CN111764885A - 一种可视化气井间歇生产模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可视化气井间歇生产模拟实验装置及方法，属于石油天然气开采领域。由于目前还没有间歇生产的相关实验研究，因此设计了一种可视化气井间歇生产过程模拟实验装置，由供气系统、供水系统、管柱系统、监测系统组成。能模拟气井间歇生产的整个过程；模拟关井后气井的压力恢复过程；及间歇生产与泡沫排采复合工艺过程；能够进行不同积液高度、不同套压、不同类型泡排(固体/液体)对气井间歇性生产的影响模拟实验研究。能用于测试在不同套压、积液高度、以及泡排浓度下积液的排出情况。为确定间歇性生产气井的工作制度，研究间歇性生产气井泡排工艺条件复合工艺，提供一定的依据。

Description

一种可视化气井间歇生产模拟实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种实验装置，用于模拟气井间歇性生产的过程，模拟关井后气井的压力恢复过程，及间歇生产与泡沫排采复合工艺过程；为研究间歇性生产气井泡排工艺条件，确定间歇性生产气井的工作制度，提供一定的依据，属于石油天然气开采领域。

背景技术

随着气井生产的进行，由于地层压力的降低、产气量下降、产水量增加等因素，当气井气体流速过小，不能将产出的水及时带出井筒时，将产生积液增加井底回压，且气体流速急剧降低，最终导致气井产量大幅度下降甚至被迫停产，因此需要及时采取有效的措施来保障气井的持续生产。

目前已经有部分低压气井采用间歇生产的方法进行排液生产，气井间歇性生产是指气井进行间歇性开关井生产，在关井后井筒压力逐渐升高，井筒(油管/环空)积蓄能量，当油套压力恢复到一定值之后进行开井，开井初期，油压迅速降低，井底压力降低，环空的压缩气体释放弹性能，将油套环空中的液体压入油管，且环空中气体进入油管协助携液；在该过程中井底压力降低，地层将产出一定量的气液，随着开井时间的增加能量逐渐消耗、产量降低、排液效率降低，气井发生积液，关井进行压力恢复后再开井生产，实现气井间歇生产；但单一的间歇生产方式排液效率较低，而泡沫排水采气具有设备简单、施工容易、见效快、成本低、又不影响气井生产的优点，在排水采气生产中得到广泛应用，因此考虑在间歇生产排液时加入起泡剂进行复合排水采气。

但是目前缺乏间歇生产的相关实验研究，为此设计了一种可视化气井间歇生产模拟实验装置，能模拟气井间歇生产的整个过程；模拟关井后气井的压力恢复过程；及间歇生产与泡沫排采复合工艺过程；该装置还能够进行不同积液高度、不同套压、不同类型泡排剂(固体/液体)对气井间歇性生产的影响模拟实验，为研究间歇性生产气井泡排工艺条件，确定间歇性生产气井的工作制度，提供依据。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，发明一种可视化气井间歇生产模拟实验装置，可用于研究气井间歇生产过程；研究气井间歇生产时注入泡排剂助排效果，同时实验操作方便，适应性强。

本发明采用的技术方案是：

一种可视化气井间歇生产模拟实验装置，包括：

通过气罐恒压条件下模拟地层压力的供气系统；

通过水箱高度模拟地层压力的供水系统；

用于模拟油套管多相流体流动状态的管柱系统；

用于监控与测试数据的监测系统。

其中供气系统由空气压缩机、高压储气罐、控制阀门、气体流量计、输气管线、以及控制渗流速度的填砂管组成；供水系统由自来水、水箱、液体控制阀、液体流量计、输液管线、以及控制渗流速度的填砂管组成；模拟管柱系统由高承压的井底装置和透明的有机玻璃管组成，模拟管柱分为模拟油管和模拟套管，油管和油管之间通过接头连接，套管与套管之间通过法兰连接，并且通过添加扶正器使油套管处于同一轴线上；监控与测试数据的监测系统由压力计、数据记录仪组成，在实验过程中压力计所测试的数据实时的传输至数据记录仪中。所述的供气系统由空气压缩机、输气管、高压储气罐、气量控制阀、气体流量计组成均通过螺纹连接；输气管末端与填砂管采用螺纹连接，填砂管模型通过填砂粒径的不同控制不同的渗透率，可以循环使用；填砂管末端安装单流阀，防治气液回注，单流阀与井底装通过螺纹连接；套管与套管间用法兰连接，两片法兰之间加入橡胶垫片进行密封，油管与油管之间用模拟油管接头连接，通过扶正器使模拟油管与模拟套管处于同一轴线上；所述供水系统由水箱液量控制阀、输液管、液量自控流量计组成，将水箱放置至适当的高度，并加入相应的实验流体，利用水箱产生的液柱压力模拟实验过程井底压力，水箱与输液管通过螺纹连接，液量控制阀、输液管、液量自控流量计通过螺纹依次连接；输液管末端与填砂管采用螺纹连接，填砂管模型通过填砂粒径的不同控制不同的渗透率，可以循环使用；填砂管末端安装单流阀，防止气液回注，单流阀与井底装通过螺纹连接与井底装置端通过螺纹连接；井底装置与有机玻璃管构成的模拟管柱通过法兰连接；压力计分别安装在管柱系统的井底段和上方油管段和套管段，且压力计均通过数据线与数据记录仪连接；模拟管柱系统末端连接软管将排出液体排至废液桶内，通过加入消泡剂来消除泡沫，测量排出液体体积得到对应排液体积，用于计算排液效率。

本发明的可视化气井间歇生产模拟实验装置方法，包括以下步骤：

①检查实验装置：主要包括检查储气罐的初始压力是否归零，各传感器的初始值是否和计算机上检测系统的数据保持一致，各个调节阀是否处于正确的开关状态，检查实验管路气密性是否良好；

②将水箱放置至适当的高度，并加入相应的实验流体，利用水箱产生的液柱压力模拟实验过程井底压力(在进行泡沫助排实验时可在水箱中加入适量的表面活性剂)，打开空气压缩机，当储气罐压力与液柱压力相等时，关闭压缩机，以保证产气压力与井底压力基本一致；

③打开气液进口管线上的控制阀门，气体、液体通过填砂管进入油套管中模拟地层产气、产液，待积液高度、套压相对稳定时，测量积液高度，关闭进口管线上的控制阀门；

④随后打开出口控制球阀，利用监测系统记录排液过程中的套压、井底压力、井口压力，观察油管与套管内气液两相流动情况并拍摄现象，测量排液体积，可以利用积液高度以及排液体积计算对应的排液效率；

⑤当出口没有气液产出后，关闭出口控制球阀，打开气液管线上的控制球阀，模拟间歇生产中生产之后关井的压力恢复的过程；

⑥重复步骤②～⑤，完成不同井底压力、不同油套压、不同泡排浓度以及投入固体泡排棒对应实验。

与现有技术相比，本发明的优势：

①能用于模拟气井间歇生产全过程，模拟生产后关井的压力恢复过程以及加注泡排剂助排情况下间歇生产排液过程，研究分析泡沫排采对间歇生产排液情况的影响；②可进行可视化实验，观察在不同油套压力下，流体在油套管内的流动特征，流动压降特征，分析间歇生产流动规律；③能实测井底压力、积液高度、垂直段相应位置的压力值、注气量、注液量、排液量等实验参数，可进行间歇生产流动影响因素分析；④加入填砂管，可以模拟出真实地层的渗流环境。

附图说明

图1是本发明的可视化气井间歇生产模拟实验装置的结构示意图；

图中：1-空气压缩机；2-高压储气罐；3-气体流量计；4-气流阀；5-单流阀；6-填砂管；7-输气管线；8-水箱；9-液体流量计；10-液流阀；11-输液管线；12-数据记录仪；13-压力传感器；14-井底装置；15-模拟套管；16-模拟油管；17-控制球阀；18-储液罐

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明的一种可视化气井间歇生产模拟实验装置，包括：

用于通过气罐恒压条件下模拟地层压力的供气系统；通过水箱高度模拟地层压力的供水系统；用于模拟油套管多相流体流动状态的管柱系统；用于监控与测试数据的监测系统；其中供气系统由空气压缩机1、高压储气罐2、气体流量计3、气流阀4、单流阀5、填砂管6、输气管线7组成；供水系统由水箱8、液体流量计9、液流阀10、输液管线11、单流阀5、填砂管6组成；监控与测试数据的监测系统由数据记录仪12、压力传感器13组成；模拟管柱系统由井底装置14以及透明的有机玻璃管所模拟的模拟油管15与模拟套管16组成；所述的供气系统空气压缩机1、高压储气罐2、气体流量计3、气流阀4、输气管线7、填砂管6、单流阀5依次通过螺纹连接；所述供水系统水箱8、液体流量计9、液流阀10、输液管线11、填砂管6、单流阀5依次通过螺纹连接；单流阀5末端与模拟井底装置14连接，加入填砂管6通过改变填砂管中砂石的粒径改变渗透率来模拟不同渗透率情况下气体和液体的流入井筒时的流动情况；套管与套管之间通过法兰连接；通过扶正器使油套管处于同一轴线；压力计13分别安装在管柱系统的井底段和上方油管段和套管段，且压力计13均通过数据线与数据记录仪12连接；模拟管柱系统末端通过软管将废液排出至储液箱18中。

本发明的可视化气井间歇生产模拟实验方法，包括以下步骤：

①检查实验装置：主要包括检查储气罐的初始压力是否归零，各传感器的初始值是否和计算机上检测系统的数据保持一致，各个调节阀是否处于正确的开关状态，检查实验管路气密性是否良好；

②将水箱放置至适当的高度，并加入相应的实验流体，利用水箱产生的液柱压力模拟实验过程井底压力(在进行泡沫助排实验时可在水箱中加入适量的表面活性剂)，打开空气压缩机，当储气罐压力与液柱压力相等时，关闭压缩机，以保证产气压力与井底压力基本一致；

③打开气液进口管线上的控制阀门，气体、液体通过填砂管进入油套管中模拟地层产气、产液，待积液高度、套压相对稳定时，测量积液高度，关闭进口管线上的控制阀门；

④随后打开出口控制球阀，利用监测系统记录排液过程中的套压、井底压力、井口压力，观察油管与套管内气液两相流动情况并拍摄现象，测量排液体积，可以利用积液高度以及排液体积计算对应的排液效率；

⑤当出口没有气液产出后，关闭出口控制球阀，打开气液管线上的控制球阀，模拟间歇生产中生产之后关井的压力恢复的过程；

⑥重复步骤②～⑤，完成不同井底压力、不同油套压、不同泡排浓度以及投入固体泡排棒对应实验。

Claims (2)

1.一种可视化气井间歇生产模拟实验装置及方法，包括：一套基础的泡沫多相流的实验装置，由供气系统、供水系统、监测系统、模拟管柱系统组成；其在输气管线(7)与输液管线(11)的末端通过螺纹连接加入填砂管(6)，可以通过改变填砂管(6)中砂石的粒径来改变渗透率模拟不同渗透率情况下气体和液体的流入井筒时的流动情况，填砂管(6)末端安装单流阀(5)，有效防治气液回注，将水箱(8)放置至适当的高度，并加入相应的实验流体，利用水箱产生的液柱压力模拟实验过程井底压力，输气管线(7)、输液管线(11)与井底装置(14)连接，井底装置(14)与模拟管柱连接，利于实验各部件方便有效的连接。

2.本发明的可视化气井间歇生产模拟实验方法，包括以下步骤：

①检查实验装置；

②将水箱放置至适当的高度，并加入相应的实验流体，利用水箱产生的液柱压力模拟实验过程井底压力(在进行泡沫助排实验时可在水箱中加入适量的表面活性剂)，打开空气压缩机，当储气罐压力与液柱压力相等时，关闭压缩机，以保证产气压力与井底压力基本一致；

③打开气液进口管线上的控制阀门，气体、液体通过填砂管进入油套管中模拟地层产气、产液，待积液高度、套压相对稳定时，测量积液高度，关闭进口管线上的控制阀门；

④随后打开出口控制球阀，利用监测系统记录排液过程中的套压、井底压力、井口压力，观察油管与套管内气液两相流动情况并拍摄现象，测量排液体积，可以利用积液高度以及排液体积计算对应的排液效率；

⑤当出口没有气液产出后，关闭出口控制球阀，打开气液管线上的控制球阀，模拟间歇生产中生产之后关井的压力恢复的过程；

⑥重复步骤②～⑤，完成不同井底压力、不同油套压、不同泡排浓度以及投入固体泡排棒对应实验。

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