CN108896741A - 一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统及其使用方法 - Google Patents
一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统及其使用方法，包括注水导管，注水导管通过第一阀门连接注水泵的入口，注水泵的出口连接第一质量流量计一端，第一质量流量计的另一端连接注液管的一端，注液管的另一端伸入反应箱的注液室，反应箱的排液室通过排液管连接第二质量流量计的一端，第二质量流量计另一端通过第二阀门连接废水管的一端，废水管的另一端伸入到废液罐内，反应箱上下分别为第一侧向力泵与第二侧向力泵，样品长轴与第一侧向力泵、第二侧向力泵加压面平行；第一侧向力泵与第二侧向力泵上分别设置有第一压力计与第二压力计；注液管与样品之间设置垂向挡板；本发明具有能够重复测量不同样品的孔隙度、渗透率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气开发技术领域，特别涉及一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统及其使用方法。
背景技术
页岩气是一种自生自储的非常规天然气，烃源岩、储层和盖层等油气关键要素均统一为同一套页岩层。中国南方海相页岩气具有形成时代老、热演化程度高、构造变形复杂、保存条件差异较大等特点。同时，由于页岩储层通常孔隙度和渗透率均较低、储集条件较差，在未经过储层改造之前，往往不具备实现经济性开发的条件。因此，有效的压裂开发，是页岩气获得商业气流的重要保证之一。
然而，由于地下沉积构造环境复杂，压裂过程对页岩储层的改造效果往往不能直接观察和预测，严重制约了页岩气前期压裂设计的合理性与准确性。目前主要存在压裂分析、数值模拟等手段对储层伤害性进行评价和预测。压裂分析主要是基于已压裂油气钻井的既有数据和改造试验对最终压裂效果进行预判，往往成本较高、周期较长，难以经济性地为压裂开发提供有效参数。数值模拟手段也可用于页岩储层伤害性的研究分析，但其参数设置通常受人为影响较大，且实际流体运移特征与力学理论也存在显著差异，因此预测结果与实际情况间也难以直接对比。
由于地下地质条件与压裂条件复杂，尚未形成合适的实验室系统，用以对实际压裂条件进行有效模拟。尽管少数学者已提出实验模拟系统的初步设想，但尚未形成实际的模拟分析系统，也未详细描述具体的系统组合。因此，有必要形成一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，以解决页岩气压裂开发前期设计的关键问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统及其使用方法，能够重复测量不同样品的孔隙度、渗透率等相关参数并记录，以分析不同流体速率与性质对页岩储层伤害性的影响。
一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，包括注水导管1，注水导管1通过第一阀门2和导管连接注水泵4的入口，注水泵4的出口通过导管连接第一质量流量计8一端，第一质量流量计8的另一端连接注液管9的一端，注液管9的另一端伸入反应箱10一端的注液室，反应箱10另一端的排液室通过排液管19连接第二质量流量计20的一端，第二质量流量计20另一端通过第二阀门22连接废水管23的一端，废水管23的另一端伸入到废液罐24内；反应箱10一端的注液室与反应箱10另一端的排液室之间放置样品，反应箱10上下分别为第一侧向力泵11与第二侧向力泵12，样品长轴与第一侧向力泵11、第二侧向力泵12加压面平行；第一侧向力泵11与第二侧向力泵12上分别设置有第一压力计13与第二压力计14；注液管9与样品之间设置垂向挡板15，挡板15通过固定螺栓16固定在反应箱10上。
进一步的，所述的注水泵4与质量流量计8之间连接缓冲室6。
进一步的，所述的注水泵4提供0-1.0MPa范围内的注水动力，注水动力可调节，调节精度为0.01MPa。
进一步的，所述的第一侧向力泵11与第二侧向力泵12提供0-30MPa的动力，施加动力梯度为5MPa，第一侧向力泵11、第二侧向力泵12与样品上下面的接触面长轴与液体流向一致。
进一步的，所述的第一压力计13与第二压力计14量程均为0-50MPa，测量精度为1MP。
进一步的，所述的反应箱10一端的注液室与反应箱10另一端的排液室上分别设置有第一压力监测器17和第二压力监测器18，第一压力监测器17和第二压力监测器18的量程均为0-10MPa，测量精度为0.1MPa。
基于一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统的使用方法，其步骤为：
步骤一：选取多块页岩样品，测量对照样品的孔隙度、渗透率；
步骤二：检测各部件是否完好无损，组装实验仪器，反应箱10一端的注液室与反应箱10另一端的排液室之间放置一块页岩样品；
步骤三：放下挡板15，启动侧向力泵11与侧向力泵12，施加侧向压力；
步骤四：开启第一阀门2和第二阀门22，注入清水或不同配方的压裂液，启动注水泵4与第一质量流量计8，观测系统是否正常运行；
步骤五：逐渐调增注水泵4动力，待第一质量流量计8上示数达到预计数值时，调整固定螺栓16，抬起挡板15；
步骤六：启动第二质量流量计20，待注入流体穿过页岩样品，至第二质量流量计20示数与第一质量流量计8一致时，关闭注水泵4，停止第一质量流量计8与第二质量流量计20；
步骤七，取出处理后的页岩样品，测量其孔隙度、渗透率；
步骤八，重复上述步骤二至七，改变注水泵4动力与流量参数，获取其余流速条件下页岩样品的孔隙度、渗透率，并记录，分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的影响；
步骤九，实验后处理，拆卸系统各实验仪器，清洗管路与设备。
本发明的有益效果是：
(1)能够提供一种实验室分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，为页岩气压裂开发提供可靠的实验室数据。
(2)能够利用实验室手段，分别制作在不同流体速率与性质控制下的页岩样品。
(3)能够利用实验室手段，通过调节注水泵动力的大小及注入液体的种类，模拟分析不同流体速率与性质等对页岩储层伤害性的影响。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合参考附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参照图1，一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，包括注水导管1，注水导管1通过第一阀门2和导管连接注水泵4的入口，注水泵4的出口通过导管连接第一质量流量计8一端，所述的注水泵4与质量流量计8之间连接缓冲室6；第一质量流量计8的另一端连接注液管9的一端，注液管9的另一端伸入反应箱10一端的注液室，反应箱10另一端的排液室通过排液管19连接第二质量流量计20的一端，第二质量流量计20另一端通过第二阀门22连接废水管23的一端，废水管23的另一端伸入到废液罐24内；反应箱10一端的注液室与反应箱10另一端的排液室之间放置样品，反应箱10上下分别为第一侧向力泵11与第二侧向力泵12，样品长轴与第一侧向力泵11、第二侧向力泵12加压面平行；第一侧向力泵11与第二侧向力泵12上分别设置有第一压力计13与第二压力计14；注液管9与样品之间设置垂向挡板15，挡板15通过固定螺栓16固定在反应箱10上。
注水导管1根据实际研究需要，注入清水或不同配方的压裂液。
注水泵4能提供0-1.0MPa范围内的注水动力，注水动力可调节，调节精度为0.01MPa。
第一质量流量计8与第二质量流量计20量程为1000ml/min，耐压1.0MPa。
压力室10尺寸为20cm×20cm×30cm，其中压力室10长轴方向与液体流向一致；注液室和排液室尺寸均为12cm×12cm×5cm，其方形截面均与液体流向垂直。
第一侧向力泵11与第二侧向力泵12可施加0-30MPa的动力，施加动力梯度为5MPa，力泵与样品的接触面尺寸均为10cm×20cm，其中接触面长轴与液体流向一致。
压力计13与压力计14量程均为0-50MPa，测量精度为1MPa。
压力监测器17与压力监测器18量程均为0-10MPa，测量精度为0.1MPa。
废液管23应伸入废液罐24底部，防止废液溅出污染。
挡板15尺寸为12cm×12cm，完全遮挡侧向力泵11、侧向力泵12与样品侧面，挡板15密封性和抗冲击性能良好，在1000ml/min流量冲击条件下不发生显著形变与破裂。
基于一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统的使用方法，其步骤为：
步骤一：制备满足系统尺寸的页岩样品6块，对对照样品测量孔隙度、渗透率；
利用同一页岩大样或同一目的层附近的页岩原样，制备10cm×10cm×20cm的页岩样品6块以上，分别编号S-1、S-2、S-3、S-4、S-5与S-6；针对对照样品S-1，测量其孔隙度φ1、渗透率k1，并记录；测量完成后，取下页岩样品S-1，整理并收拾测试设备，以备后续实验使用。
步骤二：检测各部件是否完好无损，组装实验仪器，放入S-2；
根据实验系统示意图，在确定各部件完好无损后，按顺序组装各实验仪器，导管1为注水导管，可根据实际研究需要注入清水或压裂液。第一压力监测器17与第二压力监测器18用于监测注液室与排液室内压力是否出现异常；系统组装完成后，调整第一侧向力泵11和第二侧向力泵12位置，放入页岩样品S-2，页岩样品长轴与第一侧向力泵11、第二侧向力泵12加压面平行，页岩样品S-2截面与挡板15平行；页岩样品S-2放置平稳后，恢复第一侧向力泵11和第二侧向力泵12位置，调整压力计13与压力计14示数均至0。
步骤三，放下挡板15，启动第一侧向力泵11与第二侧向力泵12，施加侧向压力。
利用固定螺栓16调节挡板15位置，将挡板15放下至完全遮挡第一侧向力泵11、第二侧向力泵12与样品；第一启动侧向力泵11与第二侧向力泵12，逐渐调增力泵动力，直至压力计13和压力计14示数达预计压力值，并保持压力状态。
步骤四，开启第一阀门2和第二阀门22，注入清水或不同配方的压裂液，启动注水泵4与第一质量流量计8，观测系统是否正常运行。
打开阀门2与阀门22，启动注水泵4并将其控制在低值，从注水导管1处注入清水或压裂液，观测第一质量流量计8示数是否保持稳定，观察系统其他部分是否出现漏液现象，观测第一压力监测器17与第二压力监测器18示数是否出现异常。
步骤五，逐渐调增注水泵4动力，待质量流量计8上示数达到预计数值时，调整固定螺栓16，抬起挡板15。
待质量流量计8示数保持稳定一段时间后，逐渐调增注水泵8的工作动力，观测第一质量流量计8示数是否稳定上升，并随时观测第一压力监测器17与第一压力监测器18示数是否出现异常。至第一质量流量计8示数达到计划分析的流体速率后，停止调增注水泵8的工作动力，保持系统运行。调节固定螺栓16，向上抬起挡板15至完全漏出侧向力泵11、侧向力泵12与页岩样品侧面。
步骤六，启动第二质量流量计20，待注入流体穿过样品，并至第二质量流量计20示数与第一质量流量计8基本一致时，关闭注水泵4，停止第一质量流量计8与第二质量流量计20。
保持注水泵4的工作动力，待注入流体穿过样品，且第二质量流量计20示数与第一质量流量计8基本一致后，保持一段时间，关闭注水泵4，关闭第一质量流量计8与第二质量流量计20。待系统内液体基本排出后，关闭第一阀门2与第二阀门20，静置样品一段时间。
步骤七，取出处理后的样品，测量其孔隙度、渗透率等相关参数。
缓慢取下页岩样品S-2，实验条件下对其参数进行测定，分别获得孔隙度φ2、渗透率k2等相关参数，并记录，测试完成后，取下页岩样品S-2，清洗系统各管路与设备，调节固定螺栓16至完全放下挡板15，将第一压力监测器17和第二压力监测器18示数复位，通过调节第一侧向力泵11与第二侧向力泵12位置，将第一压力计13与第二压力计14示数分别恢复至0，以备后续实验使用。
步骤八，重复上述步骤二至七，改变注水泵4动力与流量参数，获取其余流速条件下页岩储层的相关参数，并记录，分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的影响。
更改注水泵4动力参数与质量流量计8上的流体速率示数，更换页岩样品，重复上述步骤2至步骤7，分别获得页岩样品S-3等的孔隙度φ3、渗透率k3等对应参数，并记录。通过对比在不同流体速率条件下的各个参数，研究流体对储层伤害性的变化规律，分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的影响。
步骤九，实验后处理，拆卸系统各实验仪器，清洗管路与设备。
Claims (7)
1.一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，其特征在于，包括注水导管(1)，注水导管(1)通过第一阀门(2)和导管连接注水泵(4)的入口，注水泵(4)的出口通过导管连接第一质量流量计(8)一端，第一质量流量计(8)的另一端连接注液管(9)的一端，注液管(9)的另一端伸入反应箱(10)一端的注液室，反应箱(10)另一端的排液室通过排液管(19)连接第二质量流量计(20)的一端，第二质量流量计(20)另一端通过第二阀门(22)连接废水管(23)的一端，废水管(23)的另一端伸入到废液罐(24)内；反应箱(10)一端的注液室与反应箱(10)另一端的排液室之间放置样品，反应箱(10)上下分别为第一侧向力泵(11)与第二侧向力泵(12)，样品长轴与第一侧向力泵(11)、第二侧向力泵(12)加压面平行；第一侧向力泵(11)与第二侧向力泵(12)上分别设置有第一压力计(13)与第二压力计(14)；注液管(9)与样品之间设置垂向挡板(15)，挡板(15)通过固定螺栓(16)固定在反应箱(10)上。
2.根据权利要求1所述的一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，其特征在于，所述的注水泵(4)与质量流量计(8)之间连接缓冲室(6)。
3.根据权利要求1所述的一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，其特征在于，所述的注水泵(4)提供0-1.0MPa范围内的注水动力，注水动力可调节，调节精度为0.01MPa。
4.根据权利要求1所述的一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，其特征在于，所述的第一侧向力泵(11)与第二侧向力泵(12)提供0-30MPa的动力，施加动力梯度为5MPa，第一侧向力泵11、第二侧向力泵12与样品上下面的接触面长轴与液体流向一致。
5.根据权利要求1所述的一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，其特征在于，所述的第一压力计(13)与第二压力计(14)量程均为0-50MPa，测量精度为1MP。
6.根据权利要求1所述的一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统，其特征在于，所述的反应箱(10)一端的注液室与反应箱(10)另一端的排液室上分别设置有第一压力监测器(17)和第二压力监测器(18)，第一压力监测器(17)和第二压力监测器(18)的量程均为0-10MPa，测量精度为0.1MPa。
7.基于一种分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的系统的使用方法，其特征在于，其步骤为：
步骤一：选取多块页岩样品，测量对照样品的孔隙度、渗透率；
步骤二：检测各部件是否完好无损，组装实验仪器，反应箱(10)一端的注液室与反应箱(10)另一端的排液室之间放置一块页岩样品；
步骤三：放下挡板(15)，启动侧向力泵(11)与侧向力泵(12)，施加侧向压力；
步骤四：开启第一阀门(2)和第二阀门(22)，注入清水或不同配方的压裂液，启动注水泵(4)与第一质量流量计(8)，观测系统是否正常运行；
步骤五：逐渐调增注水泵(4)动力，待第一质量流量计(8)上示数达到预计数值时，调整固定螺栓(16)，抬起挡板(15)；
步骤六：启动第二质量流量计(20)，待注入流体穿过页岩样品，至第二质量流量计(20)示数与第一质量流量计(8)一致时，关闭注水泵(4)，停止第一质量流量计(8)与第二质量流量计(20)；
步骤七，取出处理后的页岩样品，测量其孔隙度、渗透率；
步骤八，重复上述步骤二至七，改变注水泵(4)动力与流量参数，获取其余流速条件下页岩样品的孔隙度、渗透率，并记录，分析流体速率与性质对页岩储层伤害性的影响；
步骤九，实验后处理，拆卸系统各实验仪器，清洗管路与设备。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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