CN104594886A - 一种油气藏型储气库的模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种油气藏型储气库的模拟装置，该装置包括夹持器模块、注入模块、采出模块以及监测控制处理模块，夹持器模块的注入端和采出端分别与注入模块和采出模块连接，注入模块和采出模块分别用于向夹持器模块中注入流体和采出流体，监测控制处理模块用于监测控制夹持器模块、注入模块以及采出模块中流体的压力和流量。此外，夹持器模块中设有模型夹持器，模型夹持器的注入端和采出端分别与注入模块和采出模块连接，模型夹持器的内部布设有流体的饱和度测点和压力测点，监测控制处理模块中设有与所述饱和度测点和压力测点对应的测量器件。通过本申请中的模拟装置能实现储气库高温高压运行条件的模拟以及对多相流体的运移规律的分析。
Description
技术领域
本申请涉及油气田采油、采气技术领域，尤其涉及一种油气藏型储气库的模拟装置。
背景技术
油气藏型地下储气库是由衰竭油气藏改建而成的储气库，因此在储气库建设之前必须充分了解油气藏原始物性条件，研究油气藏改建储气库注采运行机理及其主要影响因素，尤其是地层多相流体运移过程中流体对储气库注采运行指标的影响，以指导库容参数评价及注采运行方案优化。
我国地下储气库主要以衰竭油气藏型为主，储气库的运行属于高速吞吐，注采气过程中地层压力、温度急剧变化，伴随的油、气、水等多相流体运移作用对含气孔隙空间的动用效果的影响较为明显，加之储层物性中等且非均质强烈，虽然已经历了8～9个完整的注采周期，但储气库扩容速度缓慢，远未达到设计的工作气规模。显然，地层多相流体运移对储气库地层孔隙空间的作用机理及其对建库运行效率的影响有其特殊性和复杂性，而国内在此方面的研究还比较薄弱。
目前，国内在衰竭油气藏改建储气库及注采模拟实验方面做了一些有益的工作，其中包括衰竭油气藏型储气库注采模拟装置及方法研究，主要以储气库注气、采气过程的模拟装置及方法，进行建库及注采机理研究，但在高温高压全三维的模拟方面还存在欠缺。高温高压油气藏型储气库建库及运行效果受到地层压力温度、多相流体运移作用及注采气强度等多因素的影响，利用常规油气藏开发实验无法模拟储气库高温高压的运行条件及多相流体的运移规律，难以满足高温高压油气藏储气库运行机理研究的需要。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种高温高压油气藏型储气库的模拟装置，以实现储气库高温高压运行条件的模拟以及对多相流体的运移规律的分析，进而为该类储气库的库容参数评价提供依据，指导建库及运行方案的优化设计。
为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案实现的：
本申请提供了一种油气藏型储气库的模拟装置，包括夹持器模块、注入模块、采出模块以及监测控制处理模块，所述夹持器模块的注入端和采出端分别与所述注入模块和所述采出模块连接，所述注入模块和所述采出模块分别用于向所述夹持器模块中注入流体和从所述夹持器模块中采出流体，所述监测控制处理模块用于监测控制所述夹持器模块、所述注入模块以及所述采出模块中流体的压力和流量，所述夹持器模块包括用于装载实验模型的模型夹持器，所述模型夹持器的注入端和采出端分别与所述注入模块和所述采出模块连接，所述模型夹持器的内部布设有流体的饱和度测点和压力测点，所述监测控制处理模块中设有与所述饱和度测点和压力测点对应的测量器件。
优选的，所述注入控制模块包括注气模块和/或液体驱替模块，所述注气模块与所述夹持器模块的注入端连接，用于向所述夹持器模块中注入气体；所述液体驱替模块与所述夹持器模块的注入端连接，用于向所述夹持器模块中注入液体。
优选的，所述采出模块包括单相采出模块和/或多相采出模块，所述单相采出模块与所述夹持器模块的采出端连接，用于从所述夹持器模块中采出气体或液体；所述多相采出模块与所述夹持器模块的采出端连接，用于从所述夹持器模块中采出气体和液体的混合体。
优选的，所述单相采出模块中设有相互连接的流量控制器I以及出口计量系统I，所述单相采出模块通过所述流量控制器I与所述夹持器模块连接；所述多相采出模块中设有相互连接的回压控制系统以及出口计量系统II，所述多相采出模块通过所述回压控制系统与所述夹持器模块连接。
优选的，所述回压控制系统包括回压阀和回压泵；所述出口计量系统II包括气液分离装置、气体计量器以及液体计量器。
优选的，所述监测控制处理模块包括恒温控制器和恒压控制器，所述恒温控制器和恒压控制器分别用于控制所述夹持器模块中的温度和压力。
优选的，所述夹持器模块还包括岩心夹持器，所述岩心夹持器与所述模型夹持器并联连接，所述岩心夹持器的两端分别与所述注入模块和所述采出模块连接。
优选的，所述岩心夹持器包括长岩心夹持器和/或短岩心夹持器，所述模型夹持器、所述长岩心夹持器以及所述短岩心夹持器三者相互并联连接，所述长岩心夹持器和所述短岩心夹持器各自的两端均分别与所述注入模块和所述采出模块连接。
优选的，所述模型夹持器和所述岩心夹持器内部设有压实装置，所述压实装置用于对各夹持器所装载的实验模型进行固定以及施加上覆压力。
优选的，所述模型夹持器与所述岩心夹持器上均设有支架，所述模型夹持器与所述岩心夹持器能沿着各自支架两端构成的轴线旋转。
与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：
通过设置恒温控制器以及恒压控制器使得各夹持器一直处于高温高压的环境中，从而实现储气库高温高压运行条件的模拟；
通过在各夹持器内设置流体饱和度测点以及压力测点以及在监测控制处理模块设置相应的测量器件，能实现建库及运行模拟过程中多相流体全三维饱和度及压力场的测量，进而可以分析出多相流体的运移规律。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请中油气藏型储气库的模拟装置的结构示意图。
图2为本申请中油气藏型储气库的模拟装置内部细节结构的示意图。
图3为模型夹持器的结构示意图。
图4为饱和度测量组件的剖视图。
图5A-5C分别为分块、水平分层、垂直分层显示的三维饱和度云图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
实施例
图1为本申请中油气藏型储气库的模拟装置的结构示意图。该装置可用于在高温高压的环境中对油气藏型储气库进行全三维实验模拟，其包括：注入模块101、夹持器模块102、采出模块103以及监测控制处理模块104。其中，注入模块101与夹持器模块102的注入端连接，其用于向夹持器模块102中注入流体；采出模块103与夹持器模块102的采出端连接，用于从夹持器模块102中采出流体。针对夹持器模块102中注入的流体分为气体和液体两种情形，注入模块101可集成设置向夹持器模块102中注入气体和液体，也可相应的分设成注气模块1011和液体驱替模块1012，这两个模块均与夹持器模块102的注入端连接，分别向夹持器模块102中注入气体和液体；采出模块103可集成设置从夹持器模块102中采出气体和液体，也可分设成单相采出模块1031和多相采出模块1032，这两个模块均与夹持器模块102的采出端连接，其中单相采出模块1031用于从夹持器模块102中采出单相流体(气体或液体)，而多相采出模块1032用于从夹持器模块102中采出多相流体(气体和液体)。如果只需向夹持器模块102中注入流体的仅为气体或液体，那么注入模块101只需设为注气模块1011或液体驱替模块1012，采出模块103也只需启用单相采出模块1031，如果需要向夹持器模块102中同时注入气体和液体，那么注入模块101就分设成注气模块1011和液体驱替模块1012，采出模块103就启用多相采出模块1032。监测控制处理模块104与注入模块101、夹持器模块102、采出模块103以及监测控制处理模块104均连接，其用于监测控制注入模块101、夹持器模块102和采出模块103中流体的压力和流量并实时采集和处理注入模块101、夹持器模块102和采出模块103中的数据。
图2为本申请中油气藏型储气库的模拟装置内部细节结构的示意图。在图2中对应的是注入模块101分设成注气模块1011和液体驱替模块1012，采出模块103分设成单相采出模块1031和多相采出模块1032的情形。其中，液体驱替模块1012包括活塞容器2，其一端通过阀门与监测控制处理模块104中的恒速恒压泵1连接，活塞容器2的另一端也通过阀门与夹持器模块102的注入端连接，在本实施例中有两个活塞容器2，可根据实验要求盛装不同类型的液体，如水或油，也根据实验需求选择更多个活塞容器2。恒速恒压泵1用于控制注入液体的压力和速度，其按照设定的压力和速度驱替活塞容器2，在恒速恒压泵1的驱替下，活塞容器2里的上部液体就会进入夹持器模块102中的各夹持器里；注气模块1011包括依次连接的气瓶7、气体增压泵8、高压贮罐9、电接点压力表10、压力调节器11以及压力表12，从气瓶7里输出的通过气体增压泵8进行增压，然后进入高压贮罐9中进行贮存，然后通过高压贮罐9为夹持器模块102提供气源，电接点压力表10用于监测高压贮罐9内气体的压力，压力调节器11用于调节高压贮罐9出口处的压力，当从高压贮罐9中输送的气体的压力高于或低于当前设定的压力，例如20MPa时，压力调节器11就会进行压力调节，使气体按设定压力进入监测控制处理模块104中的气体流量控制器13，压力表12监测经压力调节器11调节后的压力大小，即气体流量控制器13入口处的压力，气体流量控制器13用于控制所注入气体的流量，其按设定的注气流量，将气体注入到夹持器模块102中，气体流量控制器13具有多种量程规格，优选的为100ml/min、1000ml/min、10000ml/min，可根据实验要求选择合适量程控制气体的注入流量。
夹持器模块102设有并联连接的模型夹持器15和岩心夹持器1021，夹持器模块2的注入端为模型夹持器15和岩心夹持器1021的注入端，往夹持器模块102中注入流体是指往模型夹持器15和岩心夹持器1021中注入流体。岩心夹持器1021起辅助作用，其能实现一维或二维测量，通过岩心夹持器1021的辅助测量，能提高测量结果的准确度。岩心夹持器1021可分为短岩心夹持器4和长岩心夹持器5，分别用于装载短岩心和长岩心作为实验模型，模型夹持器15内部也装载有一岩心作为实验模型，此外，也可以将经过压实的填砂作为各夹持器内部的实验模型，模型夹持器15内部实验模型的尺寸要大于短岩心夹持器4和长岩心夹持器5中实验模型的尺寸。短岩心夹持器4、长岩心夹持器5和模型夹持器15三者相互并联，在实验时根据样品类型选择相应的夹持器接入其他设备流程，在本实施例中，这三种夹持器均为圆柱形，但不限于此形状，三种夹持器具有多种尺寸规格(底面直径d×高度h)，其中模型夹持器15的尺寸要大于短岩心夹持器4和长岩心夹持器5的尺寸，优选的，短岩心夹持器4的规格为长岩心夹持器5的规格为 模型夹持器的规格为短岩心夹持器4、长岩心夹持器5和模型夹持器15的内腔四周设计成R形过渡，可安装压实装置，这为实验模型加载上覆压力提供了可能，该压实装置的形式可为活塞31(如图3所示)，其通过活塞压实对模型夹持器内部的实验模型起到固定作用，也借助外界施压来给实验模型加载上覆压力，使得实验模型压力环境更加接近实际地层，从而使得模拟结果更加准确。短岩心夹持器4、长岩心夹持器5和模型夹持器15通过支架支撑，各夹持器能沿着支架两端构成的轴线旋转，能实现前后180度翻转，以模型夹持器15为例，如图3所示，模型夹持器15通过支架30支撑，并可绕支架30上的水平轴线300旋转，这样可模拟夹持器从垂直到水平的各种位置情况，充分考虑了重力对油气藏储气库模拟实验的影响，扩展了研究范围，同时也为三维模型的安装提供了方便。此外，各夹持器上还设计有保护结构，优选的为通过安全溢流阀和防爆阀实现双层保护，并配有超温、超压二级保护模块，该保护模块通过温度传感器和压力传感器(图2中未示出)监测温度压力，一旦超过设定的安全压力、温度，便自动切断电源，从而实现保护的目的。
模型夹持器15、短岩心夹持器4和长岩心夹持器5内部的不同位置处布设有流体的饱和度测点和压力测点，其中模型夹持器15中的饱和度测点和压力测点要多于短岩心夹持器4和长岩心夹持器5中的饱和度测点和压力测点，相应的监测控制处理模块104中设有监测这些测点的饱和度测量组件32(如图3所示)，饱和度测量组件32中设有饱和度电极321以及位于压力测点322(如图4所示)处的压力传感器(图4中未示出)，通过饱和度电极321和压力传感器来实现各夹持器内部不同位置处流体的饱和度和压力的测量。由于岩石电性可以反映地层流体饱和度的变化，在外加电场的作用下，实验模型内电导率分布的变化对应于多相流介质分布的变化，并反映到模型内不同电极对上电压变化，从而实现通过饱和度测量来实现测量被测流体介质分布场的目的。在实验过程中，各夹持器中气体、液体等多相流体发生运移，在各夹持器中的流体分布不断改变，被测流体介质的分布场相应发生改变，从而反映出介质中多相流体的运移规律，因此通过测量实验模型中流体的电压变化以及压力变化可以分析出介质中多相流体的运移规律。实验时，监测控制处理模块104中的数据处理装置采集电极上的电信号以及压力传感器中的压力数据并对采集到的数据进行处理，绘制出三维饱和度云图以及压力云图，如图5A-5C所示，这三幅图分别为分块、水平分层和垂直分层显示的饱和度云图，图中灰色越浅代表此处含气饱和度越高，即含气越多，灰色越深代表含水饱和度越高，即含水越多，压力云图与此饱和度云图类似，在此就不再叙述。由此可见，本申请中的模拟装置不仅能实现一维和二维的饱和度和压力场的测量，也能实现建库及运行模拟过程中多相流体全三维饱和度及压力场的测量。在此声明，数据处理装置也可以是外部设备，例如计算机。
监测控制处理模块104中设有恒温控制器和恒压控制器，分别用于监控夹持器模块102中三个夹持器中的温度和压力，通过恒温控制器可以使得各夹持器中的实验模型、流体一直处于高温恒温的环境中，从而实现高温模拟，通过恒压控制器可以使得各夹持器中的实验模型、流体一直处于高压恒压的环境中，从而实现高压模拟，在本实施例中，恒压控制器包括环压跟踪泵I6和II14，如图2所示，其中环压跟踪泵I16与短岩心夹持器4和长岩心夹持器5连接，环压跟踪泵II14与模型夹持器15连接。此外，环压跟踪泵I16和环压跟踪泵II14通过给活塞加压来固定实验模型，并实现对实验模型上覆压力的加载以及对上覆压力的恒压稳压控制。
单相采出模块1031设有依次连接的流量控制器17以及出口计量系统I18。流量控制器17与夹持器模块102中的短岩心夹持器4、长岩心夹持器5和模型夹持器15的采出端连接，其包括气体流量控制器和液体流量控制器，如果采出的是气体，那么就启用气体流量控制器对采出的气体进行流量控制，如果采出的是液体，那么就启用液体流量控制器对采出的液体进行流量控制，出口计量系统I18还与数据处理装置连接，其用于对采出的气体或液体进行计量。多相采出模块1032中依次设有回压控制系统20以及出口计量系统II21，其中回压控制系统20与夹持器模块102中的短岩心夹持器4、长岩心夹持器5和模型夹持器15连接，回压控制系统20包括回压泵和回压阀(图2中未示出)，其基于各夹持器与回压阀的压差来采出流体，通过回压泵控制回压阀压力的下降速度来控制采出流体的速度；出口计量系统II21也与数据处理装置连接，其包括气液分离装置、气体计量器以及液体计量器(图2中未示出)，通过回压控制系统20后采出的流体经气液分离装置进行气体和液体分离，分离后的气体通过气体计量器进行计量，分离出的液体通过液体计量器进行计量。由此可见，通过单相控制模块1031和多相控制模块1032可实现单一气相或液相计量以及气液混相的分离计量。
优选的，本申请中的模拟装置可适用的温度范围为0～180℃；驱替压力范围为0～70MPa；环压加载范围为0～80MPa；油水计量精度为±0.05mL。
通过本申请中的模拟装置能够分别模拟高温高压油气藏成藏、衰竭开采、衰竭油气藏建库及多周期注采运行等各阶段过程，分别如下：
(1)高温高压油气藏成藏模拟：将岩心模型放入模型夹持器15中并通过活塞容器2注入真空饱和地层水；设定模型夹持器15的加热温度为地层温度，设定环压跟踪泵II14的压力为地层上覆压力；利用高压贮罐9向模型夹持器15的注入端注气并利用气体流量控制器13控制气体流量，直至模型夹持器15中岩心模型达到束缚水状态，此时关闭模型夹持器15的采出端；继续注气至模型夹持器15内的平均压力达到气藏原始压力时停止注气，关闭模型夹持器15的注入端。到此，便完成了整个高温高压油气藏成藏模拟过程。
(2)衰竭开采模拟：利用流量控制器17控制采气速度，从模型夹持器15的采出端定流量采气；当模型夹持器15的采出端压力达到衰竭开采下限压力停止采气，关闭模型夹持器15采出端的阀门。
(3)衰竭油气藏建库模拟：向模型夹持器15的注入端定流量注气，当模型夹持器15内的平均压力达到建库的上限压力Pmax时停止注气，关闭模型夹持器15注入端的阀门。
(4)多周期注采运行模拟：
①注气周期：向模型夹持器15的注入端定流量注气，当模型夹持器15注入端处的压力达到建库的上限压力Pmax时停止注气，关闭模型夹持器15注入端的阀门至模型夹持器15内压力达到平衡；
②采气周期：从模型夹持器15的采出端定流量采气，当模型夹持器15采出端的压力达到建库的下限压力Pmin时停止采气，关闭模型夹持器15注入端的阀门至模型夹持器15内的压力达到平衡；
③多周期注采：重复循环注气、采气，并完成实验要求的周期注采次数。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
Claims (10)
1.一种油气藏型储气库的模拟装置，包括夹持器模块、注入模块、采出模块以及监测控制处理模块，所述夹持器模块的注入端和采出端分别与所述注入模块和所述采出模块连接，所述注入模块和所述采出模块分别用于向所述夹持器模块中注入流体和从所述夹持器模块中采出流体，所述监测控制处理模块用于监测控制所述夹持器模块、所述注入模块以及所述采出模块中流体的压力和流量，其特征在于，
所述夹持器模块包括用于装载实验模型的模型夹持器，所述模型夹持器的注入端和采出端分别与所述注入模块和所述采出模块连接，所述模型夹持器的内部布设有流体的饱和度测点和压力测点，所述监测控制处理模块中设有与所述饱和度测点和压力测点对应的测量器件。
2.根据权利要求1所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述注入控制模块包括注气模块和/或液体驱替模块，所述注气模块与所述夹持器模块的注入端连接，用于向所述夹持器模块中注入气体；所述液体驱替模块与所述夹持器模块的注入端连接，用于向所述夹持器模块中注入液体。
3.根据权利要求1所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述采出模块包括单相采出模块和/或多相采出模块，所述单相采出模块与所述夹持器模块的采出端连接，用于从所述夹持器模块中采出气体或液体；所述多相采出模块与所述夹持器模块的采出端连接，用于从所述夹持器模块中采出气体和液体的混合体。
4.根据权利要求3所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述单相采出模块中设有相互连接的流量控制器I以及出口计量系统I，所述单相采出模块通过所述流量控制器I与所述夹持器模块连接；所述多相采出模块中设有相互连接的回压控制系统以及出口计量系统II，所述多相采出模块通过所述回压控制系统与所述夹持器模块连接。
5.根据权利要求4所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述回压控制系统包括回压阀和回压泵；所述出口计量系统II包括气液分离装置、气体计量器以及液体计量器。
6.根据权利要求1所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述监测控制处理模块包括恒温控制器和恒压控制器，所述恒温控制器和恒压控制器分别用于控制所述夹持器模块中的温度和压力。
7.根据权利要求1-6任一项所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述夹持器模块还包括岩心夹持器，所述岩心夹持器与所述模型夹持器并联连接，所述岩心夹持器的两端分别与所述注入模块和所述采出模块连接。
8.根据权利要求7所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述岩心夹持器包括长岩心夹持器和/或短岩心夹持器，所述模型夹持器、所述长岩心夹持器以及所述短岩心夹持器三者相互并联连接，所述长岩心夹持器和所述短岩心夹持器各自的两端均分别与所述注入模块和所述采出模块连接。
9.根据权利要求8所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述模型夹持器和所述岩心夹持器内部设有压实装置，所述压实装置用于对各夹持器内部所装载的实验模型进行固定以及施加上覆压力。
10.根据权利要求8或9所述的油气藏型储气库的模拟装置，其特征在于，所述模型夹持器与所述岩心夹持器上均设有支架，所述模型夹持器与所述岩心夹持器能沿着各自支架两端构成的轴线旋转。
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