CN112901129B - 一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置 - Google Patents

一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置，包括注射泵、恒压泵、气体瓶、真空泵、阀门、第一中间容器、第二中间容器、恒温箱、注气吞吐模型、油气收集器、计算机和压力传感器。本发明可实现与地下温压条件相同的高温高压注气吞吐模拟；其次，通过对该装置多测点压力的实时监控和数据分析系统，可实现模拟储层的压力场分布；通过油气收集器对实验采出流体进行收集和计量，可实现对吞吐过程中含水率、采收率的实时测量，模拟软件进行综合反演分析，可从本质上认识页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理，从而为页岩油藏注气吞吐技术的大规模现场应用提供理论指导。

Description

一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟 装置
技术领域
本发明属于页岩油藏注气吞吐开采技术领域，具体涉及一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置。
背景技术
页岩油作为一种重要的非常规油气资源，其储量约占全世界可采原油储量的10％，开采潜力巨大。目前，页岩油藏的开发技术主要是水平井多段体积压裂技术，但压裂后存在初始产量高后续递减快、采收率低等问题。室内实验和现场试验表明，注气吞吐能够有效改善页岩油藏压裂后的开发效果。注入气体主要是通过实现多元混相来弱化界面张力，致使原油粘度下降，促使地层流体形成单相流动以增产。此外，注气吞吐开采也具有明显的经济效益，一部分注入的气体会与油、水一起产出，在利用工艺进行分离后，可将气体回注到地层进行再利用。但是，目前在体积压裂后注气的高效动用方式、提高页岩油采收率影响因素等方面仍需要开展大量的工作。
为了全面揭示页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理，就需要建立物理模型进行试验。目前，常用的物理模型有单个岩心的圆柱模型和平行排布的压裂裂缝模型。单个岩心的圆柱模型将岩心视为基质，岩心与岩心夹持器之间的空隙视为裂缝来实现模拟，模型简单易操作，但该模型局限性太大，所模拟的裂缝情况与真实的页岩储层相差甚远，并且测点压力测量方面通过人工操作，实验效率较低。平行排布的压裂裂缝模型是在水平井的基础上根据相似原理进行平行裂缝切割并选用石英砂进行填充来模拟，相对单个岩心模型来说有所改进，但实际压裂时往往形成的是人工压裂裂缝与天然裂缝交织而成的裂缝缝网，平行排布的裂缝较为单一，仍不能较好地模拟储层的复杂裂缝情况，并且在改变不同裂缝密度、实现页岩储层纵向非均质性方面也局限性；其次，该模型更适用于水平井的井网形式，而现场实际应用中采用的吞吐井网及多种井网形式无法在该模型上模拟。
因此，要全面地揭示页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理，就需要从页岩油藏的特殊储层性质出发，尽可能模拟其压裂后的基质-裂缝体系，构建新的用于页岩油藏注气吞吐的模型及模拟系统。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺点，提供一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置。根据页岩储层的特征及压裂后形成的复杂缝网设计一种适用于页岩油藏注气吞吐模拟的三维物理实验装置，该装置可实现与地下温压条件相同的高温高压模拟，构建正交排布的基质-裂缝体系可实现页岩基质储层纵向非均质性的特点，可改变裂缝大小和裂缝密度来模拟复杂的裂缝情况，其次，该装置设有多测点压力实时监控和数据分析系统，通过实验测量和模拟软件综合反演分析相结合的方法，从本质上认识页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理，从而为页岩油藏注气吞吐技术的大规模现场应用提供理论指导。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置，包括注射泵、恒压泵、气体瓶、真空泵、阀门、第一中间容器、第二中间容器、恒温箱、注气吞吐模型、油气收集器、计算机和压力传感器，所述注射泵通过管线依次与第一中间容器、第二中间容器和注气吞吐模型相连；所述真空泵通过管线与注气吞吐模型相连；所述恒压泵通过管线与气体瓶、注气吞吐模型连接；所述注气吞吐模型放置在恒温箱中；所述注气吞吐模型顶部分布有多个测压点，每一个测压点处未实验时都用封堵螺丝进行封堵，在进行实验时连接至压力传感器或油气收集器；油气收集器配套有专用软件，通过管线与计算机连接；压力传感器另一端与计算机相连；注气吞吐模型下部设有安装支架。
进一步地，注气吞吐模型包括钢体外壳、密封盖、实验腔体、紧固螺丝、封堵螺丝、旋转支撑底座；所述密封盖上按照一定规则分布若干测压点，测压点上部在未进行实验时被封堵螺丝封堵，测点下端与实验腔体相连。
进一步地，实验腔体尺寸为长×宽×高：30cm×30cm×4cm。
进一步地，实验腔体充填时先将注气吞吐模型翻转至底面朝上，拧下底面的紧固螺丝，将钢体底面连同腔体下壁取下，然后按照正交的基质裂缝排布进行填充，具体填充步骤如下：
(1)设计正交裂缝的宽度及密度，并将采集好的页岩储层岩心切割至高为4cm的方体岩块；
(2)根据设计的正交裂缝宽度及密度，使用刻度尺在实验腔体内进行测量标记，将准备好的岩块按照标记放置于规定的位置；
(3)选取树脂包裹砂作为裂缝的支撑剂，在基质岩块的缝隙和四周进行填充，填充时使用专用工具少量多次添加树脂包裹砂，同时利用专用工具拍打树脂包裹砂，保证充填密实、均匀；
(4)充填结束后，在底层树脂包裹砂表面平铺专用密封膜，保证树脂包裹砂与空腔下壁紧密贴合，然后将腔体下壁连同密封盖装回，拧紧紧固螺丝，完成充填。
进一步地，上述装置实验时，首先将地层水、原油分别置于第一中间容器和第二中间容器中，之后按照上述充填操作进行吞吐装置内的基质-裂缝体系构建；然后对注气吞吐模型进行抽真空、饱和地层水、饱和油等操作，然后在测压点处设置吞吐井组进行注气吞吐模拟，取下测点处封堵螺丝，将油气收集器和压力传感器连接到对应的测点，然后根据实验需求进行不同注入压力、焖井时间等吞吐操作；通过压力传感器，可从计算机端读取模拟储层的压力分布及压力变化规律；通过油气收集器分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律，结合压力分布场认识页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理。
该发明的有益效果在于：本发明基于页岩储层的特殊构造及压裂裂缝的复杂性，采用了基质岩块来拼接正交排布的基质-裂缝模型，可实现与地下温压条件相同的高温高压注气吞吐模拟；基质岩块可体现页岩储层纵向非均质性的特点，可改变裂缝大小和裂缝密度来模拟复杂的裂缝情况；其次，通过对该装置多测点压力的实时监控和数据分析系统，可实现模拟储层的压力场分布；通过油气收集器对实验采出流体进行收集和计量，可实现对吞吐过程中含水率、采收率的实时测量，模拟软件进行综合反演分析，可从本质上认识页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理，从而为页岩油藏注气吞吐技术的大规模现场应用提供理论指导。
附图说明
图1为本发明装置的流程图。
图2为注气吞吐模型的正视图。
图3为注气吞吐模型的正视剖面图。
图4为注气吞吐模型的俯视图。
图5为正交排布的基质-裂缝体系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
如图1至图5所示的页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置，包括注射泵1、恒压泵2、气体瓶3、真空泵4、阀门5、第一中间容器6、第二中间容器7、恒温箱8、注气吞吐模型9、油气收集器11、计算机12和压力传感器13，所示第一中间容器6用于存放模拟地层水；所述第二中间容器7用于存放原油；所述注射泵1通过管线依次与第一中间容器6、第二中间容器7和注气吞吐模型9相连，用于对注气吞吐模型9进行饱和地层水和饱和油操作；所述真空泵4通过管线与注气吞吐模型9相连，用以对注气吞吐模型9进行抽真空操作；所述恒压泵2通过管线与气体瓶3、注气吞吐模型9连接，用以实现对注气吞吐模型9进行恒定压力注气；所述注气吞吐模型9是该装置的核心，实验时将其置于恒温箱8中，恒温箱8可控制注气吞吐实验的温度；所述注气吞吐模型9顶部分布有多个测压点21，每一个测压点21处未实验时都用封堵螺丝19进行封堵，在进行实验时可根据不同需要连接至压力传感器13或油气收集器11；油气收集器11配套有专用软件，可通过管线与计算机12连接，实现对采出油气的实时监测及测量分析；压力传感器13另一端也与计算机12相连，用于实现对不同测点压力的实时监测。注气吞吐模型9下部设有安装支架10。
本发明实施例中，一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置，核心在于注气吞吐模型9，如图2、图3所示，该注气吞吐模型9包括钢体外壳16、密封盖14、实验腔体17、紧固螺丝18、封堵螺丝19、旋转支撑底座15；所述密封盖14上按照一定规则分布若干测压点21，测压点21上部在未进行实验时被封堵螺丝19封堵，测点下端与实验腔体17相连；实验腔体17作为正交基质-裂缝填充构建以及进行吞吐实验的空间，该实验腔体17尺寸为长×宽×高：30cm×30cm×4cm。充填时先将注气吞吐模型9翻转至底面朝上，拧下底面的紧固螺丝18，将钢体底面16连同腔体17的下壁取下，然后按照正交的基质裂缝排布进行填充，具体填充步骤如下：
(1)设计正交裂缝的宽度及密度，并将采集好的页岩储层岩心切割至高为4cm的方体岩块22；
(2)根据设计的正交裂缝宽度及密度，使用刻度尺在实验腔体内进行测量标记，将准备好的岩块22按照标记放置于规定的位置；
(3)选取树脂包裹砂20作为裂缝的支撑剂，在基质岩块的缝隙和四周进行填充，填充时使用专用工具少量多次添加树脂包裹砂20，同时利用专用工具拍打树脂包裹砂20，保证充填密实、均匀；
(4)充填结束后，在底层树脂包裹砂20表面平铺专用密封膜，保证树脂包裹砂20与空腔下壁紧密贴合，然后将腔体下壁连同密封盖装回，拧紧紧固螺丝，完成充填。
实验时，首先将地层水、原油分别置于第一中间容器6和第二中间容器7中，之后按照上述充填操作进行基质-裂缝体系构建；然后对注气吞吐模型9进行抽真空、饱和地层水、饱和油等操作，然后在测压点21处设置吞吐井组进行注气吞吐模拟，取下测点处封堵螺丝，将油气收集器11和压力传感器13连接到对应的测点，然后根据实验需求进行不同注入压力、焖井时间等吞吐操作；通过压力传感器13，可从计算机12端读取模拟储层的压力分布及压力变化规律；通过油气收集器11分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律，结合压力分布场认识页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置，其特征在于：包括注射泵、恒压泵、气体瓶、真空泵、阀门、第一中间容器、第二中间容器、恒温箱、注气吞吐模型、油气收集器、计算机和压力传感器，所述注射泵通过管线依次与第一中间容器、第二中间容器和注气吞吐模型相连；所述真空泵通过管线与注气吞吐模型相连；所述恒压泵通过管线与气体瓶、注气吞吐模型连接；所述注气吞吐模型放置在恒温箱中；所述注气吞吐模型顶部分布有多个测压点，每一个测压点处未实验时都用封堵螺丝进行封堵，在进行实验时连接至压力传感器或油气收集器；油气收集器配套有专用软件，通过管线与计算机连接；压力传感器另一端与计算机相连；注气吞吐模型下部设有安装支架；所述注气吞吐模型包括钢体外壳、密封盖、实验腔体、紧固螺丝、封堵螺丝、旋转支撑底座；所述密封盖上按照一定规则分布若干测压点，测压点上部在未进行实验时被封堵螺丝封堵，测点下端与实验腔体相连；
所述实验腔体充填时先将注气吞吐模型翻转至底面朝上，拧下底面的紧固螺丝，将钢体底面连同腔体下壁取下，然后按照正交的基质裂缝排布进行填充，具体填充步骤如下：
（1）设计正交裂缝的宽度及密度，并将采集好的页岩储层岩心切割至高为4cm的方体岩块；
（2）根据设计的正交裂缝宽度及密度，使用刻度尺在实验腔体内进行测量标记，将准备好的岩块按照标记放置于规定的位置；
（3）选取树脂包裹砂作为裂缝的支撑剂，在基质岩块的缝隙和四周进行填充，填充时使用专用工具少量多次添加树脂包裹砂，同时利用专用工具拍打树脂包裹砂，保证充填密实、均匀；
（4）充填结束后，在底层树脂包裹砂表面平铺专用密封膜，保证树脂包裹砂与空腔下壁紧密贴合，然后将腔体下壁连同密封盖装回，拧紧紧固螺丝，完成充填；
所述装置实验时，首先将地层水、原油分别置于第一中间容器和第二中间容器中，之后按照上述充填操作进行吞吐装置内的基质-裂缝体系构建；然后对注气吞吐模型进行抽真空、饱和地层水、饱和油操作，然后在测压点处设置吞吐井组进行注气吞吐模拟，取下测点处封堵螺丝，将油气收集器和压力传感器连接到对应的测点，然后根据实验需求进行不同注入压力、焖井时间吞吐操作；通过压力传感器，可从计算机端读取模拟储层的压力分布及压力变化规律；通过油气收集器分离和计量产出流体，计算含水率、产油量的变化规律，结合压力分布场认识页岩油藏注气吞吐提高采收率的影响因素及作用机理。
2.根据权利要求1所述的页岩油藏基质裂缝系统高温高压多测点吞吐物理模拟装置，其特征在于：所述实验腔体尺寸为长×宽×高：30 cm×30 cm×4 cm。
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