CN106353483B - 用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置，该装置包括至少两个支路，各支路并行设置，各支路上均依次设置有盛装产程试样的第一夹持器、盛装裂缝模拟试样的第二夹持器，以及具有用于给第一夹持器的腔室和第二夹持器的腔室提供压力介质的围压装置，实验装置还包括流量部件和设置于各支路上的开关阀，流量部件用于检测由各支路流出气体的流量。本文中所提供的实验装置可以实现多产层开采模拟，有利于研究人员在地层开采前评价研究不同开采模式下的产能效率打破了多产层综合开发产能评价方法研究的空白，装置可靠性强，评价方法操作简便，并且本文选取单位时间内产气量最大的开发模式作为实际地层的开发模式，大大提高地层的开采效率。

Description

用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，特别涉及一种用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置。

背景技术

对于具有多个储层物性不同的产层的气井或具有煤岩、页岩、砂岩等多种储层的单井，采用多产层综合开发较分层开采，具有增加日产气量、节省开采时间、降低开采成本等优点。

目前多产层在实际开采中虽然也采用综合开发技术，但是目前多产层开采是无法预知的，开采效果也是时好时差，稳定性比较差。

因此，如何提高多产层开发产气效率，是本领域内技术人员的亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置，包括至少两个支路，各所述支路并行设置，且进口均连通压力源，各所述支路上均设置有以下部件：

第一夹持器，具有用于盛放产层试样的腔室，所述第一夹持器外表面具有气体进口、气体出口和围压进口，所述气体进口通过管路连通所述压力源的出口；

第二夹持器，具有用于盛放模拟裂缝试样的腔室，所述第二夹持器的外表面具有气体进口、气体出口和围压进口，所述第二夹持器的气体进口连通所述第一夹持器的气体出口；

围压装置，其出口连通所述第一夹持器的围压进口和所述第二夹持器的围压进口，用于给所述第一夹持器的腔室和所述第二夹持器的腔室提供压力介质；

所述实验装置还包括流量部件和设置于各所述支路上的开关阀，所述流量部件用于检测由各所述支路流出气体的流量。

可选的，所述压力源为压力气瓶，并且所述压力气瓶与所述支路一一对应，分别对相应所述支路进行供气；或者，

所述压力源的数量为一个，各所述支路上均设置有调压部件，所述压力源出口通过相应所述调压部件连通所述第一夹持器的气体进口。

可选的，各所述支路还均设有入口压力表和出口压力表，所述入口压力表和所述出口压力表分别设置于所述第一夹持器的气体进口和所述第二夹持器的气体出口。

可选的，所述围压装置包括第一围压装置和第二围压装置，所述第一围压装置用于给所述第一夹持器的腔室提供压力介质；所述第二围压装置用于给所述第二夹持器的腔室提供压力介质。

可选的，所述第一围压装置和第二围压装置均为压力泵。

可选的，各所述支路上还设置有流量组件，所述流量组件设置于所述第二夹持器的气体出口；所述流量组件包括并联设置的第一分路和第二分路，所述第一分路上设置有第一单向阀和第一流量计，所述第二分路上设置有第二单向阀和第二流量计，所述第一单向阀和所述第二单向阀的导通方向相反。

可选的，所述第一流量计和所述第二流量计均为皂膜流量计。

可选的，各所述支路的气体经所述流量组件后汇入主出气管，所述流量部件设置于所述主出气管。

可选的，所述开关阀设置于所述第二夹持器的气体出口位置。

可选的，所述第一夹持器的腔室为柱状，所述第一夹持器的腔室内表面与所述产层试样的外表面相匹配。

本文中所提供的实验装置可以实现多产层开采模拟，有利于研究人员在地层开采前评价研究不同开采模式下的产能效率。并且本文选取单位时间内产气量最大的开发模式作为实际地层的开发模式，大大提高地层的开采效率。本文所提供的对地层模拟开采的方法打破了多产层综合开发产能评价方法研究的空白，装置可靠性强，评价方法操作简便。

附图说明

图1为本发明一种实施例中用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中模拟两个以上产层综合开发的实验方法的流程图。

其中，图1中：

第一支路10、第一气瓶11、入口压力表12、第一夹持器13、第二夹持器14、出口压力表15、开关阀16、第一围压装置17、第二围压装置18；

第二支路20、第二气瓶21、入口压力表22、第一夹持器23、第二夹持器24、出口压力表25、开关阀26、第一围压装置27、第二围压装置28；

第三支路30、第三气瓶31、入口压力表32、第一夹持器33、第二夹持器34、出口压力表35、开关阀36、第一围压装置37、第二围压装置38；

主出气管40、流量部件41；

第一单向阀71、第二单向阀72、第一流量计81、第二流量计82。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明一种实施例中用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置的结构示意图。

本发明提供了一种用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置，该实验装置包括压力源，压力源优选为气体。压力源主要模拟实际地层中相应产层的气藏压力。

该实验装置至少包括两条支路，各所述支路并行设置，并且进口均连通压力源，通入各支路进口的压力即为该产层的气藏压力。各支路上还设置有第一夹持器、第二夹持器、围压装置。

其中，第一夹持器具有用于盛放产层试样的腔室，腔室的形状可以与产层试样的形状相匹配，本文以产层试样为人造岩心柱塞和地层岩心柱塞为例介绍技术方案，人造岩心柱塞和地层岩心柱塞均可以根据试验要求进行加工制作。相应地，第一夹持器可以为柱体结构，其横截面可以为圆柱形。腔室的内表面与产层试样的外表面相匹配。

第一夹持器外表面具有气体进口、气体出口和围压进口，第一夹持器的气体进口通过管路连通压力源的出口。

本文中第二夹持器也具有用于盛放模拟裂缝试样的腔室，第二夹持器的外表面具有气体进口、气体出口和围压进口，第二夹持器的气体进口连通所述第一夹持器的气体出口。

第二夹持器的结构可以与第一夹持器的结构相同，也可以不同。

本文的实验装置还包括围压装置，其出口连通第一夹持器的围压进口和第二夹持器的围压进口，用于给第一夹持器的腔室和第二夹持器的腔室提供压力介质。即围压装置向第一夹持器腔室注入压力介质以模拟实际地层中产层所受的覆岩层压力。围压装置向第二夹持器腔室注入压力介质以模拟实际地层中气体所经过的裂缝岩层所受的压力。

本实验装置还包括流量部件和设置于各支路上的开关阀，流量部件用于检测由各所述支路流出气体的流量。开关阀用于连通/断开相应支路。即打开某一支路上的开关阀时，该支路处于连通状态，压力源中的气体可以顺次流过该支路上设置的第一夹持器的腔室、第二夹持器的腔室，最后可以流出该支路；关闭开关阀时，支路处于断开状态，压力源中气体与支路断开。

请参考图2，图2为本发明一种实施例中模拟两个以上产层综合开发的实验方法的流程图。

在上述实验装置的基础上，本文还提供了一种模拟两个以上产层综合开发的实验方法，具体方法如下：

S1、预先制作符合试验要求的至少两组产层试样和模拟裂缝试样；

本文将安装于同一支路的产层试样和模拟裂缝试样定义为一组。

S2、将各组所述产层试样和模拟裂缝试样并行安装于相应支路，并确定各支路的气藏压力、各所述产层试样的围压、所述模拟裂缝试样的围压以及根据产层数量确定所有开发模式；

以设置三个支路，即模拟具有三个产层进行开采的情景为例，为了描述技术方案的简洁，本文将三个支路分别定义为第一支路10、第二支路20和第三支路30，其中第一支路10上的产层试样和模拟裂纹试样分别定义为第一产层试样和第一模拟裂纹试样，同理，第二支路20上设置有第二产层试样和第二模拟裂纹试样，第三支路30上设置有第三产层试样和第三模拟裂纹试样。

当确定开发模式时，可以将三个产层进行任意组合，三个产层的开发模式具体为：

第一种：分别对第一支路10、第二支路20和第三支路30上的产层进行单独开采；

第二种：第一支路10和第二支路20的产层一起开采，第三支路30上的产层单独开采；

第三种：第一支路10和第三支路30的产层一起开采，第二支路20的产层单独开采；

第四种为：第二支路20和第三支路30的产层一起开采，第一支路10的产层单独开采；

第五种为：第一支路10、第二支路20和第三支路30三者产层一起开采。

S3、模拟在同等所述气藏压力、所述围压情况下，相同时间段内各开发模式下的产能量；

还是以上述三产层进行开采为例，需要对以上五种开发模式进行模拟产能量，具体地，当对第一种开发模式实验时，第一种开发模式分为三个开采过程：第一支路10产层的产气模拟、第二支路20产层的产气模拟和第三支路30产层的产气模拟，即依次打开三支路中其中一者的开关阀，并关闭其余两者的开关阀，获取预定时间内第一支路10、第二支路20和第三支路30。其中第一支路10、第二支路20和第三支路30中各产层试样的围压、裂缝模拟试样的围压根据试验要求设定，均与相应地层中实际产层的围压、岩层裂缝围压相对应。

第二种开发模式包括两个开采过程，一个开采过程为：第一支路10和第二支路20的产层一起开采；另一个开采过程为：第三支路30上的产层单独开采。这两个开采过程顺序可以相互调整。即各开采过程的顺序不做具体限定。也就是说，当开发模式中包括N个开发过程时，各开发过程之间的顺序可相互调整；各所述开发过程中的气流量之和为产能量；其中N大于等元2。

同理，第三种开发模式、第四种开发模式也均包括两个开采过程。

第五种开发模式包括一个开采过程：三产层同时开采。

需要说明的是，某一开发模式的产能量是指各开发过程在相同预定时间段内产气量的总和，即其中，Q为单位时间的流量，t为预定时间段。

t的选取原则一般为气源输出压力维持某一具体压力值恒定时间段，在一种具体的模拟实验中，一般选取2个小时左右，即计算2小时内该开发过程的产气量。一定时间内，该开发过程的总流量，均为在该时间段内，每5min时间间隔与该时间间隔内总流量计的瞬时流量的乘积的累积和。在2h内，将某一开发模式中各开发过程的总流量相加，即为该开发模式下的总模拟产量。

为了提高测量精度，当开发过程中同时工作的支路的数量大于两个时，根据所述主出气管中的气体流量计算该开发过程的产气量。

S4、比较所述相同时间段内各开发模式下的产能量，选取最大产能量所对应的开发模式为实际开发模式。

本文中所提供的实验装置可以实现多产层开采模拟，有利于研究人员在地层开采前评价研究不同开采模式下的产能效率。并且本文选取单位时间内产气量最大的开发模式作为实际地层的开发模式，大大提高地层的开采效率。本文所提供的对地层模拟开采的方法打破了多产层综合开发产能评价方法研究的空白，装置可靠性强，评价方法操作简便。

如上所述，实验装置中的压力源可以为压力气瓶，压力气瓶可以与支路一一对应，分别对相应所述支路进行供气；如图1所示，第一支路10上设置有第一气瓶11，第二支路20上设置有第二气瓶21，第三支路30上设置有第三气瓶31，其中第一气瓶11、第二气瓶21、第三气瓶31的出口压力均是根据第一产层、第二产层、第三产层的气藏压力设定。

另外，压力源的数量也可以为一个，各支路上均设置有调压部件，压力源出口通过相应调压部件连通第一夹持器的气体进口。调压部件可以为调压阀，压力源的气体经调压部件调节至支路所需要的压力(气藏压力)。

该实验装置各支路还均设有入口压力表和出口压力表，入口压力表和所述出口压力表分别设置于第一夹持器的气体进口和第二夹持器的气体出口。如图1所示，第一支路10上设置有入口压力表12和出口压力表15，第二支路20入口压力表22和出口压力表25，第三支路30上设置有入口压力表32和出口压力表35。

在该支路进行开采模拟过程中，实验人员可以根据同一支路上设置的入口压力表和出口压力表的数值，判断当前状态气体通过产层试样和模拟裂缝试样后的渗透率，进而可以判断产程试样和模拟裂缝试样是否满足要求。

即，在各开发模式模拟过程中，还实时检测各组所述产层试样和模拟裂缝试样入口压力和出口压力，通过比较入口压力与述出口压力的差值与相应预设值的大小，判断各组产层试样和模拟裂缝试样是否满足实验要求。

其中，预设值是由预模拟产层确定。

上述各实施例中的围压装置具体可以包括第一围压装置和第二围压装置，第一围压装置用于给第一夹持器的腔室提供压力介质；第二围压装置用于给第二夹持器的腔室提供压力介质。即设置两个独立围压装置分别对第一夹持器和第二夹持器腔室进行施压，两围压装置相互之间不干扰，有利于实验完成后第一围压装置和第二围压装置快速泄压。

第一围压装置和第二围压装置优选压力泵。请再次参考图1，第一支路10设置有第一围压装置17和第二围压装置18，两者分别为该支路上的第一夹持器13和第二夹持器14提供围压。同理，第二支路20和第三支路30上设置的围压装置分别第一围压装置27、第二围压装置28、第一围压装置37和第二围压装置38。

考虑到进行两个以上产层同时开采时，两支路之间的气压可能不相等，两者采集气体流出会有相互干扰，为了提高实验模拟的准确性，本文还增加了以下部件。

上述各实施例中，各支路上还设置有流量组件，流量组件设置于第二夹持器的气体出口；流量组件包括并联设置的第一分路和第二分路，第一分路上设置有第一单向阀71和第一流量计81，第二分路上设置有第二单向阀72和第二流量计82，第一单向阀71和第二单向阀72的导通方向相反。第一流量计81和第一流量计82分别用于测量其所处管路的流量。

支路上流量组件中并行设置的第一单向阀71和第二单向阀72可以形成微循环流道，可供气体循环流动，以消除多支路共同开采时之间的相互影响。以第一支路10和第二支路20共同开采为例，当第一支路10中第二夹持器气体出口的压力大于第二支路20中第二夹持器气体出口的压力时，第一支路10中经第二夹持器14的气体由流量组件第一单向阀71完全流至主出气管40，而第二支路20中经第二夹持器24的气体部分流至主出气管40，部分由第二单向阀72返回，在第一单向阀71和第二单向阀72形成的微循环通道内循环。

在各开发模式模拟过程中，还实时监测工作支路上的所述第一所述流量计81和所述第二流量计82的数值，判断相应支路上的产气工作状态。

上述，第一流量计81和所述第二流量计82可以均为皂膜流量计，皂膜流量计测量精度比较高。

上述各实施例中，开关阀设置于流量组件与第二夹持器之间。

受现场开采设备的限制，并非所有开发模式都适应实际开采设备，故开发模式数量的确定方法具体可以为：综合考虑产层数量和实际开采中所使用的开采设备类型，选取与实际开采中所使用的开采设备相匹配的开发模式。

在上述实验壮汉子的基础上，本文进一步对第一支路10和第二支路20产层联合开采进行了具体模拟，所模拟的2个产层地层参数如表1所示。

表1产层地层参数

其中，同一支路中第一夹持器和第二夹持器内的围压相等，均为上表中的围压。

具体步骤为：

(1)设置第一支路10中第一气瓶11压力为15.66MPa，设置第一支路10中的第一夹持器13和第二夹持器14内的围压均为18.00MPa。将直径25mm的岩心柱塞和直径25mm的模拟裂缝分别装入第一夹持器13和第二夹持器14。

(2)设置第二支路20中第二气瓶21压力为14.67MPa，设置第二支路20中的第一夹持器23和第二夹持器24内的围压为18.50MPa。将直径25mm的岩心柱塞和直径25mm的模拟裂缝分别装入第一夹持器23和第二夹持器24。

(3)按照说明书附图图1方式，连接好管线。关闭开关阀36，打开开关阀16、开关阀26。分别记录两支路中第一夹持器和第二夹持器入口端与出口端的压力值变化，记录第一流量计81、第二流量计82和流量部件41的读数变化，计算一定时间内总流量Q₁₂变化，模拟第一支路10和第二支路20产层联合开采。

结果如表2所示。

需要说明的是，本文将图1中气流由左向右流动定义为正向流量，相反方向的定义为反向流量。

表2双产层联合开发模拟试验数据

以上对本发明所提供的一种用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.用于模拟两个以上产层综合开发的实验装置，其特征在于，包括至少两个支路，各所述支路并行设置，且进口均连通压力源，各所述支路上均设置有以下部件：

第一夹持器，具有用于盛放产层试样的腔室，所述第一夹持器外表面具有气体进口、气体出口和围压进口，所述气体进口通过管路连通所述压力源的出口；

第二夹持器，具有用于盛放模拟裂缝试样的腔室，所述第二夹持器的外表面具有气体进口、气体出口和围压进口，所述第二夹持器的气体进口连通所述第一夹持器的气体出口；

围压装置，其出口连通所述第一夹持器的围压进口和所述第二夹持器的围压进口，用于给所述第一夹持器的腔室和所述第二夹持器的腔室提供压力介质；

所述实验装置还包括流量部件和设置于各所述支路上的开关阀，所述流量部件用于检测由各所述支路流出气体的流量；

各所述支路上还设置有流量组件，所述流量组件设置于所述第二夹持器的气体出口；所述流量组件包括并联设置的第一分路和第二分路，所述第一分路上设置有第一单向阀和第一流量计，所述第二分路上设置有第二单向阀和第二流量计，所述第一单向阀和所述第二单向阀的导通方向相反。

2.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述压力源为压力气瓶，并且所述压力气瓶与所述支路一一对应，分别对相应所述支路进行供气；或者，

所述压力源的数量为一个，各所述支路上均设置有调压部件，所述压力源出口通过相应所述调压部件连通所述第一夹持器的气体进口。

3.如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，各所述支路还均设有入口压力表和出口压力表，所述入口压力表和所述出口压力表分别设置于所述第一夹持器的气体进口和所述第二夹持器的气体出口。

4.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述围压装置包括第一围压装置和第二围压装置，所述第一围压装置用于给所述第一夹持器的腔室提供压力介质；所述第二围压装置用于给所述第二夹持器的腔室提供压力介质。

5.如权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述第一围压装置和第二围压装置均为压力泵。

6.如权利要求1至5任一项所述的实验装置，其特征在于，所述第一流量计和所述第二流量计均为皂膜流量计。

7.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，各所述支路的气体经所述流量组件流出后汇入主出气管，所述流量部件设置于所述主出气管。

8.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述开关阀设置于所述第二夹持器的气体出口位置。

9.如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述第一夹持器的腔室为柱状，所述第一夹持器的腔室内表面与所述产层试样的外表面相匹配。