CN112377169A - 储气库井注采出砂模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储气库井注采出砂模拟系统及方法，其中该系统包括：井下内环境模拟装置，包括密封釜，设置在密封釜内部的加热器、围压装置和岩心夹持器，岩心夹持器用于夹持岩心样品；围压装置用于给与岩石样品与地层压力相等的压力；加热器用于将密封釜内的温度维持在与地层温度相等的温度；注入装置，用于将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置；排空装置，用于控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。本发明可以在地面条件准确模拟井下射孔井段的注采气状态，即时监测岩石样品是否出砂。
Description
技术领域
本发明涉及油田、储气库的注采气井完井技术领域，尤其涉及一种储气库井注采出砂模拟系统及方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
随着储气库建设的推进，大量优质储层已经作为第一、二代的储气库投入运营，但清洁能源的需求与东西部产气及供给的不平衡，对储气库的需求还远远达不到满足的程度，因此建库储层的地质条件将愈来愈复杂。目前国内已经建设的呼图壁、雷 61等储气库均存在一定的出砂风险，由于储气库强注强采，地层出砂风险较高，所出的砂砾一旦进入生产系统，不但会破坏地面集输管线的完整性，也会有注气周期损坏压缩机的风险。传统的预测出砂手段主要是通过数值模拟与地面三轴应力试验对已经取芯的储层岩石进行分析，但这些也主要存在以下几方面的缺点：
1、现有数值模拟方式主要采用软件拟合，软件本身的操作等均有一定人为误差影响，防砂试验的置信度还需要提高。
2、岩心三轴应力试验判断也是主要依靠岩石力学传统公式对岩心的杨氏模量等参数进行测量，但由于地面条件是无法考虑空隙中赋存高压气体的真实状态，所以模拟环境无法完全重现地层环境。
3、传统的储层出砂室内试验一般使用地面填砂管进行试验，砂样不能做到与储层完全拟合，对于出砂的临界点流量和压力无法做到地面可控可操作。
发明内容
本发明实施例提供一种储气库井注采出砂模拟系统，用以在地面条件准确模拟井下射孔井段的注采气状态，即时监测岩石样品是否出砂，该系统包括：
井下内环境模拟装置，包括密封釜、加热器、围压装置和岩心夹持器，其中，加热器、围压装置和岩心夹持器设置在密封釜内部；岩心夹持器用于夹持岩心样品；围压装置用于给与岩石样品与地层压力相等的压力；加热器用于将密封釜内的温度维持在与地层温度相等的温度；
注入装置，与井下内环境模拟装置连接，用于将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置；
排空装置，与井下内环境模拟装置连接，用于控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。
本发明实施例还提供一种储气库井注采出砂模拟方法，用以在地面条件准确模拟井下射孔井段的注采气状态，即时监测岩石样品是否出砂，该方法应用于储气库井注采出砂模拟系统，所述方法包括：
通过注入装置将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；
将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置，其中，井下内环境模拟装置内部装有岩石样品；
通过排空装置控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；
通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。
本发明实施例提供一种储气库井注采出砂模拟系统及方法，可以在地面条件准确模拟井下射孔井段的注采气状态，特别是对井下存在的气量、温度、压力等参数能够直接测量并调整，并可以即时监测岩石样品是否出砂，记录出砂开始时间等，能完全模拟易出砂的储气库注采气井的井下注采状态，并为注采气井实际出砂监测提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例中一种储气库井注采出砂模拟系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中储气库井注采出砂模拟方法的一种流程图；
图3为本发明实施例中储气库井注采出砂模拟方法的另一种流程图；
图4为本发明实施例中储气库井注采出砂模拟方法的另一种流程图；
图5为本发明实施例中储气库井注采出砂模拟方法的另一种流程图。
1：高压压缩机 2：气体储罐
3：入口气体压力流量控制器 4：压力显示器
5：温度显示器 6：进口端压力RTU探头
7：出口端RTU探头 8：岩心夹持器
9：围压装置 10：测试仪器盛放台
11：加热器 12：保温隔热层
13：出口气体压力流量控制器 14：排气压力过渡罐
15：排空管线 16：紧急泄放管线及放喷水槽
17：密封釜
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供了一种储气库井注采出砂模拟系统，如图1所示，该系统包括：
井下内环境模拟装置，包括密封釜17、加热器11、围压装置9和岩心夹持器8，其中，加热器11、围压装置9和岩心夹持器8设置在密封釜17内部；岩心夹持器8 用于夹持岩心样品；围压装置9用于给与岩石样品与地层压力相等的压力；加热器 11用于将密封釜17内的温度维持在与地层温度相等的温度。
注入装置，与井下内环境模拟装置连接，用于将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置。其中，气体可以为空气或氮气等。
排空装置，与井下内环境模拟装置连接，用于控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。
需要说明的是，第二预设压力低于第一预设压力，在压差的作用下，从注入装置进入的气体吹过岩石样品后流向出口。如果岩石样品出砂，则气体携带着砂流向出口，通过检测出口空气是否含砂，就可以确定岩石样品是否出砂。
在本发明实施例的一种实现方式中，井下内环境模拟装置，还包括：
两个压力RTU探头，每个压力RTU探头设置在岩石样品两端中的一端，用于监测岩石样品受到的压力的变化情况。
需要说明的是，两个压力RTU探头按照所在位置的不同，参见图1，可以区分为进口端压力RTU探头6和出口端压力RTU探头7，进口端压力RTU探头6设置在岩石样品靠近气体入口的一端，出口端压力RTU探头7设置在岩石样品靠近气体出口的一端，分别用于监测各自所在位置的岩石样品感受到的围压，可以通过围压的微小变化判断岩石样品是否出现塑性变形，当岩石样品出现塑性变形时，其可能即将或已经出砂。但需要注意的是，也可能存在虽然岩石样品出现塑性变形时，其未出砂的情况。
在本发明实施例的一种实现方式中，井下内环境模拟装置，还包括温度显示器5。该温度显示器5与岩石样品接触，用于检测并显示当前岩石样品的温度。通过该温度显示器5，可以得到岩石样品的温度，根据该温度调节加热器11，以保证岩石样品的温度在地层温度，从而更加真实的模拟地层环境。
在本发明实施例的一种实现方式中，井下内环境模拟装置，还包括测试仪器盛放台10，设置在密封釜17内部，用于放置岩心夹持器8。
在本发明实施例的一种实现方式中，井下内环境模拟装置，还包括：包裹在密封釜外侧的保温隔热层12。保温隔热层12除了可以防止温度损失之外，还可以作为密封釜17的二次缓冲保护层，提升密封釜17的安全性。
需要说明的是，温度显示器5、压力RTU探头和围压装置等与岩石样品相接触的是探头或测试仪器，探头或测试仪器通过不同的管路与设置在井下内环境模拟装置外部的数据显示屏连接，数据显示屏用以展示各个探头或测试仪器测得的数据。
在本发明实施例的一种实现方式中，注入装置，包括：
高压压缩机1、气体储罐2和入口气体压力流量控制器3；
其中，高压压缩机1，与气体储罐2连接，用于将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；将加压气体输入气体储罐中存储。
入口气体压力流量控制器3，分别与气体储罐和井下内环境模拟装置连接，用于控制气体储罐中加压气体注入井下内环境模拟装置时的流量，使预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置。
在本发明实施例的一种实现方式中，注入装置，还包括：
压力显示器4，与入口气体压力流量控制器3连接，用于检测并显示通过入口气体压力流量控制器3注入井下内环境模拟装置的加压气体的压力。
需要说明的是，加压气体从气体储罐2通过入口气体压力流量控制器3进入密封釜17的过程中存在一定的压力损耗，通过压力显示器4，可以读出加压气体进入密封釜17之前的压力，得到气体入口和出口更准确的压差。
在本发明实施例的一种实现方式中，排空装置，包括：
出口气体压力流量控制器13、排气压力过渡罐14、出砂检测装置和排空管线15；
其中，出口气体压力流量控制器13，与井下内环境模拟装置连接，用于控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；
出砂检测装置，设置在排气压力过渡罐14内部，用于检测出口排出的气体中是否含砂；
排空管线15，与排气压力过渡罐14连接，用于将排气压力过渡罐14中的气体排放入空气。
在本发明实施例的一种实现方式中，排空装置，还包括：
紧急泄放压管线及放喷水槽16，与井下内环境模拟装置连接，用于在紧急情况下排出井下内环境模拟装置中的气体。其中，由于排出的气体中可能含砂，放喷水槽可以防止砂子排放入空气中。
实际生产过程分为注气过程和采气过程，设注气过程中，岩石样品的A端靠近气体入口，B端靠近气体出口，则在注气过程模拟完成后，只需将岩石样品的A、B 端调换，另岩石样品的B短靠近气体入口，A端靠近气体出口，这样即可进行采集过程的模拟。
本发明实施例提供一种储气库井注采出砂模拟系统及方法，可以在地面条件准确模拟井下射孔井段的注采气状态，特别是对井下存在的气量、温度、压力等参数能够直接测量并调整，并可以即时监测岩石样品是否出砂，记录出砂开始时间等，能完全模拟易出砂的储气库注采气井的井下注采状态，并为注采气井实际出砂监测提供支持。
本发明实施例中还提供了一种储气库井注采出砂模拟方法，如下面的实施例所述。该方法应用于储气库井注采出砂模拟系统，如图2所示，该方法包括步骤201 至步骤204：
步骤201、通过注入装置将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体。
步骤202、将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置，其中，井下内环境模拟装置内部装有岩石样品。
其中，如图3所示，预设模拟注采气量根据如下方法进行计算：
步骤301、获取地层射孔孔密、射孔井段长度，以及采集岩石样品的地层单井预设注采气量。
步骤302、根据地层射孔孔密、射孔井段长度和地层单井预设注采气量计算预设模拟注采气量。
具体的，如图4所示，步骤302可以执行为如下步骤3021：
步骤3021、根据
计算预设模拟注采气量Ql。
其中，Qn表示地层单井预设注采气量；L表示射孔井段长度；x表示地层射孔孔密。
步骤203、通过排空装置控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体。
步骤204、通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。
在本发明是实施例中，在通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂之后，如图5所示，还可以执行如下步骤501：
步骤501、控制排空装置改变出口压力，进行多次出砂模拟，确定在不同出入口压差下，岩石样品的出砂情况。
不同出入口压差下，岩石样品的出砂情况可能不同，在本申请实施例中，可以改变出口压力，以改变气体入口和气体出口的压差，记录不同出入口压差下，岩石样品的出砂情况，为实际生产提供参考。
本发明实施例提供一种储气库井注采出砂模拟系统及方法，可以在地面条件准确模拟井下射孔井段的注采气状态，特别是对井下存在的气量、温度、压力等参数能够直接测量并调整，并可以即时监测岩石样品是否出砂，记录出砂开始时间等，能完全模拟易出砂的储气库注采气井的井下注采状态，并为注采气井实际出砂监测提供支持。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等) 上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，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例而已，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 (13)
1.一种储气库井注采出砂模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
井下内环境模拟装置，包括密封釜、加热器、围压装置和岩心夹持器，其中，加热器、围压装置和岩心夹持器设置在密封釜内部；岩心夹持器用于夹持岩心样品；围压装置用于给与岩石样品与地层压力相等的压力；加热器用于将密封釜内的温度维持在与地层温度相等的温度；
注入装置，与井下内环境模拟装置连接，用于将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置；
排空装置，与井下内环境模拟装置连接，用于控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，井下内环境模拟装置，还包括：
两个压力RTU探头，每个压力RTU探头设置在岩石样品两端中的一端，用于监测岩石样品受到的压力的变化情况。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，井下内环境模拟装置，还包括：
温度显示器，与岩石样品接触，用于检测并显示当前岩石样品的温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，井下内环境模拟装置，还包括：
测试仪器盛放台，设置在密封釜内部，用于放置岩心夹持器。
5.根据权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，井下内环境模拟装置，还包括：
包裹在密封釜外侧的保温隔热层。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，注入装置，包括：
高压压缩机、气体储罐和入口气体压力流量控制器；
其中，高压压缩机，与气体储罐连接，用于将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；将加压气体输入气体储罐中存储；
入口气体压力流量控制器，分别与气体储罐和井下内环境模拟装置连接，用于控制气体储罐中加压气体注入井下内环境模拟装置时的流量，使预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，注入装置，还包括：
压力显示器，与入口气体压力流量控制器连接，用于检测并显示通过入口气体压力流量控制器注入井下内环境模拟装置的加压气体的压力。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述排空装置，包括：
出口气体压力流量控制器、排气压力过渡罐、出砂检测装置和排空管线；
其中，出口气体压力流量控制器，与井下内环境模拟装置连接，用于控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；
出砂检测装置，设置在排气压力过渡罐内部，用于检测出口排出的气体中是否含砂；
排空管线，与排气压力过渡罐连接，用于将排气压力过渡罐中的气体排放入空气。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述排空装置，还包括：
紧急泄放压管线及放喷水槽，与井下内环境模拟装置连接，用于在紧急情况下排出井下内环境模拟装置中的气体。
10.一种储气库井注采出砂模拟方法，其特征在于，该方法应用于如权利要求1至9任一项所述的储气库井注采出砂模拟系统，所述方法包括：
通过注入装置将气体压缩至第一预设压力，得到加压气体；
将预设模拟注采气量的加压气体在预设时间内注入井下内环境模拟装置，其中，井下内环境模拟装置内部装有岩石样品；
通过排空装置控制出口压力为第二预设压力，排出井下内环境模拟装置中的气体；
通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过检测出口排出的气体中是否含砂，确定岩石样品是否出砂之后，所述方法还包括：
控制排空装置改变出口压力，进行多次出砂模拟，确定在不同出入口压差下，岩石样品的出砂情况。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据如下方法计算预设模拟注采气量：
获取地层射孔孔密、射孔井段长度，以及采集岩石样品的地层单井预设注采气量；
根据所述地层射孔孔密、射孔井段长度和地层单井预设注采气量计算预设模拟注采气量。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据所述地层射孔孔密、射孔井段长度和地层单井预设注采气量计算预设模拟注采气量，包括：
根据
计算预计模拟注采气量Ql；
其中，Qn表示地层单井预设注采气量；L表示射孔井段长度；x表示地层射孔孔密。
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2020
- 2020-11-30 CN CN202011374696.6A patent/CN112377169A/zh active Pending
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