CN111021976B

CN111021976B - 低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法

Info

Publication number: CN111021976B
Application number: CN201911380665.9A
Authority: CN
Inventors: 胡义升; 王哲; 郭平; 汪周华; 杨龙; 李安琪
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111021976A

Abstract

本发明公开了低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，取地层岩心，装入岩心夹持器内，抽真空；打开水体中间容器与驱替泵、三通阀连接的阀门，用驱替泵将水体中间容器的压力恒定在驱替压力A；打开三通阀与岩心夹持器之间的阀门，驱替泵将水体中间容器内的液体驱至岩心，同步提升围压至B，B＞A；得到岩心孔隙体积；通过水体中间容器按照围压、回压、岩心压力的顺序逐渐对岩心建立实验初始压力，并使岩心饱和气；将水体中间容器加压至岩心压力模拟地层水体，并使水体中间容器与饱和气后的岩心连通；通过回压阀逐渐降低回压至衰竭压力。采用本方案，实现一次性完成对低渗区水侵气藏的全直径岩心超高压衰竭实验的目的。

Description

低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法

技术领域

本发明涉及低渗气藏领域，具体涉及低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法。

背景技术

对于常规压力的油气藏而言，其衰竭实验是在常温下将中间容器装满干气，加压至地层压力以上，控制出口流量进行衰竭生产，然后定时记录压差、生产时间、瞬时产量、累计产量等。按设计压力下降到废弃压力（5MPa）后，关闭出口，记录压力恢复情况，依次完成不同生产速度衰竭实验即可。

但是对于低渗区水侵气藏而言，其采收率受水体大小，水体能量，以及储层构造（孔隙型气藏、裂缝型气藏、孔洞型气藏、缝洞型气藏）渗透率饱和度等因素的影响，气藏废弃平均压力是低渗区气藏采收率的决定性因素，渗透率和水体能量控制水驱气藏水侵量，从而影响采收率。

目前低渗气藏水驱实验探究主要方法是以实际岩心模拟气藏与模拟水体相连来探究不同水体倍数对采收程度的影响。在有限水体情况下，对于渗透性较好的层由于水的膨胀性比较弱，水体压力下降引起的水自身膨胀量少，边水水侵靠较弱，气藏最终采收率较高；对生产影响较小。而对于渗透率较低的低渗水侵气藏，极易发生水侵，致使远井区储层储量动用滞后甚至无法动用。因此，对于低渗气藏而言，定产量衰竭生产，测试每个岩心组合的压力、生产时间、瞬时产气量、累计产气量，研究产量、压力和采收率变化规律，认识不同区域供气机理、供气条件、供气能力等对整体采收率至关重要。

同高渗区相比，相同模拟配产条件下，低渗区压力下降速率比高渗区慢，且在高渗区压力达到很低（接近衰竭）时，低渗区还剩余压力，所以，对低渗区的驱替应该以超高压方式进行，现有的实验设备无法满足。

发明内容

本发明的目的在于提供低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，以解决现有技术中无法满足低渗区水侵气藏的超高压驱替衰竭实验的问题，实现一次性完成对低渗区水侵气藏的全直径岩心超高压衰竭实验的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验装置，包括岩心夹持器，还包括驱替泵、三通阀、回压阀，所述驱替泵与三通阀的一个接口之间并联气体中间容器、水体中间容器；所述三通阀的另外两个接口分别与真空泵、岩心夹持器连接，所述岩心夹持器的另一端连接回压阀；还包括并联在岩心夹持器两端的围压管、与回压阀相连的回压管。

针对现有技术无法满足低渗区水侵气藏的超高压驱替衰竭实验的问题，本发明提出低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验装置，岩心夹持器用于夹持被测岩心，驱替泵用于将气体中间容器中的气体、水体中间容器中的水体驱替至三通阀，由三通阀将其送至岩心夹持器。三通阀还有一个接口与真空泵连接，真空泵用于在使用时对取出的岩心先抽真空，便于后续泵送配置的干净地层水。岩心夹持器的另一端连接回压阀，通过调节回压阀来调节实验过程中的配产，从而调节回压。还包括并联在岩心夹持器两端的围压管，围压管用于模拟储层的上覆岩石压力，可通过任意现有技术控制围压大小，如配置一个围压泵专门保持围压即可。本装置可以在岩心夹持器内建立两个相互独立的静水压力系统，即围压和回压系统，从而在岩心两端建立压力差，通过测量进、出口压力及出口流量与采收率。在实验时，回压以地层压力为起点逐渐降低，并同步降低围压，并可以在固定的压降幅度时对每个压力点测定渗透率，从而保持上覆岩层压力与储层岩石骨架间应力保持不变，消除生产过程中的岩石压缩效应与应力敏感影响。本装置能够实现一次性完成对低渗区水侵气藏的全直径岩心超高压衰竭实验的目的。

进一步的，围压管连接在回压阀靠近岩心夹持器的一侧，回压管连接在回压阀远离岩心夹持器的一侧。确保围压施加在岩心夹持器的两端、准确模拟地层上覆岩层压力，回压则施加在模拟的油嘴端，准确模拟地层压力对开采驱替的阻力。

进一步的，所述围压管上设置围压表，所述回压管上设置回压表。便于工作人员精确读取与控制围压、回压大小。

进一步的，所述气体中间容器、水体中间容器、岩心夹持器均位于恒温箱内。恒温箱内的温度设定至地层温度，使整个实验更加接近实际生产环境，从而减少外界干扰因素。

基于低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、取地层岩心，装入岩心夹持器内，抽真空；

S2、打开水体中间容器与驱替泵、三通阀连接的阀门，用驱替泵将水体中间容器的压力恒定在驱替压力A，记录此时驱替泵的排量、余量；

S3、打开三通阀与岩心夹持器之间的阀门，驱替泵以恒压模式恒定在驱替压力，将水体中间容器内的液体驱至岩心，并且通过调节回压阀同步提升围压至B，B＞A，至泵压力稳定后记录此时的排量、余量；用此时的排量减去步骤S2中的排量，得到岩心孔隙体积；

S4、通过水体中间容器按照围压、回压、岩心压力的顺序逐渐对岩心建立实验初始压力，使围压等于上覆岩层压力，回压与岩心压力均等于地层压力，并使岩心饱和气；

S5、将水体中间容器加压至岩心压力模拟地层水体，并使水体中间容器与饱和气后的岩心连通；

S6、通过回压阀逐渐降低回压至衰竭压力，降低回压的同时降低围压，记录出气速率、累积气量、围压、回压以及回压阀出入口的压力值。

进一步的，所述水体中间容器内为配制的实验用地层水；所述气体中间容器内为氮气。

进一步的，步骤S1的详细操作步骤为：取地层岩岩心，用酒精清洗岩心中的盐，放在烘箱中100°C烘干，然后装入岩心夹持器内，水体中间容器内装满地层水，气体中间容器内装满干气；先将所有阀门先关闭，然后打开三通阀各接口，真空泵抽空8小时，然后关闭三通阀与真空泵、岩心夹持器连通的接头。

进一步的，步骤S4使岩心饱和气的详细操作步骤为：

S401、通过水体中间容器对岩心通气，使围压、回压、岩心压力依次上升；

S402、关闭水体中间容器两端阀门，打开回压阀与气体中间容器两端阀门，用驱替泵使气体中间容器内的干气驱替岩心中的水；

S403、当驱替出的水体积为岩心孔隙体积的60%~70%时，关闭回压阀与气体中间容器两端阀门，此时实验初始压力建压完成。

进一步的，步骤S5中水体中间容器内加压后的水体为N倍岩心孔隙体积，其中N≥2。

进一步的，步骤S6中，使得回压与围压的下降速度相同。实验过程中围压随内压变化而变化，以保证岩心不受应力敏感的影响；降低围压目的是保持上覆岩层压力与储层岩石骨架间应力保持不变，消除生产过程中的岩石压缩效应与应力敏感影响。降低回压的目的是模拟开采过程中地层能量的自然衰竭。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，能够满足低渗区气藏超高压驱替过程下的衰竭实验所有需求，实现一次性完成对低渗区水侵气藏的全直径岩心超高压衰竭实验的目的。

2、本发明低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，在实验时，回压以地层压力为起点逐渐降低，并同步降低围压，并可以在固定的压降幅度时对每个压力点测定渗透率，从而保持上覆岩层压力与储层岩石骨架间应力保持不变，消除生产过程中的岩石压缩效应与应力敏感影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的连接示意图；

图2为本发明具体实施例中10号岩心含5倍水体衰竭实验结果；

图3为本发明具体实施例中6号岩心含5倍水体衰竭实验结果；

图4为本发明具体实施例中9号岩心含5倍水体衰竭实验结果；

图5为本发明具体实施例中10号岩心含10倍水体衰竭实验结果。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-驱替泵，2-三通阀，3-气体中间容器，4-水体中间容器，5-回压阀，6-岩心夹持器，7-真空泵，8-围压管，9-回压管，10-围压表，11-回压表。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验装置，包括岩心夹持器6，还包括驱替泵1、三通阀2、回压阀5，所述驱替泵1与三通阀2的一个接口之间并联气体中间容器3、水体中间容器4；所述三通阀2的另外两个接口分别与真空泵7、岩心夹持器6连接，所述岩心夹持器6的另一端连接回压阀5；还包括并联在岩心夹持器6两端的围压管8、与回压阀5相连的回压管9。

优选的，围压管8连接在回压阀5靠近岩心夹持器6的一侧，回压管9连接在回压阀5远离岩心夹持器6的一侧。所述围压管8上设置围压表10，所述回压管9上设置回压表11。所述气体中间容器3、水体中间容器4、岩心夹持器6均位于恒温箱内。所述恒温箱在图1中由虚线框进行示意。

实施例2：

本实施例基于如实施例1中的实验装置，采用实际储层岩心，在常温以及围压为126MPa条件下，开展储层岩心全直径岩心衰竭采收率实验。

一、实验条件

1. 实验温度：常温（20℃）；

2. 实验压力：围压模拟上覆岩层压力126MPa，回压模拟地层压力76MPa至5MPa（废弃压力），内压点选择变化2MPa一个点；

3. 实验气体：N₂；

4. 实验地层水：按表1配制实验用地层水。

表1实验用地层水成分及含量表

碳酸氢根mg/L	氯离子mg/L	硫酸根mg/L	钙离子mg/L	镁离子mg/L
					24.97	9817.22	97.5	674.15	116.3
钾钠离子mg/L	硼mg/L	阴离子总量mg/L	阳离子总量mg/L	苏林分类(水型)
					5429.32	14.2	9939.69	6219.77	氯化钙型

二、岩心样品与实验水体倍数

为了对比相同水体倍数下，不同渗透率对水侵影响，本次含水体岩心衰竭实验选用绝对渗透率为1.22mD、0.243mD和0.0694mD的三块岩心样品，实验用水体倍数为5倍。为了对比不同水体对大小对水侵影响，对渗透率为1.22mD的岩心分别采用5倍和10倍水体进行衰竭式开发条件下水体入侵模拟实验。岩心参数及水体倍数匹配如表2所示。

表2实验岩心参数及水体倍数匹配表

井号	序号	绝对渗透率，mD	水体倍数
				MX12	9	0.0694	5倍
GS10	6	0.243	5倍
				MX13	10	1.22	5倍
MX13	10	1.22	10倍

三、实验步骤

1．岩心抽真空

用酒精清洗岩心中的盐，放在烘箱中100°C烘干，然后如图1连接仪器，水体中间容器4装满地层水，气体中间容器3装满干气。先将所有阀门先关闭，然后打开阀门三通阀所有端口，用真空泵抽空8小时。然后关闭三通阀。

2．岩心饱和地层水

打开阀门驱替泵至水体中间容器4的阀门，以及水体中间容器4两端的阀门，并用驱替泵将水体中间容器4恒定为5MPa，记录此时驱替泵排量、余量。然后打开三通阀至岩心夹持器之间的阀门，驱替泵以恒压模式恒定在5MPa将地层水驱至岩心，并且同步提升围压至9MPa，至泵压力稳定后记录此时的排量、余量，两个排量相减就为岩心孔隙体积。

3．岩心建立实验初始压力

按照围压、回压、岩心压力的顺序逐渐将压力升至围压126MPa，回压76MPa，岩心压力76MPa，然后关闭驱替泵至水体中间容器4的阀门、以及水体中间容器4两端的阀门，打开气体中间容器3两端的阀门与回压阀5，用驱替泵将气体中间容器3中的干气驱替岩心中的水，当驱替出的水体积为岩心孔隙体积的65%时，关闭气体中间容器3两端的阀门与回压阀5，此时建压完成。

4．水体建立实验初始压力

水体中间容器4此时水体为5或10倍孔隙体积，并且加压至76MPa，模拟地层水体；打开水体中间容器4出水端阀门，关闭水体中间容器4进水端阀门，此时水体中间容器4中的水体与饱和气后的岩心连通。

5.含水体岩心的衰竭

逐渐降低回压至衰竭压力，降低回压的同时降低围压，两者下降速度都为2MPa/小时，记录出气量（累积气量）、入口、围压、出口、回压的压力值。

四、实验结果

1、10号岩心含5倍水体衰竭实验结果：

10号全直径岩心渗透率为1.22mD，5倍边水衰竭式开发模拟实验结果如图2所示。从图2可以看出，模拟真实地层压力条件下，10号岩心含水体岩心衰竭（1.22mD渗透率）水侵实验表现出以下规律：

（1）衰竭初期：（76 MPa -24 MPa）初期阶段，衰竭至28 MPa时岩心开始产水，此时水侵程度弱，产水较少。当地层压力衰竭至24MPa时，此时水侵程度稍强，产水规律表现为水在孔隙中非均匀缓慢推进，产水量不大只有0.2ml，采出程度仅有60.8%。这说明初期水侵对于气藏起到一定补充能量的作用。

（2）衰竭中、后期：（24MPa-5MPa）到了中后期由于侵入岩心的水已经突破，使得产水量迅速上升，而产气量下降，当储层压力到达废弃压力5MPa时，累计采出程度为70.3%，在本阶段采出程度仅有9.5%。由此可见：水侵严重影响了的气藏的采收率。

2、6号岩心含5倍水体衰竭实验结果：

6号全直径岩心渗透率为0.243mD，5倍边水衰竭式开发模拟实验结果如图3所示。从图3可以看出，在地层压力条件下，含水体岩心衰竭（0.243mD渗透率）水侵实验表现如下规律：

1）衰竭初期：（76 MPa -18 MPa）初期阶段，衰竭至18 MPa时见水，此时水侵程度弱，产水较少，此时的采出程度达到66.5%。

（2）衰竭中、后期：（18MPa-5MPa）到了中后期由于岩心中的水已经突破，使得产水量迅速上升，而产气量下降，当储层压力到达废弃压力5MPa时，累计采出程度为72.2%，在本阶段采出程度仅有5.7%。由此可见，水侵影响了的气藏的采收率。

3、9号岩心含5倍水体衰竭实验结果：

9号全直径岩心渗透率为0.0694mD，5倍边水衰竭式开发模拟实验结果如图4所示。从图4可以看出，地层压力条件下，含水体岩心衰竭（0.06mD渗透率）水侵实验表现如下规律：

（1）衰竭初期：（76 MPa -12 MPa）初期阶段，衰竭至12MPa时见水，此时水侵程度弱，产水较少。此时的采出程度为72%。

（2）衰竭中、后期：（12MPa-5MPa）到了中后期由于水已经突破，使得产水量迅速上升，而产气量下降，当储层压力到达废弃压力5MPa时，累计采出程度为76%，在本阶段采出程度仅有4%。由此可见，水侵影响了的气藏的采收率。

4、10号岩心含10倍水体衰竭实验结果：

10号全直径岩心渗透率为1.22mD，10倍边水衰竭式开发模拟实验结果如图5所示。从图5可以看出，地层压力条件下，含水体岩心衰竭（1.22mD渗透率，10倍水体）水侵实验表现如下规律：

（1）衰竭初期：（76 MPa -36 MPa）初期阶段，衰竭至36 MPa时见水，此时水侵程度弱，产水较少。此时的采出程度为45.7%。

（2）衰竭中、后期：（36MPa-5MPa）到了中后期由于水已经突破，使得产水量迅速上升，而产气量下降，当储层压力到达废弃压力5MPa时，累计采出程度为64.7%，在本阶段采出程度仅有19%。由此可见，水侵影响了的气藏的采收率。

通过以上四个实验结果，则可以得出本低渗区气藏的开发结论：

1、随着岩心压力的降低，岩心的水侵作用明显表现出来，由于10倍水体较5倍水体水侵严重，所以10倍水体的采出程度低。

2、体越大，岩心见水越早；随水体增大，对应见水压力分别为28MPa和36MPa。见水后，水体能量差异导致产水量差异较大，总体上表现为水体大，产水量大；含5倍水体岩心最大阶段产水量0.4ml、累积产水3.3ml；含10倍水体岩心最大阶段产水量0.6ml、累积产水4.7ml。此外，从产水量上升规律来看，产水规律相似，都是中前期未产水，见水后产水量迅速上升。

3、单位压降产气量随着岩心压力的降低而降低，并且在中后期下降速度加快，这是由于此时岩心见水，对于岩心中气体渗流产生阻碍。

4、在衰竭前期由于渗透率大的单位压降产气量要大，但是随着见水，渗透率大的岩心单位压降产气量要小于渗透率小的岩心，这是由于渗透率大的岩心水体入侵岩心后流动更快，产水更多，岩心中气体渗流受水侵影响更大。

5、衰竭早期水侵体积小，岩心中以单相气体渗流为主，水侵的影响尚未表现出来，不同渗透率岩心的采出速率差异不大。后期进入气水两相渗流阶段，随着岩心压力的降低，岩心的水侵作用明显表现出来，由于渗透率高的水侵更严重，所以渗透率高的岩心采出程度反而更低。

综上所述，本实施例在低渗区气藏的岩心超高压驱替实验中能够起到有效的作用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取地层岩心，装入岩心夹持器（6）内，抽真空；

S2、打开水体中间容器（4）与驱替泵（1）、三通阀（2）连接的阀门，用驱替泵（1）将水体中间容器（4）的压力恒定在驱替压力A，记录此时驱替泵（1）的排量、余量；

S3、打开三通阀（2）与岩心夹持器（6）之间的阀门，驱替泵以恒压模式恒定在驱替压力，将水体中间容器（4）内的液体驱至岩心，并且通过调节回压阀（5）同步提升围压至B，B＞A，至泵压力稳定后记录此时的排量、余量；用此时的排量减去步骤S2中的排量，得到岩心孔隙体积；

S4、通过水体中间容器（4）按照围压、回压、岩心压力的顺序逐渐对岩心建立实验初始压力，使围压等于上覆岩层压力，回压与岩心压力均等于地层压力，并使岩心饱和气；

S5、将水体中间容器（4）加压至岩心压力模拟地层水体，并使水体中间容器（4）与饱和气后的岩心连通；

S6、通过回压阀（5）逐渐降低回压至衰竭压力，降低回压的同时降低围压，记录出气速率、累积气量、围压、回压以及回压阀（5）出入口的压力值；

包括岩心夹持器（6），还包括驱替泵（1）、三通阀（2）、回压阀（5），所述驱替泵（1）与三通阀（2）的一个接口之间并联气体中间容器（3）、水体中间容器（4）；所述三通阀（2）的另外两个接口分别与真空泵（7）、岩心夹持器（6）连接，所述岩心夹持器（6）的另一端连接回压阀（5）；还包括并联在岩心夹持器（6）两端的围压管（8）、与回压阀（5）相连的回压管（9）。

2.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，围压管（8）连接在回压阀（5）靠近岩心夹持器（6）的一侧，回压管（9）连接在回压阀（5）远离岩心夹持器（6）的一侧。

3.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，所述围压管（8）上设置围压表（10），所述回压管（9）上设置回压表（11）。

4.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，所述气体中间容器（3）、水体中间容器（4）、岩心夹持器（6）均位于恒温箱内。

5.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，所述水体中间容器（4）内为配制的实验用地层水；所述气体中间容器（3）内为氮气。

6.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，步骤S1为：取地层岩岩心，用酒精清洗岩心中的盐，放在烘箱中100°C烘干，然后装入岩心夹持器（6）内，水体中间容器（4）内装满地层水，气体中间容器（3）内装满干气；先将所有阀门先关闭，然后打开三通阀（2）各接口，真空泵（7）抽空8小时，然后关闭三通阀（2）与真空泵（7）、岩心夹持器（6）连通的接头。

7.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，步骤S4为：

S401、通过水体中间容器（4）对岩心通气，使围压、回压、岩心压力依次上升；

S402、关闭水体中间容器（4）两端阀门，打开回压阀（5）与气体中间容器（3）两端阀门，用驱替泵（1）使气体中间容器（3）内的干气驱替岩心中的水；

S403、当驱替出的水体积为岩心孔隙体积的60%~70%时，关闭回压阀（5）与气体中间容器（3）两端阀门，此时实验初始压力建压完成。

8.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，步骤S5中水体中间容器（4）内加压后的水体为N倍岩心孔隙体积，其中N≥2。

9.根据权利要求1所述的低渗水侵气藏衰竭开发高温高压物理模拟实验方法，其特征在于，步骤S6中控制回压与围压的下降速度相同。