CN112593918A - 气藏治水模拟实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气藏治水模拟实验装置及方法，其中，该装置包括：腔体模型，用于容纳具有预设规格裂缝的岩心样本；压力检测机构，用于检测岩心样本的内部压力；电阻率检测机构，用于检测岩心样本的内部电阻率；流体注入机构，用于向岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气；流体产出与采集计量机构，用于采集自岩心样本排出的水与产出的气，并计量岩心样本的排水量和产气量。本发明可以有效模拟气藏治水过程，进而提高后续的气藏采收率。

Description

气藏治水模拟实验装置及方法

技术领域

本发明涉及油气开发模拟实验技术领域，尤其涉及一种气藏治水模拟实验装置及方法。

背景技术

在油气勘探开发中，边底水活跃的气藏占40％～50％，此类气藏主要为背斜圈闭，且多有断层、裂缝发育。在采气过程中，边水或底水容易沿储层上的裂缝侵入储层，进而分割气藏，造成气井产水并加速递减，储量难以有效动用，降低气藏采收率，对采气危害很大。此外，对于已经发生水侵的气藏，气井产水后产量大幅下降，依靠自身能量带水困难，往往难以维持生产。而不同类型储层水体的侵入方式、水侵机理各异，治水对策也不尽相同。因此，为了在水侵后能够继续进行高质量的生产，有必要进行气藏治水模拟实验。

现有物理模拟实验技术多集中于气藏水侵物理模拟方法，针对水侵特征及生产动态的研究，例如，《裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法及其装置》(专利号：CN102830214A,2012-12-19.胡勇,李熙喆,朱华银等)；裂缝型产水气藏水侵机理研究([J].天然气地球科学,2012,23(06):1179-1184.樊怀才,钟兵,李晓平等)。并没有一种能够有效模拟气藏治水的实验方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种气藏治水模拟实验装置及方法，能够有效模拟气藏治水过程，提高后续的气藏采收率。

本发明的上述目的可采用以下技术方案来实现：

本发明实施例提供了一种气藏治水模拟实验装置，包括：

腔体模型，用于容纳具有预设规格裂缝的岩心样本；

压力检测机构，用于检测所述岩心样本的内部压力；

电阻率检测机构，用于检测所述岩心样本的内部电阻率；

流体注入机构，用于向所述岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气；

流体产出与采集计量机构，用于采集自所述岩心样本排出的水与产出的气，并计量所述岩心样本的排水量和产气量。

本发明实施例还提供了一种气藏治水模拟实验方法，其采用如上所述的气藏治水模拟实验装置，该方法包括：

利用流体注入机构向腔体模型内的岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气；

利用流体产出与采集计量机构产出并采集自所述岩心样本排出的水与产出的气，并计量岩心样本的排水量和产气量；

在此过程中，利用压力检测机构检测岩心样本的内部压力，利用电阻率检测机构检测岩心样本的内部电阻率，根据所述内部压力和所述内部电阻率判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用所述剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构。

本发明实施例中，通过设置容纳有预设规格裂缝的岩心样本的腔体模型，可以实现对裂缝性储层的模拟。通过设置流体注入机构，可以向岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气，模拟实际气藏开采过程中的边底水气藏环境以及水侵过程。通过设置流体产出与采集计量机构，可以采集自岩心样本排出的水与产出的气，并计量岩心样本的排水量和产气量，模拟实际开采过程中发生水侵后的储层排水采气过程。通过设置压力检测机构和电阻率检测机构，可以检测到岩心样本的内部压力和内部电阻率，从而判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构，完成气藏治水模拟实验。综上，本发明可以有效模拟气藏治水过程，进而提高后续的气藏采收率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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。

图1为本发明实施例中气藏治水模拟实验装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中气藏治水模拟实验方法的步骤示意图。

图3为本发明具体实例中气藏治水模拟实验中的岩心样本的含水饱和度场示意图。

图4为本发明具体实例中气藏治水模拟实验中的岩心样本的剩余气藏压力场示意图。

附图标记：

1腔体模型，

101耐高压腔体，

102岩心样本，

103测孔，

2压力检测机构，

3电阻率检测机构，

4流体注入机构，

401注水泵，

402第一阀门，

403第一管线，

404储水瓶，

405第二阀门，

406第二管线，

407高压气瓶，

408第三阀门，

409第三管线，

410第四阀门，

411第四管线，

5流体产出与采集计量机构，

501第一气水分离器，

502第一流量计，

503第一回压阀，

504第一流量控制器，

505第一排水采气管线，

506第一井口，

507第二气水分离器，

508第二流量计，

509第二回压阀，

510第二流量控制器，

511第二排水采气管线，

512第二井口，

6数据处理机构，

7围压机构，

701围压泵，

702传感器，

703控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种气藏治水模拟实验装置，用以连续开展气藏水侵与排水采气的二维物理模拟实验，模拟并揭示实际裂缝性有水气藏在水侵发生后的治水机理、如何提高采收率以及有水气藏的多井联合开发治水策略，如图1所示，该装置包括：

腔体模型1，用于容纳具有预设规格裂缝的岩心样本；

压力检测机构2，用于检测所述岩心样本的内部压力；

电阻率检测机构3，用于检测所述岩心样本的内部电阻率；

流体注入机构4，用于向所述岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气；

流体产出与采集计量机构5，用于采集自所述岩心样本排出的水与产出的气，并计量所述岩心样本的排水量和产气量。

本发明实施例提供的气藏治水模拟实验装置的工作原理如下所述：

利用流体注入机构4向腔体模型1内的岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气，模拟气藏环境；

利用流体产出与采集计量机构5采集自岩心样本102排出的水与产出的气，并计量岩心样本102的排水量和产气量，模拟储层排水采气过程；

在此过程中，利用压力检测机构2检测岩心样本102的内部压力，利用电阻率检测机构3检测岩心样本102的内部电阻率，根据内部压力和内部电阻率判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构5模拟气藏治水过程。

本发明实施例中，通过设置容纳有预设规格裂缝的岩心样本102的腔体模型1，可以实现对裂缝性储层的模拟。通过设置流体注入机构4，可以向岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气，模拟实际气藏开采过程中的边底水气藏环境以及水侵过程。通过设置流体产出与采集计量机构5，可以采集自岩心样本排出的水与产出的气，并计量岩心样本的排水量和产气量，模拟实际开采过程中发生水侵后的储层排水采气过程。通过设置压力检测机构2和电阻率检测机构3，可以检测到岩心样本的内部压力和内部电阻率，从而判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构5，完成气藏治水模拟实验。综上，本发明可以有效模拟气藏治水过程，进而提高后续的气藏采收率。

压力检测机构2可以为压力检测器，电阻率检测机构3可以为电阻率传感器。

具体实施时，可通过在腔体模型1中放置不同预设规格裂缝的岩心样本102，来模拟不同的气藏储层条件，根据不同的模拟实验需求，岩心样本102可选择具有天然裂缝的岩心样本或将岩心样本进行人工造缝形成裂缝岩样；或者，根据实验需求，还可选择无裂缝的基质岩心样本。如通过裂缝和基质岩心的组合，模拟不同裂缝型气藏储层；通过高渗透率和低渗透率岩心的串联和/或并联组合，模拟在平面上和纵向上具有非均质性的气藏储层；可通过对岩心样本的制作，模拟不同沉积相、不同砂体组合的气藏储层。在具体实施例中，根据模拟实验需求，岩心样本102的渗透率和裂缝发育程度可根据实际地质模型和实验目的选取，在此不做限制。

具体实施例中，岩心样本102的裂缝可为单一缝或多条缝，也可模拟平面上任意角度交叉的裂缝；岩心样本102的模型平面可考虑非均质性，即平面上不同区域储层孔隙度、渗透率等物性不同，且可根据实验设计进行组合，在此不作限定。

通过设置容纳有预设规格裂缝的岩心样本102的腔体模型1，可以实现对裂缝性储层的模拟，在向岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气后，水体和气体能够在岩心样本102中沿不同方向任意流动，而非固定的预设方向，实现与周围储层的物质交流和能量交换模拟真实的地层储层环境下的水体和气体状态，保证实验过程和结果更加准确，更符合生产实际。相较传统一维柱塞状样品开展的相关实验，本发明提供的二维腔体模型可以模拟不同方向裂缝组合，模拟平面上储层的非均质性，同时能够测量出二维压力场和饱和度场，更为准确地模拟和再现复杂非均质气藏开发过程中流体及压力的分布。而在传统实验中，储层只是一维单一方向(岩心轴向)和均质的，无论从模型本身还是气、水流动过程上都只能模拟沿着岩心轴向这一单一方向。

本发明具体实施例中，如图1所示，流体注入机构4包括：注水泵401、高压气瓶407、储液瓶404、第一管线403、第二管线406、第三管线409；

注水泵401、第一管线403、储液瓶404、第二管线406与岩心样本102的裂缝顺次相连；

第一管线403上设置有第一阀门402，第二管线406上设置有第二阀门405，第三管线409上设置有第三阀门408；

高压气瓶407通过第三管线409与储液瓶404连接。

利用流体注入机构4向腔体模型1内的岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气的具体操作流程如下：

关闭第一阀门402，打开第三阀门408，利用高压气瓶407经第三管线409、储液瓶404、第二管线406向岩心样本102中注入高压气体，模拟气藏储层中贮存的气体。关闭第三阀门408，打开第一阀门402，利用注水泵401经第一管线403向储液瓶404注入预设量的水，待注水结束后，关闭第一阀门402，打开第三阀门408，利用高压气瓶407排出的高压气体将储液瓶404中的水压入岩心样本102的裂缝中，模拟气藏储层中沿裂缝侵入的边底水。

在此过程中，第二阀门405始终处于打开状态，作业结束后，关闭第一阀门402、第二阀门405、第三阀门408。

本发明实施例，通过设置高压气瓶407、第三阀门408、第三管线409、第二管线406，可以将高压气体顺利注入岩心样本102中，实现对含有大量气藏的储层的模拟。通过设置注水泵401、第一阀门402、第一管线403、储液瓶404、第二阀门405，并与高压气瓶407配合使用，可以将水以高压的形式注入到岩心样本102的裂缝，实现对气藏储层中沿裂缝侵入的边底水环境的模拟。

此外，为了使注水、注气的顺序不受限制，保证操作的多样性，可以增加用于连通高压气瓶407和岩心样本102的第四管线411，第四管线411上设置有第四阀门410，参见附图1。在作业时，可以先通过注水泵401向岩心样本102内注水，也可以直接打开第四阀门410，利用高压气瓶407通过第四管线411向岩心样本102注入高压气体。

在气藏水侵过程中，水沿裂缝侵入后会对裂缝周围的基质岩心样本产生一定的封闭和切割作用，造成基质岩心样本中的剩余气体无法产出。这一过程中的岩心样本102的渗透率对水侵和储量动用影响显著。

进一步的，为模拟岩心样本102的渗透率对实验的影响，实验中可采用如下方式分别模拟：

模拟不同裂缝规模的影响：耐高压腔体101中分别放入渗透率不同的岩心样本102，用以模拟不同裂缝规模及基质渗透率的影响。调整岩心样本102的渗透率，选取不同裂缝规模(也即不同渗透率)的裂缝岩心样本，和基质岩心样本的组合成岩心样本102，模拟裂缝规模及基质岩样的渗透率对水侵及剩余储量动用的影响。

模拟不同基质规模的影响：耐高压腔体101中分别放入不同长度的岩心样本102，用以模拟裂缝贯通程度对气藏水侵及储量动用的影响。通过调整的岩心样本102的长度，模拟不同规模基质岩心样本的供气范围。例如：岩心样本102的长度可分别设置为10cm、30cm或50cm等，长度不同，实验过程中不同位置的压力及饱和度变化规律不同，从而可模拟基质储层范围对水侵和剩余储量动用的影响。

模拟不同裂缝贯通程度的影响，气藏水侵过程中，裂缝贯通程度(裂缝储层长度与全部储层长度的比值)对气藏水侵速度、气井采收率和储量动用程度均有重要影响，实验中可采用如下方式模拟：耐高压腔体101中分别放入不同裂缝贯通程度的岩心样本102，用以模拟裂缝贯通程度对气藏水侵及储量动用的影响。如裂缝贯通程度为100％，一旦气井开始生产，则水体极易沿裂缝侵入到气井，从而导致岩心样本102中的气体来不及产出而被封闭。调整岩心样本102的裂缝贯通程度为50％，生产过程中水侵速度和储量动用程度将又有较大差异。

模拟不同水体规模的影响：通过流体注入机构4向腔体模型1注入不同规模的水体，用以模拟不同水体规模的影响。例如可通过调整储水瓶404的容积，模拟不同水体规模对气藏水侵及储量动用的影响。实验过程中，打开第一阀门402，储水瓶404直接连接恒压的注水泵401，水侵过程中可通过注水泵401补充水体能量，储水瓶404内的水体压力可始终保持不变，模拟无限大恒压水体。而关闭第一阀门402，通过调整储水瓶404中的水量大小，可模拟不同水体规模，具体实验中可根据水体体积与储层孔隙体积的比值设置储水瓶404的大小，如10倍水体或30倍水体等。

为了模拟实际的气井或排水井的排水采气的过程，具体实施时，如附图1所示，需要在岩心样本102上预先设置至少一个测孔103，在测孔103中放置防砂处理部分以及包裹固定有不锈钢网的外壁，用于模拟气藏治水过程中的气井或排水井，例如不锈钢网可选择200-300目，可实现对不同井型的模拟，能确保在长期承压实验过程中，不变型，密封性好。本领域技术人员可以理解，上述对测孔103所做的预处理仅为举例，根据实际生产对测孔进行的处理用于模拟真实的井环境，均落入本发明的保护范围，此处不再一一赘述。

将上述测孔103与流体产出与采集计量机构5相连，即可模拟气井或排水井。本发明具体实施例中，如附图1所示，流体产出与采集计量机构5包括：第一气水分离器501和第一流量计502；第一气水分离器501用于对自岩心样本102排出的水与产出的气进行分离；第一流量计502用于计量岩心样本102的排水量和产气量。

为了控制气井的产气量和排水量，如附图1所示，流体产出与采集计量机构5还包括：第一回压阀503和第一流量控制器504；

岩心样本102的流体出口与第一回压阀503、第一流量控制器504、第一气水分离器501、第一流量计502通过第一排水采气管线505顺次连接；第一回压阀503用于控制岩心样本102的流体出口压力；第一流量控制器504用于控制第一排水采气管线505的流量。为了实现对气井的模拟，形成第一模拟井，可以在第一排水采气管线505的出口设置第一井口506，参见附图1。

利用流体产出与采集计量机构5采集自岩心样本102排出的水与产出的气，并计量岩心样本102的排水量和产气量的具体操作流程如下：

调节第一回压阀503，使得第一井口506处的压力低于岩心样本102内的气体压力，由于内外压力差的存在，岩心样本102内的高压气体将从与流体产出与采集计量机构5相连的测孔103中顺着第一排水采气管线505排出；同样地，岩心样本102内的水体也将因气体压力的推动，顺着第一排水采气管线505排出；此时，第一排水采气管线505中气体与水体混合在一起，在流经第一气水分离器501后，气体与水被分离，第一流量计502将分别记录气体与水体的流量，作为岩心样本102的产气量与排水量。

在模拟实验初期，排水量相较于产气量较少，第一模拟井主要用于模拟实际开采中的气井，但随着岩心样本102内的气体储量减少，与气层相邻的边水、底水逐渐侵入气层区，封堵产气通道，分割储层，岩心样本102的产气量逐渐减少，排水量逐渐增多，此时第一模拟井的首要任务将不再是采气，而需要进行排水。调节第一流量控制器504，能够调节控制第一排水采气管线505的流量，从而模拟针对水驱气藏储层的排水；虽然气体含量低，但第一排水采气管线505中仍然是气体与水体混合在一起，在流经第一气水分离器501后，气体与水被分离，第一流量计502将分别记录气体与水体的流量，作为岩心样本102的产气量与排水量。

本发明实施例，通过设置第一回压阀503、第一流量控制器504，可以将岩心样本102中的气体采出与岩心样本102中的水体排出；通过设置第一气水分离器501、第一流量计502，可以将气体与水体分离，并分别计量二者的流量，作为模拟井的采气量、排水量，实现对气藏储层的排水采气过程的模拟。

为了检测岩心样本102内的压力变化和饱和度变化，具体实施例中，每个测孔103都通过导线连接有压力检测机构2和电阻率检测机构3，用以检测岩心样本的内部压力和内部电阻率。压力检测机构2通过压力检测器检测每个测孔103位置处的剩余压力变化，剩余压力越高表明此测孔周围的岩心样本中的气体没有产出，剩余压力越低表明气体已经大量产出；电阻率检测机构3通过电阻率传感器实时测量每个测孔位置处的电阻率值，再根据阿尔奇公式将电阻率值转化为含水饱和度，通过含水饱和度的变化可以获得实际生产过程中无法探测到的水侵动态过程，如水侵前沿的推进过程中，水体侵入的岩心的含水饱和度会上升。

本发明实施例中，通过设置压力检测机构2和电阻率检测机构3，可以实时检测得到气藏剩余压力和含水饱和度变化，从而获得实际生产过程中无法探测到的剩余气藏分布。在本发明具体实施例中，压力检测机构2和电阻率检测机构3与一外部自动检测软件相连，该自动检测软件可自动记录实验过程中不同位置处的压力及电阻率值，记录间隔最短为10秒/次；通过测量并记录岩样内部的压力和饱和度，可实时刻画剩余储量分布和水侵动态。

根据上述内部压力和内部电阻率，可得到水侵动态，从而判断岩心样本102中的剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构5，模拟气藏治水过程，具体操作步骤如下：

根据剩余气、水的分布，例如可以在距离水体较近处的测孔102接入流体产出与采集计量机构5，为了实现对排水井的模拟，形成第一模拟井，可以在第二排水采气管线511的出口设置第一井口512，参见附图1。如图1所示，调节第二回压阀509，使得第二井口512处的压力低于岩心样本102内的气体压力，由于内外压力差的存在，岩心样本102内的高压气体将从与流体产出与采集计量机构5相连的测孔103中顺着第二排水采气管线511排出；同样地，岩心样本102内的水体也将因气体压力的推动，顺着第二排水采气管线511排出；调节第二流量控制器510，用于控制第二排水采气管线511的流量，从而控制排水、产气的流量；此时，第二排水采气管线511中气体与水体混合在一起，在流经第二气水分离器507后，气体与水被分离，第二流量计508将分别记录气体与水体的流量，作为岩心样本102的产气量与排水量。

本发明实施例，通过设置第二回压阀509、第二流量控制器510，可以将岩心样本102中的气体与水体排出；通过设置第二气水分离器507、第二流量计509，可以将气体与水体分离，并分别计量二者的流量，作为模拟井的采气量、排水量；由于第二模拟井所处位置靠近水体，排水量远大于产气量，主要用于对气藏储层的排水，实现气藏的治水模拟。

具体实施例中，上述模拟排水井的排水效率远不能满足排水采气的需要时，需要进行多井协同排水，即通过在来水方向及水侵路径上，距离水体较近的其他位置上设置新的模拟排水井，通过多口模拟排水井联合将水采出。由于多口模拟排水井大量产水，降低了水体能量，从而使水体向岩心样本102继续侵入的风险大大降低。

在对气藏储层的治水过程，不同的排水强度、排水时机以及排水井位置等都对最终的治水效果产生重要影响，因此，具体研究不同排水采气时机、排水措施等对气藏提高采收率的影响机理及规律的模拟过程如下：

模拟不同废弃压力和配产的影响：第一回压阀403和第一流量控制器404可分别用来控制模拟气井的出口压力和气水流量，从而模拟不同废弃压力和配产对气藏生产的影响。例如：假设岩心样本102的初始饱和气的孔隙压力为30MPa，可设置出口压力为20Mpa、10MPa、2Map或者0.1MPa。出口处的气水流量可以设置为100mL/min或1000mL/min不等。压力和流量可根据具体气藏参数及实验需求设计，上述仅为举例，不对本发明进行限制。

模拟不同排水时机：通过控制第二回压阀509的开启时机，用以模拟不同的排水时机的影响。通过控制打开第二回压阀509的时机，模拟排水井协同排水时机对生产的影响。例如，在开发初期同时模拟气井进行气体开采；在开发后期模拟气井产量大幅下降后，打开模拟排水井进行排水生产。不同排水时机对水侵及储量动用的影响均可通过气藏不同位置处的压力检测机构2和电阻率检测机构3检测得到。

模拟不同排水强度：通过第二回压阀509和第二流量控制器510，可以控制模拟排水井的出口压力和气、水产量不同，从而模拟不同排水强度对水侵和储量动用的影响，例如可设置第二出口512处压力为5MPa或3MPa，出口处的气水流量可以设置为500mL/min。

模拟不同排水部位：生产中部署的不同排水井位置对排水采气效果也存在较大影响，可通过在岩心样本102中的不同测孔103位置处设置模拟排水井进行模拟。更换与流体产出与采集计量机构5相连的测孔103，以更换模拟排水井的位置，用以模拟不同排水部位的影响。

本发明一具体实施例中，如附图1所示，该气藏治水模拟实验装置还包括：数据处理机构6。该数据处理机构6分别与压力检测机构2、电阻率检测机构3、第一流量计502以及第二流量计508相连，以接收产气量、排水量以及每个测孔处的气藏剩余压力、电阻率的变化数据。接收上述数据后，进行数据处理，例如可通过计算机生成原始数据报表，分析数据报表并生成曲线图；为了便于灵活调用，还可以生成数据库格式文件并存储；根据上述原始数据报表进行实验系统流程动态显示：利用组态工具绘制出每一实验步骤的流程，通过动画的方式显示流入流出的方向；在流程图上显示必要的饱和度、压力测量数值、产气量、注水泵的排量和累计注入量等；进行场数据处理，根据接收到每个测孔处的气藏剩余压力以及含水饱和度绘制场图。

可以理解的是，上述数据处理仅为举例，实施时可以根据模拟实验的需要进行变换、更改、增加，根据接收到的岩心样本102的排水量、产气量、内部压力和内部电阻率进行各种数据处理，均落入本发明的保护范围，实施例中不再赘述。

本发明一具体实施例中，如附图1所示，该气藏治水模拟实验装置还包括：围压机构7，用于向腔体模型1加预设围压，确保围压始终高于岩心样本102的孔隙压力，根据实际生产情况，具体实施时，该预设围压的取值可以为3Mpa及以上。该围压机构7包括：围压泵701、传感器702以及与围压泵701、传感器702电连接的控制器703；

围压泵701用于通过管线向腔体模型1施加围压，具体实施例中，围压泵可提供最高工作压力30Mpa，压力波动范围为±0.1Mpa；

传感器702用于监测腔体模型1内部的围压变化，并将腔体模型1内部的围压变化传递至控制器703；

控制器703用于根据腔体模型1内部的围压变化控制围压泵701调整向腔体模型1施加的围压量，具体实施例中，控制器703的控制方式为基于微机自动控制的气动和液压伺服控制。

本发明具体实施例中，通过设置围压泵701、传感器702、控制器703，实现向腔体模型1施加围压，实现岩心上覆压力条件的模拟。

实际的气藏储层并不一定是完全水平的，可能与水平面存在一定的倾角，为了更准确地模拟实际气藏储层的环境，本发明实施例中，该气藏治水模拟实验装置还包括：旋转机构。该旋转机构与耐高压腔体101相连，用于带动腔体模型1旋转，使腔体模型1与水平面呈预设夹角。其中，

具体地，旋转机构可以包括：支撑杆和旋转平台。其中，耐高压腔体101固定在旋转平台上，旋转平台可转动地设置在支撑杆上。当需要进行储层倾角模拟实验时，只需转动旋转平台，使其带动腔体模型1发生旋转，与水平面呈预设夹角即可。通过调整旋转机构，能够模拟腔体模型1与水平面有不同的倾角，使得模拟实验更加贴近实际生产情况。

下面具体说明本发明实施例如何利用该气藏治水模拟实验装置进行气藏治水模拟实验。由于气藏治水模拟实验装置所解决问题的原理与气藏治水模拟实验方法相似，因此气藏治水模拟实验方法的实施可以参见气藏治水模拟实验装置的实施，重复之处不再赘述，具体步骤如图2所示，包括：

步骤S1：利用流体注入机构4向腔体模型1内的岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气；

步骤S2：利用流体产出与采集计量机构5产出并采集自所述岩心样本102排出的水与产出的气，并计量岩心样本102的排水量和产气量；

步骤S3：在此过程中，利用压力检测机构检测2岩心样本的内部压力，利用电阻率检测机构3检测岩心样本的内部电阻率，根据内部压力和内部电阻率判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构5。

利用上述方法，通过利用流体注入机构4向腔体模型1内的岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气，模拟气藏环境。利用流体产出与采集计量机构5采集自所述岩心样本102排出的水与产出的气，并计量岩心样本102的排水量和产气量，模拟储层排水采气过程。在此过程中，利用压力检测机构2检测岩心样本的内部压力，利用电阻率检测机构3检测岩心样本的内部电阻率，根据所述内部压力和所述内部电阻率判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用所述剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构5，模拟气藏治水过程。

本发明具体实施例中，气藏治水模拟实验方法还包括：

对岩心样本102的排水量、产气量、内部压力和内部电阻率进行数据处理，获取模拟实验过程数据及结果数据。

通过进行上述数据处理，能够得到整个模拟实验过程的数据变化以及试验结果，从而分析得到裂缝性有水气藏的水侵规律、水封气机理、储量动用规律，确定治水机理、如何提高采收率以及有水气藏开发治水策略。

实际的气藏储层并不一定是完全水平的，可能与水平面存在一定的倾角，为了更准确地模拟实际气藏储层的环境，本发明实施例中，该气藏治水模拟实验方法还包括：

旋转腔体模型1，对储层与水平面间有不同倾角进行模拟。

下面结合具体实例，解释利用该气藏治水模拟实验装置进行气藏治水模拟实验，但此具体实例不用于限制本发明。

根据川东石炭系某实际气区储层及裂缝组合条件，设计腔体模型1，本发明具体实施例中腔体尺寸为10cm×40cm×40cm，小于这一尺寸的任意形状的岩心样本102，均可置于腔体中开展实验。具体实施时，选取岩心样本102为一截面直径为30cm的圆形，中间为一条贯通裂缝，左侧为渗透率0.5md左右的基质储层，右侧为渗透率3.0md左右的基质储层，裂缝渗透率约20md-50md左右；

根据气区实际生产条件，初期仅设计模拟排水井1口，模拟气井1口；

利用流体注入机构4向腔体模型1内的岩心样本102的裂缝中注入预设压力的水和气，以模拟初始气藏环境以及裂缝水侵过程；

利用围压机构7向腔体模型1加预设围压，确保围压始终高于岩心样本102的孔隙压力3MPa；

裂缝水侵阶段的模拟实验：

此阶段模拟具有水体的气藏，在开采过程中，水体沿裂缝等高渗透储层侵入气藏，封锁并切割储层，造成气井产量递减，采收率降低的过程。具体方法为：

打开第一阀门402和第二阀门406，使得岩心样本102连通水体，使得水体从附图1中所示的裂缝两端进入岩心样本102的储层中；

调节第一回压阀503，利用流体产出与采集计量机构5产出并采集自岩心样本102排出的水与产出的气，并计量岩心样本102的排水量和产气量，用于模拟对气藏储层的排水采气过程；

在腔体模型1的每个测孔103设置的压力检测器及电阻率传感器分别记录实验过程中的气藏不同部位的压力值及电阻率值，反映气藏不同部位剩余压力大小和含水饱和度变化，从而显示剩余储量分布及水侵动态。

气藏水侵过程中，水沿裂缝侵入后会对裂缝周围的基质产生封闭和切割作用，造成基质中的剩余气体无法产出。这一过程中裂缝大小贯通程度、水体规模等均对水侵和储量动用影响显著。具体实施例中，可采用如下方式分别进行模拟实验：

模拟不同裂缝规模的影响：调整岩心样本102的渗透率，选取不同裂缝规模(不同渗透率)和基质的组合，模拟裂缝规模及基质渗透率对水侵及剩余储量动用的影响。

模拟不同裂缝贯通程度的影响：气藏水侵过程中，裂缝贯通程度对气藏水侵速度、气井采收率和储量动用程度均有重要影响。通过调整裂缝和基质岩心样本的长度，可模拟裂缝贯通程度对气藏水侵及储量动用的影响。

模拟不同水体规模的影响：调整水体的大小可以模拟不同水体规模对气藏水侵及储量动用的影响。

多井联合治水阶段的模拟实验：

气井与排水井的设计：在模型设计初期根据气藏的地质条件预留出测孔，测孔可以根据实际情况的需要，转换成模拟排水井和模拟气井。

根据利用压力检测机构2得到的内部压力和利用电阻率检测机构3得到的内部电阻率，可得到水侵动态，从而能够判断岩心样本102中的剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构5，作为模拟排水井；

排水井进行排水：调节第二回压阀509以及第二流量控制器510，控制模拟井出口处的压力和管线内的水体流量，进行对气藏储层的排水，用于模拟气藏治水过程。

当水井大量产水后，可降低水体能量，从而使水体向裂缝继续侵入的风险大大降低。也可以通过第二回压阀509控制排水的时间和水量，不同的排水时机以及不同的排水强度，得到各种因素对水侵及储量动用的影响；同时可以在模拟实验中部署不同的排水井位置，确定排水井位置对水侵及储量动用的影响。

实验后期，在其他水体密集处增加新的模拟井用于排水，形成多井联合治水。还可在气体丰富处增加新的模拟气井用于采气，提高采气生产的效率。

整个模拟实验过程中，将压力检测机构2的压力检测器及电阻率检测机构3的电阻率传感器，放入腔体模型1的所有测孔103中，记录每个测孔103处的气藏剩余压力和电阻率的变化，并根据电阻率计算得到含水饱和度的变化。

将产气量、排水量以及每个测孔处的气藏剩余压力、电阻率的变化数据输入到数据处理机构6中，进行数据处理，用以记录模拟实验的过程数据及结果。得到如图3所示的岩心样本102的含水饱和度场示意图以及如图4所示的岩心样本102的剩余气藏压力场示意图，从图3及图4可以看出，饱和度场示意图3可以反映岩心样本102储层平面中气、水的分布，为研究气藏开发机理，剩余气储量动用规律、井网加密方案制定等提供关键依据。图4反映岩心样本102中剩余压力分布，同样可以反映岩心样本102储层中剩余气及水的分布，和图3所示的含水饱和度场一样对于研究气藏开发机理极为重要，可以为剩余气储量动用规律研究、井网加密方案制定等提供关键依据。

综上所述，本发明实施例提供的气藏治水模拟实验装置及方法，具有以下优点：

利用该气藏治水模拟实验装置进行气藏治水模拟实验，填补了目前没有基于二维模型进行的气藏水侵与排水采气过程的模拟实验的研究空白，能够连续开展气藏水侵与排水采气的物理模拟实验，更加贴近实际的气藏储层情况，提高了模拟实验的精度和准确度。

通过设置容纳有预设规格裂缝的岩心样本的腔体模型，可以实现对裂缝性储层的模拟。通过设置流体注入机构，可以向岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气，模拟实际气藏开采过程中的边底水气藏环境以及水侵过程；从二维维度还原地层真实条件下的水体及储层状态，保证实验过程和结果更加准确，更符合生产实际。

通过设置压力检测机构和电阻率检测机构，可以检测到岩心样本的内部压力和内部电阻率，能够实时监测气藏内部不同位置压力及含水饱和度值，压力参数测量对于研究水侵对储层的分割、封闭机理，研究剩余储量分布、排水后剩余储量动用过程非常重要；含水饱和度参数对于研究气藏水侵机理，如水侵范围、水侵前缘推进速度，排水采气过程中含水饱和度变化过程等非常关键；进而明确水侵的推进速度及位置，利用剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构，更好的选取气井及排水井的位置，实现对气藏储层的治水。

通过对地质条件及生产条件的深入研究，通过对实验模型组合方式，实验条件等针对性的优化组合及设计，提供了多种水侵条件及排水采气措施的针对性模拟方法。本发明可同时模拟多种水侵条件和影响因素，如模拟不同裂缝、基质规模的影响；模拟不同裂缝贯通程度的影响；模拟不同水体规模的影响；模拟不同废弃压力和配产的影响。同时，本发明在水侵实验后连续开展排水实验，模多井协同排水采气；模拟不同排水时机、排水部位和排水规模等。该实验装置能够较全面、系统的模拟研究不同地质与生产条件，不同水侵机理及排水措施。能够模拟并揭示裂缝性有水气藏的水侵规律、水封气机理、储量动用规律，确定治水机理、如何提高采收率以及有水气藏开发治水策略；有利于在气藏后期开发中，有针对性的部署加密井、制定排水采气方案，从而增加开采产量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种气藏治水模拟实验装置，其特征在于，包括：

腔体模型，用于容纳具有预设规格裂缝的岩心样本；

压力检测机构，用于检测所述岩心样本的内部压力；

电阻率检测机构，用于检测所述岩心样本的内部电阻率；

流体注入机构，用于向所述岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气；

流体产出与采集计量机构，用于采集自所述岩心样本排出的水与产出的气，并计量所述岩心样本的排水量和产气量。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：数据处理机构，用于对所述岩心样本的排水量、产气量、内部压力和内部电阻率进行数据处理。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：围压机构，用于向岩心夹持器施加预设围压，并根据腔体模型的内部压力自动调整围压。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述围压机构包括：围压泵、传感器以及与所述围压泵、传感器电连接的控制器；

所述围压泵用于通过管线向所述腔体模型施加围压；

所述传感器用于监测所述腔体模型内部的围压变化，并将所述腔体模型内部的围压变化传递至所述控制器；

所述控制器用于根据所述腔体模型内部的围压变化控制所述围压泵调整向所述腔体模型施加的围压量。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：旋转机构，用于带动所述腔体模型旋转，使所述腔体模型与水平面呈预设夹角。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体注入机构包括：注水泵、高压气瓶、储液瓶、第一管线、第二管线、第三管线；

所述注水泵、所述第一管线、所述注入瓶、所述第二管线与所述岩心样本的裂缝顺次相连；

所述第一管线上设置有第一阀门，所述第二管线上设置有第二阀门，所述第三管线上设置有第三阀门；

所述高压气瓶通过所述第三管线与所述储液瓶连接。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体产出与采集计量机构包括：气水分离器和流量计；

所述气水分离器用于对自所述岩心样本排出的水与产出的气进行分离；

所述流量计用于计量所述岩心样本的排水量和产气量。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述流体产出与采集计量机构还包括：回压阀和流量控制器；

所述岩心样本的流体出口与所述回压阀、所述流量控制器、所述气水分离器、所述流量计通过管线顺次连接；

所述回压阀用于控制所述岩心样本的流体出口压力；

所述流量控制器用于控制所述管线的流量。

9.一种气藏治水模拟实验方法，其特征在于，其采用如权利要求1-8中任一项所述的气藏治水模拟实验装置，所述气藏治水模拟实验方法包括：

利用流体注入机构向腔体模型内的岩心样本的裂缝中注入预设压力的水和气；

利用流体产出与采集计量机构产出并采集自所述岩心样本排出的水与产出的气，并计量岩心样本的排水量和产气量；

在此过程中，利用压力检测机构检测岩心样本的内部压力，利用电阻率检测机构检测岩心样本的内部电阻率，根据所述内部压力和所述内部电阻率判断剩余气体压力和含水饱和度，获得气藏开采过程中的剩余气、水的分布，利用所述剩余气、水的分布在预设位置增加流体产出与采集计量机构。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：对所述岩心样本的排水量、产气量、内部压力和内部电阻率进行数据处理，获取模拟实验过程数据及结果数据。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：旋转所述腔体模型，对储层与水平面间有不同倾角进行模拟。

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