自1960年建校开设采油工程专业课程开始,采油工程实验室经过了50多年的建设与发展,实验设备不断更新,实验理论和实验技术不断提高。目前拥有仪器设备317台套,总价值1500余万元,其中10万元以上自制设备18台套。主要为石油工程专业、海洋油气工程专业开设自喷采油、气举采油、抽油泵工作原理、垂直井水力压裂电模拟、有杆泵抽油动态曲线测定等《石油工程实验》课程中的5个必修实验项目11学时,为全校相关专业开设选修课《油水井增产增注技术实验》中砂岩地层酸化模拟实验、酸液缓蚀及破乳性能评价实验、压裂液成胶特性评价实验、水平井水力压裂电模拟实验等4个实验项目共16学时。
“水力压裂电模拟实验”设备和“有杆泵抽油动态曲线测定”设备是在国家“九五”攻关项目“水平井开采技术”研究基础上自主研发,极大地促进了教学效果的提高,同时为科研提供了良好保障。其中“水力压裂电模拟实验”设备属于国内首创,技术水平达到国际先进水平。该实验项目的实验内容、实验方法好数据处理等方面均已经形成规范,允许学生自主设计实验方案和自主完成实验内容。该实验项目根据水电相似原理进行设计。以不同浓度的电解质溶液模拟不同渗透率地层,利用不同尺寸、形状和不同电阻率的金属板模拟裂缝的尺寸、形状和导流能力,较为形象、直观、定量地描绘出裂缝的增产效果。该设备也可用于指导压裂施工设计。
(1)自喷采油实验
验证实验,1学时。通过透明有机玻璃井筒观察不同产气量条件下井筒内流体流动型态,明确自喷采油的基本工作原理,观察了解气、液在垂直管内流动过程中由于气体运动速度大于液体运动速度以及粘度、密度不同而引起的滑脱现象;调整井筒内液面高度,待液面平稳后,开启气动定值器,气量由小向大慢慢增加,利用气体流量计和液体流量计,测定气、液产量关系曲线,分析能量的利用情况。
(2)气举采油实验
验证实验,1学时。通过透明有机玻璃井筒,随着气量的加大,井筒环空液面下降,观察气举阀的工作顺序,明确气举采油的基本工作原理;利用气体流量计和液体流量计,测定气、液产量关系曲线,分析能量的利用情况。
(3)抽油泵工作原理实验
验证实验,2学时。通过该实验熟悉游梁式抽油机主要部件组成、各部件名称结构及工作原理,掌握有杆泵抽汲原理;观察模拟泵在井筒内的工作状况,了解气体对泵效的影响及气锚的分离效果,掌握计算泵效的一般方法;通过拆卸、组装杆式泵、管式泵,熟悉并掌握有杆泵主要部件组成、各零部件名称、结构及功能;测定无气体无气锚、有气体无气锚、有气体有气锚时泵的排量,分析气锚的防气效果。
(4)有杆泵抽油动态曲线测定实验
验证实验,2学时。测定不同冲次、沉没度和气液比条件下产液量,计算泵效,绘制抽油动态曲线。包括测定不同冲次条件下泵抽吸纯液体、气液混合物时泵吸入曲线-流入动态曲线;测定同一冲次、冲程、同一产气量条件下,泵抽混气液体时泵吸入曲线-流入动态曲线;测定不同沉设度、不同冲次条件下抽吸纯水时泵效曲线;测定不同气液比条件下,不同沉设度时,抽吸气液混合物时泵效曲线。通过本实验,还要掌握有杆泵抽油机平衡的实测方法,掌握计算机采集数据的基本方法学会浮子式流量计的使用及调试,观察抽油泵固定阀和游动阀的启闭过程,明确抽油泵的工作原理。
(5)垂直井水力压裂电模拟实验
创新性、综合设计性实验,开放,5学时。通过实验使学生了解并掌握压裂电模拟的基本原理及方法;测定垂直井压开水平裂缝、垂直裂缝的增产倍比和地层压力分布等,尽而对压裂增产原理有较明确的认识。通过本实验,使学生掌握利用水电相似原理、相似准则建立水力压裂电模拟模型的方法;学会测量硫酸铜溶液电阻率的方法;学会利用水力压裂电模拟模型测量均质地层、压开水平裂缝和压开垂直裂缝(垂直单翼裂缝、垂直双翼裂缝)时油井产量、地层压力及绘制等压线的方法;学会利用水力压裂电模拟实验数据进行评价(垂直井、水平井)水力压裂增产效果的方法。
(6)砂岩地层酸化模拟实验
创新性、综合设计性实验,开放,选修,5学时。利用天然岩心粉末进行溶蚀率测定,从而确定酸液配方;利用岩心驱替实验装置,将所选酸液恒定流量注入天然岩心,随着反应的进行,测定反应过程中岩心两端压差的变化,由此计算出岩心渗透率的变化;停泵反应一段时间后,测定渗透率,并与注酸前的岩心渗透率值进行比较,从而评价酸化效果。学生可以根据具体的地层条件设计酸液配方和工艺过程。
(7)酸液缓蚀及破乳性能评价实验
创新性、综合设计性实验,开放,选修,4学时。酸化工作液中含有许多种类添加剂,以改善酸化液的性能。其中最为常用且不可缺少的即为缓蚀剂和破乳剂,因此本实验即评价这两种添加剂的性能。在酸液中加入不同浓度的缓蚀剂,将油套管常用钢材N80钢挂片浸入其中,在模拟地层温度下反应1h,测定反应前后挂片的质量差,由此评价筛选缓蚀剂,测定酸液的腐蚀速度和缓蚀率,评价酸液缓蚀性能。将添加好各种添加剂的酸液与原油混合(记录各自体积),搅拌乳化,然后静置2h,观测脱水量,计算破乳率。学生可根据酸液性质选择设计相应的缓蚀剂和破乳剂。
(8)压裂液成胶特性评价实验
综合设计性实验,选修,2学时。依据石油天然气行业标准《水基压裂液性能评价方法SY/T 5107-2005》开展本实验。1)设计压裂液配方;2)配制成胶剂,测定初始粘度及粘度变化规律;3)加入交联剂后,搅拌,在不同时间测定压裂液的粘度;4)绘制粘度-时间曲线,确定成胶时间和破胶时间。
(9)水平井水力压裂电模拟实验
创新性、综合设计性实验,开放,选修,5学时。利用不同浓度电解质溶液模拟不同渗透率地层,利用不同材料(电导率不同)板模拟裂缝导流能力。自主设计水平井压裂方案,包括水平段长度、裂缝尺寸、裂缝条数、裂缝排列、裂缝形态;准备实验材料,包括电解质及各种尺寸和种类的金属板、金属线;对各个方案,测定电流变化和各个位置的电位值;计算增产倍数,绘制等压线和压力分布曲线,评价压裂效果,优化压裂方案。