CN112282749A - 一种气藏开采用模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气藏开采用模拟装置及方法，其中所述模拟装置包括气液供给系统、模拟系统、计量系统及连通它们之间的管道部件和开关部件，其中所述气液供给系统包括供气系统和供液系统，所述计量系统用于对经过模拟系统后产生的气体和/或液体进行计量，所述模拟系统包括具有以下三种裂缝中的一种或多种的岩心模型：开度＜1μm的微裂缝，开度为10～20μm的网状裂缝及开度为100～5000μm的大裂缝。本发明可对不同的裂缝气藏在不同底水能量下水侵及控水采气过程进行准确的模拟。
Description
技术领域
本发明涉及气藏开采用模拟装置及方法的技术领域。
背景技术
随着天然气的不断开采和地层压力的下降，气藏的边、底水会逐渐向原来的含气区域侵犯，导致产气量迅速下降，产水量迅速上升，甚至出现生产井水淹的现象，严重影响气藏的开发。而对于己经发生水侵的气藏，气井见水后产气量下滑极为明显，无法依靠自身能量排水，导致生产更为困难。为避免这些情形的出现或控制其发展，必须依靠控水采气工艺的展开。控水采气物理模拟实验是研究和发展控水采气工艺的重要手段，其可对控水采气措施提供理论支撑和决策基础，使生产人员可在开采前或开采进行中，确定合理生产的压差及开采速度，并制定治水对策。而进一步的，由于而不同类型储层水侵方式、水侵机理各有不同，治水对策也需要对症下药。因此，对控水采气物理模拟实验也需要进行特殊的设计，使其能够充分地探究气藏水侵规律，为水侵气藏的开发提供具体的指导意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可对气藏开采中出现的水侵现象进行准确模拟从而得到水侵规律、做出合理开采决策的模拟方法。
本发明的目的还在于提出一种可用于对气藏开采中出现的水侵现象进行准确模拟从而得到水侵规律、做出合理开采决策的模拟装置。
本发明首先提供了如下的技术方案：
一种气藏开采用模拟装置，其包括气液供给系统、模拟系统、计量系统及连通它们之间的管道部件和开关部件，其中所述气液供给系统包括供气系统和供液系统，所述计量系统用于对经过模拟系统后产生的气体和/或液体进行计量，所述模拟系统包括具有以下三种裂缝中的一种或多种的岩心模型：开度＜1μm的微裂缝，开度为10～20μm的网状裂缝及开度为100～5000μm的大裂缝。
根据本发明的一些具体实施方式，所述微裂缝岩心模型选自通过人工造缝的全直径岩心39。
根据本发明的一些具体实施方式，所述网状裂缝岩心模型选自经过压碎的全直径岩心40。
根据本发明的一些具体实施方式，所述大裂缝岩心模型选自经过人工造缝的全直径岩心41。
根据本发明的一些具体实施方式，所述供气系统可为该模拟装置提供非水溶性气体中的一种或多种。
其中，所述非水溶性气体包括本领域内定义为难溶于水的气体和不溶于水的气体，如甲烷等。
根据本发明的一些具体实施方式，所述装置还包括位于气液供给系统和模拟系统之间的中间系统，所述中间系统包括分别连通供气系统与模拟系统的第一中间容器，和连通供液系统与模拟系统的第二中间容器。
该具体实施方式中的中间系统可有效防止气体/液体回流从而污染气源/水源。
根据本发明的一些具体实施方式，所述装置还包括位于模拟系统与控制系统之间的分离系统，所述分离系统用于将经过模拟系统后的气液混合物进行气液分离，所述计量系统可对经过气液分离系统后的气体含量和/或液体含量进行计量。
优选的，所述计量系统包括计量器。
优选的，所述分离系统包括气液分离器。
在一种具体实施方式中，所述装置还包括对模拟装置整体运行进行控制的控制系统。
根据本发明的一些具体实施方式，所述装置还包括位于计量系统与控制系统之间的储存系统，所述储存系统用于收集经过气液分离系统后产生的液体成分。
优选的，所述存储系统包括储水池。
本发明进一步提供了一种通过上述模拟装置进行水侵过程模拟的方法，其包括：
通过模拟装置中的开关部件，控制供气系统中的气体和/或供水系统中的液体进入不同的岩心模型内，在不同的模拟条件下，对其产生的气体和/或液体进行统计分析。
本发明可对不同的裂缝气藏在不同底水能量下水侵及控水采气过程进行准确的模拟。
附图说明
图1为本发明的一种装置的整体结构示意图。
图2为本发明的一种装置中第一岩心夹持器的微裂缝人造岩心剖面图。
图3为本发明的一种装置中第二岩心夹持器的网状裂缝人造岩心剖面图。
图4为本发明的一种装置中第一岩心夹持器的大裂缝人造岩心剖面图。
图5为本发明的一种装置中第一模拟单元的检测记录组件示意图。
图6为本发明的一种装置中第二模拟单元的检测记录组件示意图。
图7为本发明的一种装置中第三模拟单元的检测记录组件示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
本发明所述的模拟装置，其包括气液供给系统、模拟系统及控制系统。其中所述气液供给系统包括供气系统和供液系统
在一种具体实施方式中，所述装置还包括位于气液供给系统和模拟系统之间的中间系统，所述中间系统包括分别连通供气系统与模拟系统的第一中间容器，和连通供液系统与模拟系统的第二中间容器。
该中间系统防止气体/液体回流从而污染气源/水源。
在一种具体实施方式中，所述装置还包括位于模拟系统与控制系统之间的分离系统，所述分离系统包括气液分离器。
在一种具体实施方式中，所述装置还包括位于分离系统与计算系统之间的计量系统，所述计量系统包括计量器。
在一种具体实施方式中，所述装置还包括位于计量系统与控制系统之间的存储系统，所述储存系统包括储水池。
实施例1
如附图1所示的模拟装置，包括各系统中实现连通的管道，及：
供气系统，包括包括装有非水溶性气体如甲烷气体的气源容器2和对该气体进行动力输送的双缸泵1，所述供液系统包括装有地层水或者蒸馏水的水源容器4、装有甲烷的气瓶3，连通水源容器4和气瓶3的第一阀门开关28及位于第一阀门开关28与气瓶3之间的第一气压表23。
中间系统，包括第一中间容器5，连通气源容器2及第一中间容器5的第二阀门开关29，用于测量第一中间容器5的气压的第二气压表24，连通第一容器5与模拟系统的第四阀门开关31；第二中间容器6，连通水源容器4及第二中间容器6的第三阀门开关30，及连通第二中间容器6与模拟系统的第五阀门开关32。
模拟系统，包括三个并联后再经中间系统与气液供给系统连通的模拟单元。其中每个模拟单元均包括一个岩心夹持器、一组连接至岩心夹持器内壁的检测记录组件、一个用于对岩心夹持器内气压进行检测的气压表和两个分别位于岩心夹持器与中间系统之间及岩心夹持器与分离系统之间的阀门开关。具体的，该模拟系统包括相互并联的第一模拟单元、第二模拟单元和第三模拟单元。其中，第一模拟单元包括第一岩心夹持器11，用于对第一岩心夹持器11进行检测记录的第一检测记录组件，位于中间系统与第一岩心夹持器11之间的第六阀门开关33，用于测量第一岩心夹持器11的气压的第三气压表25及位于第一岩心夹持器11与分离系统之间的第九阀门开关36。第二模拟单元包括第二岩心夹持器12，用于对第二岩心夹持器12进行检测记录的第二检测记录组件，位于中间系统与第二岩心夹持器12之间的第七阀门开关34，用于测量第二岩心夹持器12的气压的第四气压表26及位于第二岩心夹持器12与分离系统之间的第十阀门开关37。第三模拟单元包括第三岩心夹持器13，用于对第三岩心夹持器13进行检测记录的第三检测记录组件，位于中间系统与第三岩心夹持器13之间的第八阀门开关35，用于测量第三岩心夹持器13的气压的第五气压表27及位于第三岩心夹持器13与分离系统之间的第十一阀门开关38。其中，第六阀门开关33、第七阀门开关34及第八阀门开关35均与中间系统的第四阀门开关31及第五阀门开关32连通。第一检测记录组件如附图5所示，包括分别用于检测和记录第一岩心夹持器11上、中、下部数据的第一检测记录仪14、第二检测记录仪15和第三检测记录仪16。第二检测记录组件如附图6所示，包括分别用于检测和记录第二岩心夹持器12上、中、下部数据的第四检测记录仪17、第五检测记录仪18和第六检测记录仪19。第三检测记录组件如附图7所示，包括分别用于检测和记录第三岩心夹持器13上、中、下部数据的第七检测记录仪20、第八检测记录仪21和第九检测记录仪22，各检测记录仪同时与其所在岩心夹持器的气压表电相连。其中，各检测记录仪可对岩心夹持器通水后水体不同位置的电流进行检测和记录。在获得这些由氧化还原反应的电子转移产生电流后，可进一步判断出夹持器内的含水饱和度大小。
可实现对岩心夹持器内含水饱和度和剩余压力的测试和记录，具体的，检测记录仪遇水后通过电信号将电阻率转化为含水饱和度；同时，其可通过气压表获得夹持器内的剩余压力。
分离系统，包括一个气液分离器7，该气液分离器与第九阀门开关36、第十阀门开关37及第十一阀门开关38均连通。气液分离器7可选用常规的可将气液混合物进行分离的现有设备。
计量系统，包括一个计量器8，计量器8可选用如旋进旋涡流量计。
存储系统，包括一个储水池9。
控制系统，包括电脑10，其用于对各测试仪器的数据进行记录和分析。
其中，第一岩心夹持器11装有对微裂缝进行模拟的微裂缝模型，其开度＜1μm，如附图2所示。第二岩心夹持器12装有对网状裂缝进行模拟的网状裂缝模型，开度10～20μm，如附图3所示。第三岩心夹持器13装有对大裂缝进行模拟的大裂缝模型，开度＞100μm，优选为100～5000μm，如附图4所示。
实施例2
在实施例1所示的装置中：
第一岩心夹持器11中的微裂缝模型由一块经过人工造缝的直径3cm，长度5cm的全直径岩心39构成。
第二岩心夹持器12中的的网状裂缝模型由一块经过压碎的直径3cm，长度5cm的全直径岩心40构成。
第三岩心夹持器13中的大裂缝模型由一块经过人工造缝的直径3cm，长度5cm的全直径岩心41构成。
实施例3
通过实施例2的装置进行如下模拟，
包括：
(1)模拟不同地层倾角下的水侵模式。其可通过顺时针方向调节不同岩心夹持器11/12/13的放置角度，并按要求开合阀门开关，获得计量系统得到的经过不同岩心夹持器后的计量数据的方式进行。
其中，岩心夹持器的一般调整角度大小为0～90°，其中0°可模拟垂直放置-底水锥进，90°可模拟水平放置-边水突进，如：需要模拟地层倾角为15°的微裂缝下的水侵过程，则只需第一岩心夹持器11按顺时针方向调整15°后再将阀门31和阀门32打开让供气系统和供液系统与岩心夹持器11进行连接，其后收集计量系统数据并做出分析即可；
(2)模拟不同裂缝的分布模式，如实施例4、5、6；
(3)模拟不同底水能量。其以阀门开关28调节气瓶对水源施加的压力大小，从而模拟不同边底水能量，模拟中所需裂缝类型的岩心夹持器竖直放置。
在上述模拟过程中，设置不同的阀门开启或闭合时机，可模拟不同的生产压差；通过检测记录仪可监控水侵全过程并获得含水饱和度，如当供液系统通过阀门30、中间容器6、阀门32后进入到指定岩心夹持器时，打开该岩心夹持器上的检测记录仪即可；通过计量系统的计量可获得不同模拟状况下，带水采气时瞬时产气量、产水量、累产气量和累产水量。
实施例4
通过实施例2的装置对微裂缝气藏底水锥进进行模拟，包括：
在所有阀门开关全部处于关闭状态的情况下，进行：
步骤1：通过双缸泵1以设定压力或流速向气源容器2加压，此时打开阀门开关29，使气源容器2内的气体进入中间容器5，待压力表24显示中间容器5内的气压达到指定压力后，关闭阀门开关29，打开阀门开关31和33，使气体继续进入至第一岩心夹持器11内。
步骤2：至压力表25显示第一岩心夹持器11中的压力已达到预定压力时，关闭阀门开关31和33，等待微裂缝模型心饱和气体，并在其饱和气体后开启气瓶3和阀门开关28，让气瓶3在设定的几种梯度下的压力持续向水源容器4施压，同时开启阀门开关30和32，让水源容器4内的水体通过中间容器6进入第一岩心夹持器11，从而模拟遭遇底水锥进的气藏开发过程。
步骤3：设定阀门开关36从大到小不同梯度的出口压力从而模拟不同的生产压差，同时通过第一岩心夹持器11内壁上连有检测记录仪14-16记录含水饱和度的变化，在实验过程中所采出的气、液均通过气液分离器7进行分离，分离后的气、液通过计量器8进行计量并得到瞬时产水、产气及累计产气量等数据，分离后的水进入储水池9储存后可得到累计产水量，并可进一步计算出瞬时水气比(瞬时产气量/瞬时产水量)，做出累计产气量和累计产水量的关系走势曲线图。
其中，指定压力、预定压力、压力梯度等压力设置参数根据需要进行模拟的气田进行设置。如某气田在2005年原始地层压力为35Mpa，开发4年后地层压力下降到了25Mpa，这时地层开始出水，经过计算地层废弃压力为8Mpa，则压力设置参数设置于8～25Mpa范围内，压力梯度可设置如8Mpa、16Mpa、25Mpa；或如：8Mpa、12Mpa、15Mpa、18Mpa、22Mpa、25Mpa等。
实施例5
通过实施例2的装置对网状裂缝底水锥进进行模拟，包括：
在所有阀门开关全部处于关闭状态的情况下，进行：
步骤1：通过双缸泵1以设定压力或流速向气源容器2加压，打开阀门开关29，使气源容器2内的气体进入中间容器5，待压力表24显示中间容器5内的气压达到指定压力后，关闭阀门开关29、打开阀门开关31和34，使气体继续进入至第二岩心夹持器12内。
步骤2：至压力表26显示第二岩心夹持器12中的压力已达到预定压力时，关闭阀门开关31和34，等待网状裂缝模型饱和气体，并在其饱和气体后开启气瓶3和阀门开关28，让气瓶3在设定的几种梯度下的压力持续向水源容器4施压，同时开启阀门开关30和32，让水源容器4内的水体通过中间容器6进入第二岩心夹持器12，从而模拟遭遇底水锥进的气藏开发过程。
步骤3：设定阀门开关37从大到小不同梯度的出口压力从而模拟不同的生产压差，同时通过第二岩心夹持器12内壁上连有检测记录仪17-19记录含水饱和度的变化，在实验过程中所采出的气、液均通过气液分离器7进行分离，分离后的气、液通过计量器8进行计量并得到瞬时产水、产气及累计产气量等数据，分离后的水进入储水池9储存后可得到累计产水量。
实施例6
通过实施例2的装置对大裂缝底水锥进进行模拟，包括：
在所有阀门开关全部处于关闭状态的情况下，进行：
步骤1：通过双缸泵1以设定压力或流速向气源容器2加压，打开阀门开关29，使气源容器2内的气体进入中间容器5，待压力表24显示中间容器5内的气压达到指定压力后，关闭阀门开关29、打开阀门开关31和35，使气体继续进入至第三岩心夹持器13内。
步骤2：至压力表27显示第三岩心夹持器13中的压力已达到预定压力时，由关闭阀门开关31和35，等待大裂缝模型饱和气体，并在其饱和气体后开启气瓶3和阀门开关28，让气瓶3在设定的几种梯度下的压力持续向水源容器4施压，同时开启阀门开关30和32，让水源容器4内的水体通过中间容器6进入第三岩心夹持器13，从而模拟遭遇底水锥进的气藏开发过程。
步骤3：设定阀门开关38从大到小不同梯度的出口压力从而模拟不同的生产压差，同时通过第三岩心夹持器13内壁上连有检测记录仪20-22记录含水饱和度的变化，在实验过程中所采出的气、液均通过气液分离器7进行分离，分离后的气、液通过计量器8进行计量并得到瞬时产水、产气及累计产气量等数据，分离后的水进入储水池9储存后可得到累计产水量。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种气藏开采用模拟装置，其特征在于：其包括气液供给系统、模拟系统、计量系统及连通它们之间的管道部件和开关部件，其中所述气液供给系统包括供气系统和供液系统，所述计量系统用于对经过模拟系统后产生的气体和/或液体进行计量，所述模拟系统包括具有以下三种裂缝中的一种或多种的岩心模型：开度＜1μm的微裂缝，开度为10～20μm的网状裂缝及开度为100～5000μm的大裂缝。
2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述微裂缝岩心模型选自通过人工造缝的全直径岩心39。
3.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述网状裂缝岩心模型选自经过压碎的全直径岩心40。
4.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述大裂缝岩心模型选自经过人工造缝的全直径岩心41。
5.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述供气系统可为该模拟装置提供非水溶性气体中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述装置还包括位于气液供给系统和模拟系统之间的中间系统，所述中间系统包括分别连通供气系统与模拟系统的第一中间容器，和连通供液系统与模拟系统的第二中间容器。
7.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述装置还包括位于模拟系统与控制系统之间的分离系统，所述分离系统用于将经过模拟系统后的气液混合物进行气液分离。
8.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述装置还包括对模拟装置整体运行进行控制的控制系统。
9.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于：所述装置还包括位于计量系统与控制系统之间的储存系统，所述储存系统用于收集经过气液分离系统后产生的液体成分。
10.权利要求1-9中任一项所述的模拟装置进行模拟的方法，其包括：通过模拟装置中的开关部件，控制供气系统中的气体和/或供水系统中的液体进入不同的岩心模型内，在不同的模拟条件下，对其产生的气体和/或液体进行统计分析。
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