CN110596340B - 一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层气‑致密气合采储层干扰机理的模拟系统及方法，包括吸附气模拟系统、致密气模拟系统、煤层水饱和系统、临界解吸模拟系统、井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述吸附气模拟系统的右端连接临界解吸模拟系统的左端下部，所述致密气模拟系统的一端连接吸附气模拟系统，另一端连接临界解吸模拟系统的左端上部，所述临界解吸模拟系统的右端连接井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述煤层水饱和系统连接临界解吸模拟系统的下端；本发明针对煤层气‑致密气合采储层干扰特点，测试煤层气‑致密气合采储层干扰及气‑液流动特征，测试过程科学，结果准确，为煤层气与致密气等非常规气藏合采的有效开发创造了良好的条件。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气藏的开发技术领域，具体涉及一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统及方法。
背景技术
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。
致密气是指渗透率小于0.1毫达西的砂岩地层天然气，致密气已经成为全球非常规天然气勘探开发的重要领域之一，加快开发利用致密气等非常规天然气资源对我国天然气工业的发展和社会的运行具有重大战略意义。
由于地质储量巨大，煤层气与致密气等非常规天然气的有效开发可以改善我国能源结构并补充常规天然气在我国地域分布和供给量上的不足。与常规天然气藏不同，煤层气与致密气通常共生发育，以鄂尔多斯盆地东缘为例，单一气藏的开采产量较低，没有经济效益，通过煤层气-致密气合采可以提高气井的产量和经济效益。合采过程中，煤层气的逸散会对致密气藏以及合采形成干扰。因此，煤层气-致密气合采储层干扰过程是进行非常规气藏合采开发设计的关键问题。目前关于煤层气-致密气合采储层干扰的研究国内外学者都做了大量工作，推导了煤层气的逸散模型，推测了合采干扰动态。然而，煤层气-致密气合采过程中的储层干扰现象，本质是一个多相流体在不同层位多孔介质中的耦合传质问题，理论研究难以直接获得储层干扰特征。目前，煤层气-致密气合采的物理模拟研究尚停留在理论方面，没有能够对煤层气-致密气合采储层干扰过程进行物理模拟的系统与方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统及方法,适用于研究煤层气-致密气合采储层机理，储层干扰对气-水两相流动的影响，本发明同时公开了采用该装置对煤层气-致密气合采储层干扰特征进行测试的方法。
本发明采用下述的技术方案：
一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，包括：吸附气模拟系统、致密气模拟系统、煤层水饱和系统、临界解吸模拟系统、井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述吸附气模拟系统的右端通过管线连接临界解吸模拟系统的左端下部，所述致密气模拟系统的一端通过管线连接吸附气模拟系统，另一端通过管线连接临界解吸模拟系统的左端上部，所述临界解吸模拟系统的右端通过管道连接井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述煤层水饱和系统通过管线连接临界解吸模拟系统的下端；
所述临界解吸模拟系统包括第二针型阀、填砂箱，所述第二针型阀的出口端通过管线连接填砂箱左端面下部并伸入填砂箱，所述填砂箱内的管线径向并排设置有启动压差单向阀。
优选的，所述吸附气模拟系统包括高压气瓶、第一中间容器，所述高压气瓶通过管线连接第一中间容器的入口端，所述高压气瓶与第一中间容器连接的管线上设有第一针型阀、第一压力计。
优选的，所述煤层水饱和系统包括水槽、第二恒速泵，所述第二恒速泵的入口端通过管线连接水槽，出口端通过管线连接填砂箱的下端，所述第二恒速泵与填砂箱连接的管线上设有第二压力计、第三针型阀。
优选的，所述井筒排采模拟及气液流速测量系统包括密封透明桶、第一恒速泵、量筒以及气体回收装置，所述密封透明桶上部和下部通过管道分别连接填砂箱右端面上部和下部，并与填砂箱内部连通，所述第一恒速泵的入口端通过管线连接密封透明桶的底端，出口端连接量筒；所述密封透明桶的上端通过管线连接气体回收装置，所述密封透明桶与气体回收装置连接的管线上设有第三压力计、气体流量计。
优选的，所述填砂箱上部、下部与管道连接处分别设有第二防砂网和第一防砂网。
优选的，所述致密气模拟系统包括第二中间容器，所述第二中间容器的入口端通过管线连接高压气瓶，出口端通过管线连接填砂箱的左端面上部并和填砂箱内部连通，所述第二中间容器与填砂箱连接的管线上设有第四针型阀，与高压气瓶连接的管线上设有第四压力计、第五针型阀。
一种利用煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统的方法，包括以下步骤：
S1、填砂与饱和水过程：将细砂、粗砂、细砂按顺序填入填砂箱内，通过煤层水饱和系统将填砂箱内饱和水，至密封透明桶(10)中的水不溢出时，停止饱和水；
S2、吸附气模拟过程：通过高压气瓶向第一中间容器内充入气体；
S3、致密气充注过程：通过高压气瓶向第二中间容器内充入气体，并通过第二中间容器向填砂箱内部充注气体，使填砂箱内上部细砂中的水通过密封透明桶排出；
S4、井筒排采过程：通过第一恒速泵缓慢抽出密封透明桶中的水；
S5、临界解吸及气液测量过程：不断测量通过第一恒速泵缓慢抽出的水量，当气体产出后，通过第三压力计测量密封透明桶中的气体压力，通过气体流量计测量气体流量。
优选的，步骤S1中，所述细砂的目径为320目，重量为200Kg，粗砂的目径为80目，重量为150Kg，将细砂100kg、粗砂150kg、细砂100kg的顺序填入填砂箱内。
优选的，步骤S2中，所述第一中间容器内的压力为0.12MPa时，停止充气；步骤S3中，所述第而中间容器内的压力为0.118MPa时，停止充气。
优选的，步骤S4中，所述第一恒速泵抽水速度为9.6ml/min。
本发明的有益效果是：
本发明能针对煤层气-致密气合采储层干扰特点，测试煤层气-致密气合采储层干扰及气-液流动特征，测试过程科学，测试结果准确，为煤层气与致密气等非常规气藏合采的有效开发创造了良好的条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明压力计读数曲线示意图；
图3为本发明气水流量曲线示意图；
图中所示：
1—高压气瓶，21—第一针型阀，22—第二针型阀，23—第三针型阀，24—第四针型阀，25—第五针型阀，31—第一压力计，32—第二压力计，33—第三压力计，34—第四压力计，41—第一中间容器，42—第二中间容器，5—启动压差单向阀，6—填砂箱，71—第一防砂网，72—第二防砂网，81—第一恒速泵，82—第二恒速泵，9—量筒，10—密封透明桶，11—气体流量计，12—气体回收装置，13—水槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图3所示，一种煤层气临界解吸的物理模拟系统及方法，包括
一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，包括：吸附气模拟系统、致密气模拟系统、煤层水饱和系统、临界解吸模拟系统、井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述吸附气模拟系统的右端通过管线连接临界解吸模拟系统的左端下部，所述致密气模拟系统的一端通过管线连接吸附气模拟系统，另一端通过管线连接临界解吸模拟系统的左端上部，所述临界解吸模拟系统的右端通过管道连接井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述煤层水饱和系统通过管线连接临界解吸模拟系统的下端；
所述吸附气模拟系统包括高压气瓶1、第一中间容器41，所述高压气瓶1通过管线连接第一中间容器41的入口端，所述高压气瓶1与第一中间容器(41)连接的管线上设有第一针型阀21、第一压力计31；
所述高压气瓶1为系统提供一定压力的气体，将高压气瓶1中的气体通入第一中间容器41可以模拟吸附气量，第一中间容器41体积为15L，可承压3.6MPa，通过第一针型阀21可以封闭第一中间容器41中的气体，通过第一压力计31可以测量第一中间容器41中的压力变化。
所述煤层水饱和系统包括水槽13、第二恒速泵82，所述第二恒速泵82的入口端通过管线连接水槽13，出口端通过管线连接填砂箱6的下端，所述第二恒速泵82与填砂箱6连接的管线上设有第二压力计32、第三针型阀23；
通过第二恒速泵82将水槽12中的水泵入填砂箱6内，水完全淹没砂后继续饱和水至密封透明桶(10)中的水不溢出时，停止饱和水；通过第二压力计32可以测量饱和水过程的最终压力和实验开始时填砂箱6内的初始压力，通过关闭第三针型阀23可以封闭填砂箱6中的水供给。
所述致密气模拟系统包括第二中间容器42，所述第二中间容器42的入口端通过管线连接高压气瓶1，出口端通过管线连接填砂箱6的左端面上部并和填砂箱6内部连通，所述第二中间容器42与填砂箱6连接的管线上设有第四针型阀24，与高压气瓶1连接的管线上设有第四压力计34、第五针型阀25；
通过第五针型阀25将高压气瓶1中的气体通入第二中间容器42中，所述第二中间容器42体积为15L，可承压3.6MPa，用来模拟致密气储量，第四压力计34用于测量第二中间容器42内压力的实时变化，第四针型阀24可以将第二中间容器42与填砂箱6连通，用于模拟致密气的供气。
所述井筒排采模拟及气液流速测量系统包括密封透明桶10、第一恒速泵81、量筒9以及气体回收装置12，所述密封透明桶10上部和下部通过管道分别连接填砂箱6右端面上部和下部，并与填砂箱6内部连通，所述第一恒速泵81的入口端通过管线连接密封透明桶10的底端，出口端连接量筒9；所述密封透明桶10的上端通过管线连接气体回收装置12，所述密封透明桶10与气体回收装置12连接的管线上设有第三压力计33、气体流量计11；所述填砂箱6上部、下部与管道连接处分别设有第二防砂网72和第一防砂网71；
第一防砂网71用于防止模拟煤层的细砂进入管道，第二防砂网72用于防止模拟致密气藏的细砂进入管道，通过第一恒速泵81将密封透明桶10中的水排出，密封透明桶10的直径为127mm，壁厚10mm，高度为3500mm，通过量筒9计量排出的水量，当系统开始产气时，通过第三压力计33可以测量密封透明桶10中的压力，通过气体流量计11测量气体流量，通过气体回收装置12回收排出的气体。
所述临界解吸模拟系统包括第二针型阀22、填砂箱6，所述第二针型阀22的出口端通过管线连接填砂箱6左端面下部并伸入填砂箱6，所述填砂箱6内的管线径向并排设置有启动压差单向阀5，所述启动压差单向阀的数量至少为6个，但不限于6个，单向阀的启动压差为0.1Bar，当阀门两端压差大于0.1Bar时，阀门允许流体单向通过。
第二针型阀22用于控制第一中间容器41与启动压差单相阀5之间的连通程度，填砂箱6的尺寸为300mm×900mm×1000mm，填砂箱6内填砂模拟多孔介质的渗流环境，底部和顶部的细砂分别模拟煤和致密气的渗流环境，中部粗砂模拟干扰逸散的渗流环境，启动压差单相阀5置于填砂箱6中间，通过耐压管线与第二针型阀22相连，启动压差单相阀5可以在0.1Bar的压差条件下允许流体单向流动，当填砂箱6内水压下降时，水压与第一中间容器41中的气体压力差值达到阈值，启动压差单向阀5开启，使气体由第一中间容器41流入填砂箱6内，以此模拟临界解吸过程。
一种利用煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统的方法，包括以下步骤：
S1、填砂与饱和水过程：
1、筛取320目细砂200kg和80目粗砂150kg，并预先将沙粒用蒸馏水润湿，按照细砂100kg、粗砂150kg、细砂100kg的顺序填入填砂箱6内2、
2、打开第二恒速泵82，将水槽13中的水通入填砂箱6内，使得填砂箱6内饱和水，当水完全淹没砂后继续加水至水相的压力使得密封透明桶7中的水不溢出时，停止饱和水；
S2、吸附气模拟过程：
1、关闭第二针型阀22，打开第一针型阀21，通过高压气瓶1向第一中间容器41内充入一定量的气体，使得第一中间容器41内的压力为0.12MPa。
2、关闭第一针型阀21，通过第一压力计31测量第一中间容器4内的压力实时变化。
S3、致密气充注过程：
1、打开第五针型阀25和第四针型阀24，通过高压气瓶1向第二中间容器42以及填砂箱6内充入一定量的气体，使得第二中间容器42内的压力为0.118MPa。
2、将填砂箱6内部上层的水由密封透明桶10驱除，完成致密气的充注。
3、关闭第四针型阀24和第五针型阀25，通过第四压力计34测量第二中间容器42内的压力变化。
S4、井筒排采过程：
1、通过第一恒速泵81缓慢抽出密封透明桶7中的水，抽水速度为9.6ml/min；
2、打开第四针型阀24，模拟致密气产气，通过第四压力计34测量第二中间容器42内的实时压力；
S5、临界解吸及气液测量过程：
1、通过量筒9实时测量通过第一恒速泵81抽出的水量；
2、通过第三气体压力33测量密封透明桶10中的气体压力，通过气体流量计11测量气体流量。
3、通过气体回收装置12回收实验中的气体。
试验结果如图2-图3所示，图2的曲线为第一压力计31、第二压力计32、第三压力计33以及第四压力计34测得的压力变化，图3为通过量筒9获得的排水动态以及通过气体流量计11获得的产气动态图。
图2中，第一压力计31的数值先保持不变，而后不断减小，表明实验开始时，煤层并不产气，而压力下降到一定程度后，煤层开始产气；第二压力计32的数值一直降低，表明储层压力不断下降；第三压力计33数值一直减小，表明煤层气的生产对套压的影响不大；第四压力计34测得的压力一直降低，表明模拟的致密气层一直在进行生产，压力动态与现场获得的压力动态一直。图3中的产气量开始减小，表明致密气的生产动态，而后增大，表明煤层气产气后的产量干扰问题，产水量则为阶梯状减小与现场动态一直。产量数据模拟结果与煤层气-致密气合采数值模拟结果保持一致，说明实验装置可以较好地模拟合采过程。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，其特征在于，包括：吸附气模拟系统、致密气模拟系统、煤层水饱和系统、临界解吸模拟系统、井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述吸附气模拟系统的右端通过管线连接临界解吸模拟系统的左端下部，所述致密气模拟系统的一端通过管线连接吸附气模拟系统，另一端通过管线连接临界解吸模拟系统的左端上部，所述临界解吸模拟系统的右端通过管道连接井筒排采模拟及气液流速测量系统，所述煤层水饱和系统通过管线连接临界解吸模拟系统的下端；
所述临界解吸模拟系统包括第二针型阀(22)、填砂箱(6)，所述第二针型阀(22)的出口端通过管线连接填砂箱(6)左端面下部并伸入填砂箱(6)，所述填砂箱(6)内的管线径向并排设置有启动压差单向阀(5)。
2.根据权利要求1所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，其特征在于，所述吸附气模拟系统包括高压气瓶(1)、第一中间容器(41)，所述高压气瓶(1)通过管线连接第一中间容器(41)的入口端，所述高压气瓶(1)与第一中间容器(41)连接的管线上设有第一针型阀(21)、第一压力计(31)。
3.根据权利要求1所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，其特征在于，所述煤层水饱和系统包括水槽(13)、第二恒速泵(82)，所述第二恒速泵(82)的入口端通过管线连接水槽(13)，出口端通过管线连接填砂箱(6)的下端，所述第二恒速泵(82)与填砂箱(6)连接的管线上设有第二压力计(32)、第三针型阀(23)。
4.根据权利要求1所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，其特征在于，所述井筒排采模拟及气液流速测量系统包括密封透明桶(10)、第一恒速泵(81)、量筒(9)以及气体回收装置(12)，所述密封透明桶(10)上部和下部通过管道分别连接填砂箱(6)右端面上部和下部，并与填砂箱(6)内部连通，所述第一恒速泵(81)的入口端通过管线连接密封透明桶(10)的底端，出口端连接量筒(9)；所述密封透明桶(10)的上端通过管线连接气体回收装置(12)，所述密封透明桶(10)与气体回收装置(12)连接的管线上设有第三压力计(33)、气体流量计(11)。
5.根据权利要求4所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，其特征在于，所述填砂箱(6)上部、下部与管道连接处分别设有第二防砂网(72)和第一防砂网(71)。
6.根据权利要求1所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟系统，其特征在于，所述致密气模拟系统包括第二中间容器(42)，所述第二中间容器(42)的入口端通过管线连接高压气瓶(1)，出口端通过管线连接填砂箱(6)的左端面上部并和填砂箱(6)内部连通，所述第二中间容器(42)与填砂箱(6)连接的管线上设有第四针型阀(24)，与高压气瓶(1)连接的管线上设有第四压力计(34)、第五针型阀(25)。
7.一种利用权利要求1所述的煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、填砂与饱和水过程：将细砂、粗砂、细砂按顺序填入填砂箱(6)内，通过煤层水饱和系统向填砂箱(6)内饱和水至密封透明桶(10)中的水不溢出时，停止饱和水；
S2、吸附气模拟过程：通过高压气瓶(1)向第一中间容器(41)内充入气体；
S3、致密气充注过程：通过高压气瓶(1)向第二中间容器(42)内充入气体，并通过第二中间容器(42)向填砂箱(6)内部充注气体，使填砂箱(6)内上部细砂中的水通过密封透明桶(10)排出；
S4、井筒排采过程：通过第一恒速泵(81)缓慢抽出密封透明桶(10)中的水；
S5、临界解吸及气液测量过程：不断测量通过第一恒速泵(81)缓慢抽出的水量，当气体产出后，通过第三压力计(33)测量密封透明桶(10)中的气体压力，通过气体流量计(11)测量气体流量。
8.根据权利要求7所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟方法，其特征在于，步骤S1中，所述细砂的目径为320目，重量为200Kg，粗砂的目径为80目，重量为150Kg，将细砂100kg、粗砂150kg、细砂100kg的顺序填入填砂箱(6)内。
9.根据权利要求7所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一中间容器(41)内的压力为0.12MPa时，停止充气；步骤S3中，所述第二中间容器(42)内的压力为0.118MPa时，停止充气。
10.根据权利要求7所述的一种煤层气-致密气合采储层干扰机理的模拟方法，其特征在于，步骤S4中，所述第一恒速泵(81)抽水速度为9.6ml/min。
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