CN112763140B - 一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法 - Google Patents

一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法，包括以下步骤：S1：制备岩心样品；S2：样品装入实验装置；S3：记录气体压力衰减随时间的变化值；S4：计算岩样的扩散系数；S5：计算岩样的渗透率；S6：记录循环加卸载下的压差随时间的变化数据；S7：建立多周期运行下渗透率和扩散系数与周期的模型。本发明填补了目前油藏型储气库盖层动态密封性评价的技术空白，而且本发明的创建过程符合油藏型储气库的实际运行过程，能够准确评价油藏型储气库盖层的动态密封性。

Description

一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法
技术领域
本发明涉及石油与天然气领域，特别涉及一种评价油藏型储气库盖层在多周期注采运行过程中动态密封性的方法。
背景技术
盖层的动态密封性评价是地下储气库建设的重要基础，对于地下储气库来说，循环注采会引起区域地应力场的周期扰动，导致盖层的力学性质发生变化，从而改变盖层的密封性。因此，研究交变应力作用下的盖层岩石的力学稳定性，是地下储气库盖层动态密封性评价的核心内容。
目前，储气库的建设分为：枯竭油、气藏储气库、含水层储气库、盐穴储气库、废弃矿坑储气库。其中枯竭油藏储气库由于地层压力高、储气量大得到广泛的关注。但是，枯竭油藏储气库盖层在多周期注采下，由于盖层的塑性流动导致盖层岩心的渗透率和扩散性发生改变，引起盖层密封性下降，导致储气库废气，不利于油藏型地下储气库的建设，因此，有必要针对油藏型地下储气库开展相关岩石力学性质的实验和理论研究，进而形成一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，循环注采会引起区域地应力场的周期扰动，导致盖层的力学性质发生变化，从而改变盖层的密封性，现有技术不能准确评价油藏型储气库盖层的动态密封性。
本发明提供一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法，包括以下步骤：
S1：制备岩心样品；
S2：样品装入实验装置；
S3：记录气体压力衰减随时间的变化值；
S4：计算岩样的扩散系数；
S5：计算岩样的渗透率；
S6：记录循环加卸载下的压差随时间的变化；
S7：建立储气库多周期与扩散系数和渗透率模型。
进一步的，所述步骤S2包括：
S21：将岩样装入反应釜内，打开加热装置，同时打开气阀，将反应釜内的空气抽出，当反应釜加热到一定温度后，保持其温度恒定；
S22：打开氦气罐的阀门，打开氦气注入阀以及甲烷注入阀，等待氦气充满参考缸后压力稳定，开始测数据，测完数据后，打开放空阀排空氦气，待氦气排空后，注入甲烷，重复注入氦气的步骤。
进一步的，所述步骤S3包括：
S31：第一次注气先注入氦气，关闭阀门2，打开阀门1，往参考缸注入氦气，等待压力表稳定后，打开阀门2，等待压力表再次稳定后，记录数值和时间；
S32：获得在每个时间点下参考缸里的气体密度，得到反应室的自由空间体积；
S33：第二次注气开始注入甲烷，重复第一次注气的步骤，根据公式:n＝ρ0V0-ρV计算获得每个时间点上反应室内甲烷的密度，获得甲烷的吸附量，
n表示甲烷的吸附量，单位为mmol；
ρ0表示初始条件下的甲烷密度，单位为mmol/ml；
V0表示参考缸的体积，单位为ml；
ρ表示压力稳定后的甲烷密度，单位为mmol/ml；
V表示反应室的自由空间体积，单位为ml。
进一步的，所述步骤S4包括：
基于高温高压吸附装置进行不同注采周期的扩散系数的测试实验，采用以下公式计算甲烷在泥岩中的扩散系数，
Figure GDA0003184715880000031
Figure GDA0003184715880000032
Figure GDA0003184715880000033
Figure GDA0003184715880000034
Figure GDA0003184715880000035
式中，
t为时间；
Da为大孔的气体有效扩散系数；
Di为小孔中的气体有效扩散系数；
Ri为小颗粒的半径；
Ra为大颗粒的半径；
Ra∞为小颗粒的半径；
Ma为大孔中时刻吸附解吸的气体量；
Ma∞为大孔平衡时吸附解吸的气体量；
Mi为小孔中时刻吸附解吸的气体量；
Mi∞为小孔平衡时吸附解吸的气体量；
Mt为某一时刻扩散的气体量；
M∞为平衡时吸附解吸的气体量；
α、
Figure GDA0003184715880000041
均为无因次参数。
进一步的，所述步骤S5包括：
采用以下公式计算系统中剩余气体：
Figure GDA0003184715880000042
式中，
FR为系统剩余气体的残余率；
ρc0为初始状态下吸附槽和参照槽的密度；
ρ为气体密度；
kc为样品孔隙体积与自由空间的比值；
kc和ρc0通过下面的模型计算得到：
Figure GDA0003184715880000051
Figure GDA0003184715880000052
其中：
ρb为样品的体积密度；
M为样品的质量；
φ为样品的孔隙度；
ka为吸附相密度与气体密度的一阶导数；
ρr0为初始参照罐气体的密度；
Vr为参考槽体积；
Vs为样品槽体积；
Vb为样品的体积，通过孔隙度得到；
ρ0表示初始条件下的甲烷密度；
实验通过实验数据的计算得到FR与时间t的关系曲线，然后对其取对半数，得到与实践t的关系曲线，然后通过拟合得到
ln(FR)＝f0-s1t
Figure GDA0003184715880000053
tanα＝3α/(3+Kcα)
Figure GDA0003184715880000054
其中：
Kc为表征浓度传质系数；
Ra为样品的半径；
α为无因次参数。
进一步的，所述步骤S6包括：
S6：将岩样装入实验装置，开始加热反应釜，加热到一定温度后，保持温度恒定，重复S3的步骤，连续测10组数据，每组重复50次，实验期间不拆卸岩样，保持参考缸压力恒定，记录气体压力衰减随时间的变化值。
进一步的，所述步骤S7包括：
S71：采用以下公式建立扩散系数与岩石多周期加卸载之间数学关系模型：
D＝m+h×lN
D为扩散系数；
m、h、l均为拟合参量；
N为循环加卸载周期，无因次；
S72：采用以下公式建立渗透率与岩石多周期加卸载之间的数学关系模型：
K＝a+b×eN
K为渗透率；
a、b、e均为拟合参量；
N为循环加卸载周期，无因次。
本发明的有益效果是：
1本发明符合油藏型储气库的实际运行过程，能够准确评价油藏型储气库盖层的动态密封性。
2本发明对于油藏型地下储气库的建设适用性较好。
附图说明
图1本发明流程图。
图2本发明实验装置示意图。
具体实施方式
为使发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图1所示，本发明提供一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法，包括以下步骤：
S1、制备岩心样品：
按照《中华人民共和国地质矿产部岩石物理力学性质试验规程》DZ/T0276.19-2015第18部分中测试标准进行岩心加工，然后在磨平机上将样品两端磨平，保证样品两端光滑、平行且与中轴垂直，加工精度参照了国家《岩石试验方法标准》确保将断面的平行度控制在±0.01mm内；
S2、如图2所示，样品装入实验装置，包括：
S21：将岩样装入反应釜内，打开加热装置，同时打开气阀，将反应釜内的空气抽出，当反应釜加热到一定温度后，保持其温度恒定。
S22：打开氦气罐的阀门，再打开氦气注入阀以及甲烷注入阀，等待氦气充满参考缸后压力稳定，开始测数据。测完数据后，打开放空阀排空氦气，待氦气排空后，注入甲烷。重复注入氦气的步骤。(由于甲烷本身压力较低，所以在注入甲烷时，先让甲烷通过气体增压泵进行增压，随后再通过自动减压器进行压力的控制。)
S3、记录气体压力衰减随时间的变化值，包括：
S31：第一次注气我们选择先注入氦气，关闭阀门2，打开阀门1，往参考缸注入氦气，等待压力表稳定后，打开阀门2，等待压力表再次稳定后，记录数值和时间；
S32：利用状态方程计算气体的密度，在该实验当中我们近似地认为
Figure GDA0003184715880000081
由此我们可以得到关于密度，压力以及温度的关系式，结合上一步所测得数据，可以获得在每个时间点下参考缸里的气体密度，从而可以得到反应室的自由空间体积；
S33：第二次注气开始注入甲烷，重复第一次注气的步骤，我们可以获得每个时间点上反应室内甲烷的密度，根据公式:n＝ρ0V0-ρV计算，我们可以获得甲烷的吸附量。
n表示甲烷的吸附量，单位为mmol
ρ0表示初始条件下的甲烷密度，单位为mmol/ml
V0表示参考缸的体积，单位为ml
ρ表示压力稳定后的甲烷密度，单位为mmol/ml
V表示反应室的自由空间体积，单位为ml
S4、计算岩样的扩散系数，包括：
基于高温高压吸附装置进行不同注采周期的扩散系数的测试实验，利用双孔模型计算甲烷在泥岩中的扩散系数。在双孔扩散模型模型中，我们假设较大的球形吸附剂颗粒内部包含了一系列尺寸统一的球形微粒，这样在大颗粒及微粒之间分别形成了微米级的大孔隙和纳米级的小孔隙。气体在大颗粒和小颗粒表面均发生吸附解吸行为，且等温吸附解吸曲线具有线性特征。结合相应的初始及边界条件，得到模型的解析解如下所示，
Figure GDA0003184715880000091
Figure GDA0003184715880000092
Figure GDA0003184715880000093
Figure GDA0003184715880000094
Figure GDA0003184715880000095
式中Da、Di分别表示大孔和小孔中的气体有效扩散系数
Ra、Ra∞分别表示大颗粒和小颗粒的半径
Ma、Ma∞分别表示大孔中时刻和平衡时吸附解吸的气体量
Mi、Mi∞分别表示小孔中时刻和平衡时吸附解吸的气体量
α、
Figure GDA0003184715880000096
表示无因次参数
S5、计算岩样的渗透率，包括：
利用高温高压吸附装置，测试岩石在不同周期下的一个渗透率变化。系统中剩余气体的量为：
Figure GDA0003184715880000101
其中：
FR表示系统剩余气体的残余率
ρc0表示初始状态下吸附槽和参照槽的密度
ρ表示气体密度
kc表示样品孔隙体积与自由空间的比值。
以上参数可以通过下面的模型计算得到：
Figure GDA0003184715880000102
Figure GDA0003184715880000103
其中：
ρb表示样品的体积密度
M表示样品的质量
φ表示样品的孔隙度
Vr表示参考槽体积
Vs表示样品槽体积
Vb表示样品的体积，通过孔隙度得到
实验通过实验数据的计算可以得到FR与时间t的关系曲线，然后对其取对半数，可以得到与实践t的关系曲线，然后通过拟合可以得到
ln(FR)＝f0-s1t
Figure GDA0003184715880000111
tanα＝3α/(3+kcα)
Figure GDA0003184715880000112
其中：
Kc表示表征扩散系数
Ra表示样品的半径
S6、记录循环加卸载下的压差随时间的变化，包括：
S6：将岩样装入实验装置，开始加热反应釜，加热到一定温度后，保持温度恒定，重复S3的步骤，连续测10组数据，每组重复50次，这样做的目的在于模拟储气库反复注汽和采气的过程，实验期间不拆卸岩样，保持参考缸压力恒定，记录气体压力衰减随时间的变化值。
S7、建立多周期运行下渗透率和扩散系数与周期的模型，包括：
S71：本实验着点于探究在非拆卸下岩石多周期注采下的扩散系数和渗透率，采用以下公式建立扩散系数与岩石多周期加卸载之间数学关系模型：
D＝m+h×ln
D——扩散系数
m、h、l——均为拟合参量
n——循环加卸载周期，无因次
S72：同样也采用类似公式建立渗透率与岩石多周期加卸载之间的数学关系模型：
K＝a+b×en
K表示渗透率
a、b、e均表示拟合参量
n表示循环加卸载周期，无因次。
现有技术不能在不拆卸岩心的基础上进行多周期下的扩散系数测试，本发明将岩心放置在反应釜内，通过双孔模型计算得到扩散系数，然后在反应釜内注入高压的氦气和卸载高压氦气，实现注气和采气的过程，再利用双孔模型计算得到扩散系数。本项目利用该测试手段实现非拆卸下岩石多周期注采下的扩散系数具有突出的实质性特点和显著的进步。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种油藏型储气库盖层的动态密封性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备岩心样品；
S2：样品装入实验装置；
S3：记录气体压力衰减随时间的变化值；
S4：计算岩样的扩散系数；
S5：计算岩样的渗透率；
S6：记录循环加卸载下的压差随时间的变化；
S7：建立储气库多周期与扩散系数和渗透率模型；
所述步骤S2包括：
S21：将岩样装入反应釜内，打开加热装置，同时打开气阀，将反应釜内的空气抽出，当反应釜加热到一定温度后，保持其温度恒定；
S22：打开氦气罐的阀门，打开氦气注入阀以及甲烷注入阀，等待氦气充满参考缸后压力稳定，开始测数据，测完数据后，打开放空阀排空氦气，待氦气排空后，注入甲烷，重复注入氦气的步骤；
所述步骤S3包括：
S31：第一次注气先注入氦气，关闭阀门2，打开阀门1，往参考缸注入氦气，等待压力表稳定后，打开阀门2，等待压力表再次稳定后，记录数值和时间；
S32：获得在每个时间点下参考缸里的气体密度，得到反应室的自由空间体积；
S33：第二次注气开始注入甲烷，重复第一次注气的步骤，根据公式:n＝ρ0V0-ρV计算获得每个时间点上反应室内甲烷的密度，获得甲烷的吸附量，
n表示甲烷的吸附量，单位为mmol；
ρ0表示初始条件下的甲烷密度，单位为mmol/ml；
V0表示参考缸的体积，单位为ml；
ρ表示压力稳定后的甲烷密度，单位为mmol/ml；
V表示反应室的自由空间体积，单位为ml；
所述步骤S4包括：
基于高温高压吸附装置进行不同注采周期的扩散系数的测试实验，采用以下公式计算甲烷在泥岩中的扩散系数
Figure FDA0003184715870000021
Figure FDA0003184715870000022
Figure FDA0003184715870000023
Figure FDA0003184715870000024
Figure FDA0003184715870000025
式中，
t为时间；
Da为大孔的气体有效扩散系数；
Di为小孔中的气体有效扩散系数；
Ri为小颗粒的半径；
Ra为大颗粒的半径；
Ra∞为小颗粒的半径；
Ma为大孔中时刻吸附解吸的气体量；
Ma∞为大孔平衡时吸附解吸的气体量；
Mi为小孔中时刻吸附解吸的气体量；
Mi∞为小孔平衡时吸附解吸的气体量；
Mt为某一时刻扩散的气体量；
M∞为平衡时吸附解吸的气体量；
α、
Figure FDA0003184715870000031
均为无因次参数；
所述步骤S5包括：
采用以下公式计算系统中剩余气体：
Figure FDA0003184715870000032
式中，
FR为系统剩余气体的残余率；
ρc0为初始状态下吸附槽和参照槽的密度；
ρ为气体密度；
kc为样品孔隙体积与自由空间的比值；
kc和ρc0通过下面的模型计算得到：
Figure FDA0003184715870000041
Figure FDA0003184715870000042
其中：
ρb为样品的体积密度；
M为样品的质量；
φ为样品的孔隙度；
ka为吸附相密度与气体密度的一阶导数；
ρr0为初始参照罐气体的密度；
Vr为参考槽体积；
Vs为样品槽体积；
Vb为样品的体积，通过孔隙度得到；
ρ0表示初始条件下的甲烷密度；
实验通过实验数据的计算得到FR与时间t的关系曲线，然后对其取对半数，得到与实践t的关系曲线，然后通过拟合得到
ln(FR)＝f0-s1t
Figure FDA0003184715870000043
tanα＝3α/(3+Kcα)
Figure FDA0003184715870000044
其中：
Kc为表征浓度传质系数；
Ra为样品的半径；
α为无因次参数；
那么样品的渗透率K为：
Figure FDA0003184715870000051
所述步骤S6包括：
S6：将岩样装入实验装置，开始加热反应釜，加热到一定温度后，保持温度恒定，重复S3的步骤，连续测10组数据，每组重复50次，实验期间不拆卸岩样，保持参考缸压力恒定，记录气体压力衰减随时间的变化值；
所述步骤S7包括：
S71：采用以下公式建立扩散系数与岩石多周期加卸载之间数学关系模型：
D＝m+h×lN
D为扩散系数；
m、h、l均为拟合参量；
N为循环加卸载周期，无因次；
S72：采用以下公式建立渗透率与岩石多周期加卸载之间的数学关系模型：
K＝a+b×eN
K为渗透率；
a、b、e均为拟合参量；
N循环加卸载周期，无因次。
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