CN112682013B - 一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法，依次包括以下步骤：（1）制备缝洞岩心，将A气井的缝洞搭配图片等比例缩小，制备雕刻模型图，在岩板表面按照模型图雕刻裂缝、孔洞，将苏丹红溶液均匀涂抹在平板岩心的缝和洞表面，然后放入平板岩心夹持器中；（2）采用取得A气井井口分离器天然气与癸烷，按照气油比GOR₀配制模拟凝析气；（3）进行衰竭实验测试，计算凝析气藏衰竭到压力点P_pi的天然气累计采收率R_gi和凝析油累计采收率R_li，并绘制累计采收率R_gi、R_li随压力点P_pi的变化曲线。本发明原理可靠，操作简便，通过可视化系统能够精确描述在不同开发阶段下凝析油的赋存状态和流动规律，具有广阔的应用前景。

Description

一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法

技术领域

本发明涉及凝析气藏开采的研究领域，具体涉及一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法。

背景技术

缝洞型凝析气藏具有储层介质复杂、流体性质复杂的特点，缝洞发育的强非均质性及凝析气反凝析特征为高效开发带来了巨大的挑战。掌握该类气藏衰竭开采过程中凝析油的析出规律、赋存位置和流动规律，对深入认识制约该类气藏开发的主要因素及中后期提高凝析油采收率的技术措施制订具有重要的指导意义。

国家标准GBT26981-2011《油气藏流体物性分析方法》中对凝析气衰竭开采效果及凝析油析出量给出了相应的评价方法，但是由于该标准未考虑实际储层介质的影响，难以合理表征实际储层中凝析油气的流动规律。近年来，大量学者针对缝洞型凝析气藏开发机理物理模拟开展探索研究。2012年，肖阳等(肖阳,康博,邓兴梁,施英,郭平.缝洞型碳酸盐岩凝析气藏不同开发方式全直径物理模拟研究[J].新疆石油天然气,2012,8(01):58-63)使用全直径测试方法模拟真实缝洞储层条件，根据缝洞型储层的物理特征及不同结构特征分类对比了各类开发方式对凝析油采收率的影响，但是因为无法直接观察到凝析油的凝析位置及流动特征，所以很难进一步制定提高凝析油采收率措施。2013年，郭平等(郭平,王娟,刘伟,等.缝洞型凝析气藏衰竭开采动态实验研究[J].石油钻采工艺,2013(2):67-70)采用人工造洞造缝制成的缝洞型碳酸盐岩全直径岩心对富含凝析油的凝析气进行衰竭实验研究。实验考虑了不同介质、不同倍水体、不同开采速度及缝洞不同连通方式等多种情况。同样因为缝洞流体的不可视化，无法较准确的确定凝析油的动用程度。发明专利“缝洞型碳酸盐凝析气藏注水交替气实验测试方法” (CN102518414B)通过制作一种岩心完整的单裂缝面全直径缝洞岩心物理模型，建立了凝析气藏注水替气物理模拟的实验测试方法，可以较好地反映缝洞型凝析气藏的开采效果，但是该测试方法难以模拟复杂缝洞结构，而且无法直接对凝析油的凝析位置及流动特征进行观察。发明专利“一种模拟缝洞型碳酸盐岩凝析气藏生产动态的实验装置及方法”(CN109882149A) 通过建立一种三维大尺度缝洞型碳酸盐岩物理模拟装置，模拟地层高温、高压条件下缝洞型凝析气藏的生产动态特征，该装置可以较好地模拟不同的缝洞结构并能够进行三维空间中的流动实验，但是无法实现可视化对凝析油进行实时监测。发明专利“一种可视化高压物性凝析分析装置”(CN210322860U)能够完成流体高压露点状态下凝析转换的一般性实验，可以直观地对流体进行观察并记录相关数据，但是该装置只能对凝析气进行物性分析，无法模拟缝洞型凝析气藏的开发过程。

鉴于目前针对缝洞型碳酸盐岩凝析气藏的实验方法，存在岩心制备代表性不足以及凝析气藏衰竭开采过程中凝析油流动过程不可视等问题，有必要开展深入研究，提出一种既能表征实际储层条件复杂缝洞搭配模式、同时能实现凝析气藏衰竭开采过程可视化的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法，该方法原理可靠，操作简便，通过可视化系统能够精确描述在不同开发阶段下凝析油的赋存状态和流动规律，具有广阔的市场应用前景。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法，依次包括以下步骤：

(1)制备缝洞岩心，过程如下：

1)现场取得大尺寸露头岩样，切割并加工成一定尺寸(X(cm)×Y(cm)×Z(cm)) 的岩板，然后将岩板一面粘贴在耐压玻璃上(X(cm)×Y(cm)×Z(cm))，并将岩板表面打磨平整，使其厚度均匀。

2)将现场实际A气井的缝洞搭配图片等比例缩小至X(cm)×Y(cm)，运用AutoCAD软件对缩放后的图片进行提取，刻画出裂缝、孔洞形状参数(孔洞大小、形状、裂缝走向、缝洞连通情况)，制备雕刻模型图。

3)运用AutoCAD软件测量出雕刻模型图中裂缝总长度L₁(cm)、井总长度L₂(cm)、缝宽X₁(cm)、井宽X₂(cm)，孔洞总表面积W₀(cm²)，计算裂缝总表面积W₁(cm²)＝L₁×X₁，井总表面积W₂(cm²)＝L₂×X₂，雕刻模型总孔隙体积V_P(cm³)＝(W₀+W₁+W₂)×Z。

4)采用激光刻蚀机在岩板表面按照模型图中裂缝走向雕刻裂缝，然后采用数控机床按照模型图中孔洞大小及形状雕刻孔洞。

5)配制a(g)苏丹红和b(ml)无水乙醇溶液，将苏丹红溶液均匀涂抹在平板岩心的缝和洞表面，再将岩板放入烘箱中，设置烘箱温度333K并放置半小时，直至平板岩心的缝和洞呈现暗红色。

6)将环氧树脂胶均匀涂抹至未雕刻缝洞的岩板表面，然后在雕刻好的缝洞岩板上覆盖、粘贴另一相同尺寸的耐压玻璃，并用夹板固定后放入高温烘箱中，在453K条件下恒温两小时，然后将其放入平板岩心夹持器中。

(2)配制模拟凝析气代替地层实际凝析气，过程如下：

1)根据A气井原始PVT资料，得到地层温度T₀(K)、原始地层压力P₀(MPa)、气藏原始生产气油比GOR₀(m³/m³)、凝析气露点压力P₁(MPa)，绘制反凝析液饱和度S₁与无因次压力P_D1的关系曲线，即S₁曲线，P_D1＝地层压力P/凝析气露点压力P₁。

2)实验装置安全压力P₂(MPa)(P₂＜P₀)，配制模拟凝析气的原始地层压力P₂(MPa)、模拟凝析气露点压力P₃(MPa)，应满足P₂/P₃≈P₀/P₁。

3)根据国家标准GB/T 26981-2011《油气藏流体物性分析方法》，采用取得A气井井口分离器天然气与癸烷(C₁₀)，在压力P₂(MPa)、温度T₀(K)条件下，按照气油比GOR₀(m³/m³)、露点压力P₃(MPa)配制模拟凝析气。

4)测试模拟凝析气的压缩系数Z_i、凝析油相对密度r_o(g/cm³)，绘制反凝析油饱和度S₂与无因次压力P_D2的关系曲线，即S₂曲线，P_D2＝地层压力P^*/模拟凝析气露点压力P₃，对比S₁和S₂曲线，保证两者基本一致。

(3)衰竭实验测试，过程如下：

1)将平板岩心夹持器置于反应釜中，夹持器的入口端分别通过模拟凝析气中间容器、干气中间容器连接驱替泵，出口端分别连接回压泵和气液分离器、气量计，反应釜通过透明硅油中间容器连接围压泵，反应釜正对高清摄像头，摄像头连接计算机，通过计算管线死孔隙体积V_d(cm³)，得到平板岩心总孔隙体积V^*(cm³)＝V_d+V_P。

2)将反应釜恒温在地层温度T₀(K)，通过驱替泵将干气注入平板岩心中，通过围压泵将透明硅油注入釜体中，设定回压泵压力为P₂(MPa)，逐渐升高平板岩心夹持器压力至P₂(MPa)，同步升高围压泵压力至P₄(MPa)，P₄比P₂大3MPa。

3)驱替泵将模拟凝析气注入平板岩心中，通过气液分离器读出油量、气量计读出气量，计算此时的生产气油比GOR₁(m³/m³)，直至GOR₁(m³/m³)＝GOR₀(m³/m³)时驱替结束。

4)围压泵和回压泵同时以c MPa/h开始降压，通过高清摄像头观察凝析油的析出位置、运移轨迹和赋存状态；通过分离器和气量计分别读出衰竭到压力点P_pi的总气量G_i和总油量 V_i，直到回压泵压力达到废弃压力P₅(MPa)。

5)根据实测配制的凝析气样压缩系数Z_i、凝析油相对密度r_o(g/cm³)、地层温度T₀(K) 和平板岩心总孔隙体积V^*(cm³)，计算原始储层条件下，天然气和凝析油的总物质量n_t(mol)：

原始储层条件下，天然气和凝析油在地面总体积G(cm³)：

当生产气油比为GOR₀时，地面产出1m³凝析油对应采出天然气的物质的量为n_g(kmol)：

当生产气油比为GOR₀时，地面产出1m³凝析油的物质的量为n_o(kmol)：

当生产气油比为GOR₀时，地面产出天然气的摩尔分数f_g：

天然气储量G_c(cm³)为：

G_c＝G×f_g

凝析油储量V(cm³)为：

6)计算凝析气藏衰竭到压力点P_pi时，天然气累计采收率R_gi(％)和凝析油累计采收率 R_li(％)分别为：

R_gi(％)＝100×G_i/G_C

R_li(％)＝100×V_i/V

绘制累计采收率R_gi、R_li随压力点P_pi的变化曲线(S₃、S₄)。

附图说明

图1为缝洞型凝析气藏可视化开采装置结构示意图。

图2为实际井缝洞搭配照片。

图3为AutoCAD绘制雕刻模型图。

图4为反凝析液饱和度与无因次压力关系曲线。

图5为不同压力点天然气和凝析油累计采收率。

图中：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10—阀门；11、12、13—压力表；14—模拟凝析气中间容器；15—干气中间容器；16—透明硅油中间容器；17—驱替泵；18—围压泵；19—回压泵；20—高温高压反应釜；21—平板岩心夹持器；22—平板岩心；23—高清摄像头；24—计算机；25—回压阀；26—气液分离器；27—气量计。

具体实施方式

下面根据附图和实施例进一步说明本发明。

缝洞型凝析气藏可视化开采装置(参见图1)，包括高温高压反应釜20、平板岩心夹持器 21(内有平板岩心22)、高清摄像头23、计算机24、模拟凝析气中间容器14、干气中间容器 15、透明硅油中间容器16、驱替泵17、围压泵18、回压泵19、气液分离器26、气量计27，平板岩心夹持器置于高温高压反应釜中，夹持器的入口端通过模拟凝析气中间容器、干气中间容器连接驱替泵，出口端分别连接回压泵和气液分离器、气量计，反应釜通过透明硅油中间容器连接围压泵，高温高压反应釜对着高清摄像头，摄像头连接计算机。

一种高温高压条件下缝洞型凝析气藏可视化开采的方法，依次包括以下步骤：

一、缝洞岩心制备

(1)现场取得大尺寸露头岩样，切割并加工成一定尺寸(X×Y×Z＝36cm×21cm×0.3cm) 的岩板，然后将岩板一面粘贴在耐压玻璃上(X×Y×Z＝36cm×21cm×0.3cm)，并将岩板表面打磨平整，使其厚度均匀。

(2)将现场实际A井的缝洞搭配图片(图2)等比例缩小至X×Y＝36cm×21cm，运用AutoCAD软件技术对缩放后的图片进行提取，精细刻画出裂缝、孔洞形状参数(孔洞大小、形状、裂缝走向、缝洞连通情况)，制备雕刻模型图(图3)。

(3)运用AutoCAD软件测量出雕刻模型图中裂缝总长度L₁＝54.2cm、井总长度 L₂＝10.5cm、缝宽X₁＝0.25cm、井宽X₂＝0.3cm，孔洞总表面积W₀＝68.08cm²。计算裂缝总表面积W₁＝L₁×X₁＝54.2×0.25＝13.55cm²，井总表面积W₂＝L₂×X₂＝10.5×0.3＝3.15cm²，雕刻模型总孔隙体积V_P＝(W₀+W₁+W₂)×Z＝(68.08+13.55+3.15)×0.3＝25.43cm³。

(4)采用激光刻蚀机在岩板表面按照模型图中裂缝走向雕刻裂缝，然后采用数控机床按照模型图中孔洞大小及形状雕刻孔洞。

(5)配制0.1g苏丹红和20ml无水乙醇溶液，将苏丹红溶液均匀涂抹在平板岩心的缝和洞表面，再将岩板放入烘箱中，设置烘箱温度333K并放置半小时。重复该过程直至平板岩心的缝和洞呈现暗红色。

(6)将环氧树脂胶均匀涂抹至未雕刻缝洞的岩板表面，然后在雕刻好的缝洞岩板上覆盖另一相同尺寸的耐压玻璃，并用夹板固定后放入高温烘箱中，在453K条件下恒温两小时，然后将岩心放入平板岩心夹持器21中待用。

二、模拟地层流体样品配制

(7)收集A气井原始PVT资料，地层温度T₀＝411K、地层原始压力P₀＝61.2MPa、气藏原始生产气油比GOR₀＝2500m³/m³、凝析气露点压力P₁＝45.13MPa，并绘制反凝析液饱和度与无因次压力P_D1＝地层压力(P)/凝析露点压力P₁(P₁＝45.13)的关系曲线S₁，见图4。

(8)实验设备安全压力为P₂＝35MPa(P₂＝35＜P₀＝61.2)，配制模拟凝析气样品代替地层实际凝析气样。配制模拟凝析气的原始地层压力为P₂＝35MPa、配制模拟凝析气样露点压力 P₃＝25.18MPa，P₂/P₃＝35/25.81≈P₀/P₁＝61.2/45.13＝1.35。

(9)根据国家标准GB/T 26981-2011《油气藏流体物性分析方法》，采用取得A气井井口分离器天然气与癸烷(C₁₀)，在压力P₂＝35MPa、温度T₀＝411K条件下，按照气油比 GOR₀＝2500m³/m³、露点压力P₃＝25.18MPa配制模拟凝析气。

(10)根据国家标准GB/T 26981-2011《油气藏流体物性分析方法》，测试配制模拟凝析气样压缩系数为Z_i＝0.93、凝析油相对密度r_o＝0.73g/cm³、反凝析油饱和度S₂与无因次压力P_D2＝地层压力(P^*)/凝析露点压力P₃(P₃＝25.18)的关系S₂，对比S₁和S₂曲线，保证两者基本一致，见图4。

三、衰竭实验测试

(11)按照发明专利“一种高温高压缝洞油藏可视化注剂物理模型”(CN110805440A) 提出的实验装置连接好实验流程，并计算管线死孔隙体积V_d＝4.71cm³，平板岩心总孔隙体积 V^*＝V_d+V_P＝4.71+25.43＝30.14cm³。

(12)将模拟凝析气样和分离器气样分别装入中间容器14、中间容器15。将平板岩心夹持器21放入高温高压反应釜20中，并依次连接实验测试装置，再将高温高压反应釜20恒温在地层温度T₀＝411K，关闭所有阀门。

(13)打开阀门2、4、5、6、7、8、9、10，通过驱替泵17将中间容器15中分离器气样注入平板岩心加持器21中，通过围压泵18将中间容器16中透明硅油注入高温高压釜体 20中，设定回压泵19压力为设定P₂＝35MPa；然后通过驱替泵17逐渐升高平板岩心夹持器 21中的压力至原始地层压力P₂＝35MPa，在此过程中，同步升高围压泵18压力至P₄＝38MPa。

(14)关闭阀门2、4，打开阀门1、3，控制驱替泵17以T＝0.1ml/min将中间容器14中的模拟凝析气样注入平板岩心22中。在某一段时间内，通过气液分离器26读出油量、气量计27读出气量，并计算生产气油比。当生产气油比为GOR₀＝2500m³/m³，关闭驱替泵17，关闭所有阀门。

(15)打开计算机24，调节高清摄像头23，开始录制视频。

(16)打开阀门6、7、8、9、10，控制围压泵18和回压泵19同时以c＝3MPa/h开始降压，通过高清摄像头23观察凝析油的析出位置、运移轨迹和赋存状态；通过分离器26和气量计27分别读出衰竭到压力点P_pi的总气量G_i和总油量V_i，直到回压泵19压力达到废弃压力P₅＝5MPa，关闭所有阀门。

(17)根据实测配制的凝析气样压缩系数Z_i＝0.93、凝析油相对密度r_o＝0.73g/cm³、地层温度T₀＝411K和平板岩心总孔隙体积V^*＝30.14cm³，计算得出原始储层条件下，天然气和凝析油的总物质量n_t(mol)：

原始储层条件下，天然气和凝析油在地面总体积G(cm³)：

当生产气油比为GOR₀＝2500m³/m³时，地面产出1m³凝析油对应采出天然气的物质的量为n_g(kmol)：

当生产气油比为GOR₀＝2500m³/m³时，地面产出1m³凝析油的物质的量为n_o(kmol)：

当生产气油比为GOR₀＝2500m³/m³时，地面产出天然气的摩尔分数f_g：

天然气储量G_c(cm³)为：

G_c＝G×f_g＝7981.6×0.9998＝7980.0cm³

凝析油储量V(cm³)为：

(18)根据质量守恒定律，计算凝析气藏衰竭到压力点P_pi时，天然气累计采收率R_gi(％) 和凝析油累计采收率R_li(％)分别为：

R_gi(％)＝100×G_i/G_C＝100×G_i/7980

R_li(％)＝100×V_i/V＝100×V_i/3.19

实验结果见表1。

表1不同压力点天然气和凝析油累计采收率

实验最后绘制累计采收率R_gi、R_li随压力点P_pi的变化曲线S₃、S₄，见图5。

Claims (3)

1.一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法，依次包括以下步骤：

(1)制备缝洞岩心，过程如下：

1)现场取得大尺寸露头岩样，切割并加工成尺寸X×Y×Z的岩板，然后将岩板一面粘贴在相同尺寸的耐压玻璃上，将岩板表面打磨平整；

2)将A气井的缝洞搭配图片等比例缩小至X×Y，运用AutoCAD软件对缩放后的图片进行提取，刻画出裂缝、孔洞形状参数，制备雕刻模型图；

3)测量雕刻模型图中裂缝总长度L₁、井总长度L₂、缝宽X₁、井宽X₂，孔洞总表面积W₀，计算裂缝总表面积W₁＝L₁×X₁，井总表面积W₂＝L₂×X₂，雕刻模型总孔隙体积V_P＝(W₀+W₁+W₂)×Z；

4)在岩板表面按照模型图中裂缝走向雕刻裂缝，按照模型图中孔洞大小及形状雕刻孔洞；

5)配制苏丹红的无水乙醇溶液，均匀涂抹在岩板的缝和洞表面，将岩板放入烘箱中，直至缝和洞呈现暗红色；

6)在雕刻缝洞的岩板表面覆盖、粘贴另一相同尺寸的耐压玻璃，用夹板固定后放入高温烘箱，恒温两小时后放入平板岩心夹持器中；

(2)配制模拟凝析气，过程如下：

1)根据A气井原始PVT资料，得到地层温度T₀、原始地层压力P₀、气藏原始生产气油比GOR₀、凝析气露点压力P₁；

2)实验装置安全压力P₂，配制模拟凝析气的原始地层压力P₂、模拟凝析气露点压力P₃，满足P₂/P₃≈P₀/P₁；

3)采用取得A气井井口分离器天然气与癸烷，在压力P₂、温度T₀条件下，按照气油比GOR₀、露点压力P₃配制模拟凝析气；

4)测试模拟凝析气的压缩系数Z_i、凝析油相对密度r_o；

(3)衰竭实验测试，过程如下：

1)将平板岩心夹持器置于反应釜中，夹持器的入口端分别通过模拟凝析气中间容器、干气中间容器连接驱替泵，出口端分别连接回压泵和气液分离器、气量计，反应釜通过透明硅油中间容器连接围压泵，反应釜正对高清摄像头，摄像头连接计算机，通过计算管线死孔隙体积V_d，得到平板岩心总孔隙体积V^*＝V_d+V_P；

2)将反应釜恒温在地层温度T₀，通过驱替泵将干气注入平板岩心中，通过围压泵将透明硅油注入釜体中，设定回压泵压力为P₂，逐渐升高平板岩心夹持器压力至P₂，同步升高围压泵压力至P₄，P₄比P₂大3MPa；

3)驱替泵将模拟凝析气注入平板岩心中，通过气液分离器读出油量、气量计读出气量，计算此时的生产气油比GOR₁，直至GOR₁＝GOR₀时驱替结束；

4)围压泵和回压泵同时降压，通过高清摄像头观察凝析油的析出位置、运移轨迹和赋存状态；通过分离器和气量计分别读出衰竭到压力点P_pi的总气量G_i和总油量V_i，直到回压泵压力达到废弃压力；

5)计算原始储层条件下，天然气和凝析油的总物质量n_t：

原始储层条件下，天然气和凝析油在地面总体积G：

当生产气油比为GOR₀时，地面产出1m³凝析油对应采出天然气的物质的量为n_g：

当生产气油比为GOR₀时，地面产出1m³凝析油的物质的量为n_o：

当生产气油比为GOR₀时，地面产出天然气的摩尔分数f_g：

天然气储量G_c为：

G_c＝G×f_g

凝析油储量V为：

6)计算凝析气藏衰竭到压力点P_pi时，天然气累计采收率R_gi和凝析油累计采收率R_li分别为：

R_gi(％)＝100×G_i/G_C

R_li(％)＝100×V_i/V

绘制天然气累计采收率R_gi和凝析油累计采收率R_li随压力点P_pi的变化曲线。

2.如权利要求1所述的一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中运用AutoCAD软件对缩放后的图片进行提取，刻画出裂缝、孔洞形状参数，所述裂缝、孔洞形状参数是指孔洞大小、形状、裂缝走向、缝洞连通情况。

3.如权利要求1所述的一种缝洞型凝析气藏高温高压可视化开采的实验测试方法，其特征在于，所述步骤(2)配制模拟凝析气，还包括：

根据A气井原始PVT资料，绘制反凝析液饱和度S₁与无因次压力P_D1的关系曲线，即S₁曲线，P_D1＝地层压力P/凝析气露点压力P₁；

绘制模拟凝析气的反凝析油饱和度S₂与无因次压力P_D2的关系曲线，即S₂曲线，P_D2＝地层压力P^*/模拟凝析气露点压力P₃；

对比S₁和S₂曲线，保证两者基本一致。

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