CN112881653A - 超临界co2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法 - Google Patents

超临界co2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超临界CO2注入页岩储层焦耳‑汤姆逊效应的模拟试验方法，具体包括以下步骤：制备超临界CO2，模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳‑汤姆逊效应，并测量相应的温度参数和压力参数，计算出焦耳‑汤姆逊系数；评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳‑汤姆逊效应的影响。本发明模拟不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔条件下超临界CO2注入页岩储层的焦耳‑汤姆逊效应，并通过对比分析其对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳‑汤姆逊效应的影响，以便为生产中优化选择合理的完井方式和射孔数量，这对于实际生产中超临界CO2工程注入的安全实施和降低工程注入风险具有重要意义。

Description

超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法
技术领域
本发明涉及非常规天然气开采技术领域，具体涉及一种超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法。
背景技术
水力压裂是页岩气、煤层气等非常规天然气储层增产的主要技术措施之一，但水力压裂耗水量极大。我国非常规天然气储层大多数分布在水资源相对匮乏的地区，其中页岩气储层埋藏深，岩体结构致密，力学强度大，单口井水力压裂改造储层需要消耗15-60万吨水，耗水量巨大，水力压裂技术应用于水资源匮乏地区非常规天然气储层开发的适用性不强。此外，非常规天然气储层，尤其页岩气储层中黏土矿物含量高，遇水易膨胀，可导致储层的孔隙度和渗透率降低，造成储层水敏性伤害。这些问题严重制约了页岩气储层的商业化开发，适用于页岩气储层开发的方法亟待探索。
超临界CO2具密度大、粘性低、渗透力强等特点，页岩气储层吸附CO2能力大于CH4，高压注入到储层的CO2因竞争吸附优势可以置换与驱替储层中的CH4产出。超临界CO2替代水作为强化非常规天然气储层增产的介质，可有效降低因黏土矿物遇水膨胀导致的储层水敏性伤害。超临界CO2射流速度比水射流更快、射流核心区更长、扩散面积更广，超临界CO2具有比水力压裂更强的射流效果。超临界CO2与水反应形成碳酸对储层酸化，可降低储层破裂压力，更容易压裂储层。因此，超临界CO2被认为是强化页岩气储层开发的有利介质与有效方法，既可以减少耗水量，又可以实现温室气体CO2减排。
页岩气开发井的完井方式以裸眼完井、射孔完井最为常见。页岩储层具有孔隙裂隙结构，是类似于多孔筛的典型多孔介质。高压超临界CO2通过井筒射孔孔眼和储层过程中，受到射孔孔眼与储层的节流，会导致高压超临界CO2产生压力突变，继而引起温度发生改变，这种现象被称为焦耳-汤姆逊效应(Joule-Thomson effect)。不同完井方式下，高压超临界CO2节流次数不同，发生的焦耳-汤姆逊效应次数也不同。例如，裸眼完井方式下，高压超临界CO2由注入井直接进入储层，仅经过多孔介质储层的一次节流，相应发生一次焦耳-汤姆逊效应。射孔完井方式下，高压超临界CO2由注入井井筒上的射孔孔眼进入储层，经过射孔孔眼和多孔介质储层两次节流，发生的焦耳-汤姆逊效应相应增加一次。
在较高的超临界CO2初始注入温度、注入压力及注入流速下，经过井筒射孔孔眼和多孔介质储层的节流，近井地带储层与周围环境发生热交换不及时，CO2近似经历了绝热膨胀降温过程，CO2可能相态发生变化，密度和粘度改变，影响CO2流动特性，并且有可能形成干冰堵塞射孔孔眼和近井地带储层的渗流孔道。近井地带储层的温度场变化较大，温度降低明显，如果近井地带储层孔隙和裂隙中地层水的温度低于冰点，可能形成“冰塞”，进一步堵塞井筒射孔孔眼和近井地带储层的渗流孔道。因此，高压超临界CO2向储层注入的过程中，发生多级次的焦耳-汤姆逊效应，可造成超临界CO2注入速度下降，形成井筒内“憋压”，影响超临界CO2持续注入，威胁注入施工的安全性。
通常用焦耳-汤姆逊系数μ描述焦耳-汤姆逊效应，反映节流后气体温度随压强变化的情况，焦耳-汤姆逊系数计算公式如下：
Figure BDA0002918805150000021
公式中T表示温度，P表示压强。下标H表示过程为等焓过程。因为节流前后焓(H)不变(注入井近井储层热交换不及时，近似经历了绝热过程)，焦耳-汤姆逊系数表示等焓过程中温度随压强的变化率。
超临界CO2由注入井井底进入页岩储层过程中，经过射孔孔眼和页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊系数越大，表明节流效应越显著，不利于超临界CO2注入。因此，实施超临界CO2注入页岩储层前，针对不同的完井方式，试验模拟超临界CO2注入非常规天然气储层所发生的多级次焦耳-汤姆逊效应，监测超临界CO2温度、注入压力、注入流速等参数的变化，测试用于表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数，确定优选合理的完井方式和降低焦耳-汤姆逊效应影响，对降低超临界CO2工程注入的安全实施和降低工程注入风险具有重要意义，但是目前缺乏试验模拟设备及相应的模拟试验方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，旨在解决上述技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，具体包括以下步骤：
S2：模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应；
S3：测量焦耳-汤姆逊效应中相应的温度参数和压力参数，根据所测量的温度参数和压力参数计算出焦耳-汤姆逊系数；
S4：根据所获得的焦耳-汤姆逊系数评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响。
本发明的有益效果是：本发明通过模拟不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔条件下超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应，并通过评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响，以便生产中选择合适的完井方式和射孔数量，这对于实际生产中降低超临界CO2工程注入的安全实施和降低工程注入风险具有重要意义。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：模拟页岩储层的初始条件；
S22：向所模拟的页岩储层中注入超临界CO2，以模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应。
采用上述进一步方案的有益效果是通过模拟页岩储层的初始条件，为后续试验模拟提供试验条件，以便模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应，为提前预测实际生产中的超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应奠定一定的理论基础。
进一步，所述步骤S2之前还包括以下步骤：
S1：制备超临界CO2。
采用上述进一步方案的有益效果是通过将CO2气体制备成超临界CO2，以满足后续试验模拟的条件。
进一步，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：通过冷凝器将CO2冷凝液化处理，获得液态CO2；
S12：通过柱塞增压泵将所获得的液态CO2增压，并存储在超临界CO2生成罐；
S13：通过控温装置，将超临界CO2生成罐内的高压液态CO2升温，生成超临界CO2(温度大于31.4℃和压力高于7.38MPa)。
采用上述进一步方案的有益效果是超临界CO2制备工艺简单，生产效率高。
进一步，所述步骤S4中的完井方式包括裸眼完井。
采用上述进一步方案的有益效果是裸眼完井方式下，超临界CO2进入页岩储层只有经过页岩储层一次节流。
进一步，所述步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过储层后的温度T2，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过储层后的压力P2，所述焦耳-汤姆逊系数μ(K/Pa)的计算公式如下：
Figure BDA0002918805150000051
式中，H表示过程为等焓过程，T1和T2的单位均为K，P1和P2的单位均为Pa。
采用上述进一步方案的有益效果是通过上述公式计算出裸眼完井方式下的焦耳-汤姆逊系数，进而评估该方式对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响，以便判断是否选择裸眼完井方式，这对实际生产具有指导意义。
进一步，所述步骤S4中的完井方式包括射孔完井。
采用上述进一步方案的有益效果是射孔完井方式下，超临界CO2进入页岩储层依次经过射孔和储层两次节流。
进一步，所述步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过射孔孔眼节流后进入储层前的温度T2及采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过射孔孔眼节流后进入储层前的压力P2及采集超临界CO2经过储层节流后的压力P3，所述焦耳-汤姆逊系数μ(K/Pa)的计算公式如下：
Figure BDA0002918805150000052
Figure BDA0002918805150000053
Figure BDA0002918805150000061
式中，H表示过程为等焓过程，T1、T2和T3的单位均为K，P1、P2和P3的单位均为Pa，μ1为超临界CO2经过射孔节流产生的焦耳-汤姆逊系数(K/Pa)，μ2为超临界CO2经过页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊系数(K/Pa)。
采用上述进一步方案的有益效果是通过上述公式计算出射孔完井方式下前后两次的焦耳-汤姆逊系数，进而评估该方式下不同数量的射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响，以便优化选择合理数量射孔的射孔完井方式，这对实际生产具有指导意义。
进一步，不同完井方式下选焦耳-汤姆逊系数小的完井方式，射孔完井方式下选焦耳-汤姆逊系数小的孔数完井方式。
采用上述进一步方案的有益效果是实际生产中，选择焦耳-汤姆逊系数小的完井方式，这对实际生产具有指导意义。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明所使用试验模拟装置的整体结构示意图；
图3为本发明所使用的试验模拟装置的测试单元中样品室的内部结构示意图；
图4为本发明所使用的试验模拟装置中射孔完井模拟结构件实施例一的结构示意图；
图5为本发明所使用的试验模拟装置中射孔完井模拟结构件实施例二的结构示意图；
图6为本发明所使用的试验模拟装置中射孔完井模拟结构件实施例三的结构示意图；
图7为本发明所使用的试验模拟装置中裸眼完井模拟结构件的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、数据采集分析单元，2、超临界CO2生成单元，3、测试单元，4、样品室，5、密封胶套，6、完井模拟结构件，7、射孔，8、温度传感器一，9、压力传感器一，10、温度传感器二，11、压力传感器二，12、真空单元，13、堵头，14、温度传感器三，15、压力传感器三，16、恒压阀，17、流量计，18、围压控制单元，19、储液罐，20、恒压泵，21、试验废气收集罐，22、恒温箱，23、托架，24、CO2气瓶，25、冷凝器，26、柱塞增压泵，27、超临界CO2生成罐，28、温度控制装置，29、样品，30、把手插孔，31、注入井井底模拟结构件，32、锁紧结构件，33、产出井井底模拟构件，34、放置槽。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图7所示，本发明提供超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，具体包括以下步骤：
S2：模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应；
S3：测量焦耳-汤姆逊效应中相应的温度参数和压力参数，根据所测量的温度参数和压力参数计算出焦耳-汤姆逊系数；
S4：根据所获得的焦耳-汤姆逊系数评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响。
本发明通过模拟不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔条件下超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应，并通过评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响，以便生产中选择合适的完井方式和射孔数量，这对于实际生产中超临界CO2工程注入的安全实施和降低工程注入风险具有重要意义。
本发明所使用的试验模拟装置包括数据采集分析单元1及通过管路连通的超临界CO2生成单元2和测试单元3，超临界CO2生成单元2和测试单元3分别与数据采集分析单元1通讯连接；超临界CO2生成单元2用于生成超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至测试单元3；测试单元3模拟地下页岩储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2注入性的注入流量变化。模拟时，通过超临界CO2生成单元2制备超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至测试单元3；测试单元3模拟地下页岩储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2注入性的注入流量变化；同时，数据采集分析单元1采集测试单元3测试的相关数据，并进行处理分析。
测试单元3包括样品室4，样品室4内固定安装有用于装样品29的密封胶套5；样品室4的一端敞口，并可拆卸的安装有完井模拟结构件6，完井模拟结构件6的一端上设有至少一个与密封胶套5连通的贯穿的射孔7，另一端通过与注入井井底模拟结构件31的一端通过匹配的螺纹连接，注入井井底模拟结构件31的另一端通过管路与所述超临界CO2生成单元(2)连通。模拟时，通过在样品室4内的密封胶套5内装样品29以模拟地下页岩储层，然后通过不同数量射孔7的完井模拟结构件6模拟不同完井方式，进而模拟多种不同完井方式对超临界CO2节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响。
上述样品室4的一端设有外螺纹，锁紧结构件32一端设有内螺纹，锁紧结构件32可将完井模拟结构件6安装固定在样品室4内。注入井井底模拟结构件31设有内螺纹，完井模拟结构件6的一端设有外螺纹，因此完井模拟结构件6的一端与完井模拟结构件6的一端螺纹连接。
另外，锁紧结构件32和注入井井底模拟结构件31的两端上分别设有把手插孔30，方便拆装。
上述样品室4上还固定安装有用于测量其内部温度的温度传感器，上述温度传感器通过线路与数据采集分析单元1连接。
完井模拟结构件6的一端内通过螺栓固定安装有分别用于采集超临界CO2经过射孔7的孔眼节流后进入储层前的温度T2和压力P2的温度传感器一8和压力传感器一9，另一端内通过螺栓固定安装有分别用于采集注入井井底温度T1和压力P1的温度传感器二10和压力传感器二11；温度传感器一8、温度传感器二10、压力传感器一9和压力传感器二11分别通过线路与数据采集分析单元1连接。测试时，通过温度传感器一8和压力传感器一9分别采集超临界CO2经过射孔7的孔眼节流后进入储层前的温度T2和压力P2，同时通过温度传感器二10和压力传感器二11分别采集超临界CO2注入井井底温度T1和压力P1，然后数据采集分析单元1采集对应的温度和压力，并进行处理分析计算得到焦耳-汤普逊系数μ1，测量方便快捷，精准度高。
样品室4的另一端敞口，并可拆卸的安装有堵头13；堵头13的一端与密封胶套5连通，另一端通过管路与真空单元12连通，真空单元12通过线路与数据采集分析单元1连接。
上述堵头13的一端上设有外螺纹，产气井井底结构件33设有内螺纹，二者螺纹连接，方便拆装；上述产气井井底结构件33也可以通过锁紧结构件32与堵头13连接。
堵头13内通过螺栓固定安装有分别用于采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3的温度传感器三14和压力传感器三15，温度传感器三14和压力传感器三15分别通过线路与数据采集分析单元1连接。测试时，通过温度传感器三14和压力传感器三15分别采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3，然后数据采集分析单元1采集对应的温度和压力，结合温度传感器一8和压力传感器一9分别采集的超临界CO2经过射孔7的孔眼节流后进入储层前的温度T2和压力P2，并进行处理分析计算得到焦耳-汤普逊系数μ2，测量方便快捷，精准度高。
上述各个温度传感器和压力传感器可以通过螺栓直接安装在设定的位置，也可以在设定的位置设置放置槽34，上述传感器安装在对应的放置槽34内，优选后者，更加节省空间，具体根据需求进行选择。
测试单元3还包括恒压阀16和流量计17，恒压阀16和流量计17通过本领域技术人员所能想到的方式间隔固定安装在超临界CO2生成单元2和测试单元3之间的管路上，其分别通过线路与数据采集分析单元1连接。模拟时，通过恒压阀16设定恒定的超临界CO2注入压力，同时通过流量计17监测超临界CO2注入的流量，然后数据采集分析单元1采集对应的温度和压力，并进行处理分析，测量方便快捷，精准度高。
上述各个温度传感器和压力传感器可以通过螺栓直接安装在设定的位置，也可以在设定的位置设置放置槽34，上述传感器安装在对应的放置槽34内，优选后者，更加节省空间，具体根据需求进行选择。
本发明还包括用于模拟控制地下储层有效压力的围压控制单元18，围压控制单元18包括储液罐19和恒压泵20，储液罐19的出口、恒压泵20以及样品室4通过管路依次连通；恒压泵20通过线路与数据采集分析单元1连接。模拟时，通过恒压泵20将储液罐19内储存的液体(液压油或水)送至样品室4内，以调节样品室4内的压力，从而改变样品29的压力，进而模拟试验储层的有效压力，提高模拟的效果。
本发明中，储液罐19的入口通过管路与样品室4连通，密封胶套5通过回收管路与用于收集试验废气收集罐21连通。测试时，通过收集罐21收集上述调压液体，实现液体的循环使用，节约成本。
上述储液罐19与样品室4之间的管路、储液罐19的出口与恒压泵20之间的管路以及恒压泵20与样品室4之间的管路上分别设有阀门，上述各个阀门均采用电磁阀，并分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
上述试验废气收集罐21可以通过管路直接与密封胶套5连通，也可以与真空单元12与密封胶套5之间的管路连通，优选后者，节省空间，管路排布合理，且试验废气收集罐21进气口处以及真空单元12进气管路上分别固定安装有阀门，上述阀门优选电磁阀，并分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
另外，上述试验废气收集罐21的底部设有排出口，排出口处固定安装有阀门，上述阀门优选为电磁阀，并通过线路与数据采集分析单元1连接。
本发明中，测试单元3还包括恒温箱22，样品室4通过托架23架设在恒温箱22内，托架23的上端与样品室4焊接或螺栓连接。测试时，通过恒温箱22保持样品29始终在恒定的温度条件下，提供模拟页岩储层的初始温度条件，保证模拟的效果。
除上述实施方式外，上述托架23可以为一个整体以支撑住样品室4，也可以包括两个架体，两个架体分别位于完井模拟结构件6和堵头13的下方，其上端分别与完井模拟结构件6和堵头13的底部焊接在一起。
本发明中，超临界CO2生成单元2包括通过管路依次连通的CO2气瓶24、冷凝器25、柱塞增压泵26和超临界CO2生成罐27，超临界CO2生成罐27的出气口通过管路与测试单元3连通；超临界CO2生成罐27外固定套设有温度控制装置28，冷凝器25和柱塞增压泵26分别通过线路与数据采集分析单元1连接。超临界CO2制备时，储存在CO2气瓶24内的CO2经冷凝器25冷凝成液体，然后通过柱塞增压泵26增压储存在超临界CO2生成罐27内，再经过温度控制装置升温生成超临界CO2(温度大于31.4℃，并且压力高于7.38MPa)，制备方便快捷。上述冷凝器25上也固定安装有温度传感器，上述温度传感器通过线路与数据采集分析单元1连接。
另外，超临界CO2生成罐27上固定安装有用于测量其内部温度和压力的温度传感器和压力传感器，上述温度传感器和压力传感器分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
上述CO2气瓶24与冷凝器25之间的管路上、柱塞增压泵26与超临界CO2生成罐27之间的管路上均固定安装有阀门；而且，超临界CO2生成罐27的底部设有排气口，排气口处固定安装有阀门。
另外，上述超临界CO2生成罐27固定套设的温度控制装置28通常采用电磁加热圈。
上述各个阀门优选电磁阀，其与电磁加热圈分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
实施例1
在上述方案的基础上，本实施例中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：模拟页岩储层的初始条件；
S22：向所模拟的页岩储层中注入超临界CO2，以模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应。通过模拟页岩储层的初始条件，为后续试验模拟提供试验条件，以便模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应，为提前预测实际生产中的超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应奠定一定的理论基础。
上述页岩储层的初始条件包括恒定的压力和温度，恒定温度的保持则是将整个样品室4置于恒温箱22内，恒定压力利用恒压泵向样品室4内注入液体使得保持压力；另外，当需要卸压压时，直接将样品室4内的液体回收即可。
而且，模拟页岩储层初始条件时，通过真空泵将样品室4抽真空，以便排出多余的杂气体，避免杂气体影响整个模拟试验的效果。
实施例2
在上述方案的基础上，本实施例中，所述步骤S2之前还包括以下步骤：
S1：制备超临界CO2。
本实施例中，通常的CO2气体无法满足模拟试验的条件要求，因此通过将CO2气体制备成超临界CO2，以满足后续模拟试验的条件。
实施例3
在实施例一的基础上，本实施例中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：通过冷凝器25将CO2冷凝液化处理，获得液态CO2；
S12：通过柱塞增压泵26将所获得的液态CO2增压，并存储于超临界CO2生成罐27。
S13：通过温度控制装置28，将超临界CO2生成罐内的高压液态CO2升温，生成超临界CO2(温度大于31.4℃和压力高于7.38MPa)。
本实施例中，超临界CO2制备工艺简单，生产效率高。
实施例4
在上述方案的基础上，本实施例中，所述步骤S4中的完井方式包括裸眼完井。
实施例5
在实施例四的基础上，本实施例中，所述步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过储层后的温度T2，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过储层后的压力P2，所述焦耳-汤姆逊系数μ(K/Pa)的计算公式如下：
Figure BDA0002918805150000131
式中，H表示过程为等焓过程，T1和T2的单位均为K，P1和P2的单位均为Pa。
因为节流前后焓(H)不变(注入井近井储层热交换不及时，近似经历了绝热过程)，焦耳-汤姆逊系数表示等焓过程中温度随压强的变化率。。通过上述公式计算出裸眼完井方式下的焦耳-汤姆逊系数，进而评估该方式对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响，以便判断是否选择裸眼完井方式，这对实际生产具有指导意义。
实施例6
在上述方案的基础上，本实施例中，所述步骤S4中的完井方式包括射孔完井。射孔完井方式下，超临界CO2进入页岩储层依次经过射孔和储层的节流。
实施例7
在实施例六的基础上，本实施例中，所述步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过射孔7孔眼节流后进入储层前的温度T2及采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过射孔7孔眼节流后进入储层前的压力P2及采集超临界CO2经过储层节流后的压力P3，所述焦耳-汤姆逊系数μ(K/Pa)的计算公式如下：
Figure BDA0002918805150000141
Figure BDA0002918805150000142
Figure BDA0002918805150000143
式中，H表示过程为等焓过程，T1、T2和T3的单位均为K，P1、P2和
P3的单位均为Pa，μ1为超临界CO2经过射孔节流产生的焦耳-汤姆逊系数(K/Pa)，μ2为超临界CO2经过页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊系数(K/Pa)。
上述方案中，当射孔的数量一定时，该数量射孔下的焦耳-汤姆逊系数为上述第一次节流的焦耳-汤姆逊系数μ1和第二次节流的焦耳-汤姆逊系数μ2的最大值。
本实施例通过上述公式计算出射孔完井方式下前后两次的焦耳-汤姆逊系数，进而评估该方式下不同数量的射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响，以便优化选择合理数量射孔的射孔完井方式，这对实际生产具有指导意义。
实际生产中，完井方式未定时，首先分别计算出裸眼完井和射孔完井两种方式下的焦耳-汤姆逊系数，然后比较这两个焦耳-汤姆逊系数的大小，焦耳-汤姆逊系数越大，说明超临界CO2注入页岩储层时节流产生的焦耳-汤姆逊效应越强(即对超临界CO2的节流越显著)，超临界CO2的注入性降低越显著，此时应选择焦耳-汤姆逊系数较小的完井方式，具体判断过程如下：例如：获得的裸眼完井的焦耳-汤姆逊系数为μ裸，获得的射孔完井的焦耳-汤姆逊系数为μ射，
当μ裸＞μ射时，说明裸眼完井方式下超临界CO2注入页岩储层时节流产生的焦耳-汤姆逊效应越强(即对超临界CO2的节流越显著)，超临界CO2的注入性降低越显著，故选择射孔完井方式，该种方式下生产更为安全；
当μ裸＜μ射时，说明射孔完井方式下超临界CO2注入页岩储层时节流产生的焦耳-汤姆逊效应越强(即对超临界CO2的节流越显著)，超临界CO2的注入性降低越显著，故选择裸眼完井方式，该种方式下生产更为安全。
当完井方式为射孔完井时，首先计算出不同数量射孔条件下的焦耳-汤姆逊系数，然后比较不同射孔条件下的焦耳-汤姆逊系数的大小，焦耳-汤姆逊系数越大，说明超临界CO2注入页岩储层时节流产生的焦耳-汤姆逊效应越强(即对超临界CO2的节流越显著)，超临界CO2的注入性降低越显著，此时应选择焦耳-汤姆逊系数较小的射孔数量的射孔完井方式，具体判断过程如下：
例如：射孔完井方式下射孔数量较多时获得的焦耳-汤姆逊系数为μ多，射孔完井方式下射孔数量较少时获得的焦耳-汤姆逊系数为μ少，
当μ多＞μ少时，说明射孔完井方式中射孔数量多的条件下超临界CO2注入页岩储层时节流产生的焦耳-汤姆逊效应越强(即对超临界CO2的节流越显著)，超临界CO2的注入性降低越显著，故选择射孔完井方式下射孔数量较少的，该种方式下生产更为安全；
当μ多＜μ少时，说明射孔完井方式中射孔数量少的条件下超临界CO2注入页岩储层时节流产生的焦耳-汤姆逊效应越强(即对超临界CO2的节流越显著)，超临界CO2的注入性降低越显著，故选择射孔完井方式下射孔数量较多的，该种方式下生产更为安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)

1.超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S2：模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应；
S3：测量所述焦耳-汤姆逊效应中相应的温度参数和压力参数，根据所测量的温度参数和压力参数计算出焦耳-汤姆逊系数；
S4：根据所获得的焦耳-汤姆逊系数评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响。
2.根据权利要求1所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：模拟页岩储层的初始条件；
S22：向所模拟的页岩储层中注入超临界CO2，以模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应。
3.根据权利要求1所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括以下步骤：
S1：制备超临界CO2。
4.根据权利要求3所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：通过冷凝器将CO2冷凝液化处理，获得液态CO2；
S12：通过柱塞增压泵将所获得的液态CO2增压，并存储在超临界CO2生成罐内；
S13：通过温度控制装置，将超临界CO2生成罐内的高压液态CO2升温，生成超临界CO2。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤S4中的完井方式包括裸眼完井。
6.根据权利要求5所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于，所述步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过储层后的温度T2，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过储层后的压力P2，所述焦耳-汤姆逊系数μ(K/Pa)的计算公式如下：
Figure FDA0002918805140000021
式中，H表示过程为等焓过程，T1和T2的单位均为K，P1和P2的单位均为Pa。
7.根据权利要求1-4任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于：所述步骤S4中的完井方式包括射孔完井。
8.根据权利要求7所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于，所述步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过射孔孔眼节流后进入储层前的温度T2及采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过射孔孔眼节流后进入储层前的压力P2及采集超临界CO2经过储层节流后的压力P3，所述焦耳-汤姆逊系数μ(K/Pa)的计算公式如下：
Figure FDA0002918805140000022
Figure FDA0002918805140000023
Figure FDA0002918805140000024
式中，H表示过程为等焓过程，T1、T2和T3的单位均为K，P1、P2和P3的单位均为Pa，μ1为超临界CO2经过射孔节流产生的焦耳-汤姆逊系数(K/Pa)，μ2为超临界CO2经过页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊系数(K/Pa)。
9.根据权利要求1-4任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应的模拟试验方法，其特征在于：不同完井方式下选焦耳-汤姆逊系数小的完井方式，射孔完井方式下选焦耳-汤姆逊系数小的孔数完井方式。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1046909A1 (fr) * 1999-04-23 2000-10-25 Institut Francais Du Petrole Methode et dispositif pour la determination du coefficient de joule-thomson d'un fluide
JP2000516701A (ja) * 1998-11-19 2000-12-12 レイセオン・カンパニー ジュールトムソンクライオスタットインラインバルブ流動制御装置
CN102086764A (zh) * 2011-01-15 2011-06-08 中国石油大学(华东) 超临界流体钻完井模拟试验装置
CN102778554A (zh) * 2012-08-06 2012-11-14 重庆大学 超临界co2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置
US20150079759A1 (en) * 2012-04-27 2015-03-19 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Process for Bonding in an Atmosphere of a Gas Having a Negative Joule-Thomson Coefficient
CN105628811A (zh) * 2015-12-27 2016-06-01 西南石油大学 一种超临界co2与页岩中ch4竞争吸附测试装置及其测试方法
CN105672974A (zh) * 2016-02-25 2016-06-15 重庆大学 三轴应力下超临界二氧化碳致裂页岩实验试件制作方法
CN205826572U (zh) * 2016-05-09 2016-12-21 武汉轻工大学 焦尔‑汤姆逊系数测定实验装置
CN106321065A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院 一种定量解释水平气井产出剖面的方法
US9594038B1 (en) * 2015-09-30 2017-03-14 China University Of Petroleum (East China) Device and method for measuring supercritical carbon dioxide fracturing fluid throttling coefficient under different viscosities
CN109138959A (zh) * 2018-08-07 2019-01-04 中国石油大学(北京) 一种超临界co2聚能压裂方法
CN109298162A (zh) * 2018-12-03 2019-02-01 重庆大学 不同相态二氧化碳致裂页岩装置及实验方法
CN110005380A (zh) * 2019-04-11 2019-07-12 中国石油大学(北京) 非均质性页岩非均匀分簇射孔优化方法
CN110331973A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 中国石油大学(华东) 一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的水力压裂监测方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000516701A (ja) * 1998-11-19 2000-12-12 レイセオン・カンパニー ジュールトムソンクライオスタットインラインバルブ流動制御装置
US6318149B1 (en) * 1999-04-23 2001-11-20 Institut Francais Du Petrole Method and device for determining the joule-thomson coefficient of a fluid
EP1046909A1 (fr) * 1999-04-23 2000-10-25 Institut Francais Du Petrole Methode et dispositif pour la determination du coefficient de joule-thomson d'un fluide
CN102086764A (zh) * 2011-01-15 2011-06-08 中国石油大学(华东) 超临界流体钻完井模拟试验装置
US20150079759A1 (en) * 2012-04-27 2015-03-19 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Process for Bonding in an Atmosphere of a Gas Having a Negative Joule-Thomson Coefficient
CN102778554A (zh) * 2012-08-06 2012-11-14 重庆大学 超临界co2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置
US9594038B1 (en) * 2015-09-30 2017-03-14 China University Of Petroleum (East China) Device and method for measuring supercritical carbon dioxide fracturing fluid throttling coefficient under different viscosities
CN105628811A (zh) * 2015-12-27 2016-06-01 西南石油大学 一种超临界co2与页岩中ch4竞争吸附测试装置及其测试方法
CN105672974A (zh) * 2016-02-25 2016-06-15 重庆大学 三轴应力下超临界二氧化碳致裂页岩实验试件制作方法
CN205826572U (zh) * 2016-05-09 2016-12-21 武汉轻工大学 焦尔‑汤姆逊系数测定实验装置
CN106321065A (zh) * 2016-08-31 2017-01-11 中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司石油工程技术研究院 一种定量解释水平气井产出剖面的方法
CN109138959A (zh) * 2018-08-07 2019-01-04 中国石油大学(北京) 一种超临界co2聚能压裂方法
CN109298162A (zh) * 2018-12-03 2019-02-01 重庆大学 不同相态二氧化碳致裂页岩装置及实验方法
CN110005380A (zh) * 2019-04-11 2019-07-12 中国石油大学(北京) 非均质性页岩非均匀分簇射孔优化方法
CN110331973A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 中国石油大学(华东) 一种基于分布式光纤声音监测和分布式光纤温度监测的水力压裂监测方法

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAIZHU WANG ET AL.: "Calculation of the wellbore temperature and pressure distribution during supercritical CO2 fracturing flowback process", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER》 *
刘国军等: "超临界CO_2致裂后页岩渗透率变化规律及影响因素", 《煤炭学报》 *
商永滨等: "水的焦耳-汤姆逊效应对井筒温度的影响", 《内蒙古石油化工》 *
张大同等: "管输CO_2焦耳-汤姆逊系数计算方法", 《油气储运》 *
景兴鹏: "不同完井方式下注入/压降煤储层参数法测试结果对比", 《煤炭科学技术》 *
王宇昕等: "超临界二氧化碳井筒温度压力预测模型", 《2018油气田勘探与开发国际会议》 *
王海柱等: "超临界 CO2 钻井井筒压力温度耦合计算", 《石油勘探与开发》 *
王海柱等: "超临界CO_2钻井井筒压力温度耦合计算", 《石油勘探与开发》 *
秦彦斌等: "高温高压气井生产过程井筒温度场分析", 《石油地质与工程》 *
胡晓东等: "超临界水射流焦汤系数计算与节流过程降温效果分析", 《石油钻采工艺》 *
陈煜等: "超流氦的Joule-Thomson系数研究", 《低温与超导》 *
高飞等: "射孔完井高产气井井筒压力温度预测", 《重庆科技学院学报(自然科学版)》 *

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