包括直井段614、水平井段615和鱼骨井段616，水平井段615和鱼骨井段616设置于各填砂腔301中，且与直井段614连通，水平井段615和鱼骨井段616的背离直井段614的一端井口形成采出井613的底部井口；直井段614的顶部井口伸出至填砂箱100的箱顶外部。
85.具体地，采出井613的一端设置于填砂箱100内部，另一端通过井位通道617延伸至填砂箱100外部，以模拟实验所需的采出过程。采出井613包括直井段614、水平井段615、鱼骨井段616，水平井段615、鱼骨井段616分布于不同填砂腔301内，并与直井段614连接。采出井613通过井位通道617进入填砂箱100的内部，穿过不同填砂腔301，深入所需深度，模拟和探究三维结构井开发效果。
86.示例的，多分支的鱼骨井段616是指在单一井的水平段分布有多个分支井。结合图1和图3所示，在一些实施例中，一种采出井613可以包括直井段614与多分支鱼骨井段616，其中直井段614沿填砂箱100厚度方向从上向下依次穿过两个填砂腔301，鱼骨井段616设置于两个填砂腔301中位于底部的填砂腔301内，鱼骨井段616与直井段614连通。
87.在另一些实施例中，一种采出井613可以包括直井段614与两个鱼骨井段616，其中直井段614沿填砂箱100厚度方向从上向下依次穿过三个填砂腔301，两个鱼骨井段616分布于三个填砂腔301中任意两个填砂腔301内，两个鱼骨井段616分别与直井段614连接。
88.在又一些实施例中，一种采出井613可以包括直井段614、水平井段615、多个鱼骨井段616，其中直井段614沿填砂箱100厚度方向从上向下依次穿过四个填砂腔301，鱼骨井段616、水平井段615分别与直井段614连接，直井段614、水平井段615、多个多分支鱼骨井段616分布于四个填砂腔301中的不同填砂腔301内。在其他实施例中，直井段614穿设填砂腔301的数量可以根据填砂箱100的具体结构而定，本发明对此并不加以限制。
89.示例的，采出井613也可以作为注入井，在模拟装置组装完毕后时，可以在采出井613的直井段614的顶部井口注入采出液，采出液分别流过直井段614、水平井段615、鱼骨井段616，并通过底部井口流入填砂腔301中。
90.在一种可行的具体实施方式中，加热组件400包括加热泵和加热套401，加热套401与加热泵连接，加热套401设置于填砂箱100内，加热套401贴合于填砂箱100的箱内壁，底液组件200和填砂组件300均位于加热套内。
91.示例的，加热套401一侧贴合于填砂箱100内壁，另一侧与第二密封件402连接，第二密封件402环绕于填砂组件300和底液组件200外壁。通过开启设置于填砂箱100外部的加热泵，与加热泵电连接的加热套401开始升温，可加热至预设温度，这样，与加热套401连接的第二密封件402将温度传递给填砂组件300和底液组件200，模拟实际地质情况。
92.在一种可行的具体实施方式中，监测组件500包括多个温度监测件、多个压力监测件、多个油水饱和度监测件和显示件501，多个温度监测件、多个压力监测件和多个油水饱和度监测件与显示件501电连接；一个温度监测件、一个压力监测件和一个油水饱和度监测件监测端对应设置于一个填砂腔301内。
93.具体地，监测件502包括多个温度监测件、多个压力监测件和多个油水饱和度监测件，监测件502位于不同填砂腔301内，监测件502一端与填砂腔301内填砂质302、采出液等直接接触，另一端水平延伸至填砂箱100外与显示件501电连接。温度监测件用于监测记录本层填砂腔301不同部位的温度，压力监测件用于监测记录本层填砂腔301内不同部位的压力，油水饱和度监测件用于监测记录本层填砂腔301内不同部位的油水饱和度。
94.示例的，显示件501包括温度显示端、压力显示端和油水饱和度显示端。温度监测件可以为温度传感器，压力监测件可以为压力传感器，油水饱和度监测件可以为油水饱和度显示器。监测端能测量一个填砂箱内大部分区域的数值。
95.第二方面，参照图8所示，本发明提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法，应用于上述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法包括：
96.s100：组装复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置；
97.s200：打开不同数量的注入件，通过注入件向填砂腔内的填砂质注入采出液；
98.s300：打开不同数量的采出件，通过采出件采出模拟油介质；
99.s400：控制温度监测件监测填砂腔内的温度；
100.s500：控制压力监测件监测填砂腔内的压力；
101.s600：控制油水饱和度监测件监测填砂腔内的填砂质的油水饱和度。
102.示例的，组装复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置步骤如下，将底液箱202放入填砂箱100的底部，底液箱202一端连接注液管201，另一端连接出液管203；将加热套401放置于填砂箱100内部，并紧挨填砂箱100；将填砂组件300壳体依次放入填砂箱100的内部，填砂腔301内填入不同目数填砂质302并放入监测件502，将采出件602依次按照预先设定的位置和深度插入填砂腔301中；将多个拼接箱102按照填砂组件300壳体数量叠加相连，使用螺丝104和螺母105紧固密封；将顶部密封盖板306放置于填砂腔301顶部，将箱顶103置于连接紧固的填砂箱100上，同时让采出件602穿过井位通道617；将采出件602与注入件601与填砂箱100相连。组装完毕后，根据预计角度调整倾角调整组件700的高度，进行地层角度设
置。
103.在复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置组装完毕后，可以研究复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中的渗流规律。
104.示例的，本发明中的渗流规律是指通过调整不同复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置中填砂腔301内填砂质302的目数排列，填砂腔301的数量和填砂腔301的厚度，以及采用一个注入件601或者多个注入件601向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，一个采出件602或者多个采出件602从填砂腔301内的填砂质302采出模拟油，填砂腔301内温度、压力和填砂腔301内填砂质302的油水饱和度与填砂腔301内填砂质302的目数排列，填砂腔301的数量和填砂腔301的厚度以及注入件601数量和采出件602数量之间的作用规律。
105.在一些实施例中，根据渗流实验的需求，多次组装复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，多次组装的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置不同点包括但不限于填砂腔301内填砂质302目数排列、填砂腔301的个数、填砂腔301的厚度。
106.首先，启动加热泵，加热套401开始加热。待加热套401升至设定温度，加热套401持续加热，保证加热套401提供给复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的温度稳定。
107.然后，注液管201向底液箱202内注入底液，注入的底液可以为水。
108.随后，一个注入件601向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，或者多个注入管611向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，使采出液在一层或多层的填砂腔301内流通。
109.同时，当采出液在填砂腔内流动时，温度监测件和压力监测件实时监测填砂腔301内的温度、压力，油水饱和度监测件检测填砂腔301内填砂质302的油水饱和度，通过显示件501记录温度、压力和油水饱和度的具体值。
110.最后，通过显示件501记录温度、压力和油水饱和度的具体值，以及通过观察窗及拆卸模拟装置观察填砂腔301内采出液的流动路径，分析得到采出液在一层或多层的填砂腔301内渗流规律。
111.在另一些实施例中，根据渗流实验的需求，多次组装多个复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，多次组装的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置不同点包括但不限于填砂腔301内填砂质302目数排列、填砂腔301的个数、填砂腔301的厚度、制缝件303的大小以及制缝件303在填砂腔301内的位置、制洞件304的大小以及制缝件在填砂腔301内的位置。
112.首先，启动加热泵，加热套401开始加热。待加热套401升至设定温度，加热套401持续加热，保证加热套401提供给复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的温度稳定。
113.然后，注液管201向底液箱202内注入底液，注入的底液可以为水。
114.随后，一个注入件601向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，或者多个注入管611向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，使采出液在一层或多层的填砂腔301内流通。
115.随后，将采出件602的直井段614为采出口，通过将其与外部注采仪器相连，打开其中一个或者多个采出件602，关闭其它采出件602，模拟油介质通过采出件602从填砂腔301内部采出。
116.同时，模拟油采出过程中，温度监测件和压力监测件实时监测填砂腔301内的温度、压力，油水饱和度监测件检测填砂腔301内填砂质302的油水饱和度，通过显示件501记录温度、压力和油水饱和度的具体值。
117.最后，通过对比在一个注入件601或者多个注入件601向填砂腔301内注入采出液的情况下，一个或者多个采出件采出模拟油介质情况下，根据监测件502记录的结果、实验过程中观察窗的记录结果、拆卸模拟装置后记录的结果，分析得到有底液注入情况下，采出液在复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的渗流规律。
118.在另一些实施例中，根据渗流实验的需求，多次组装多个复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，多次组装的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置不同点包括但不限于填砂腔301内填砂质302目数排列、填砂腔301的个数、填砂腔301的大小、制缝件303的大小以及制缝件303在填砂腔301内的位置、制洞件304的大小以及制缝件在填砂腔301内的位置。
119.首先，启动加热泵，加热套401开始加热。待加热套401升至设定温度，加热套401持续加热，保证加热套401提供给复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的温度稳定。
120.然后，一个注入件601向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，或者多个注入管611向填砂腔301内的填砂质302注入采出液，使采出液在一层或多层的填砂腔301内流通。
121.随后，将采出件602的直井段614为采出口，通过将其与外部注采仪器相连，打开其中一个或者多个采出件602，关闭其它采出件602，模拟油介质通过采出件602从填砂腔301内部采出。
122.同时，模拟油采出过程中，温度监测件和压力监测件实时监测填砂腔301内的温度、压力，油水饱和度监测件检测填砂腔301内填砂质302的油水饱和度，通过显示件501记录温度、压力和油水饱和度的具体值。
123.最后，通过对比在一个注入件601或者多个注入件601向填砂腔301内注入采出液的情况下，一个或者多个采出件采出模拟油介质情况下，根据监测件502记录的结果、实验过程中观察窗的记录结果、拆卸模拟装置后记录的结果，分析得到在没有底液注入情况下，采出液在复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置的渗流规律。
124.示例的，在实验进行完毕后，可对复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置进行拆卸，进一步观察采出液在填砂腔301内部填砂质302中的流动路径。拆卸过程如下：
125.关闭所有注液管201、注入管611；同时关闭加热组件400，对复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置进行降温。待复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置等却至室温后，打开出液管203，卸载底液箱202内的底液；打开注入管611，卸载各填砂腔301内的采出液。
126.卸载倾角调整组件700角度，将升降件702逐渐回落至原始状态，使模拟装置回归水平状态。
127.卸载螺丝104与螺母105，将拼接箱102从上到下逐个取下，将填砂组件300从上到下逐个取下，同时卸载注入件601和采出件602。填砂组件300卸载完成后，观察采出液在填砂腔301内部填砂质302中的流动路径，在观察及记录完毕后，可将填砂腔301内部填砂质302倾倒，进行下次填砂使用。
128.上述的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
129.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
130.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，包括填砂箱、底液组件、填砂组件、加热组件、监测组件、注采组件和倾角调整组件；所述底液组件、所述填砂组件和所述加热组件均设置于所述填砂箱的箱内，且所述底液组件位于所述填砂组件的底部；所述监测组件的监测端位于所述填砂箱的箱内，用于监测所述填砂箱内的环境参数；所述注采组件包括注入件和采出件，所述注入件的注入端和所述采出件的采出端均与所述填砂箱连通；所述倾角调整组件设置于所述填砂箱的外箱底，用于调整所述填砂箱的倾角。2.根据权利要求1所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述填砂组件包括多个承重筛网、多个制洞件和多个制缝件，多个所述承重筛网沿所述填砂箱的厚度方向依次间隔设置于所述填砂箱的箱内，每相邻两个所述承重筛网之间形成有填砂腔，多个所述填砂腔均填充有填砂质；所述制洞件和所述制缝件位于所述填砂腔内；所述承重筛网和所述填砂箱的箱内壁之间设置有第一密封件。3.根据权利要求2所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述底液组件设置于所述填砂箱的内箱底，所述底液组件包括底液箱、注液管和出液管，所述底液箱的顶部具有开口，所述底液箱内盛装有液体；所述填砂组件中邻近所述底液箱的所述承重筛网设置于所述底液箱的顶部，且盖合于所述开口处；所述注液管和所述出液管上设置有控制阀，且均与所述底液箱连通；所述底液组件和所述填砂组件与所述加热组件之间设置有第二密封件。4.根据权利要求2所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述注入件包括多个注入管，所述注入管的管口为所述注入件的注入端，一个所述注入管的注入端对应连通一个所述填砂腔，各所述注入管上均设置有注入阀；所述注入管沿水平方向延伸；所述注入管用于向所述填砂腔内注入采出液。5.根据权利要求2所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述采出件包括多个采出井，所述采出井的底部井口为所述采出件的采出端，一个所述填砂箱与至少一个所述采出井的底部井口连通；所述采出井包括直井段、水平井段和鱼骨井段，所述水平井段和所述鱼骨井段设置于各所述填砂腔中，且与所述直井段连通，所述水平井段和所述鱼骨井段的背离所述直井段的一端井口形成所述采出井的底部井口；所述直井段的顶部井口伸出至所述填砂箱的箱顶外部。6.根据权利要求1-5中任一项所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述加热组件包括加热泵和加热套，所述加热套与所述加热泵连接，所述加热套设置于所述填砂箱内，所述加热套贴合于所述填砂箱的箱内壁，所述底液组件和所述填砂组件均位于所述加热套内。7.根据权利要求1-5中任一项所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述监测组件包括多个温度监测件、多个压力监测件、多个油水饱和度监测件和显示件，多个所述温度监测件、多个所述压力监测件和多个油水饱和度监测件与所述显示件电连接；一个所述温度监测件、一个所述压力监测件和一个所述油水饱和度监测件监测端对应设置于一个所述填砂腔内。8.根据权利要求1-5中任一项所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述倾角调整组件包括承重件和多个升降件，所述填砂箱设置于所述承重件上，多个所述升降件设置于所述承重件的底部的不同位置。
9.根据权利要求1-5中任一所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，其特征在于，所述填砂箱包括底箱、箱顶、多个拼接箱，多个所述拼接箱沿所述填砂箱的厚度方向依次设置于所述底箱的顶部；所述拼接箱和所述底箱，以及相邻两个所述拼接箱之间均可拆卸连接；所述底液组件和至少部分所述填砂组件位于所述底箱内；所述箱顶盖合于多个所述拼接箱中最顶部的所述拼接箱上，所述箱顶设置有多个观察窗口；所述底箱和所述拼接箱之间，相邻两个所述拼接箱之间，以及所述拼接箱和箱顶之间均密封连接。10.一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置，所述复杂结构井多相渗流三维可视化模拟方法包括：组装所述复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置；打开不同数量的注入件，通过所述注入件向填砂腔内的填砂质注入采出液；打开不同数量的采出件，通过所述采出件采出模拟油介质；控制温度监测件监测所述填砂腔内的温度；控制压力监测件监测所述填砂腔内的压力；控制油水饱和度监测件监测所述填砂腔内的所述填砂质的油水饱和度。

技术总结
本发明提供一种复杂结构井多相渗流三维可视化模拟装置及方法，包括填砂箱、底液组件、填砂组件、加热组件、监测组件、注采组件和倾角调整组件，填砂组件可从三维空间内构建不同非均质程度的地质情况；监测组件用于监测填砂箱内的环境参数，包括监测组件在内的多种监测手段综合分析非常规井的流场变化；注采组件包括多个水平注入件以及各种结构井，可达到全方位评价复杂结构井在高温高压条件下的多相渗流目的；倾角调整组件模拟不同倾角范围内的地质情况；通过设置上述组件，该模拟装置井型种类多、监测手段多、角度可调节，同时具有简便、易制备、重复性高的优点，能够研究各类地层条件下复杂结构井的渗流规律，指导现场工艺优化。指导现场工艺优化。指导现场工艺优化。


技术研发人员：吕其超 王玮 董朝霞 詹洪磊 赵亚 肖凯 周同科
受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/7