CN110887776A - 一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置及方法，包括冷却水/饱和甲烷水罐、注水泵、甲烷气罐、增压泵、空压机、高压气罐、背压阀、气罐、数据采集仪、恒温水浴和设在所述恒温水浴内的测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置；所述冷却水/饱和甲烷水罐上部设有水循环进口、进气管路，底部设有水循环出口；所述进气管路上设有进气控制闸阀；所述冷却水/饱和甲烷水罐底部与注水泵连通。本发明分别从不同方向设计了不同的压力出口，可以获得不同测试段的压差，有助于获得不同位置的渗透率情况，对于综合研究水合物对多孔介质的影响；完善测试了测试工艺流程，确保储层中的水合物不分解，可极大减少测试过程中水合物的分解。
Description
技术领域
本发明涉及一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置及方法。
背景技术
天然气水合物在自然界广泛存在，其中甲烷水合物目前已经被作为潜在的战略资源，采用二氧化碳可以实现对实际储层中的水合物中的甲烷进行有效的置换，该种方式既能开采出了甲烷，也充分利用了大气中的二氧化碳，可以有效削减由二氧化碳带来的温室效应，因此该种方式被认为是甲烷水合物开采最经济环保的方式。在二氧化碳注入的过程中，含水合物储层的水平/垂向渗透率决定了气体在储层中的流动性能，对于二氧化碳在储层中的分布具有重要的影响。目前，关于水合物储层的渗透率测定的实验装置很多，但是这些实验装置均无法满足水平/垂向渗透率的需要，使得无法进一步综合认识水合物对储层的渗透率的影响，因此根据实际研究的需要，设计了一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的实验装置。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置及方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，包括冷却水/饱和甲烷水罐、注水泵、甲烷气罐、增压泵、空压机、高压气罐、背压阀、气罐、数据采集仪、恒温水浴和设在所述恒温水浴内的测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置；
所述冷却水/饱和甲烷水罐上部设有水循环进口、进气管路，底部设有水循环出口；所述进气管路上设有进气控制闸阀；所述冷却水/饱和甲烷水罐底部与注水泵连通；
所述甲烷气罐、空压机均与增压泵连通，所述增压泵与高压气罐连通；
所述注水泵、高压气罐均与测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的入口连通，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的出口、背压阀、气罐依次连通，所述气罐上设有排气管线，所述排气管线上设有气体流量计；
所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置上设有P1水平差压表、P2水平差压表、P3水平差压表、P4垂向平差压表、P5垂向差压表、P6垂向差压表；
所述数据采集仪分别与P1水平差压表、P2水平差压表、P3水平差压表、P4垂向平差压表、P5垂向差压表、P6垂向差压表、气体流量计电性连接；
所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的入口包括左侧入口和底部入口，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的出口包括顶部出口、右侧出口。
进一步的技术方案是，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置包括反应容器、入口封盖、出口封盖、入口左卡箍、入口右卡箍、出口左卡箍、出口右卡箍，所述入口封盖通过入口左卡箍、入口右卡箍固定在所述反应容器的上端，所述出口封盖通过出口左卡箍、出口右卡箍固定在所述反应容器的下端。
进一步的技术方案是，所述进气管路上还设有压力表。
进一步的技术方案是，所述气罐底部设有天平。
进一步的技术方案是，所述冷却水/饱和甲烷水罐内设有鼓泡器。
进一步的技术方案是，所述高压气罐上设有气罐压力表，测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的进口设有反应器进口压力表。
一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的方法，包括以下步骤：
(1)将模拟用的经过干燥后的定量多孔介质装入测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置内；
(2)开启空压机和增压泵，向高压气罐注入气体至需要的气体压力；
(3)向测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置中注入气体到一定的压力，对设备的密闭性进行检测，确保设备无泄漏；
(4)将恒温水浴的温度调节至需要温度；打开水循环进口和水循环出口，同时开启进气管路，气体经过鼓泡器进入冷却水/饱和甲烷水罐中，使得甲烷气充分溶解水中，生产甲烷水，并将温度调节至与恒温水浴的温度相同；
(5)开启注水泵，向测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置以及相关流程注入一定温度的水，排出多孔介质以及管线中的空气，并将背压阀调节至5MPa，一直到气罐液量具有恒定的流速，与注水泵的排量保持平衡；
(6)排出P1水平差压表、P2水平差压表、P3水平差压表、P4垂向平差压表、P5垂向差压表、P6垂向差压表的空气，确保管线中充满水；
(7)将反应容器的压力注入到一定压力，通过反应器进口压力表可以实现数据实时监测，保持恒定状态不变；
(8)从高压容器中放出部分气体驱替测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置中的水，给气体提供空间，并向反应容器注入到一定的压力；
(9)开启注水泵，向测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置中注水至一定的压力，停止注水泵；
(10)水合物开始在测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置中合成，经过一段时间后，水合物生成完毕；
(11)将背压阀调节至需求的压力，开启注水泵以恒定的注水速度注入测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置，直到气罐的流速保持了恒定，同时检测气体流量计，确保水合物无分解，得到水合物样品水平方向不同差压的变化情况；
(12)测试完毕后，开启注水泵以水平渗透率相同的注水速度注入测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置，直到气罐的流速保持了恒定，同时检测气体流量计，确保水合物无分解，得到水合物样品垂直方向不同差压的变化情况；
(13)整个水合物生成过程以及测试过程，均采用数据采集仪记录相关数据；
(14)采用达西定律处理相关数据，得到水平/垂向渗透率的变化情况
本发明具有以下有益效果：
(1)通过岩心容器的设计，装置可以实现在同一饱和度下的水平/垂向渗透率测量；
(2)在装置中，分别从不同方向设计了不同的压力出口，可以获得不同测试段的压差，有助于获得不同位置的渗透率情况，对于综合研究水合物对多孔介质的影响；
(3)通过新增冷却水装置，完善测试了测试工艺流程，确保储层中的水合物不分解，可极大减少测试过程中水合物的分解；
(4)进出口采用卡箍连接，并配套橡胶密封圈，实现对流体的有效密封，方便拆卸。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的结构示意图；
图3是测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置的仰视图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，包括冷却水/饱和甲烷水罐3、注水泵8、甲烷气罐11、增压泵14、空压机16、高压气罐19、背压阀55、气罐57、数据采集仪60、恒温水浴61和设在所述恒温水浴61内的测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62；
所述冷却水/饱和甲烷水罐3上部设有水循环进口1、进气管路6，底部设有水循环出口2；所述进气管路6上设有进气控制闸阀5；所述冷却水/饱和甲烷水罐3底部、冷却水/饱和甲烷罐出水闸阀7、注水泵8连通；
所述甲烷气罐11、气体控制阀12、气体增压泵进口阀13、增压泵14连通，所述空压机16、空气压缩机出口阀15、增压泵14连通，所述增压泵14、增压泵出口阀17、高压气罐进口控制阀18、高压气罐19连通；
所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62的两端分别设有反应器总控制阀23、反应器出口阀53；所述反应器总控制阀23分别与测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62的左侧以及垂向测试进口控制阀41、测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62的底部相通，所述反应器出口阀53与测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62的右侧相通；所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62的顶部与垂向差压表出口控制阀43、垂向出口控制阀54相通，所述垂向出口控制阀54连接在反应器出口阀53、背压阀55之间；
所述高压气罐19、气罐压力表20、高压气罐出口控制阀21连通，所述注水泵8、泵出口闸阀9、水控闸阀10连通，所述水控闸阀10、高压气罐出口控制阀21均与反应器进口压力表22连通，所述反应器进口压力表22与反应器总控制阀23连通；
所述反应器出口阀53、背压阀55、气罐控制阀56、气罐57依次连通，所述气罐57上设有排气管线59，所述排气管线59上设有气体流量计58；
所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62上设有P1水平差压表27、P2水平差压表28、P3水平差压表29、P4垂向平差压表47、P5垂向差压表48、P6垂向差压表49；
其中测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62左、右两侧具有水平差压表连接点Ⅰ33、水平差压表连接点Ⅳ39，上下两端分别具有垂向差压表连接点Ⅰ40、垂向差压表连接点Ⅳ38，内部设有水平差压表连接点Ⅱ34、水平差压表连接点Ⅲ37、垂向差压表连接点Ⅱ35、垂向差压表连接点Ⅲ36；
所述P1水平差压表27一端与差压表1进口控制阀24、水平差压表连接点Ⅰ33连接，另一端与差压表1出口控制阀32、水平差压表连接点Ⅱ34连接；
所述P2水平差压表28与差压表2进口控制阀25、差压表1进口控制阀24、水平差压表连接点Ⅰ33连接，另一端与差压表2出口控制阀31、水平差压表连接点Ⅲ37；
所述P3水平差压表29一端与差压表3进口控制阀26、差压表2进口控制阀25、差压表1进口控制阀24、水平差压表连接点Ⅰ33连接，另一端与差压表3出口控制阀30、水平差压表连接点Ⅳ39连接；
所述P4垂向平差压表47一端与垂向差压表进口控制阀42、垂向差压表连接点Ⅰ40连接，另一端与差压表4出口控制阀52、垂向差压表连接点Ⅱ35连接；
所述P5垂向差压表48一端与垂向差压表进口控制阀42、垂向差压表连接点Ⅰ40连接，另一端与差压表5出口控制阀51、垂向差压表连接点Ⅲ36；
所述P6垂向差压表49一端与垂向差压表进口控制阀42、垂向差压表连接点Ⅰ40连接，另一端与差压表6出口控制阀50、垂向差压表连接点Ⅳ38连接；
所述数据采集仪60分别与P1水平差压表27、P2水平差压表28、P3水平差压表29、P4垂向平差压表47、P5垂向差压表48、P6垂向差压表49、气体流量计58电性连接。
如图2和3所示，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置62包括反应容器111、入口封盖112、出口封盖113、入口左卡箍114、入口右卡箍115、出口左卡箍116、出口右卡箍117，所述入口封盖112通过入口左卡箍114、入口右卡箍115固定在所述反应容器111的上端，所述出口封盖113通过出口左卡箍116、出口右卡箍117固定在所述反应容器111的下端。
上述装置的实验流程为：
1、将模拟用的经过干燥后的定量多孔介质(如石英砂、玻璃砂等)装入反应釜59。
2、打开气体控制阀12、13、15、17、18，开启空气压缩机16和增压泵14，向高压气罐19注入气体至需要的气体压力。
3、向反应容器62中注入气体到一定的压力，对设备的密闭性进行检测，确保设备无泄漏。
4、将水浴61的温度调节至需要温度；打开冷却水/饱和甲烷水装置3，打开水循环进口1和水循环出口2，同时开启进气流程6，气体经过鼓泡器4进入装置中，使得甲烷气充分溶解水中，生产甲烷水，并将温度调节至与水浴61的温度相同。
5、打开闸阀7、9、10、23-26、30、31、32、41-46、50-52、53、55、56，关闭闸阀21。
6、开启注水泵8，向反应容器62以及相关流程注入一定温度的水，排出多孔介质以及管线中的空气，并将背压阀55调节至5MPa，一直到气罐+天平秤57的液量具有恒定的流速，与注水泵8的排量保持平衡。
7、排出差压表1-6的空气，确保管线中充满水。
8、关闭垂向渗透率测试流程的相关闸阀(闸阀41-46,50-52,54)，将反应容器的压力注入到一定压力，通过压力表22可以实现数据实时监测，保持恒定状态不变。
9、从高压容器19中放出部分气体驱替反应容器62中的水，给气体提供空间，并向反应容器注入到一定的压力。
10、开启注水泵8，向反应容器62中注水至一定的压力(高于对应温度下的平衡压力)，停止注水泵8。
11、关闭闸阀23、24、53，水合物开始在反应容器62中合成。经过一段时间后，水合物生成完毕。
12、将背压阀55调节至需求的压力，打开阀56、23、24和53，开启注水泵8以恒定的注水速度注入反应容器62，直到气罐+天平秤57的流速保持了恒定，同时检测气体流量计58，确保水合物无分解，得到水合物样品水平方向不同差压的变化情况。
13、测试完毕后，关闭闸阀24-26、30-32、54，开启闸阀41-46、50-52、54，开启注水泵8以水平渗透率相同的注水速度注入反应容器62，直到气罐+天平秤57的流速保持了恒定，同时检测气体流量计58，确保水合物无分解，得到水合物样品垂直方向不同差压的变化情况。
14、整个水合物生成过程以及测试过程，均采用数据采集系统60记录相关数据。
15、采用达西定律处理相关数据，得到水平/垂向渗透率的变化情况。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，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变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 (7)
1.一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，其特征在于，包括冷却水/饱和甲烷水罐(3)、注水泵(8)、甲烷气罐(11)、增压泵(14)、空压机(16)、高压气罐(19)、背压阀(55)、气罐(57)、数据采集仪(60)、恒温水浴(61)和设在所述恒温水浴(61)内的测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)；
所述冷却水/饱和甲烷水罐(3)上部设有水循环进口(1)、进气管路(6)，底部设有水循环出口(2)；所述进气管路(6)上设有进气控制闸阀(5)；所述冷却水/饱和甲烷水罐(3)底部与注水泵(8)连通；
所述甲烷气罐(11)、空压机(16)均与增压泵(14)连通，所述增压泵(14)与高压气罐(19)连通；
所述注水泵(8)、高压气罐(19)均与测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)的入口连通，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)的出口、背压阀(55)、气罐(57)依次连通，所述气罐(57)上设有排气管线(59)，所述排气管线(59)上设有气体流量计(58)；
所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)上设有P1水平差压表(27)、P2水平差压表(28)、P3水平差压表(29)、P4垂向平差压表(47)、P5垂向差压表(48)、P6垂向差压表(49)；
所述数据采集仪(60)分别与P1水平差压表(27)、P2水平差压表(28)、P3水平差压表(29)、P4垂向平差压表(47)、P5垂向差压表(48)、P6垂向差压表(49)、气体流量计(58)电性连接；
所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)的入口包括左侧入口和底部入口，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)的出口包括顶部出口、右侧出口。
2.根据权利要求1所述的一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，其特征在于，所述测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)包括反应容器(111)、入口封盖(112)、出口封盖(113)、入口左卡箍(114)、入口右卡箍(115)、出口左卡箍(116)、出口右卡箍(117)，所述入口封盖(112)通过入口左卡箍(114)、入口右卡箍(115)固定在所述反应容器(111)的上端，所述出口封盖(113)通过出口左卡箍(116)、出口右卡箍(117)固定在所述反应容器(111)的下端。
3.根据权利要求1所述的一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，其特征在于，所述进气管路(6)上还设有压力表。
4.根据权利要求1所述的一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，其特征在于，所述气罐(57)底部设有天平。
5.根据权利要求1所述的一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，其特征在于，所述冷却水/饱和甲烷水罐(3)内设有鼓泡器(4)。
6.根据权利要求1所述的一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的装置，其特征在于，所述高压气罐(19)上设有气罐压力表(20)，测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)的进口设有反应器进口压力表(22)。
7.一种测定含水合物储层的水平/垂向渗透率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将模拟用的经过干燥后的定量多孔介质装入测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)内；
(2)开启空压机(16)和增压泵(14)，向高压气罐(19)注入气体至需要的气体压力；
(3)向测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)中注入气体到一定的压力，对设备的密闭性进行检测，确保设备无泄漏；
(4)将恒温水浴(61)的温度调节至需要温度；打开水循环进口(1)和水循环出口(2)，同时开启进气管路(6)，气体经过鼓泡器(4)进入冷却水/饱和甲烷水罐(3)中，使得甲烷气充分溶解水中，生产甲烷水，并将温度调节至与恒温水浴(61)的温度相同；
(5)开启注水泵(8)，向测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)以及相关流程注入一定温度的水，排出多孔介质以及管线中的空气，并将背压阀(55)调节至5MPa，一直到气罐(57)液量具有恒定的流速，与注水泵(8)的排量保持平衡；
(6)排出P1水平差压表(27)、P2水平差压表(28)、P3水平差压表(29)、P4垂向平差压表(47)、P5垂向差压表(48)、P6垂向差压表(49)的空气，确保管线中充满水；
(7)将反应容器的压力注入到一定压力，通过反应器进口压力表(22)可以实现数据实时监测，保持恒定状态不变；
(8)从高压容器(19)中放出部分气体驱替测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)中的水，给气体提供空间，并向反应容器注入到一定的压力；
(9)开启注水泵(8)，向测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)中注水至一定的压力，停止注水泵(8)；
(10)水合物开始在测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)中合成，经过一段时间后，水合物生成完毕；
(11)将背压阀(55)调节至需求的压力，开启注水泵(8)以恒定的注水速度注入测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)，直到气罐(57)的流速保持了恒定，同时检测气体流量计(58)，确保水合物无分解，得到水合物样品水平方向不同差压的变化情况；
(12)测试完毕后，开启注水泵(8)以水平渗透率相同的注水速度注入测定含水合物储层的水平/垂直渗透率装置(62)，直到气罐(57)的流速保持了恒定，同时检测气体流量计(58)，确保水合物无分解，得到水合物样品垂直方向不同差压的变化情况；
(13)整个水合物生成过程以及测试过程，均采用数据采集仪(60)记录相关数据；
(14)采用达西定律处理相关数据，得到水平/垂向渗透率的变化情况。
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