CN107975365A - 模拟凝析气藏直井的实验装置以及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟凝析气藏直井的实验装置以及实验方法，实验装置包括：管段机构；注入机构，注入机构包括与有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注气系统、与有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注水系统、与有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注油系统；调压阀，设置在有机玻璃管的测量管路的出口端；观测系统。本发明的有益效果是，该实验装置不仅可以单独研究常规气藏直井连续携液理论，并且可以单独研究凝析气藏直井连续携液理论，既可以做气井携水实验，也可以做气井携油实验，还可以做气井携油水实验，该装置所模拟的效果与现场实际工况相似，实验所得的结果和结论更为准确，故所做的实验对提高常规气藏和非常规气藏直井的最终采收率均有一定的指导价值。

Description

模拟凝析气藏直井的实验装置以及实验方法

技术领域

本发明是涉及天然气开采设备领域，具体的是一种模拟凝析气藏直井的实验装置以及实验方法。

背景技术

不同于常规气井，凝析气井在开采过程中，随着地层能量和井底压力的降低，凝析油或地层水会产出，出现产油和油水同产两种工况，在井筒中形成油气两相流动或油气水三相流动。当上返气流量不足以把液相携带出井筒时，井底将会产生积液，从而导致大幅度减产甚至停产。故正确地理解凝析气井连续携液机理对其合理配产和提高采收率具有重要意义。

目前，对连续携液机理的实验研究仅限于常规出水气井。魏纳等、肖高棉等及王琦等[1-7]分别对直井、定向井和水平井的连续携液机理进行实验研究，论证了液滴模型和液膜模型的可靠性，并得到了基于不同模型下的临界携液流量。而有关凝析气井连续携液机理的实验研究尚属空白。现有实验设备仅针对常规出水气井，不涉及产油和油水同产两种工况，没考虑到油气两相流动和油气水三相流动，与实际情况差距较大，实验研究所得结论误差较大，甚至导致错误。因此，设计一种能跟实际情况更加符合的凝析气井模拟实验装置对于研究其连续携液机理很有必要。

参考文献：

[1]魏纳,李颖川,李悦钦,等.气井可视化实验[J].钻采工艺,2007,30(3):43-45。

[2]魏纳,孟英峰,刘永辉,等.高气液比垂直管流连续携液实验[J].力学与实践,2011,33(1):70-73。

[3]肖高棉,李颖川,喻欣.气藏水平井连续携液理论与实验[J].西南石油大学学报(自然科学版),2010,32(3):122-126。

[4]高升.定向气井携液临界流量实验及应用[D].西南石油大学,2012。

[5]王琦,李颖川,王志彬,等.水平气井连续携液实验研究及模型评价[J].西南石油大学学报(自然科学版),2014,36(3):139-145。

[6]赵哲军,刘通,许剑,等.气井稳定携液之我见[J].天然气工业,2015,35(6):59-63。

[7]奚运涛,慕立俊,付钢旦,等.一种小直径排水采气管柱:中国,CN104632091.A[P].2015-05-20。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种模拟凝析气藏直井的实验装置以及实验方法，用于准确得知凝析气藏直井携液的物理模型和临界流量，厘清凝析气井连续携液的机理，从而提高凝析气井的最终采收率。

本申请实施例公开了：一种模拟凝析气藏直井的实验装置，包括：

管段机构，所述管段机构包括有机玻璃管，所述有机玻璃管具有测量管路；

注入机构，所述注入机构包括与所述有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注气系统、与所述有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注水系统、与所述有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注油系统；

调压阀，设置在所述有机玻璃管的测量管路的出口端；

观测系统，所述观测系统包括与所述有机玻璃管的测量管路对应设置的滑杆、能沿所述滑杆运动的粒子成像测速系统。

优选地，所述管段机构包括设置在所述有机玻璃管下端并用于支撑所述有机玻璃管的底座。

优选地，所述底座具有与所述有机玻璃管连通的流道，所述管段机构包括与所述底座的流道连通的排空阀。

优选地，所述注水系统包括用于调节注入的水的速度和大小的第一雾化注入器。

优选地，所述注水系统包括顺序连通的储水箱、气水分离器、第一增压泵。

优选地，所述注水系统包括第一节流阀和第一流量计。

优选地，所述注油系统包括用于调节注入的油的速度和大小的第二雾化注入器。

优选地，所述注油系统包括顺序连通的储油箱、气油分离器、第二增压泵。

优选地，所述注油系统包括第二节流阀和第二流量计。

优选地，所述注气系统包括顺序连通的空气压缩机以及储气罐。

优选地，所述注气系统包括排水过滤器和冷干机。

优选地，所述注气系统包括设置在所述储气罐入口端的放气节流阀和设置在所述储气罐上的安全阀。

优选地，所述注气系统包括用于调节注入的气体的速度和大小的恒流阀。

优选地，所述注气系统包括所述排水过滤器和设置在所述排水过滤器的输出端的冷干机。

优选地，所注气系统包括第三流量计、压力计以及气相节流阀。

本申请实施例公开了一种采用如上述的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

通过调节阀控制井口压力；

打开所述注水系统和注油系统或打开所述注气系统和所述注油系统，以使测量管路内的积液量达到预设值；

在所述测量管路内的积液量达到预设值后，通过粒子成像测速系统获取图像。

本发明的有益效果是，该实验装置以及方法不仅可以单独研究常规气藏直井连续携液理论，并且可以单独研究凝析气藏直井连续携液理论，既可以做气井携水实验，也可以做气井携油实验，还可以做气井携油水实验，该装置所模拟的效果与现场实际工况相似，实验所得的结果和结论更为准确，故所做的实验对提高常规气藏和非常规气藏直井的最终采收率均有一定的指导价值。

另外，由于安装了雾化注入器，所以可以通过雾化注入器调节注入液相的速度和大小，观察液相的携带及上移过程，并对影响气井携液的各因素(液相形状、压力及注入速度等)进行敏感性分析；由于在测量管路外部沿管段安装了滑杆，粒子成像测速系统的高度可以调节，可以在全管段进行拍照和测速，用于分析凝析气藏直井实际生产中的液相形状和流速变化。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种模拟凝析气藏直井的实验装置的结构示意图。

以上附图的附图标记：1-空气压缩机，2-放气节流阀，3-储气罐，4-排水过滤器，5-冷干机，6-气相节流阀，7-压力计，8-第三流量计，9-排空阀，10-底座，11-恒流阀，12-有机玻璃管，13-第二雾化注入器，14-第一单向阀，15-第一流量计，16-第一节流阀，17-第一增压泵，18-储水箱，19-气水分离器，20-储油箱，21-流量计，22-第一雾化注入器，23-压力传感器，24-交换机，25-计算机，26-调压阀，27-井口温度测量计，28-粒子成像测速系统，29-气油分离器，30-第二增压泵，31-第二节流阀，32-第二单向阀，33-滑杆，34-安全阀；100、管段机构；101、测量管路；200、注气系统；300、注水系统；400、注油系统；500、观测系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本发明实施例公开了一种模拟凝析气藏直井的实验装置，包括管段机构100、注入机构、调压阀26和观测系统500。其中，所述注入机构包括注水系统300、注油系统400、注气系统200。所述管段机构100包括沿竖直方向延伸的有机玻璃管12，所述有机玻璃管12具有测量管路101。所述注气系统200与所述有机玻璃管12的测量管路101的入口端连通，从而能向所述有机玻璃管12的测量管路101的入口端输入气体。所述注水系统300与所述有机玻璃管12的测量管路101的入口端连通，从而能向所述有机玻璃管12的测量管路101的入口端输入水。所述注油系统400与所述有机玻璃管12的测量管路101的入口端连通，从而能向所述有机玻璃管12的测量管路101的入口端输入油。所述调压阀26设置在所述有机玻璃管12的测量管路101的出口端，从而可以对所述有机玻璃管12内的压力进行控制。所述观测系统500包括与所述有机玻璃管12的测量管路101对应设置的滑杆33、能沿所述滑杆33运动的粒子成像测速系统28。

具体的，在本实施方式中，所述有机玻璃管12大体沿竖直方向延伸。所述有机玻璃管12的侧壁上分别开设有与所述注气系统200、所述注水系统300和所述注油系统400连通的通孔。在所述有机玻璃管12的下端设置有用于支撑所述有机玻璃管12的底座10。

优选地，所述底座10具有与所述有机玻璃管12连通的流道(图中未示出)。所述管段机构100还包括与所述底座10的流道连通的排空阀。

所述注水系统300包括顺序连通的储水箱18、气水分离器19、第一增压泵17、第一节流阀16、第一流量计15、第一单向阀14和第一雾化注入器13。所述储水箱18内存储有水。气水分离器19可以将气体和水分离，并输出水。第一增压泵17可以将储水箱18内的水导入有机玻璃管12。所述第一节流阀16可以对注水系统300输出的水的流量进行控制。所述第一流量计15可以对注水系统300输出的水的流量进行检测。所述第一单向阀14可以避免水逆流。所述第一雾化注入器13可以调节注入的水的速度和大小。

所述的注油系统400包括顺序连通的储油箱20、气油分离器29、第二增压泵30、第二节流阀31、第二流量计21、第二单向阀32和第二雾化注入器22。所述储油箱20内存储有水。气油分离器29可以将气体和油分离，并输出油。第二增压泵30可以将所述储油箱20内的油导入有机玻璃管12。所述第二节流阀31可以对注油系统400输出的油的流量进行控制。所述第二流量计21可以对注油系统400输出的油的流量进行检测。所述第二单向阀14可以避免油逆流。所述第二雾化注入器13可以调节注入的油的速度和大小。

所述的注气系统200包括顺序连通的空气压缩机1、放气节流阀2、储气罐3、排水过滤器4、冷干机5、气相节流阀6、压力计7、第三流量计8和恒流阀11。空气压缩机1可以将压缩气体注入储气罐3内。所述放气节流阀2设置在所述空气压缩机1和所述储气罐3之间，以方便多次测量和安全使用。所述安全阀34设置在所述储气罐3上，以方便多次测量和安全使用。实验结束后，可利用放气节流阀2将储气罐3中的气体放掉，方便下次实验的开展。

所述气相节流阀6用于对注气系统200输出的气体的流量进行控制。所述压力计7可以对注气系统200输出的气体的压力进行检测。所述第三流量计8可以对注气系统200输出的气体的流量进行检测。所述恒流阀11用于调节注入的气体的速度和大小。所述注气系统200包括所述排水过滤器4和设置在所述排水过滤器4的输出端的冷干机5。在所述的冷干机5管道上安装多个排水过滤器4。在排水过滤器4内放置木炭等干燥剂，以提高冷干机5的干燥吸水能力。

优选地，在所述测量管路101设置有用于对测量管路的压力进行检测的压力传感器23和用于对测量管路101的温度进行检测的井口温度测量计27。

优选地，所述的观测系统500包括粒子成像测速系统28、交换机24、计算机25和滑杆33。滑杆33安装在测量管路101的外部沿管段，使得粒子成像测速系统28得到有效支撑，避免因自重导致实验结果不准确。所述粒子成像测速系统28能沿所述滑杆33滑动，以使粒子成像测速系统28的高度可以调节，以配合于测量管路101的位置，从而可在全部的有机玻璃管12进行拍照和测速，以实现对测量管路101携液过程中液相形状和流速的捕捉。所述粒子成像测速系统28通过交换机24与所述计算机25电性连接。

本发明的模拟凝析气藏直井的实验装置通过注水系统300、注油系统400、注气系统200、观测系统500和管段机构100的各个设备间的相互配合，不仅可以单独研究常规气藏直井连续携液理论，并且可以单独研究凝析气藏直井连续携液理论，既可以做气井携水实验，也可以做气井携油实验，还可以做气井携油水实验，该装置所模拟的效果与现场实际工况相似，实验所得的结果和结论更为准确。

实施例1是采用如上述的实验装置的实验方法。实验开始前，关闭气相节流阀6，第一节流阀16、第二节流阀31和排空阀9。实验开始时，打开调压阀26，确定井口压力；打开第一增压泵17、第一节流阀16和第一雾化注入器13，向实验管路注水，并调整水流量值。当测量管路的水量达到预定值时，利用空气压缩机1将压缩气体注入储气罐3中，空气压缩机1和储气罐3是联动装置，即储气罐3中的压力小于规定值时，空气压缩机1会自动打开并为储气罐3补充气体，确保气源的稳定。第三流量计8可测定实验气体的流量，压力计7可以测定实验气体的压力。通过调节气相节流阀6，打开恒流阀11，以恒定流量向测量管路注入压缩空气；运行实验8至10min，关闭气相节流阀6和第一节流阀16。测量管路中的积液量，若积液量小于预定液量，表明预定气量偏大，应先打开排空阀9，将测量管路液体排空，再关闭排空阀9。然后通过改变气相节流阀6来减小注入气量，重新进行上述实验。反之，若积液量大于预定液量，表明预定气量偏小，也应先打开排空阀9，将测量管路液体排空，再关闭排空阀9。然后通过改变气相节流阀6来增大注入气量，重新进行上述实验。不断调节注气量，直至积液量与预定液量几乎相等。此时用粒子成像测速系统28抓拍气液在测量管路中的流动图像，并通过交换机24将图像数据传输到计算机25，此时的瞬时流量为这一状态下的连续携液临界流量，并记录该状态下的注气量、注水量、温度及压力等数据，然后通过改变排空阀9，排空测量管路中的液体。再改变调压阀26，提高井口压力值，重复上述实验步骤。

实施例2是采用如上述的实验装置的另一个实验方法。实验开始前，关闭气相节流阀6，第一节流阀16、第二节流阀31和排空阀9。实验开始时，打开调压阀26，确定井口压力；打开第二增压泵30、第二节流阀31和第二雾化注入器22，向实验管路注油，并调整油流量值；当测量管路的油量达到预定值时，利用空气压缩机1将压缩气体注入储气罐3中，空气压缩机1和储气罐3是联动装置，即储气罐3中的压力小于规定值时，空气压缩机1会自动打开并为储气罐3补充气体，确保气源的稳定，第三流量计8可测定实验气体的流量，压力计7可以测定实验气体的压力；通过调节气相节流阀6，打开恒流阀11，以恒定流量向测量管路注入压缩空气；运行实验8至10min(分钟)，关闭气相节流阀6和第二节流阀31。测量管路中的积液量，若积液量小于预定液量，表明预定气量偏大，应先打开排空阀9，将测量管路液体排空，再关闭排空阀9；然后通过改变气相节流阀6来减小注入气量，重新进行上述实验。反之，若积液量大于预定液量，表明预定气量偏小，也应先打开排空阀9，将测量管路液体排空，再关闭排空阀9。然后通过改变气相节流阀6来增大注入气量，重新进行上述实验；不断调节注气量，直至积液量与预定液量几乎相等。此时用粒子成像测速系统28抓拍气液在测量管路中的流动图像，并通过交换机24将图像数据传输到计算机25，此时的瞬时流量为这一状态下的连续携液临界流量，并记录该状态下的注气量、注油量、温度及压力等数据，然后通过改变排空阀9，排空测量管路中的液体；再改变调压阀26，提高井口压力值，重复上述实验步骤。

实施例3是采用如上述的实验装置的另一个实验方法。实验开始前，关闭气相节流阀6，第一节流阀16、第二节流阀31和排空阀9。实验开始时，打开调压阀26，确定井口压力；打开第二增压泵30、第二节流阀31、第二雾化注入器22、增压阀17、第一节流阀16和第一雾化注入器13，向实验管路注水和注油，并调整油水的流量值；当测量管路的油量和水量达到预定值时，利用空气压缩机1将压缩气体注入储气罐3中，空气压缩机1和储气罐3是联动装置，即储气罐3中的压力小于规定值时，空气压缩机1会自动打开并为储气罐3补充气体，确保气源的稳定，第三流量计8可测定实验气体的流量，压力计7可以测定实验气体的压力；通过调节气相节流阀6，打开恒流阀11，以恒定流量向测量管路注入压缩空气；运行实验8至10min(分钟)，关闭气相节流阀6、第一节流阀16和第二节流阀31；测量管路中的积液量，若积液量小于预定液量，表明预定气量偏大，应先打开排空阀9，将测量管路液体排空，再关闭排空阀9；然后通过改变气相节流阀6来减小注入气量，重新进行上述实验；反之，若积液量大于预定液量，表明预定气量偏小，也应先打开排空阀9，将测量管路液体排空，再关闭排空阀9；然后通过改变气相节流阀6来增大注入气量，重新进行上述实验；不断调节注气量，直至积液量与预定液量几乎相等。此时用粒子成像测速系统28抓拍气液在测量管路中的流动图像，并通过交换机24将图像数据传输到计算机25，此时的瞬时流量为这一状态下的连续携液临界流量，并记录该状态下的注气量、注油量、注水量、温度及压力等数据，然后通过改变排空阀9，排空测量管路中的液体；再改变调压阀26，提高井口压力值，重复上述实验步骤。

本发明中应用了具体实施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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，包括：

管段机构，所述管段机构包括有机玻璃管，所述有机玻璃管具有测量管路；

注入机构，所述注入机构包括与所述有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注气系统、与所述有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注水系统、与所述有机玻璃管的测量管路的入口端连通的注油系统；

调压阀，设置在所述有机玻璃管的测量管路的出口端；

观测系统，所述观测系统包括与所述有机玻璃管的测量管路对应设置的滑杆、能沿所述滑杆运动的粒子成像测速系统。

2.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述管段机构包括设置在所述有机玻璃管下端并用于支撑所述有机玻璃管的底座。

3.根据权利要求2所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述底座具有与所述有机玻璃管连通的流道，所述管段机构包括与所述底座的流道连通的排空阀。

4.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注水系统包括用于调节注入的水的速度和大小的第一雾化注入器。

5.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注水系统包括顺序连通的储水箱、气水分离器、第一增压泵。

6.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注水系统包括第一节流阀和第一流量计。

7.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注油系统包括用于调节注入的油的速度和大小的第二雾化注入器。

8.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注油系统包括顺序连通的储油箱、气油分离器、第二增压泵。

9.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注油系统包括第二节流阀和第二流量计。

10.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注气系统包括顺序连通的空气压缩机以及储气罐。

11.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注气系统包括排水过滤器和冷干机。

12.根据权利要求10所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注气系统包括设置在所述储气罐入口端的放气节流阀和设置在所述储气罐上的安全阀。

13.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注气系统包括用于调节注入的气体的速度和大小的恒流阀。

14.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所述注气系统包括排水过滤器和设置在所述排水过滤器的输出端的冷干机。

15.根据权利要求1所述的模拟凝析气藏直井的实验装置，其特征在于，所注气系统包括第三流量计、压力计以及气相节流阀。

16.一种采用如权利要求1至15任一项所述的实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过调节阀控制井口压力；

打开所述注水系统和注油系统或打开所述注气系统和所述注油系统，以使测量管路内的积液量达到预设值；

在所述测量管路内的积液量达到预设值后，通过粒子成像测速系统获取图像。