CN106401577A - 模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟底水气藏直井和水平井底水锥进形成条件可视化测试装置及方法，装置包括水锥模型、地层水中间容器、天然气中间容器、高压驱替泵，水锥模型包括水锥模型外壳，水锥模型外壳上设置有填砂孔及填砂孔盖，水锥模型外壳内设置有模拟井，水锥模型外壳设置有观察窗，水锥模型外壳底部设置有进样口，顶部设置有与模拟井井口连通的顶部出口，高压驱替泵的出口连接地层水中间容器和天然气中间容器的入口压力端，地层水中间容器和天然气中间容器的出口通过管线与进样口连接，顶部出口经回压阀连接气液分离装置，气液分离装置的气体出口连接至气量计。本发明可模拟底水气藏直井、水平井底水锥进形成条件，用于指导底水气藏合理、高效开采。

Description

模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置及方法

技术领域

本发明属于油气开采技术领域，具体涉及一种在高温高压下，模拟底水气藏直井、水平井底水锥进形成条件，用于指导底水气藏合理、高效开采的底水气藏气井底水锥进形成条件可视化测试装置及方法。

背景技术

底水驱气藏是气藏类型中最多的一种，随着国内外勘探开发技术的发展，对底水驱气藏开发过程中改善开发效果以及提高采收率技术要求也越来越高。而在底水气藏开发过程中，如何充分利用水体能量，防止因过大的生产压差导致底水锥进发生水窜，延长无水生产期以及提高气藏采收率已成为这类气藏开发的一个重要现实问题。

在底水气藏开发中，一般认为当天然气井产量过大，气体流速增加，气井井底压力梯度大于气水重力差和毛管力时，就会导致气井井底的底水发生锥进现象(一般直井成为水锥，水平气井称为水脊)，导致气井产水量迅速增加，气井产能急剧降低乃至停喷。对于底水驱气藏水锥形成临界条件的研究，国内外目前主要是采取经验公式计算或数值模拟计算方法来指导气井的实际生产；对于水锥形成机理及影响因素，主要集中在油藏开发中比较多，通过调研发现：目前国内外对高温高压条件下，气井直井、水平井底水锥进的可视化定性和定量实验研究甚少，以开展的实验无法满足地层高温高压可视化的条件，从而无法真实还原实际生产情况。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置及方法，适用于实际生产条件的高温高压可视化底水气藏开发过程中不同井型的底水锥进条件和机理实验模型，并结合相似原理，获得底水气藏不同井型临界水锥形成压力梯度条件，以及水锥形成的影响因素敏感性分析，从而为气井配产和生产调整提供技术支持。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置，包括水锥模型、地层水中间容器、天然气中间容器、高压驱替泵，所述水锥模型包括内部形成封闭腔室的水锥模型外壳，水锥模型外壳上设置有填砂孔及盖在填砂孔上的填砂孔盖，水锥模型外壳内设置有模拟井，水锥模型外壳的一侧设置有观察窗，水锥模型外壳底部设置有进样口，水锥模型外壳的顶部设置有与模拟井的井口连通的顶部出口，所述高压驱替泵的出口连接地层水中间容器和天然气中间容器的入口压力端，地层水中间容器和天然气中间容器的出口通过管线与进样口连接，所述顶部出口经回压阀连接气液分离装置，气液分离装置的气体出口连接至气量计。

其中，还包括氮气中间容器、高压回压泵，所述高压回压泵的出口连接氮气中间容器的入口压力端，氮气中间容器的出口通过管线与回压阀连接。

其中，所述地层水中间容器和天然气中间容器出口连接的管线上设置有阀门。

其中，所述水锥模型、地层水中间容器、天然气中间容器、管线、回压阀、气液分离装置设置于恒温空气浴中。

本发明还提供一种利用如上所述的可视化测试装置进行底水气藏直井水锥形成条件及机理可视化实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟直井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下直井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

本发明还提供一种利用如上所述的可视化测试装置进行底水气藏直井水锥形成条件影响因素敏感实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟直井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制，通过改变天然气衰竭速度、水体//度差和模型填砂非均质性来实现参数敏感对水锥形成条件和机理的影响；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下直井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

本发明还提供一种利用如上所述的可视化测试装置进行底水气藏水平井水锥形成条件及机理可视化实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟水平井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下水平井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

本发明还提供一种利用如上所述的可视化测试装置进行底水气藏水平井水锥形成条件影响因素敏感实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟水平井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制，通过改变天然气衰竭速度、水体//度差和模型填砂非均质性来实现参数敏感对水锥形成条件和机理的影响；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下水平井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

本发明通过模拟高温高压气井水锥形成条件可视化测试装置的研制及水锥形成实验测试方法的设计，可满足高温高压条件下底水气藏直井、水平井水锥形成临界条件及影响因素敏感性室内实验测试，达到水锥形成条件机理定性和定量化的目的，为提高底水气藏开发效果奠定了基础。本发明的有益效果具体如下：

1)本发明测定装置，原理可靠，结构简单，精确度高，利用该装置可定性和定量测定底水驱气藏水锥形成临界条件；

2)应用研制的可视化耐温压物理模型，能更准确的模拟实际地层温度压力环境，更具借鉴意义；

3)实验能达到的最高温度压力10MPa，最高温度100℃(可根据要求定制更高的温度、压力条件)，可满足地层温度、压力条件。

4)能填补目前国内外高温高压条件下底水气藏气井水锥机理室内实验空白。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是底水气藏气井底水锥进形成条件可视化测试装置的结构示意图。

图2是水锥模型的纵向剖视图。

图3是水锥模型的侧视部分剖视图。

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详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图3所示，本发明所述的提供一种底水气藏气井底水锥进形成条件可视化测试装置，包括水锥模型11、地层水中间容器1、天然气中间容器2、高压驱替泵10、氮气中间容器9、高压回压泵12。所述水锥模型11包括内部形成封闭腔室的水锥模型外壳110，水锥模型外壳110上设置有填砂孔及盖在填砂孔上的填砂孔盖111，水锥模型外壳110内设置有模拟井112，水锥模型外壳110的一侧设置有观察窗113，水锥模型外壳110底部设置有进样口114，水锥模型外壳110的顶部设置有与模拟井112的井口连通的顶部出口115，水锥模型必须满足三个重要功能：耐温压；高强度可视化玻璃观察窗。所述高压驱替泵10的出口连接地层水中间容器1和天然气中间容器2的入口压力端，地层水中间容器1和天然气中间容器2的出口通过管线4与进样口114连接，地层水中间容器1和天然气中间容器2分别用于储存注入地层水和天然气；所述地层水中间容器1和天然气中间容器2出口连接的管线4上设置有阀门3，高压驱替泵10用于控制入口压力。所述顶部出口115经回压阀6连接气液分离装置7，气液分离装置7的气体出口连接至气量计8，回压阀6用于控制产出速度，气量计8用来计量产出气体。所述高压回压泵12的出口连接氮气中间容器9的入口压力端，氮气中间容器9的出口通过管线与回压阀6连接，高压回压泵12用于控制回压。所述水锥模型11、地层水中间容器1、天然气中间容器2、管线4、回压阀6、气液分离装置7设置于恒温空气浴5中，恒温空气浴5可对设置于其内的部件进行加热并恒温。

本实验将分为三组进行，通过对比分析该评价方法的可行性。

第一组：底水气藏直井水锥形成条件及机理可视化实验测试

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟直井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，通过恒温空气浴使模型升温，并抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下直井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

第二组：底水气藏水锥形成条件影响因素敏感实验测试

实验测试流程同第一组实验流程①～⑥，通过改变步骤④中天然气衰竭速度、水体能量补充速度及不同井底及气水界面高度差和模型填砂非均质性来实现参数敏感对水锥形成条件和机理的影响；

第三组：底水气藏水平井水锥形成条件及机理可视化实验测试

将一组实验模型中的模拟直井改为模拟水平井，其余同第一组实验流程①～⑥，也通过改变步骤④中天然气衰竭速度、水体能量补充速度及不同井底及气水界面高度差和模型填砂非均质性来实现参数敏感对水平井水锥形成条件和机理的影响。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置，其特征在于：包括水锥模型(11)、地层水中间容器(1)、天然气中间容器(2)、高压驱替泵(10)，所述水锥模型(11)包括内部形成封闭腔室的水锥模型外壳(110)，水锥模型外壳(110)上设置有填砂孔及盖在填砂孔上的填砂孔盖(111)，水锥模型外壳(110)内设置有模拟井(112)，水锥模型外壳(110)的一侧设置有观察窗(113)，水锥模型外壳(110)底部设置有进样口(114)，水锥模型外壳(110)的顶部设置有与模拟井(112)的井口连通的顶部出口(115)，所述高压驱替泵(10)的出口连接地层水中间容器(1)和天然气中间容器(2)的入口压力端，地层水中间容器(1)和天然气中间容器(2)的出口通过管线(4)与进样口(114)连接，所述顶部出口(115)经回压阀(6)连接气液分离装置(7)，气液分离装置(7)的气体出口连接至气量计(8)。

2.根据权利要求1所述的模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置，其特征在于：还包括氮气中间容器(9)、高压回压泵(12)，所述高压回压泵(12)的出口连接氮气中间容器(9)的入口压力端，氮气中间容器(9)的出口通过管线与回压阀(6)连接。

3.根据权利要求1所述的模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置，其特征在于：所述地层水中间容器(1)和天然气中间容器(2)出口连接的管线(4)上设置有阀门(3)。

4.根据权利要求1或2或3所述的模拟底水气藏气井底水锥进可视化测试装置，其特征在于：所述水锥模型(11)、地层水中间容器(1)、天然气中间容器(2)、管线(4)、回压阀(6)、气液分离装置(7)设置于恒温空气浴(5)中。

5.一种利用权利要求1至4中任一项所述的可视化测试装置进行底水气藏直井水锥形成条件及机理可视化实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟直井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下直井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

6.一种利用权利要求1至4中任一项所述的可视化测试装置进行底水气藏直井水锥形成条件影响因素敏感实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟直井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制，通过改变天然气衰竭速度、底水侵入速度(模拟不同水体能量)和模型填砂非均质性来实现参数敏感对水锥形成条件和机理的影响；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下直井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

7.一种利用权利要求1至4中任一项所述的可视化测试装置进行底水气藏水平井水锥形成条件及机理可视化实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟水平井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下水平井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。

8.一种利用权利要求1至4中任一项所述的可视化测试装置进行底水气藏水平井水锥形成条件影响因素敏感实验测试的方法，包括如下步骤：

①、水锥模型洗净、吹干，按设计要求安装好模拟水平井，按照孔隙度与渗透率设计要求填制石英砂，并测试填制好石英砂后水锥模型内的孔隙度、渗透率参数；

②、连接好测试装置，模型升温，抽真空；

③、从水锥模型底部进样口分别饱和天然气和地层水，模拟气藏气层和底水位置及温度、压力条件，建立模拟井井底附近区域气藏条件；

④、模拟气藏开发过程中气井衰竭采出、底水能量补给过程，其中天然气衰竭速度由出口端回压阀压降速度控制，入口端底水侵入速度由高压驱替泵控制，通过改变天然气衰竭速度、水体//度差和模型填砂非均质性来实现参数敏感对水锥形成条件和机理的影响；

⑤、出口端开展不同生产制度条件下水平井底水锥进实验测试；图片或视频拍摄观察窗内底水锥进过程，同时记录底水锥进时间、含水率、停喷时间、气体采出量等参数；

⑥、气井水淹后，实验结束，放空压力，清洗实验装置。