CN111720101B - 页岩气井压裂返排的模拟系统以及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及页岩气开发设备技术领域，具体地涉及一种页岩气井压裂返排的模拟系统以及模拟方法。所述模拟系统包括放样台、气源、压裂液源、泵送装置以及监测单元，放样台设为用于放置页岩岩心试样并且能够对页岩岩心试样进行加热处理和施加围压，并且放样台包括第一开口和第二开口，第一开口通过泵送装置与压裂液源连通，并且第一开口设为能够用于返排所述压裂液，第二开口与气源连通以使得气源能够向放样台注入气体，监测单元包括能够实时监测在压裂液返排的过程中第一开口和第二开口之间的压力的压差测量装置。该模拟系统为页岩岩心试样提供物理模拟系统，明确地阐明压裂液返排机理，从工程角度出发为针对性地提高页岩气井产量提供科学指导。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气开发设备技术领域，具体地涉及一种页岩气井压裂返排的模拟系统以及模拟方法。
背景技术
以页岩气为代表的非常规油气资源成功勘探开发，是全球油气工业理论技术的又一次创新与跨越。页岩储层十分致密，储渗空间以纳米级孔隙为主，孔隙度主要分布于0.01％～6％之间，基质渗透率普遍低于0.0001×10-3μm2，因此，水力压裂是页岩气井实现规模化生产的必要技术措施，并且水力压裂过程中的返排速度、返排压力和返排液量等关键参数对增产改造具有重要影响。但是，国内外关于模拟页岩气井压裂液返排的研究主要通过商业软件进行模拟及研究，得到的理论体系并不唯一，而目前又缺乏对于页岩气井返排的物理模拟过程，导致无法明确地阐明压裂液返排机理，造成了软件模拟体系得到理论模拟结果对实际开采过程中的页岩气井压裂返排的实际指导意义不大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在因仅仅采用商业软件进行模拟和研究而造成的理论研究结果对开采页岩气井的实际指导意义不大的问题，提供一种页岩气井压裂返排的模拟系统以及模拟方法，该页岩气井压裂返排的模拟系统通过为页岩岩心试样提供物理模拟系统，明确地阐明了压裂液返排机理，从而能够从工程角度出发为有针对性地提高页岩气井产量提供科学指导。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种页岩气井压裂返排的模拟系统，其特征在于，所述模拟系统包括放样台、气源、压裂液源、泵送装置以及监测单元，其中，所述放样台设置为用于放置页岩岩心试样并且能够对所述页岩岩心试样进行加热处理和施加围压，以使得所述放样台能够模拟页岩岩心在不同地层深度处的温度和压力条件，并且所述放样台包括第一开口和第二开口，所述第一开口通过所述泵送装置与所述压裂液源连通以使得所述压裂液源能够向所述放样台注入压裂液，以使得所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的最终状态，并且所述第一开口设置为能够用于返排所述压裂液，所述第二开口与所述气源连通以使得所述气源能够向所述放样台注入气体，以使得所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行压裂液返排的过程；所述监测单元包括分别与所述第一开口和第二开口连接的压差测量装置，所述压差测量装置设置为能够实时监测在所述压裂液返排的过程中所述第一开口和第二开口之间的压力差。
可选的，所述模拟系统包括连接在所述第一开口处的调速装置，以用于调节所述泵送装置向所述放样台注入所述压裂液的流通面积。
可选的，所述调速装置包括调节油嘴，以调节所述压裂液流经所述第一开口的流通面积。
可选的，所述模拟系统包括第一阀和第二阀，所述第一阀设置在所述泵送装置和所述第一开口之间的管路上，所述第二阀设置在所述气源和所述第二开口之间的管路上。
可选的，所述监测单元包括第一流速计和第二流速计，所述第一流速计设置在所述泵送装置和所述第一阀之间的管路上，所述第二流速计设置在所述气源和所述第二阀之间的管路上。
可选的，所述模拟系统包括第三阀、气液分离装置、气体收集装置和液体收集装置，所述第一开口和所述第一阀之间的管路通过所述第三阀与气液分离装置连通，所述气液分离装置的气体出口和所述气体收集装置的入口连通，所述气液分离装置的液体出口和液体收集装置连通。
可选的，所述液体收集装置设置为能够收集并测量所述压裂液的体积。
可选的，所述模拟系统包括显示屏和控制单元，所述控制单元分别与所述压差测量装置和所述显示屏电连接，所述控制单元设置为能够接收所述压差测量装置反馈的信号并通过所述显示屏显示对应的压力差值。
可选的，所述放样台设置为岩心夹持器；和/或，所述气源设置为能够为所述放样台提供气态的烷烃。
本发明第二方面提供了一种页岩气井压裂返排的模拟方法，所述模拟方法包括所述的页岩气井压裂返排的模拟系统，所述模拟方法包括以下步骤：
S1：将具有多组压裂缝网的页岩岩心试样放置在放样台中，并且调节所述放样台的温度和压力，以使得所述放样台能够模拟页岩岩心在不同地层深度处时所处的温度和压力条件；
S2：将所述第二开口与所述气源断开，将所述第一开口与所述压裂液源连通，通过所述第一开口将所述压裂液源中的压裂液注入到所述放样台中，以使得所述放样台中的页岩岩心试样能够注入所述压裂液，以模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的过程；
S3：将所述第一开口与所述压裂液源断开，将所述第二开口与所述气源连通，通过所述第二开口将所述气源中的气体注入到所述放样台中，以使得所述放样台中的压裂液和气体经由所述第一开口进行返排，以使所述页岩岩心试样模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行所述压裂液返排的过程。
S4：观察并记录所述压差测量装置在步骤S3所模拟的压裂液返排过程中监测到的压力差值。
通过上述技术方案，本发明提供一种页岩气井压裂返排的模拟系统以及模拟方法，该页岩气井压裂返排的模拟系统通过为页岩岩心试样提供物理模拟系统，能够用来研究页岩压裂液返排的影响因素，明确地阐明压裂液返排机理，从而实现了从工程角度出发为有针对性地提高页岩气井产量提供科学指导。
附图说明
图1是本发明提供的一种页岩气井压裂返排的模拟系统的结构示意图。
附图标记说明
1、放样台；1a、第一开口；1b、第二开口；2、气源；3、压裂液源；4、泵送装置；5、压差测量装置；6、调速装置；7、第一阀；8、第二阀；9、第一流速计；10、第二流速计；11、第三阀；13、气体收集装置；14、液体收集装置；15、显示屏；16、气液分离装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种页岩气井压裂返排的模拟系统，如图1所示，所述模拟系统包括放样台1、气源2、压裂液源3、泵送装置4以及监测单元，其中，所述放样台1设置为用于放置页岩岩心试样并且能够对所述页岩岩心试样进行加热处理和施加围压，以使得所述放样台1能够模拟页岩岩心在不同地层深度处的温度和压力条件，并且所述放样台1包括第一开口1a和第二开口1b，所述第一开口1a通过所述泵送装置4与所述压裂液源3连通以使得所述压裂液源3能够向所述放样台1注入压裂液，以使得所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的最终状态，并且所述第一开口1a设置为能够用于返排所述压裂液，所述第二开口1b与所述气源2连通以使得所述气源2能够向所述放样台1注入气体，以使得所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行所述压裂液返排的过程；所述监测单元包括分别与所述第一开口和第二开口连接的压差测量装置5，所述压差测量装置5设置为能够实时监测在所述压裂液返排的过程中所述第一开口1a和第二开口1b之间的压力差。
根据本发明，页岩气井在生产前需要进行水力压裂处理才能产生页岩气，具体的，通过向地层中注入压裂液和支撑剂把地层压开，压成好多无规律的裂缝，地层中的页岩气就会通过裂缝流向井筒并产出，在气体产出的过程中，同样会有一部分注入的压裂液一起回流至井筒。为了模拟页岩气井进行水力压裂处理的实际过程，本发明提出了一种页岩气井压裂返排的模拟系统。在该模拟系统中，将页岩气井进行水力压裂的整个处理过程划分为两个模拟过程：第一模拟过程，页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的过程，其中，第一模拟过程的最终状态设定为模拟页岩岩心尚未产生页岩气并即将产生页岩气的状态；第二模拟过程，所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行所述压裂液返排的过程。其中，泵送装置4可以设为真空泵。
通过上述技术方案，本发明提供一种页岩气井压裂返排的模拟系统以及模拟方法，该页岩气井压裂返排的模拟系统通过为页岩岩心试样提供物理模拟系统，能够用来研究页岩压裂液返排的影响因素，明确地阐明压裂液返排机理，从而实现了从工程角度出发为有针对性地提高页岩气井产量提供科学指导。
进一步的，所述模拟系统包括连接在所述第一开口1a处的调速装置6，以用于调节所述泵送装置4向所述放样台1注入所述压裂液的流通面积，能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液时所对应的不同注入速率的情况，便于研究压裂液的注入速率不同对页岩岩心的产气量的影响。
进一步的，所述调速装置6包括调节油嘴，以调节所述压裂液流经所述第一开口1a的流通面积，结构简单，便于操作。
为了方便模拟系统能够从注入压裂液的第一模拟过程顺利进入注入气体并且压裂液返排的第二模拟过程，该模拟系统可以采用开关阀分别控制压裂液源的启闭和气源的启闭。例如，如图1所示，所述模拟系统包括第一阀7和第二阀8，所述第一阀7设置在所述泵送装置4和所述第一开口1a之间的管路上，所述第二阀8设置在所述气源2和所述第二开口1b之间的管路上。
为了控制压裂液的注入速率以及气体的注入速率更为平稳，所述监测单元包括第一流速计9和第二流速计10，所述第一流速计9设置在所述泵送装置4和所述第一阀7之间的管路上，所述第二流速计10设置在所述气源2和所述第二阀8之间的管路上，便于直观地观测压裂液的注入速率以及气体的注入速率，提高了模拟系统得到的模拟结果的精准性和可信度。
根据本发明，在第二模拟过程中，所述页岩岩心试样中的压裂液经由第一开口1a返排到放样台1外，同时，由于气体将放样台1的第二开口1b进入放样台，势必也会随着压裂液经由第一开口1a返排到放样台1外，因此，放样台1的第一开口1a处同时排出压裂液和气体。为了收集压裂液和气体进行废物收集，避免压裂液和气体对周围环境造成污染，所述模拟系统包括第三阀11、气液分离装置16、气体收集装置13和液体收集装置14，所述第一开口1a和所述第一阀7之间的管路通过所述第三阀11与气液分离装置16连通，所述气液分离装置16的气体出口和所述气体收集装置13的入口连通，所述气液分离装置16的液体出口和液体收集装置14连通。其中，气体收集装置13设为用于收集尾气的集气瓶。值得一提的是，如图1所示，与第一开口1a连通的压裂液管路(即，三叉接管与第一开口1a之间的部分)可以通过三叉接管连接两个支路(也就是，两个分支管路)，即第一支路和第二支路，其中，第一支路上依次设置有第一阀7、第一流速计9、泵送装置4和压裂液源3，第二支路上依次设置有第三阀11和气液分离装置16。进一步的，为了避免在第二模拟过程中压裂液返排到第一支路中的位于三叉接管和第一阀7之间的部分，可以通过三通阀来代替三叉接管，也就是，该三通阀用于控制压裂液管路分别与第一支路或者第二支路连通，在此基础上，为了简化结构，可以去除第一阀7和第三阀11，这样，在使用时，在第一模拟过程中，可以控制三通阀以连通压裂液管路与第一支路，以使得第一开口1a与压裂液源3连通，以便于压裂液源3向放样台供应压裂液，在第二模拟过程中，可以控制三通阀以连通压裂液管路与第二支路，以使得第一开口1a与气液分离装置16连通，以便于压裂液源3向气液分离装置16中返排压裂液。
为了使模拟实验更为精细化，可以通过控制压裂液的的总注入量以及收集并量取压裂液返排的量来研究压裂液保存在页岩岩心试样中的剩余量。所述液体收集装置14设置为能够收集并测量所述压裂液的体积。其中，液体收集装置14可以设置为量筒。
为了实现自动化控制模拟系统中的数据收集和数据记录，所述模拟系统包括显示屏15和控制单元，所述控制单元分别与所述压差测量装置5和所述显示屏15电连接，所述控制单元设置为能够接收所述压差测量装置5反馈的信号并通过所述显示屏15显示对应的压力差值，实现了实时监测放样台的第一开口和第二开口的压力差值在第二模拟过程中的变化情况。
进一步的，所述放样台1设置为岩心夹持器，模拟页岩岩心在不同地层深度处的温度和压力条件，制样方便，使用便捷。
进一步的，所述气源2设置为能够为所述放样台1提供气态的烷烃。其中，该气源可以设置为甲烷气瓶，甲烷气体的纯度在99.9％。
本发明第二方面提供了一种页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括所述的页岩气井压裂返排的模拟系统，所述模拟方法包括以下步骤：
S1：将具有多组压裂缝网的页岩岩心试样放置在放样台1中，并且调节所述放样台1的温度和压力，以使得所述放样台1能够模拟页岩岩心在不同地层深度处时所处的温度和压力条件；
其中，关于具有多组压裂缝网的页岩岩心试样，具体的制备方法如下：首先，将页岩岩心进行清洗并烘干，称量得到质量为m1，压制页岩岩心，使其形成多组压裂缝网，以得到页岩岩心试样。
下面，我们将以页岩岩心试样通过放样台1模拟页岩岩心在地层深度为H处的温度和压力条件为例，进行详细说明：
首先，将页岩岩心试样放置并固定在岩心夹持器内，安装该岩心夹持器，并对该岩心夹持器进行抽真空处理；然后，通过电脑启动岩心夹持器的围压和温度，对岩心夹持器加围压至地层深度为H处的上覆岩层压力，同时利用岩心加持器中的电加热对岩心夹持器进行加温至地层深度为H处的地层温度，待温压加载到设定值之后将样品静置15-30分钟，使样品内部达到平衡状态，从而使得页岩岩心试样处于所要模拟的地层深度为H处的温压环境情况；进一步的，岩心加持器设置为水平放置，以减少重力分异作用对返排实验的影响。
S2：将所述第二开口1b与所述气源2断开，将所述第一开口1a与所述压裂液源3连通，通过所述第一开口1a将所述压裂液源3中的压裂液注入到所述放样台1中，以使得所述放样台1中的页岩岩心试样能够注入所述压裂液，以模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的过程；
可以理解的是，为了使模拟方法得出的结论更有说服力，可以设置第一流速计来观察放样台1注入压裂液的流速。下面，将详细介绍页岩岩心试样模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的过程(即，第一模拟过程)，具体如下：
首先，将模拟系统按照图1所示的连通方式进行连接，打开控制单元以准备记录数据；然后，关闭第二阀8和第三阀11，以将所述第二开口1b与所述气源2断开，打开第一阀7，将所述第一开口1a与所述压裂液源3连通，经由第一开口1a向岩心夹持器内注入带有荧光剂且固定体积的压裂液V1，关闭第一阀7，待压裂液注入完毕后，静置时间t1，以模拟现场压井过程，此时，页岩岩心试样模拟的就是所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的最终状态；进一步的，在加注压裂液的过程中，观察图1中的第一流速计的读数，使压裂液的流速稳定在0.1cm3/min。其中，该控制单元可以设置为数据采集系统。
S3：将所述第一开口1a与所述压裂液源3断开，将所述第二开口1b与所述气源2连通，通过所述第二开口1b将所述气源2中的气体注入到所述放样台1中，以使得所述放样台1中的压裂液和气体经由所述第一开口1a进行返排，以使所述页岩岩心试样模拟所述页岩岩心在水力压裂生产过程中进行所述压裂液返排的过程。
S4：观察并记录所述压差测量装置5在步骤S3的压裂液返排过程中所监测的压力差值。
下面将针对步骤S3中的页岩岩心试样模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行所述压裂液返排的过程(即，第二模拟过程)以及步骤S4中针对所述压裂液返排过程(即，第二模拟过程)进行监测，具体说明：
首先，关闭第一阀7，以将所述第一开口1a与所述压裂液源3断开，打开第二阀8和第三阀9，将所述第二开口1b与所述气源2连通，经第二开口1b向岩心夹持器内注入甲烷气体(甲烷气体的注入总量以体积计，为Vg1)，同时，压裂液和注入的甲烷气体经过第一开口1a排出岩心夹持器并且经过气液分离装置16进行气液分离处理，得到的甲烷气体排入到气体收集装置13进行收集，得到的压裂液排入到液体收集装置14进行收集，直到注入甲烷气体的时间为t2时，通过液体收集装置14(例如，量筒)观察到压裂液不再返排，关闭第二阀8和第三阀9，以模拟压裂液返排完毕，在此期间，通过控制单元准备记录压差测量装置5监测得到的第一开口1a和第二开口1b之间的压力差数据；进一步的，在加注甲烷的过程中，观察图1中的第二流速计的读数，使压裂液的流速稳定在0.1cm3/min，以模拟页岩气井产出气的过程；液体收集装置14可以设置为量筒，以便于读取压裂液返排的体积V2，由此可以得出页岩岩心试样内残留的压裂液的体积量为V1-V2。其中，可以通过在气源2上安装气体记录装置，以测量气源2向放样台1注入的甲烷气体总量，并读取甲烷气体注入的体积为Vg1，可以通过排水法收集经由气液分离装置16排入气体收集装置(例如，量筒)的返排甲烷气体，并读取甲烷气体返排的体积Vg2。此外，压差测量装置5可以设置为压差表，依据控制系统实时记录的压力差值F差，可以通过计算压力差值随着第二模拟过程进行的时间的变化速率，从而从工程角度出发为有针对性地提高页岩气井产量提供科学指导，有利于进一步校正通过软件模拟得到的理论体系的研究结论。
可以理解的是，在步骤S4之后，还应该包括装置拆除步骤以及数据分析步骤。
其中，装置拆除步骤具体如下：待压裂液返排完毕后，关闭与岩心夹持器连接的电压热装置，然后，拆除连接样品和设备的管线以及其他固定设备，将样品从试验台取出，对页岩岩心试样进行称重记录质量m2，从而结束实验。为了丰富该模拟方法得到的实验数据，应该按照步骤一到步骤五进行多次重复试验：可以在试验过程中改变实验变量，进行循环实验，观察相应参数的变化情况。其中，实验变量可以依据对页岩气井的不同环境的假定以及水力压裂处理的不同条件来进行模拟设定的，例如，甲烷气体的流速，可调油嘴的流通面积的大小，压井时间的长短等，有利于更符合页岩气井的周围环境以及水力压裂处理的实际过程，提高实验结果的可信度。
此外，数据分析步骤具体如下：分析实验数据，对页岩样品进行切片成像观察，了解荧光剂分布情况及页岩样品内部孔隙及裂缝变化情况，探究返排机理。具体的，依据控制系统实时记录压差表所检测的压力差值，可以计算出压力差值随着第二模拟过程进行的时间的变化速率，从工程角度出发来解释压裂液返排机理。例如，随着甲烷气体的注入时间的增加，如果压力差值的增长速率变大，则认为页岩岩心试样内的孔隙度随着压裂液的注入而逐渐增加，从而为页岩气井在实际作业时符合软件模拟得到的返排时压裂液诱发微裂缝扩展理论体系提供了有力证据；随着甲烷气体的注入时间的增加，如果压力差值的增长速率变小，则认为页岩岩心试样内的孔隙度随着压裂液的注入而逐渐减小，从而为页岩气井在实际作业时符合软件模拟得到的返排时压裂液诱导裂缝闭合理论体系提供了有力证据，通过上述分析结果，本模拟系统为页岩岩心试样提供物理模拟系统，从工程角度出发为有针对性地提高页岩气井产量提供科学指导，明确地阐明了压裂液返排机理，有利于进一步校正通过软件模拟得到的理论体系的研究结论。
为了使得实验结果更为精准，还可以通过返排率、岩心吸水量、气体产出率、产气量递减率、渗透率损害率、浊度变化度这些能够用于表征返排特征的评价指标来综合分析。例如，关于计算返排率F，具体如下：测量步骤S2中注入压裂液的体积为V1(单位为cm3)，测量步骤S3中压裂液返排的体积V2(单位为cm3)，根据公式F＝V2/V1，计算得出返排率F的数值；关于计算岩心吸水量I，具体如下：根据公式I＝V1-V2，计算得出岩心吸水量I(单位为cm3)；关于计算气体产出率R，具体如下：测量步骤S3中甲烷气体注入的体积为Vg1(单位为cm3)以及甲烷气体返排的体积Vg2(单位为cm3)，根据公式R＝Vg2/Vg1，计算得出气体产出率R；关于计算浊度变化度NTU，具体如下：测试压裂液源中的压裂液在注入放样台之前的浊度NTU1(可以通过目视比浊法进行测试)，测试步骤S3中返排压裂液的浊度NTU2，根据公式NTU＝NTU2-NTU1，计算得出浊度变化度NTU；关于计算产气量递减率D，具体如下：测量步骤S3中甲烷气体注入的时间为t2(单位为s)，根据公式
计算得出产气量递减率D；关于计算渗透率损害率a，在步骤S3的压裂液返排的过程中，以单位时间T作为间隔时间进行多次测量和计算，以得到相应地多个渗透率损害率a，其中，可以将步骤S3的全部返排时间划分为n组等间隔时间段，依次设置为T1，T2，……，Ti，……，Tn，其中，i＝1，2，…，n，则相应地得到n组渗透率损害率a1，a2，……，ai，……，an，具体如下：首先，计算渗透率损害率ai，根据公式任意时间段Ti内的渗透率损害率ai＝1-Ki/K1，其中，根据达西定律测得等单位时间渗透率Ki和K1，Ki＝(L×Qi)/(A×Fi)，K1＝(L×Q1)/(A×F1)，其中，L为页岩岩心试样的长度，A为页岩岩心试样的断面截面积，Q1设置为页岩岩心试样在T1时间段内的单位时间渗流量，Qi设置为页岩岩心试样在Ti时间段内的单位时间渗流量，F1为步骤S4中的压差测量装置5在T1时间段内测得的压力差值F1，Fi为步骤S4中的压差测量装置5在Ti时间段内测得的相应的压力差值Fi，值得一提的是，在步骤S3的压裂液返排过程中，页岩岩心试样的尺寸认为是不变的，并且，页岩岩心试样的长度L指的是页岩岩心试样在放置于放样台后沿第一开口1a到第二开口1b的方向上的长度，页岩岩心试样的断面截面积A为页岩岩心试样在放置于放样台后沿垂直于从第一开口1a到第二开口1b的方向上的截面面积，其中，页岩岩心试样可以设置为圆柱结构，该圆柱结构的高度方向为沿第一开口1a到第二开口1b的方向，圆柱结构的高度即为岩心试样的长度L，此外，由于在步骤S3中将压裂液注入放样台的流速稳定在一个恒定值(例如，压裂液的流速稳定在0.1cm3/min)，则页岩岩心试样在任意时间段Ti内的单位时间渗流量保证不变，也就是，Qi＝Q1，则ai＝1-Fi/F1，通过步骤S4中的压差测量装置5分别在T1时间段内和Ti时间段内测得相应地的压力差值F1和压力差值Fi，以得到相应地多组ai；然后，建立任意时间段Ti内的渗透率损害率ai和任意时间段时间Ti的关系曲线，可以得到渗透率损害率ai随时间变化的曲线，其中，横坐标为i，纵坐标为在时间段时间Ti内的渗透率损害率ai，以得到在上述单位时间内，渗透率损害率ai随着时间的变化情况。
在此基础上，根据返排率F、岩心吸水量I以及气体产出率R进行数据分析，具体如下：如果返排率F值高，则岩心吸水量I值相应地变低，此时，需要分析气体产出率R值，当气体产出率R值低时，则认为符合高返排率-低产量现象，则不具备开发前景，当气体产出率R值高时，则认为符合高返排率-高产量现象，则开发前景待定；如果返排率F值低，则岩心吸水量I值相应地变高，此时，需要分析气体产出率R值，当气体产出率R值低时，则认为符合低返排率-低产量现象，则不具备开发前景，当气体产出率R值高时，则认为符合低返排率-高产量现象，则具有良好的开发前景。产气量递减率D可以用来评价返排生产的可持续性，当产气量递减率D小时，则意味着页岩气井的持续生产时间长，稳产形势好，具有良好的开发前景；反之，则意味着稳产形势差。渗透率损害率a值的大小则与前述的软件模拟得到的两种理论体系相对应，当渗透率损害率ai值随着步骤S3中的压裂液返排的时间增加而增加，则符合返排时压裂液诱导裂缝闭合理论，反之，符合返排时压裂液诱发微裂缝扩展理论体系。浊度变化度NTU表示压裂液与页岩组分之间发生的物理化学反应程度的大小，当浊度变化NTU值大时，则压裂液与页岩组分之间发生的物理化学反应剧烈，易使压裂液诱导裂缝闭合或者诱发微裂缝扩展；反之，则压裂液与页岩组分之间发生的反应不剧烈。通过上述综合分析，提供了多个角度来为实际开采页岩气井的准备工作提供了多元依据，便于作业人员更为全面地评判页岩气井的开发前景。
进一步的，可以直接计算出页岩岩心试样内残留的压裂液的体积量V1-V2，或者是，通过计算页岩岩心试样在实验前后的质量差m2-m1间接得到页岩岩心试样内残留的压裂液的质量，即为m2-m1，通过每次实验时页岩岩心试样内残留的压裂液的量的不同，可以合理计算出页岩岩心试样能够容纳压裂液的最佳量，以辅助校正依据压力差值变化速率得到的关于页岩岩心试样的孔隙度的研究结果，使得实验更加严谨。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括模拟系统，所述模拟系统包括放样台(1)、气源(2)、压裂液源(3)、泵送装置(4)以及监测单元，其中，所述放样台(1)设置为用于放置页岩岩心试样并且能够对所述页岩岩心试样进行加热处理和施加围压，以使得所述放样台(1)能够模拟页岩岩心在不同地层深度处的温度和压力条件，并且所述放样台(1)包括第一开口(1a)和第二开口(1b)，所述第一开口(1a)通过所述泵送装置(4)与所述压裂液源(3)连通以使得所述压裂液源(3)能够向所述放样台(1)注入压裂液，以使得所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的最终状态，并且所述第一开口(1a)设置为能够用于返排所述压裂液，所述第二开口(1b)与所述气源(2)连通以使得所述气源(2)能够向所述放样台(1)注入气体，以使得所述页岩岩心试样能够模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行压裂液返排的过程；所述监测单元包括分别与所述第一开口和第二开口连接的压差测量装置(5)，所述压差测量装置(5)设置为能够实时监测在所述压裂液返排的过程中所述第一开口(1a)和第二开口(1b)之间的压力差，
所述模拟方法包括以下步骤：
S1：将具有多组压裂缝网的页岩岩心试样放置在放样台(1)中，并且调节所述放样台(1)的温度和压力，以使得所述放样台(1)能够模拟页岩岩心在不同地层深度处时所处的温度和压力条件；
S2：将所述第二开口(1b)与所述气源(2)断开，将所述第一开口(1a)与所述压裂液源(3)连通，通过所述第一开口(1a)将所述压裂液源(3)中的压裂液注入到所述放样台(1)中，以使得所述放样台(1)中的页岩岩心试样能够注入所述压裂液，以模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行注入压裂液的过程；
S3：将所述第一开口(1a)与所述压裂液源(3)断开，将所述第二开口(1b)与所述气源(2)连通，通过所述第二开口(1b)将所述气源(2)中的气体注入到所述放样台(1)中，以使得所述放样台(1)中的压裂液和气体经由所述第一开口(1a)进行返排，以使所述页岩岩心试样模拟所述页岩岩心在水力压裂过程中进行所述压裂液返排的过程；
S4：观察并记录所述压差测量装置(5)在步骤S3所模拟的压裂液返排过程中监测到的压力差值。
2.根据权利要求1所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述模拟系统包括连接在所述第一开口(1a)处的调速装置(6)，以用于调节所述泵送装置(4)向所述放样台(1)注入所述压裂液的流通面积。
3.根据权利要求2所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述调速装置(6)包括调节油嘴，以调节所述压裂液流经所述第一开口(1a)的流通面积。
4.根据权利要求1所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述模拟系统包括第一阀(7)和第二阀(8)，所述第一阀(7)设置在所述泵送装置(4)和所述第一开口(1a)之间的管路上，所述第二阀(8)设置在所述气源(2)和所述第二开口(1b)之间的管路上。
5.根据权利要求4所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述监测单元包括第一流速计(9)和第二流速计(10)，所述第一流速计(9)设置在所述泵送装置(4)和所述第一阀(7)之间的管路上，所述第二流速计(10)设置在所述气源(2)和所述第二阀(8)之间的管路上。
6.根据权利要求5所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述模拟系统包括第三阀(11)、气液分离装置(16)、气体收集装置(13)和液体收集装置(14)，所述第一开口(1a)和所述第一阀(7)之间的管路通过所述第三阀(11)与气液分离装置(16)连通，所述气液分离装置(16)的气体出口和所述气体收集装置(13)的入口连通，所述气液分离装置(16)的液体出口和液体收集装置(14)连通。
7.根据权利要求6所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述液体收集装置(14)设置为能够收集并测量所述压裂液的体积。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述模拟系统包括显示屏(15)和控制单元，所述控制单元分别与所述压差测量装置(5)和所述显示屏(15)电连接，所述控制单元设置为能够接收所述压差测量装置(5)反馈的信号并通过所述显示屏(15)显示对应的压力差值。
9.根据权利要求1-7中任意一项所述的页岩气井压裂返排的模拟方法，其特征在于，所述放样台(1)设置为岩心夹持器；
和/或，所述气源(2)设置为能够为所述放样台(1)提供气态的烷烃。
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