CN102374963A - 煤层气完井方式评价实验装置 - Google Patents

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本发明为一种煤层气完井方式评价实验装置,该装置包括设置在恒温箱内的完井方式模拟模型系统,是由岩心夹持器和设置在岩心夹持器内的完井模型构成;岩心夹持器由一个两端密封的金属圆筒构成,金属圆筒的一密封端上设有气液进口,另一密封端上设有气液出口,该金属圆筒内套设有一两端呈开放的筒状胶套;该完井模型包括设置在筒状胶套内的圆柱状原煤煤心,该原煤煤心对应所述气液出口的端面上贴设有一设有贯通的割缝或透孔的完井模拟片;岩心夹持器的气液进口连接有气液加压注入系统和进口压力传感器;气液出口连接有煤粉收集计量系统和出口压力传感器;岩心夹持器上连接一个用来给金属圆筒内部的完井模型加载围压的加载装置。

Description

煤层气完井方式评价实验装置
技术领域
[0001] 本发明是关于一种完井模拟实验系统,尤其涉及一种煤层气完井方式评价实验装置。
背景技术
[0002]目前,我国的煤层气完井方法比较单一,大部分煤层气井仍采用常规油气井的完井方法,缺乏煤层气完井方法选择的理论基础,缺乏不同完井方法的适用性分析,不能根据具体的煤层气藏储层条件对不同完井方法进行评价,从而无法实现煤层气藏完井方法的优选。因此有必要开展煤层气完井方法基础理论方面的研究,在此基础上形成适合煤层气完井方法优选的评价体系,以提高不同煤层气藏完井方法选择的科学性。
[0003] 现有对煤岩渗透率的测量是采用储层煤岩渗透率测定实验装置,首先用盐水饱和煤心,再进行气驱水,通过测量压差和流量数据求得样品的相对渗透率,它是样品出口端含水饱和度的函数。实验过程是在恒压下向岩心注入加湿的氦气,以置换其中的水。连续地注入气体,直至水产量的增量达到稳定。用自动数据采集系统记录不同时间水和气的体积、 上流压力、压差和温度,用天平或计量管计量产出水的重量,用水的重量和密度计算饱和度。根据水量和气量,利用Johnson等(1959)的模型或Jones等(1976)的数学模型计算出气-水相对渗透率;通过类似的驱替步骤,代入达西公式,可以测出单组分气体在煤岩中的相对渗透率。
[0004] 但是,煤层气井采用不同的完井方式时,煤层气井井筒壁面渗流特性将发生改变, 产气量、产液量、煤粉产出量及粒径也随之变化;而现有的储层煤岩渗透率测定装置只是普通的煤岩渗透率测量装置,并不能与煤层气完井方式的评价与优选相关联,不能为煤层气完井方式的优选提供有用的数据,从而不能对煤层气完井方式进行评价。
[0005] 本发明人为解决上述现有技术的缺陷,提供一种煤层气完井方式评价实验装置, 模拟煤层气井不同完井方式下井筒壁面渗流效果,进而能够通过分析模拟不同完井方式下的渗流效果对煤层气井产气量和煤粉产出量影响程度的大小或者范围,来决定使用某种完井方式。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种煤层气完井方式评价实验装置,该实验装置可进行储层煤岩气相绝对渗透率、相对渗透率的测定,得出不同完井方式下的煤储层渗透率评价理论,推出不同完井方式下的煤层气井筒渗流模型,测定出煤岩孔隙体积压缩系数。
[0007] 本发明的目的是这样实现的,一种煤层气完井方式评价实验装置,该评价实验装置包括一套设置在恒温箱内的完井方式模拟模型系统,该完井方式模拟模型系统由岩心夹持器和设置在岩心夹持器内的完井模型构成;所述岩心夹持器由一个两端密封的金属圆筒构成,金属圆筒的一密封端上设有气液进口及进口开关,另一密封端上设有气液出口及出口开关,该金属圆筒内套设有一两端呈开放的筒状胶套;该完井模型包括设置在筒状胶套内的圆柱状原煤煤心,该原煤煤心对应所述气液出口的端面上贴设有一完井模拟片,所述完井模拟片上设有贯通的割缝或透孔;岩心夹持器的气液进口连接有气液加压注入系统和进口压力传感器;岩心夹持器的气液出口连接有煤粉收集计量系统和出口压力传感器;所述岩心夹持器上连接一个用来给金属圆筒内部的完井模型加载围压的加载装置。
[0008] 在本发明的一较佳实施方式中,所述完井模拟片上的割缝设置有多条,完井模拟片上临近煤心一侧的割缝宽度小于另一侧割缝的宽度,构成一侧窄另一侧宽的梯形截面的割缝。
[0009] 在本发明的一较佳实施方式中,所述完井模拟片上的透孔为一个,且设置在完井模拟片的中心处,所述煤心在临近该透孔一侧且对应该透孔沿其轴向设有一段模拟井筒。
[0010] 在本发明的一较佳实施方式中,所述完井模拟片上的透孔为多个微孔。
[0011] 在本发明的一较佳实施方式中,所述恒温箱内设置两套并联的完井方式模拟模型系统。
[0012] 在本发明的一较佳实施方式中,所述气液加压注入系统包括并联设置的气体加压注入装置和液体加压注入装置;所述气体加压注入装置依序由气瓶、调压阀、压力表和开关构成;所述液体加压注入装置依序由驱替泵、活塞容器和开关构成。
[0013] 在本发明的一较佳实施方式中,所述煤粉收集计量系统包括一煤粉收集器和与其串联的流量计,该煤粉收集器的前后均设有开关。
[0014] 在本发明的一较佳实施方式中,在所述煤粉收集器和流量计之间还设有一气液分离器,该气液分离器通过一管路连接于一天平。
[0015] 在本发明的一较佳实施方式中,所述原煤煤心的壁面上设有应力应变片,该应力应变片连接于一应变仪;所述岩心夹持器的气液出口处设有一回压阀。
[0016] 在本发明的一较佳实施方式中,所述进口压力传感器包括一低量程的压力传感器和一高量程的压力传感器;所述出口压力传感器包括一低量程的压力传感器和一高量程的压力传感器。
[0017] 本发明的煤层气完井方式评价实验装置,在一个装有煤岩岩心的夹持器内部安装一个完井模拟片,可以在进行渗流及渗透率测定实验时,模拟煤层气井不同完井方式下的井筒壁面渗流效果,测得不同完井方式下的煤岩渗透率和渗流参数,可以通过测得的不同完井方式下的煤岩渗透率及渗流参数,来分析不同煤岩对于完井方式的适应性及选择性, 从而达到优选不同储层煤层气井完井方式的目的。
附图说明
[0018] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中,
[0019] 图1 :本发明煤层气完井方式评价实验装置的结构示意图。
[0020] 图2 :本发明中完井方式模拟模型系统的结构示意图。
[0021] 图3A :为完井模拟片上设置割缝的结构示意图。
[0022] 图3B:为图3A的剖视示意图。
[0023] 图4 :为完井模拟片上设置一个透孔的结构示意图。
[0024] 图5 :为完井模拟片上设置多个透孔的结构示意图。具体实施方式
[0025] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0026] 如图1、图2所示,本发明提出一种煤层气完井方式评价实验装置100,该评价实验装置100包括一套设置在恒温箱1内的完井方式模拟模型系统2,该完井方式模拟模型系统 2由岩心夹持器21和设置在岩心夹持器21内的完井模型22构成;所述岩心夹持器21由一个两端密封的金属(不锈钢)圆筒211构成,金属圆筒211的一密封端上设有气液进口 212及进口开关213,另一密封端上设有气液出口 214及出口开关215,该金属圆筒211内套设有一两端呈开放式的筒状胶套216 ;该完井模型22包括设置在筒状胶套216内的圆柱状原煤煤心221,该原煤煤心221对应所述气液出口 214的端面上贴设有一完井模拟片222, 所述完井模拟片222上设有贯通的割缝2221 (如图3A和图所示)或透孔2222 (如图4、 图5所示);岩心夹持器21的气液进口 212连接有气液加压注入系统3和进口压力传感器 4 ;岩心夹持器21的气液出口 214连接有煤粉收集计量系统5和出口压力传感器6 ;所述岩心夹持器21上连接一个用来给金属圆筒221内部的完井模型22加载围压的加载装置7。
[0027] 在本实施方式中,如图3A和图;3B所示,所述完井模拟片222上的割缝2221可平行间隔地设置多条,完井模拟片222上临近煤心221 —侧的割缝宽度小于另一侧割缝的宽度,以构成一侧窄另一侧宽的梯形截面的割缝。
[0028] 如图4所示,所述完井模拟片222上的透孔2222可设置为一个,且该透孔2222设置在完井模拟片222的中心处,所述煤心221在临近该透孔2222 —侧且对应该透孔沿其轴向钻有一模拟孔眼(图中未示出),以构成套管射孔完井模拟模型。
[0029] 在本实施方式的另一实施例中,如图5所示,所述完井模拟片222上的透孔2222 也可设置为多个微孔。
[0030] 进一步,如图1所示,在本实施方式中,所述恒温箱1内可设置两套并联的完井方式模拟模型系统2 ;所述的两套完井方式模拟模型系统2的进出口位置都装有开关,这样就可以并联做双组的实验,也可以做单组的实验。
[0031] 在本实施方式中,如图1所示,所述气液加压注入系统3包括并联设置的气体加压注入装置31和液体加压注入装置32 ;所述气体加压注入装置31依序由气瓶311、气体调压阀312、压力表313和开关314构成;所述液体加压注入装置32依序由驱替泵321、活塞容器322和开关323构成。
[0032] 如图1所示,本实施方式中,采用了两套气体加压注入装置31并联方式,以提供更加稳定的气体压力供应源;两套气体加压注入装置31并联后连接一个混合器315,以使从两条管路来的气体混合而压力稳定,防止出现跳动压力对实验产生影响。
[0033] 如图1所示,所述煤粉收集计量系统5包括一煤粉收集器51和与其串联的流量计 52,该煤粉收集器51的前后均设有开关53。在本实施方式中,所述流量计52包括三个并联设置的不同量程、不同精度的流量计。
[0034] 在本实施方式中,所述加载装置7为一个手摇泵。所述原煤煤心221的壁面上设有应力应变片(图中未示出),该应力应变片连接于一应变仪8,可以测量夹持器内煤岩岩心在不同围压,不同孔隙压力下的应力应变;所述岩心夹持器21的气液出口 214处还设有一回压阀91,用来调节完井方式模拟模型系统2的出口压力。
5[0035] 在本实施方式中,如图1所示,所述进口压力传感器4包括一低量程的压力传感器 41和一高量程的压力传感器42,以用来精确测量完井方式模拟模型系统的进口压力;所述出口压力传感器6包括一低量程的压力传感器61和一高量程的压力传感器62,以用来精确测量完井方式模拟模型系统的出口压力;低量程的压力传感器可测压力值低,精度高,适用于低压时适用;高量程压力传感器可测压力值高,精度相对较低。
[0036] 如图1所示,在所述完井方式模拟模型系统2的进口位置设有一真空泵92,当关闭恒温箱1右边的出口开关及恒温箱1左边的进口开关时,可以实现对恒温箱1内部的所有实验管路及岩心夹持器空间抽真空(实验开始前内部管路会有空气,需要抽真空以达到高纯度进气源的目的)。
[0037] 此外,本实施方式中,还包括数据采集系统和软件处理系统(图中未示出),主要功能为采集实验过程中的压力、流量、应力、应变等实验数据,并进行分析处理。
[0038] 在本发明中,当采用气体测定模拟煤层气不同完井方式下煤岩渗透率时,是由两套气体加压注入装置31向完井方式模拟模型系统2注入高压气体,此时,液体加压注入装置32中的开关323关闭。
[0039] 当采用液体测定模拟煤层气不同完井方式下煤岩渗透率时,是由液体加压注入装置32向完井方式模拟模型系统2注入高压液体,此时,两套气体加压注入装置31中的开关 314处于关闭状态,以免液体倒串到气测管道中去。所述液体加压注入装置32中的驱替泵 321是用来增压并输送液体进入完井方式模拟模型系统2中,所述活塞容器322主要用来储藏驱替的液体,用来稳定压力提供恒定液源。如图1所示,在液体测定模拟煤层气不同完井方式下煤岩渗透率时,在所述煤粉收集器51和流量计52之间还设有一气液分离器M,该气液分离器M通过一管路连接于一天平55,以使分离出来的液体通过管路直接导入到天平 55上面进行称量,分离出来的气体通过管路连接到三个不同量程的流量计中进行流量数据采集。
[0040] 煤层气常规完井方式包括裸眼完井,套管射孔完井,筛管完井,割缝衬管完井等, 当采用不同完井方式进行煤层气井完井,在煤层气井中下入不同的完井管时,煤层气井井筒壁面的渗流特性将发生改变,产气量和产液量及煤粉产出量和粒径大小将不同,本发明的煤层气完井方式评价实验装置,在一个装有煤岩岩心的夹持器内部安装一个完井模拟片,可以在进行渗流及渗透率测定实验时,模拟煤层气井不同完井方式下的井筒壁面渗流效果,测得不同完井方式下的煤岩渗透率和渗流参数,可以通过测得的不同完井方式下的煤岩渗透率及渗流参数,来分析不同煤岩对于完井方式的适应性及选择性,从而达到优选不同储层煤层气井完井方式的目的。
[0041] 下面以气体测定模拟煤层气不同完井方式下煤岩渗透率为例,描述其实验步骤:
[0042] 1.在将煤岩样品装入岩心夹持器中之前,开启真空泵,对胶套抽真空使夹持器内部的胶套完全贴附于夹持器的不锈钢内壁上;之后再通过进样装置将实验煤心和模拟不同煤层气完井方式的完井模拟片送入夹持器中;然后打开真空泵对样品抽真空以去除煤样中的残余流体。
[0043] 2.使用手摇泵(泵内的介质为纯净水)对实验样品缓慢加围压和轴压到实验的设定值。
[0044] 3.打开气源阀门,将气体调压阀慢慢打开,调到已设定的驱替压力值,开启进气阀,关闭出气阀,对煤岩样品饱和气体M小时。
[0045] 4.气体饱和结束后,将进、出气阀门打开,调节岩样的进出口压力(出口端压力可通过回压阀来调节),以模拟实验储层内部的压力;待一段时间出口端有流量后,选择合适量程的流量计进行计量。
[0046] 5.待完井模拟模型的进、出口端气体的压力值及流量稳定后,分别读出进、出口压力值以及相应的流量值;需连续记录流量(一般为20min左右)和时间用以进行渗透率计算,最后用于分析的数据将取同一组压力参数下的渗透率的平均值。
[0047] 6.实验结束后,首先将测试系统内的气体完全卸掉,之后再卸掉回压、围压和轴压;最后,导出电脑采集的测试数据,退出软件系统,关掉测试装置。
[0048] 测完一组数据后,调整压力值,重新测试,步骤同上。
[0049] 在进行以温度为参数的渗透性实验前,要将煤岩样品放入完井模拟装置中,在不加围压及气压的情况下,对样品加热5个小时;5个小时后,再按上述的实验步骤进行实验。
[0050] 由上所述,通过发明的煤层气完井方式评价实验装置,可以测定储层煤岩气相绝对渗透率、气液两相相对渗透率,通过模拟不同完井方式下的煤层气井筒渗流特性的测定, 能够分析得出不同完井方式下的储层煤岩渗透率评价理论,得出不同完井方式下的煤层气井筒渗流模型,得到煤岩孔隙体积压缩系数,为煤层气完井方式的优选提供有用的数据和理论基础,从而实现对煤层气完井方式的评价与优选。
[0051] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1. 一种煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:该评价实验装置包括一套设置在恒温箱内的完井方式模拟模型系统,该完井方式模拟模型系统由岩心夹持器和设置在岩心夹持器内的完井模型构成;所述岩心夹持器由一个两端密封的金属圆筒构成,金属圆筒的一密封端上设有气液进口及进口开关,另一密封端上设有气液出口及出口开关,该金属圆筒内套设有一两端呈开放的筒状胶套;该完井模型包括设置在筒状胶套内的圆柱状原煤煤心,该原煤煤心对应所述气液出口的端面上贴设有一完井模拟片,所述完井模拟片上设有贯通的割缝或透孔;岩心夹持器的气液进口连接有气液加压注入系统和进口压力传感器; 岩心夹持器的气液出口连接有煤粉收集计量系统和出口压力传感器;所述岩心夹持器上连接一个用来给金属圆筒内部的完井模型加载围压的加载装置。
2.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述完井模拟片上的割缝设置有多条,完井模拟片上临近煤心一侧的割缝宽度小于另一侧割缝的宽度,构成一侧窄另一侧宽的梯形截面的割缝。
3.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述完井模拟片上的透孔为一个,且设置在完井模拟片的中心处,所述煤心在临近该透孔一侧且对应该透孔沿其轴向设有一段模拟井筒。
4.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述完井模拟片上的透孔为多个微孔。
5.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述恒温箱内设置两套并联的完井方式模拟模型系统。
6.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述气液加压注入系统包括并联设置的气体加压注入装置和液体加压注入装置;所述气体加压注入装置依序由气瓶、调压阀、压力表和开关构成;所述液体加压注入装置依序由驱替泵、活塞容器和开关构成。
7.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述煤粉收集计量系统包括一煤粉收集器和与其串联的流量计,该煤粉收集器的前后均设有开关。
8.如权利要求7所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:在所述煤粉收集器和流量计之间还设有一气液分离器,该气液分离器通过一管路连接于一天平。
9.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述原煤煤心的壁面上设有应力应变片,该应力应变片连接于一应变仪;所述岩心夹持器的气液出口处设有一回压阀。
10.如权利要求1所述的煤层气完井方式评价实验装置,其特征在于:所述进口压力传感器包括一低量程的压力传感器和一高量程的压力传感器;所述出口压力传感器包括一低量程的压力传感器和一高量程的压力传感器。
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