CN103291285A

CN103291285A - 一种模拟气井环空带压及气侵过程的实验装置及方法

Info

Publication number: CN103291285A
Application number: CN2013102169876A
Authority: CN
Inventors: 朱红钧; 林元华; 戚兴; 冯光; 曾德智; 韩青华; 周莹; 赵洪南
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103291285B

Abstract

本发明涉及一种模拟气井环空带压及气侵过程的实验装置及方法，其核心结构在于中心筒，包括：岩心夹持筒、橡胶套、上密封盖、下密封盖、中心柱、上端测压筒及下端进气筒。将岩心安置在岩心夹持筒内，从阀门二向中心筒内注入一定高度的环空保护液，并确保整个装置处于密封状态，通过空压机向中心筒内注气，实现气井环空带压过程的模拟。此外，本装置在不安装岩心情况下，向中心筒中注入一定高度的实验待测液，还可以模拟气侵过程。本发明结构简单，组装方便，性能可靠，同一套实验装置可以模拟两种不同的实验过程，具有较强的推广应用价值。

Description

一种模拟气井环空带压及气侵过程的实验装置及方法

技术领域

本发明涉及油气井生产过程中，一种模拟气井环空带压及气侵过程的实验装置及方法。

背景技术

所谓的环空带压主要是指井口环空压力经卸压后又恢复到卸压前压力水平的现象。形成环空带压主要有四种原因：一是出于各种人为原因（包括气举、热采管理、监测环空压力等）导致的环空带压；其次是由套管环空温度变化以及鼓胀效应导致流体和膨胀管柱变形造成的环空带压；三是因油套管串失效（尤其是螺纹连接和封隔器密封失效）导致气体窜流形成的环空带压。环空带压极其危险，尤其是对于高含硫气井，气体逸出将导致重大的人员伤亡及财产损失。随着国内外天然气用量的迅速增加，环空带压问题越来越突出。美国矿产部统计了海湾外大陆架地区15500口气井环空带压情况，其中至少有8122口井存在环空带压问题，其中生产套管外环空带压占51.1%，表层套管外环空带压占30%，导管外环空带压占9.8%，且随开采期的延长，环空带压井的百分比有所增加，塔里木油田2008年的统计资料也表明93%的高压气井出现了环空带压问题。

另外，钻进过程遇到高压气层时，地层与井底将形成巨大的压差，原来井底压力和地层压力的平衡关系就可能被打破，地层中的天然气将进入井筒内，导致气侵的发生。气侵控制不好将诱发井涌甚至导致井喷。一旦发生井喷，就会对储层、钻井装置以及钻井人员的生命安全造成巨大的破坏。

目前还没有相应的实验装置及方法来模拟气井环空带压以及气侵过程，环空中的压力变化规律还不甚明了。环空中的压力变化情况、气体侵入环空保护液的流动情况及流型变化特征亟需进行实验研究。

发明内容

本发明的目的是，提出一种模拟气井环空带压及气侵过程的实验装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明包括：空压机、气体流量计、橡胶软管、固定板、阀门一、下密封盖、下端进气筒、岩心夹持筒、橡胶套、上端测压筒、标尺、压力表、阀门二、上密封盖及中心柱；其核心结构在于中心筒，包括：岩心夹持筒、橡胶套、上密封盖、下密封盖、中心柱、上端测压筒及下端进气筒；空压机通过橡胶软管连接至下端进气筒的支管，且沿途安装有气体流量计和阀门一，橡胶软管固定在具有一定高度的固定板凹槽内；下端进气筒与岩心夹持筒相连接，通过下密封盖对下端进气筒密封，下密封盖和中心柱为一整体结构，岩心夹持筒内放置有橡胶套，岩心夹持筒的另一端与上端测压筒相连接，且上端测压筒有一对称支管，一支管上安装有阀门二，另一支管上安装有压力表，上端测压筒通过上密封盖进行密封；在中心筒外的垂直方向上贴有标尺，用于测量液面的高度。

模拟气井环空带压过程的方法为：将岩心安置在岩心夹持筒内，从阀门二向中心筒内注入一定高度的环空保护液，且环空保护液液面距上密封盖留有一段距离；确保整个装置处于密封状态后，通过空压机向中心筒内注气，在气压作用下，气体会慢慢地渗过岩心，穿过环空保护液，在上端测压筒的顶端聚集；不断聚集的气体压强将逐渐增加，其压强值的变化可通过压力表实时监测；每隔一段时间记录气体流量与压力表数据，可得到压强随时间变化的关系曲线。

模拟气侵过程的方法为：在岩心夹持筒内不安装岩心，直接从阀门二向中心筒内注入一定高度的实验待测液，且实验待测液液面距上密封盖留有一段距离；确保整个装置处于密封状态后，由空压机向中心筒内注气，气体将穿过实验待测液至上端测压筒顶端聚集；通过调节空压机的进气速度，可观察到中心筒内气泡上升及流型变化特征；每隔一段时间记录气体流量，并对中心筒内流型进行拍照保存。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明结构简单，组装方便，性能可靠，同一套实验装置可以模拟两种不同的实验过程，具有较强的推广应用价值；

2、本发明可以根据实际需要，在岩心夹持筒内安装不同渗透率的岩心，以及在上端测压筒内注入不同高度的环空保护液，实现多种工况的模拟。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明中心筒的结构示意图

图3为本发明固定板的结构示意图

其中：1.空压机、2.气体流量计、3.橡胶软管、4.固定板、5.阀门一、6.下密封盖、7.下端进气筒、8.岩心夹持筒、9.橡胶套、10.上端测压筒、11.标尺、12.压力表、13.阀门二、14.上密封盖、15.中心柱。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明的具体实施作进一步描述。

本发明由空压机1、气体流量计2、橡胶软管3、固定板4、阀门一5、下密封盖6、下端进气筒7、岩心夹持筒8、橡胶套9、上端测压筒10、标尺11、压力表12、阀门二13、上密封盖14及中心柱15组成；其核心结构在于中心筒，包括：岩心夹持筒8、橡胶套9、上密封盖14、下密封盖6、中心柱15、上端测压筒10及下端进气筒7；空压机1通过橡胶软管3连接至下端进气筒7的支管，且沿途安装有气体流量计2和阀门一5，橡胶软管3固定在具有一定高度的固定板4的凹槽内；下端进气筒7与岩心夹持筒8相连接，通过下密封盖6对下端进气筒7密封，下密封盖6和中心柱15为一整体结构，岩心夹持筒8内放置有橡胶套9，岩心夹持筒8的另一端与上端测压筒10相连接，且上端测压筒10有一对称支管，一支管上安装有阀门二13，另一支管上安装有压力表12，上端测压筒10通过上密封盖14进行密封；在中心筒外的垂直方向上贴有标尺11，用于测量液面的高度。

固定板4的高度等于上端测压筒10支管处的高度，下端配有一底座，能够使其固定在桌面上，固定板4设有一U型凹槽，凹槽为3/4圆弧，能够很好的固定橡胶软管3，防止中心筒中的液体倒流至空压机1内，对空压机1起保护作用。为了保证岩心在岩心夹持筒8内的稳固，在岩心夹持筒8内放置有橡胶套9，一方面用来增大岩心与岩心夹持筒8之间的摩擦，保证其稳定；另一方面避免岩心与岩心夹持筒8之间存在缝隙，保证进行环空带压测试的准确性。中心筒材质为透明有机材料，方便更好地观察中心筒内流体的变化及气体上窜的过程。

模拟气井环空带压过程的方法为：将岩心安置在岩心夹持筒8内，从阀门二13向中心筒内注入一定高度的环空保护液，且环空保护液液面距上密封盖14留有一段距离；确保整个装置处于密封状态后，通过空压机1向中心筒内注气，在气压作用下，气体会慢慢地渗过岩心，穿过环空保护液，在上端测压筒10的顶端聚集；不断聚集的气体压强将逐渐增加，其压强值的变化可通过压力表12实时监测；每隔一段时间记录气体流量与压力表12数据，可得到压强随时间变化的关系曲线。

模拟气侵过程的方法为：在岩心夹持筒8内不安装岩心，直接从阀门二13向中心筒内注入一定高度的实验待测液，且实验待测液液面距上密封盖14留有一段距离；确保整个装置处于密封状态后，由空压机1向中心筒内注气，气体将穿过实验待测液至上端测压筒10顶端聚集；通过调节空压机1的进气速度，可观察到中心筒内气泡上升及流型变化特征；每隔一段时间记录气体流量，并对中心筒内流型进行拍照保存。

实施例1：模拟气井环空带压过程时，首先安装中心筒，将下密封盖6与下端进气筒7相连接，且下密封盖6与中心柱15为一整体结构，下端进气筒7上端与岩心夹持筒8相连接，将橡胶套9安置在岩心夹持筒8的内壁，橡胶套9的厚度刚好为岩心夹持筒8的内径与上端测压筒10的内径之差，使得垫有橡胶套9的岩心夹持筒8内径与上端测压筒10和下端进气筒7的内径相同，接着将打磨好的环状岩心套于中心柱15外，并放置到岩心夹持筒8内固定好，岩心夹持筒8另一端与上端测压筒10相连接，上端测压筒10有一对称的支管，在支管的一端安装阀门二13，另一支管安装压力表12，并用上密封盖14进行密封，完成中心筒的安装；将空压机1与下端进气筒7的支管用橡胶软管3相连接，且沿途安装有阀门一5和气体流量计2；将橡胶软管3固定在具有一定高度的固定板4的凹槽内；打开阀门二13，从阀门二13向上端测压筒10内注入一定高度的环空保护液，液面至上密封盖14的垂直高度可由标尺11读出；关闭阀门二13，打开下端进气筒7支管处的阀门一5，通过空压机1经橡胶软管3往下端进气筒7注气，在气压的作用下，气体会慢慢地渗过岩心，穿过环空保护液，在上端测压筒10的顶端聚集；在上端测压筒10内可以观察到气泡的上升，并可观测到压力表12读数的变化；每隔一段时间记录气体流量与压力表12读数的变化，可得到压强随时间变化的关系曲线。

实施例2：模拟气侵过程时，首先安装中心筒，将下密封盖6与下端进气筒7相连接，且下密封盖6与中心柱15为一整体结构，下端进气筒7上端与岩心夹持筒8相连接，将橡胶套9安置在岩心夹持筒8的内壁，橡胶套9的厚度刚好为岩心夹持筒8的内径与上端测压筒10的内径之差，使得垫有橡胶套9的岩心夹持筒8内径与上端测压筒10和下端进气筒7的内径相同，岩心夹持筒8另一端与上端测压筒10相连接，上端测压筒10有一对称的支管，在一支管的一端安装阀门二13，另一支管安装压力表12，并用上密封盖14进行密封，完成中心筒的安装；将空压机1与下端进气筒7的支管用橡胶软管3相连接，且沿途安装有阀门一5和气体流量计2；将橡胶软管3固定在具有一定高度的固定板4的凹槽内；打开阀门二13，从阀门二13向上端测压筒10内注入一定高度的实验待测液，液面至上密封盖14的垂直高度可由标尺11读出；关闭阀门二13，打开下端进气筒7支管处的阀门一5，通过空压机1经橡胶软管3往下端进气筒7注气，气体将穿过实验待测液至上端测压筒10顶端聚集；通过调节空压机1的进气速度，观察中心筒内气泡上升及流型变化特征；每隔一段时间记录气体流量，并对中心筒内流型进行拍照保存。

Claims

1.一种模拟气井环空带压及气侵过程的实验装置，包括：空压机（1）、气体流量计（2）、橡胶软管（3）、固定板（4）、阀门一（5）、下密封盖（6）、下端进气筒（7）、岩心夹持筒（8）、橡胶套（9）、上端测压筒（10）、标尺（11）、压力表（12）、阀门二（13）、上密封盖（14）及中心柱（15）；其核心结构在于中心筒，包括：岩心夹持筒（8）、橡胶套（9）、上密封盖（14）、下密封盖（6）、中心柱（15）、上端测压筒（10）及下端进气筒（7）；其特征在于：空压机（1）通过橡胶软管（3）连接至下端进气筒（7）的支管，且沿途安装有气体流量计（2）和阀门一（5），橡胶软管（3）固定在具有一定高度的固定板（4）的凹槽内；下端进气筒（7）与岩心夹持筒（8）相连接，通过下密封盖（6）对下端进气筒（7）密封，下密封盖（6）和中心柱（15）为一整体结构，岩心夹持筒（8）内放置有橡胶套（9），岩心夹持筒（8）的另一端与上端测压筒（10）相连接，且上端测压筒（10）有一对称支管，一支管上安装有阀门二（13），另一支管上安装有压力表（12），上端测压筒（10）通过上密封盖（14）进行密封；在中心筒外的垂直方向上贴有标尺（11），用于测量液面的高度。

2.一种模拟气井环空带压过程的实验方法，其特征在于：将岩心安置在岩心夹持筒（8）内，从阀门二（13）向中心筒内注入一定高度的环空保护液，且环空保护液液面距上密封盖（14）留有一段距离；确保整个装置处于密封状态后，通过空压机（1）向中心筒内注气，在气压作用下，气体会慢慢地渗过岩心，穿过环空保护液，在上端测压筒（10）的顶端聚集；不断聚集的气体压强将逐渐增加，其压强值的变化可通过压力表（12）实时监测；每隔一段时间记录气体流量与压力表（12）数据，可得到压强随时间变化的关系曲线。

3.一种模拟气侵过程的实验方法，其特征在于：在岩心夹持筒（8）内不安装岩心，直接从阀门二（13）向中心筒内注入一定高度的实验待测液，且实验待测液液面距上密封盖（14）留有一段距离；确保整个装置处于密封状态后，由空压机（1）向中心筒内注气，气体将穿过实验待测液至上端测压筒（10）顶端聚集；通过调节空压机（1）的进气速度，可观察到中心筒内气泡上升及流型变化特征；每隔一段时间记录气体流量，并对中心筒内流型进行拍照保存。