CN109653741A - 基于dts的压裂水平井温度剖面模拟实验装置及方法 - Google Patents

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李海涛
郭振华
罗红文
刘为明
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Abstract

本发明涉及一种基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置及方法，主要包括供气模块、DTS模块、井筒模块和储层模块。所述供气模块用于提供恒温气体；DTS模块用于测量井筒温度剖面；井筒模块用于模拟水平井井筒；储层模块用于模拟储层和人工裂缝。通过供气模块向储层模块提供恒温气体，在压差作用下通过岩心加持器，并流入井筒模块，通过穿有感温光纤的模拟井筒便可测得水平井温度剖面。本发明可以模拟压裂水平井不同产量、裂缝参数情况下的生产过程中的温度剖面，并提供了一种定量分析产量、裂缝参数对压裂水平井温度剖面影响规律的方法，为压裂水平井产出剖面、裂缝参数解释和压裂改造效果评价提供支撑。

Description

基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置及方法
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，具体涉及一种基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置及方法。
背景技术
压裂水平井被应用于各油气田进行低渗油气储层开采，通过水力压裂对低渗储层进行改造以获取具有经济价值的油气产量。对于压裂水平井而言，压裂所形成的人工裂缝是向井筒产气的主要通道，随地层流体流入井筒，储层热量也随着流体向井筒散失，在水平井筒中，由于人工裂缝处产量占据主导，裂缝之间的产量少，而这种产量间的差异造成了压裂水平井产出剖面的差异，从而导致水平井温度剖面不同，高产量裂缝处的温度会低于裂缝之间的水平井筒的温度。而DTS技术已在石油行业应用普遍，可实现：测量温度剖面、识别产层流体、判断出液出气位置、监测气举阀工作状态和判断裂缝位置等。通过DTS技术可以识别压裂水平井温度剖面这微小的温度差，从而可以实现人工裂缝位置的判定。若能测量不同裂缝参数下的温度差异，通过定量分析便可找到温度差异与裂缝处产气量的关系，这也为利用DTS技术进行压裂水平井温度剖面测试提供了理论依据。
目前，鉴于国内外对基于DTS的压裂水平井温度剖面评价的理论研究和物理模拟缺乏联系，不能互相验证研究结果的一致性，与此相关的实验研究鲜有涉及；并且，DTS技术在国内石油行业中的应用多为定性判断和温度剖面监测，国内对建立物理实验模拟所搭建的实验装置大多具有局限性，单一性，没有针对DTS测压裂水平井温度剖面进行相关的模拟实验，因此，有必要建立一套基于DTS压裂水平井温度剖面模拟实验装置及方法用于理论研究压裂水平井温度剖面与产气量的关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置及方法，以弥补上述现有技术和理论研究的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，该实验装置包括：供气模块、DTS模块、井筒模块、储层模块，其特征在于：所述DTS模块通过感温光纤与井筒模块相连，井筒模块通过管线与储层模块相连，储层模块经供气管线与供气模块相连，供气模块由空气压缩机、气体增压泵、高压储气罐、调压阀、气体质量流量控制器与加热炉依次相连；所述DTS模块由激光光源、信号接收器与感温光纤组成，与井筒模块相连；所述井筒模块由模拟井筒、模拟生产管柱与气体流量计组成，经过管线下连储层模块；所述储层模块由岩心夹持器、围压泵与压力传感器组成，储层模块与供气模块经管线相连。
所述供气模块包括空气压缩机、气体增压泵、调压阀、气体质量流量控制器与加热炉等。空气压缩机用于将空气压缩并输送至增压泵，空气压缩机的另一个作用是驱动气体增压泵工作，空气被气体增压泵增压后运送到高压储气罐内以保证实验的流畅进行；调压阀用于维持以恒定的压力提供气体给后续模块，气体质量流量控制器则是维持以恒定的流量提供气体给后续模块，加热炉主要是将气体进行加热，将恒温的气体提供给后续模块。
所述DTS模块中使用的感温光纤为分布式铠装抗拉抗压型光纤，为提供更高的精确度和分辨率，采用双头安装的方式；所述感温光纤从模拟井口进入模拟井筒内部，并置于模拟井筒内壁。
所述井筒模块由模拟井筒、模拟生产管柱与气体流量计组成；所述模拟井筒是几段穿有同一根感温光纤的钢制绕管，其具体长度依据水平井的长度来设计，以满足不同长度水平井的温度剖面的测试需要，并且不同渗透率段的产气量可由气体流量计来测量。
所述井筒模块包括的模拟生产管柱上设有模拟井口安全控制器和模拟井口防喷控制器，用于防止模拟实验时气体经模拟井口喷出的实验装置，所述模拟井口防喷控制器可用弹性橡胶制成，安装于模拟生产管柱上，防止气体从模拟井口处流动，模拟井筒通过管线与储层模块相连。
所述储层模块包括岩心夹持器、围压泵与压力传感器，所述岩心夹持器包括外筒、中间胶皮筒与模拟储层岩心，外筒和中间胶皮筒之间形成供液空间；模拟储层岩心上下均为中心设有通气孔的圆柱体，用于连接模拟井筒和供气模块；供液空间中的液体是由围压泵所提供，从供液入口所供入，用于模拟地层向模拟储层岩心施加围压，便于气体向井筒模块流入；压力传感器可测得入口端与出口端之间的压差，得到每一段水平井段的压力降；所述岩心夹持器的数量由实验需求而定，以满足不同长度水平井的温度剖面的测试需要；所述围压泵向岩心夹持器中供液，来模拟地层压力。
所述模拟储层岩心可用现场取样所制成的天然岩心，也可用渗透率均匀的人造岩心；每个压裂段由也可由一块模拟储层岩心端面中间位置设有人造裂缝矩形槽的岩心来充当，裂缝的长度、宽度按照具体实验方案来决定，裂缝的形状不限于矩形槽。
所述人造裂缝中均匀铺置支撑剂，制备时，将支撑剂均匀铺置于矩形槽中，所述支撑剂选用陶粒或石英砂，粒径根据人造裂缝规模的需要选用，然后将生胶带和纱网沿设有矩形槽的端面缠绕包裹，包裹时应保证支撑剂充分压紧。
所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置的方法，具体步骤包括：
(1)安装基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置；
(2)将制作好的不同渗透率、不同裂缝导流能力的一组岩心按照渗透率大小排列依次装配于储层模块中的岩心夹持器中，并连接好各实验装置，打开 8个岩心夹持器的管流开关，也可根据实验需要打开相应数量的岩心夹持器；对实验装置主体正面的各个阀门进行相应操作，反复检查连接情况，保证气体顺利流入各个夹持器并汇入同一根绕管然后从跟端流出；
(3)打开DTS模块、打开激光光源预热，观察信号接收器，然后开始测温，使得温度剖面曲线稳定后，记录一组基准数据，便于做对比；
(4)打开空气压缩机，并通过气体增压泵将气体增压运送至高压储气罐内，打开加热炉设置温度，给所有岩心夹持器施加围压，设定产量为Q，模拟单级压裂水平井生产；
(5)顺时针旋转调压阀，使岩心夹持器入口压力恒定到某一压力，记录此时通过各个岩心夹持器的流量；然后通过分布式光纤(DTS)温度传感器的信号接收器和压力传感器测量裂缝处的温度与压力，保存测试系统中的数据，即完成一组测试；
(6)逆时针关闭调压阀，使得入口端压力恢复；
(7)分别调整产气量为Qi(具体产气量如实验方案设计)，即夹持器入口压力分别为Pi，重复步骤(5)-(6)；
(8)卸载围压，取出岩心，依次更换不同渗透率、不同裂缝模式的岩心，重复步骤(2)-(6)；
(9)将步骤(5)所采集的数据绘制成温度剖面和单个压裂段产气量的综合图版，便可弄清水平井产气量对水平井温度剖面的影响规律。
(10)产量对温度剖面的影响规律总体表现为：随单井产量的增加，温度剖面整体降低，压裂水平井井筒温度剖面在有效裂缝(有产气贡献的裂缝)位置处均存在着明显的温降，基于此，对于现场井而言，可以根据实测DTS温度剖面直观判断有效裂缝条数和位置；且裂缝流量越大，对应裂缝位置处的井筒温降越大。因此，可以根据实测DTS温度剖面计算对应裂缝位置处的温降，进而判断各级裂缝流量的大小，快速定位高产裂缝位置等。
本发明的特点和有益效果为：
1、本发明可以模拟多级压裂水平井生产的情况，采用本发明中的 DTS模块可以实时、准确地监测模拟压裂水平井的温度剖面。
2、本发明可以模拟压裂水平井不同产量、裂缝参数情况下的生产过程中的温度剖面，并提供了一种定量分析产量、裂缝参数对压裂水平井温度剖面影响规律的方法，为压裂水平井产出剖面、裂缝参数解释和压裂改造效果评价提供支撑，对提高我国压裂水平井开采技术水平具有一定的实际意义。
附图说明
图1为本发明中基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置结构示意图。
图2为本专利中岩心夹持器的剖面示意图。
图3为本专利中岩心夹持器的线A-A截面示意图。
图4为本专利中井筒模块的剖面示意图。
图5为本专利中剖有裂缝的模拟储层岩心的剖面示意图。
图6为本专利中剖有裂缝的模拟储层岩心的线A-A截面示意图。
图中：
1-供气模块，11-空气压缩机，12-普通阀，13-气体增压泵，14-高压储气罐，15-调压阀，16-气体质量流量控制器，17-加热炉；
2-DTS模块，21-激光光源，22-信号接收器，23-感温光纤；
3-井筒模块，31-模拟井口，32-模拟井口安全控制器，33-模拟井口防喷控制器，34-模拟生产管柱，35-四通阀，36-气体流量计，37-模拟井筒，371-井筒外壁；
4-储层模块，41-压力传感器，42-岩心夹持器，421-通气圆柱体上部， 422-中间胶皮筒，423-供液空间，424-外筒，425-模拟储层岩心，426-通气圆柱体下部，427-进气孔，428-出气孔，429-供液入口，5-围压泵；
430-人造裂缝。
具体实施方式
实施例1
基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，如图1所示，包括：供气模块1、DTS模块2、井筒模块3、储层模块4；所述所述供气模块1由空气压缩机11、普通阀12、气体增压泵13、高压储气罐14、调压阀15、气体质量流量控制器16与加热炉17构成。
所述DTS模块2由激光光源21，信号接收器22与感温光纤23构成，感温光纤23为分布式铠装抗拉抗压型光纤，为提供更高的精确度和分辨率，采用双头安装的方式。感温光纤23两端均为激光信号输入端，同时作为信号传输介质，将反射信号传输到信号接收器22，通过转换，可以从信号接收器22上读出沿感温光纤23的温度分布数据，感温光纤23从模拟井口31处进入模拟井筒37内部，并紧贴于模拟井筒37壁面。
所述模拟井筒37主要用于气体的流出通道和感温光纤23与储层模块4的连接通道；实验时，从储层模块4中流出的气体经管线进入井筒模块3，所述模拟油管34上设有模拟井口安全控制器32和模拟井口防喷控制器33用于防止模拟实验时由于流量过大导致气体经模拟井口31喷出的实验装置。
所述储层模块包括岩心夹持器42、围压泵5与压力传感器41，外筒 424和模拟储层岩心425之间形成供液空间423，围压泵5模拟地层压力向模拟储层岩心施加围压，便于气体向井筒模块流入。
如图2、3所示，所述岩心夹持器包括外筒424、中间胶皮筒422和模拟储层岩心425，外筒424和中间胶皮筒422之间形成供液空间423；模拟储层岩心425上下均为中心设有通气孔的圆柱体，用于连接模拟井筒和供气模块；供液腔423中的液体是由围压泵5所提供，从供液入口429所供入，用于模拟地层向模拟储层岩心施加围压，便于气体向井筒模块3流入。压力传感器41可测得入口端与出口端之间的压差，得到每一段水平井段的压力降。所述岩心夹持器的数量由实验需求而定，以满足不同长度水平井温度剖面的测试需要。
如图4所示，所述感温光纤23从模拟井口31进入模拟井筒37内部，并紧贴于模拟井筒37壁面。
如图5所示，所述模拟储层岩心425可用现场取样所制成的天然岩心，也可用渗透率均匀的天然岩心；每个压裂段由也可由一块模拟储层岩心425 端面中间位置设有人造裂缝430矩形槽的岩心来充当，裂缝的长度、宽度按照具体实验方案来决定，裂缝的形状不限于矩形槽。
实验制备时，将支撑剂均匀铺置于矩形槽中，所述支撑剂选用陶粒或石英砂，粒径根据人造裂缝规模的需要选用；然后将生胶带和纱网沿设有矩形槽的端面缠绕包裹，包裹时应保证支撑剂充分压紧。
实施例2
实施例1所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置的方法，具体包括以下实施步骤：
(1)安装基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置；
(2)将制作好的不同渗透率、不同裂缝导流能力的一组岩心按照渗透率大小排列依次装配于储层模块中的岩心夹持器中，并连接好各实验装置，打开 8个岩心夹持器的管流开关，也可根据实验需要打开相应数量的岩心夹持器；对实验装置主体正面的各个阀门进行相应操作，反复检查连接情况，保证气体顺利流入各个夹持器并汇入同一根绕管然后从跟端流出；
(3)打开DTS模块、打开激光光源预热，观察信号接收器，然后开始测温，使得温度剖面曲线稳定后，记录一组基准数据，便于做对比；
(4)打开空气压缩机，并通过气体增压泵将气体增压运送至高压储气罐内，给所有岩心夹持器施加围压，将产量设定为Q，模拟单级压裂水平井生产；
(5)顺时针旋转调压阀，使夹持器入口压力恒定到某一压力，记录此时通过各个岩心夹持器的流量；然后通过分布式光纤(DTS)温度传感器和压力传感器测量裂缝处的温度与压力，保存测试系统中的数据，即完成一组测试；
(6)逆时针关闭调压阀，使得入口端压力恢复；
(7)分别调整产气量为Qi(具体产气量如实验方案设计)，即夹持器入口压力分别为Pi，重复步骤(5)-(6)；
(8)卸载围压，取出岩心，依次更换不同渗透率、不同裂缝模式的岩心，重复步骤(2)-(6)；
(9)将步骤(5)所采集的数据绘制成温度剖面和单个压裂段产气量的综合图版，便可弄清水平井产气量对压裂水平井温度剖面的影响规律；
(10)产量对温度剖面的影响规律总体表现为，随单井产量的增加，温度剖面整体降低；压裂水平井井筒温度剖面在有效裂缝(有产气贡献的裂缝)位置处均存在着明显的温降，基于此，对于现场井而言，可以根据实测DTS温度剖面直观判断有效裂缝条数和位置；且裂缝流量越大，对应裂缝位置处的井筒温降越大，因此，可以根据实测DTS温度剖面计算对应裂缝位置处的温降，进而判断各级裂缝流量的大小，快速定位高产裂缝位置等。
利用本实施例中的水平井温度剖面测试模拟实验装置可以很好地解释并且验证产气剖面理论研究。通过开展水平井温度剖面影响测试实验，有助于弄清水平井产量、裂缝贡献对压裂水平井温度剖面的影响规律，为压裂水平井产出剖面、裂缝参数解释和压裂改造效果评价提供支撑，对提高我国压裂水平井开采技术水平具有一定的实际意义。
对于现场井而言，可以根据实测DTS温度剖面直观判断有效裂缝条数和位置；且裂缝流量越大，对应裂缝位置处的井筒温降越大，因此，可以根据实测DTS温度剖面计算对应裂缝位置处的温降，进而判断各级裂缝流量的大小，快速定位高产裂缝位置等。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围；任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，包括DTS温度剖面、所用材料、实施步骤等，达到相同的目的，均应属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，该实验装置包括供气模块(1)、DTS模块(2)、井筒模块(3)和储层模块(4)；其特征在于：所述供气模块(1)与储层模块(4)通过管线相连，所述DTS模块(2)通过感温光纤(23)与井筒模块(3)相连，井筒模块(3)通过管线与储层模块(4)相连。
2.根据权利要求1所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，其特征在于，所述供气模块(1)中使用的空气压缩机(11)、气体增压泵(13)、高压储气罐(14)、调压阀(15)、气体质量流量控制器(16)与加热炉(17)依次相连，供气模块(1)与储层模块(4)通过包有保温材料的通气管线将其连接，防止高温气体温度的流失，以保证恒温气体进入下一模块。
3.根据权利要求1所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，其特征在于，所述DTS模块(2)中使用的感温光纤(23)为分布式铠装抗拉抗压型光纤，为提供更高的精确度和分辨率，采用双头安装的方式；所述感温光纤(23)从模拟井口(31)进入模拟井筒(37)内部，并置于模拟井筒(37)内壁。
4.根据权利要求1所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，其特征在于，所述井筒模块(3)由模拟井筒(37)、模拟生产管柱(34)与气体流量计(36)组成；所述模拟井筒(37)是几段穿有同一根感温光纤的钢制绕管，其具体长度依据水平井的长度来设计，以满足不同长度水平井的温度剖面的测试需要；并且不同渗透率段的产气量可由气体流量计(36)来测量。
5.根据权利要求1所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，其特征在于，所述储层模块(4)包括岩心夹持器(42)、围压泵(5)与压力传感器(41)；所述岩心夹持器(42)包括外筒(424)、中间胶皮筒(422)和模拟储层岩心(425)，外筒(424)和中间胶皮筒(422)之间形成供液空间(423)；模拟储层岩心(425)上下均为中心设有通气孔的圆柱体，用于连接模拟井筒(37)和供气模块(1)；供液空间(423)中的液体是由围压泵(5)所提供，从供液入口(429)所供入，用于模拟地层向模拟储层岩心(425)施加围压，便于气体向井筒模块(3)流入。
6.根据权利要求5所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，其特征在于，所述模拟储层岩心(425)可用现场取样所制成的天然岩心，也可用渗透率均匀的人造岩心；每个压裂段也可由一块模拟储层岩心(425)端面中间位置设有人造裂缝(430)矩形槽的岩心来充当，人造裂缝的形状不限于矩形。
7.根据权利要求6所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置，其特征在于，所述人造裂缝(430)中均匀铺置支撑剂，制备时，将支撑剂均匀铺置于矩形槽中，所述支撑剂选用陶粒或石英砂，粒径根据人造裂缝规模的需要选择，然后将生胶带和纱网沿设有矩形槽的端面缠绕包裹，包裹时应保证支撑剂充分压紧。
8.根据权利要求1所述基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置的方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)安装基于DTS的压裂水平井温度剖面模拟实验装置；
(2)将制作好的不同渗透率、不同裂缝导流能力的一组岩心按照渗透率大小依次装配于储层模块(4)中的岩心夹持器(42)中，并连接好各实验装置，打开8个岩心夹持器的管流开关，也可根据实验需要打开相应数量的岩心夹持器；对实验装置主体正面的各个阀门进行相应操作，反复检查连接情况，保证气体顺利流入各个夹持器并汇入同一根绕管然后从跟端流出；
(3)打开DTS模块(2)，打开激光光源(21)预热，观察信号接收器(22)，然后开始测温，使得温度剖面曲线稳定后，记录一组基准数据，便于做对比；
(4)打开空气压缩机(11)，并通过气体增压泵(13)将气体增压运送至高压储气罐(14)内，打开加热炉(17)设置温度，给所有夹持器施加围压，设定一个产量Q，模拟单级压裂水平井生产；
(5)顺时针旋转调压阀(15)，使夹持器入口压力恒定到某一压力，记录此时通过各个岩心夹持器的流量；然后通过分布式光纤(DTS)温度传感器中的信号接收器(22)和压力传感器(41)测量裂缝处的温度与压力，保存测试系统中的数据，即完成一组测试；
(6)逆时针关闭调压阀(15)，使得入口端压力恢复；
(7)分别调整产气量为Qi(具体产气量如实验方案设计)，再分别设置夹持器入口压力Pi，重复步骤(5)-(6)；
(8)卸载围压，取出岩心，依次更换不同渗透率、不同裂缝模式的岩心，重复步骤(2)-(6)；
(9)将步骤(5)所采集的数据绘制成温度剖面和单个压裂段产气量的综合图版，便可弄清水平井产气量对压裂水平井温度剖面的影响规律；
(10)产量对温度剖面的影响规律总体表现为，随单井产量的增加，温度剖面整体降低；压裂水平井井筒温度剖面在有效裂缝(有产气贡献的裂缝)位置处均存在着明显的温降，基于此，对于现场井而言，可以根据实测DTS温度剖面直观判断有效裂缝条数和位置；且裂缝流量越大，对应裂缝位置处的井筒温降越大，因此，可以根据实测DTS温度剖面计算对应裂缝位置处的温降，进而判断各级裂缝流量的大小，快速定位高产裂缝位置等。
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