CN113075109A - 地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统及方法，其中的系统包括六通阀、三通阀、第一四通阀、第二四通阀、真空泵、真空压力计、第一至第四针型阀、第一至第八电子压力计、第一手动压力泵、第二手动压力泵、气体流量计、第一量筒、第二量筒、回压阀、岩心夹持器、配样器、第一至第三中间容器、第一恒速恒压泵、第二恒速恒压泵、计算机和恒温箱。本发明能够反映储层中地层水蒸发及盐析堵塞储层孔隙空间的过程，还原在毛管压力作用下饱和地层水向储层干化区域回流加剧储层盐析堵塞伤害的现象，并根据实验结果建立不同盐堵程度下储层渗透率经验预测模型，以加深地层水盐析堵塞对地下储气库正常运行造成的安全隐患的理解。
Description
技术领域
本发明涉及地下储气库运行动态评价技术领域，更为具体地，涉及一种地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统及方法。
背景技术
能源既是经济社会发展的动力，也是碳减排的主体。据金联创数据显示， 2020年，中国天然气表观消费量3259.3亿立方米。自我国在第七十五届联合国大会上做出碳达峰和碳中和承诺后，天然气将在一次能源消费中将扮演更加重要角色，预计2021年我国天然气消费总量约3500亿立方米，消费需求增幅将达到8％。由于天然气物理化学性质特殊，同时天然气消费存在季节性和地区性差异的巨大矛盾。因此为解决天然气供消矛盾，世界各国都广泛选择建设天然气地下储气库来实现天然气调峰保供，从而确保天然气安全、平稳、连续供应。目前，世界上已建成的天然气地下储气库中绝大多数是油气藏型或者含水层型储气库。由于该类型地下储气库的储集空间中都含有一定量的地层水，因此当大量的干燥天然气被注入储层后会引发地层水蒸发，导致储层干化以及地层水盐析堵塞伤害，从而大幅度降低储层渗流能力，甚至完全堵塞储层渗流通道，这将严重制约地下储气库安全高效运行。
目前，针对地下储层注气干化盐析堵塞伤害问题主要集中在地下咸水层封存二氧化碳领域，而且现有的研究主要关注储层中地层水蒸发盐析机理及孔隙空间的孔隙度与渗透率损失方面，未考虑饱和地层水毛管回流加剧盐晶聚集，从而对储层渗流能力及气-水渗流造成更为严重的影响。鉴于此，亟待设计建立一种能够完全模拟地下储气库储层干化盐析堵塞伤害全过程的实验系统及方法，加深对地下储层注气过程中储层干化盐析堵塞伤害问题的认识与理解，为准确模拟预测地下储气库的运行动态提供基础参数，以降低、甚至消除地层水盐析堵塞对地下储气库正常运行造成的安全隐患。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统及方法，定量研究储层干化盐析堵塞伤害程度，明确不同盐析堵塞阶段气-水两相渗流特征，加深对地下储层注气过程中的储层干化盐析堵塞伤害问题的认识与理解，并根据实验结果建立储层盐析堵塞后渗透率预测经验模型。
本发明提供的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，包括六通阀、三通阀、第一四通阀、第二四通阀、真空泵、真空压力计、第一至第四针型阀、第一至第八电子压力计、第一手动压力泵、第二手动压力泵、气体流量计、第一量筒、第二量筒、回压阀、岩心夹持器、配样器、第一至第三中间容器、第一恒速恒压泵、第二恒速恒压泵、计算机和恒温箱；其中，六通阀的a阀门、第一针型阀、真空压力计、真空泵依次通过管线连接，六通阀的b阀门用于放空，六通阀的c阀门与第一电子压力计连接，六通阀的d 阀门通过管线与岩心夹持器连接，岩心夹持器放置在恒温箱内，六通阀的e 阀门、第二中间容器、第六电子压力计、第二四通阀的c阀门依次通过管道连接，在第二中间容器内装有通过活塞分开的氯化钠溶液和液压油，六通阀的f阀门通过管线与三通阀的b阀门连接，三通阀的a阀门、配样器、第四电子压力计、第二四通阀的a阀门依次通过管线连接，在配样器内装有通过活塞分开的液压油及相混合的氯化钠溶液和氮气，三通阀的c阀门、第一中间容器、第五电子压力计、第二四通阀的b阀门依次通过管线连接，在第一中间容器内装有通过活塞分开的干燥氮气和液压油，第二四通阀的d阀门通过管线与第一恒速恒压泵连接；岩心夹持器通过管线与第一四通阀的a阀门连接，第一四通阀的b阀门连接有第二电子压力计，第一四通阀的c阀门通过管线与回压阀连接，回压阀、第三电子压力计、第二针型阀、第一手动压力泵依次通过管道连接，回压阀还通过管道与第一量筒连接，在第一量筒的下方设置有第一电子天平，第一量筒通过管线与第二量筒连接，在第二量筒内设置有变色硅胶，在第二量筒的下方设置有第二电子天平，第二量筒还通过管线与气体流量计连接，气体流量计与计算机通信；第一四通阀的d阀门、第三中间容器、第八电子压力计、第四针型阀、第二恒速恒压泵依次通过管线连接，在第三中间容器内装有通过活塞分开的氯化钠饱和溶液与液压油；岩心夹持器还通过管线与第二手动压力泵连接，第七电子压力计与第三针型阀设置在岩心夹持器与第二手动压力泵之间。
本发明提供的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟模拟方法，包括如下步骤：
S1、实验样品准备：
获取地下储气库储气单元的标准岩心，清洗干净标准岩心中的残余原油和可溶盐，并用岩心切割机将标准岩心的端面切削平整，标准岩心烘干后测试其干重mdry、直径dc、长度Lc；
根据地下储气库的储气单元中地层水矿化度，配制相同浓度的氯化钠溶液并转入配样器和第二中间容器中，作为实验中的模拟地层水；其中，配样器的中氯化钠溶液转入体积为配样器容积的10％～20％；配制地下储气库储层温度、压力条件下的氯化钠饱和溶液并转入第三中间容器中，作为实验中的模拟回流的饱和地层水；
瓶装氮气增压至地下储气库储层压力的60％-80％后转入配样器中，瓶装氮气经减压干燥后再增压至地下储气库储层压力的60％-80％后转入第一中间容器中；
S2、连接地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，并进行升温预热；其中，将标准岩心装入岩心夹持器中进行恒温加热，将恒温箱的温度设置为地下储气库储层温度，加热恒温4小时以上，确保恒温箱中的温度稳定在储层温度；
S3、测试标准岩心的初始孔隙度和初始渗透率：
测试标准岩心的初始孔隙度的过程为：启动真空泵，将标准岩心抽真空，再用第一恒速恒压泵将第二中间容器中的氯化钠溶液恒压驱入岩心夹持器中，将标准岩心的孔隙空间饱和氯化钠溶液，称量饱和后标准岩心的质量mwet，并将标准岩心重新装入岩心夹持器中；
标准岩心初始孔隙度的计算公式为：
式中：φ0为标准岩心的初始孔隙度；π为圆周率；ρaq为第二中间容器中氯化钠溶液的密度；
测试标准岩心的初始渗透率的过程为：先利用第一手动压力泵将回压阀的回压设置为地下储气库储层压力，然后利用第二手动压力泵将岩心夹持器的围压增压至比回压阀的回压大5MPa，再继续用第一恒速恒压泵以恒定流量Qaq将第二中间容器中的氯化钠溶液恒速驱替标准岩心，待岩心夹持器两端的第一电子压力计和第二电子压力计的压力稳定后，分别记录为岩心夹持器两端的进口压力pin和出口压力pout；
标准岩心初始渗透率的计算公式为：
式中：k0为标准岩心的初始渗透率，μaq为第二中间容器中氯化钠溶液的黏度；
S4、测试在不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相有效渗透率和液相有效渗透率；其中，先用第一中间容器中的干燥氮气将六通阀中滞留的氯化钠溶液排空，然后采用第一恒速恒压泵将配样器中饱和水的氮气以恒压方式驱替标准岩心中的氯化钠溶液，直至岩心夹持器的岩心出口端不再产出氯化钠溶液、第二电子天平的示数不再增加，即标准岩心达到束缚水状态，根据第二电子天平和气体流量计计量结果，计算岩心在不同氯化钠溶液饱和度下气相和液相的有效渗透率；
标准岩心的气相有效渗透率的计算公式为：
式中：kg1为标准岩心的气相有效渗透率，Saq1(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻的氯化钠溶液饱和度；fg(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻的含气率；PVg(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻累计产气的孔隙体积数；Ir(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻与初始时刻液相流量之比；
标准岩心的液相有效渗透率的计算公式为：
式中：kaq1为标准岩心的液相有效渗透率，μwetg为配样器中饱和水的氮气的黏度；
S5、测试标准岩心干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下，标准岩心的气相渗透率及标准岩心完全干化盐析后的渗透率和孔隙度：其中，先通过第一恒速恒压泵将第一中间容器中的干燥氮气以恒速方式驱替束缚水状态下的标准岩心，直至标准岩心完全被干燥氮气干化，即岩心夹持器的岩心出口端产出氮气不含水蒸气，第一电子天平的示数不再增加，根据气体流量计计量结果，计算标准岩心在干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下的气相有效渗透率；
在干化过程中标准岩心的气相有效渗透率计算公式为：
式中：kg2为干化过程中标准岩心的气相有效渗透率，Saq2(t)为干化过程中岩心氯化钠溶液饱和度，Qgsc(t)为t时刻气体流量计所记录的流量，pair为标准大气压，μgdry为第一中间容器中干燥氮气的粘度，maq1为标准岩心中可动氯化钠溶液的质量；mw(t)为t时刻干燥氮气累计蒸发的水蒸气质量；msalt(t)为t 时刻标准岩心中析出的固体氯化钠质量；ρaq-c(t)为t时刻标准岩心中氯化钠溶液的密度；
标准岩心完全干化盐析后的渗透率k(i)＝kg2(Saq2(t)＝0)；
称量标准岩心完全干化盐析后质量mdry-salt，计算标准岩心完全干化盐析后的孔隙度，并将标准岩心重新装入岩心夹持器中；
标准岩心完全干化盐析后的孔隙度的计算公式为：
式中：ρsalt为标准岩心完全干化盐析后的固体盐密度；
S6、模拟饱和地层水毛细管回流后对地下储气库储层进一步干化盐析的堵塞：其中，重新启动真空泵，再次将标准岩心抽真空，再用第二恒速恒压泵将第三中间容器中的氯化钠饱和溶液从岩心夹持器的出口端以恒压方式饱和干化盐析后的标准岩心剩余的孔隙空间；
再次按照步骤S4测试干化盐析后在不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相有效渗透率和液相有效渗透率，并再次按照步骤S5测试干化盐析后标准岩心干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相渗透率，以及标准岩心完全干化盐析后的渗透率和孔隙度。
优选地，重复步骤S4～步骤S6，直至标准岩心的孔隙空间的渗流通道彻底被盐析堵塞，即标准岩心完全干化盐析后的渗透率k(i)为0，并根据实验结果建立储层孔隙空间不同盐析堵塞程度下的储层渗透率经验预测模型：
式中：
代表孔隙空间的盐析堵塞程度。
与现有技术相比，本发明提供的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统及方法能够反映储层中地层水蒸发及盐析堵塞储层孔隙空间过程，还原在毛管压力作用下饱和地层水向储层干化区域回流以至于加剧储层盐析堵塞伤害程度的现象。这有利于加深对地下储层注气过程中储层干化盐析堵塞伤害问题的认识与理解。此外，根据实验结果可以建立不同盐堵程度下地下储气库储层的渗透率的经验预测模型，从而为准确模拟预测地下储气库运行动态提供基础参数。这有利于制订科学合理的开发技术方案，以降低、甚至消除地层水盐析堵塞对地下储气库正常运行造成的安全隐患。特别的，本发明提供的实验测试方法及装置也具有较高行业推广价值，同样适用于研究地下咸水层封存二氧化碳过程中储层干化盐析堵塞伤害，只需要将实验气体换成干燥的二氧化碳即可。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统的结构示意图。
其中的附图标记包括：真空泵1、真空压力计2、第一至第四针型阀3-1～3-4、第一至第八电子压力计4-1～4-8、第一手动压力泵5-1、第二手动压力泵5-2 气体流量计6、第一量筒7-1、第二量筒7-2、第一电子天平8-1、第二电子天平8-2、变色硅胶9、回压阀10、第一四通阀11-1、第二四通阀11-2、岩心夹持器12、六通阀13、配样器14、饱和水的氮气15、氯化钠溶液16、活塞17、液压油18、三通阀19、第一中间容器20-1、第二中间容器20-2、第三中间容器20-3、干燥氮气21、氯化钠饱和溶液22、第一恒速恒压泵23-1、第二恒速恒压泵23-2、计算机24、恒温箱25。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
图1示出了为根据本发明实施例的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统的结构原理。
如图1所示，本发明提供的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，包括：真空泵1、真空压力计2、第一至第四针型阀3-1～3-4、第一至第八电子压力计4-1～4-8、第一手动压力泵5-1、第二手动压力泵5-2气体流量计6、第一量筒7-1、第二量筒7-2、第一电子天平8-1、第二电子天平8-2、变色硅胶9、回压阀10、第一四通阀11-1、第二四通阀11-2、岩心夹持器12、六通阀13、配样器14、饱和水的氮气15、氯化钠溶液16、活塞17、液压油 18、三通阀19、第一中间容器20-1、第二中间容器20-2、第三中间容器20-3、干燥氮气21、氯化钠饱和溶液22、第一恒速恒压泵23-1、第二恒速恒压泵23-2、计算机24和恒温箱25。
六通阀13的a阀门、第一针型阀3-1、真空压力计2、真空泵1依次通过管线连接，六通阀13的b阀门用于放空，六通阀13的c阀门与第一电子压力计4-1连接，六通阀13的d阀门通过管线与岩心夹持器12连接，岩心夹持器12放置在恒温箱25内，六通阀13的e阀门、第二中间容器20-2、第六电子压力计4-6、第二四通阀11-2的c阀门依次通过管道连接，在第二中间容器 20-2内装有通过活塞17分开的氯化钠溶液16和液压油18，六通阀13的f 阀门通过管线与三通阀19的b阀门连接，三通阀19的a阀门、配样器14、第四电子压力计4-4、第二四通阀11-2的a阀门依次通过管线连接，在配样器 14内装有通过活塞17分开的液压油18及相混合的氯化钠溶液16和饱和水的氮气15，三通阀19的c阀门、第一中间容器20-1、第五电子压力计4-5、第二四通阀11-2的b阀门依次通过管线连接，在第一中间容器20-1内装有通过活塞17分开的干燥氮气21和液压油18，第二四通阀11-2的d阀门通过管线与第一恒速恒压泵23-1连接；岩心夹持器12通过管线与第一四通阀11-1的a 阀门连接，第一四通阀11-1的b阀门连接有第二电子压力计4-2，第一四通阀 11-1的c阀门通过管线与回压阀10连接，回压阀10、第三电子压力计4-3、第二针型阀3-2、第一手动压力泵5-1依次通过管道连接，回压阀10还通过管道与第一量筒7-1连接，在第一量筒7-1的下方设置有第一电子天平8-1，第一量筒7-1通过管线与第二量筒7-2连接，在第二量筒7-2内设置有变色硅胶9，在第二量筒7-2的下方设置有第二电子天平8-2，第二量筒7-2还通过管线与气体流量计6连接，气体流量计6与计算机24通信；第一四通阀11-1 的d阀门、第三中间容器20-3、第八电子压力计4-8、第四针型阀3-4、第二恒速恒压泵23-2依次通过管线连接，在第三中间容器20-3内装有通过活塞17分开的氯化钠饱和溶液22与液压油18；岩心夹持器12还通过管线与第二手动压力泵5-2连接，第七电子压力计4-7与第三针型阀3-3设置在岩心夹持器12与第二手动压力泵5-2之间。
与上述系统相对应，本发明还提供一种地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟模拟方法，包括如下步骤：
S1、实验样品准备。
获取地下储气库储气单元的标准岩心，清洗干净标准岩心中的残余原油和可溶盐，并用岩心切割机将标准岩心的端面切削平整，标准岩心烘干后测试其干重mdry、直径dc、长度Lc；
根据地下储气库的储气单元中的地层水矿化度，配制相同浓度的氯化钠溶液并转入配样器和第二中间容器中，作为实验中的模拟地层水；其中，配样器的中氯化钠溶液转入体积为配样器容积的10％～20％；配制地下储气库储层温度、压力条件下的氯化钠饱和溶液并转入第三中间容器中，作为实验中的模拟回流的饱和地层水。
本发明也可以用地层水及相应的饱和地层水替换氯化钠溶液及饱和氯化钠溶液。
实验中气体样品用瓶装氮气(纯度99.99％)代替天然气以保证实验安全，瓶装氮气经空气压缩机增压至地下储气库储层压力的60％-80％后转入配样器中，瓶装氮气经减压干燥后再经空气压缩机增压至地下储气库储层压力的 60％-80％后转入第一中间容器中。
S2、连接地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，检验该系统的气密性并升温预热。
参照图1连接地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，确认第一电子天平、第二电子天平、气体流量计的数据能够实时存储在计算机中。
打开实验流程通路，用第一中间容器中的干燥氮气，检验整个实验流程在不同实验设计压力下的密封效果，保证在实验过程中各装置和设备的连接处不发生泄露，密闭性良好。
在检查气密性后，将标准岩心装入岩心夹持器中进行恒温加热，将恒温箱的温度设置为地下储气库储层温度，加热恒温4小时以上，确保恒温箱中的温度稳定在储层温度。
S3、测试标准岩心的初始孔隙度和初始渗透率。
测试标准岩心的初始孔隙度的过程为：启动真空泵，将标准岩心抽真空，再用第一恒速恒压泵将第二中间容器中的氯化钠溶液恒压驱入岩心夹持器中，将标准岩心的孔隙空间饱和氯化钠溶液，称量饱和后标准岩心的质量mwet，并将标准岩心重新装入岩心夹持器中；
标准岩心初始孔隙度的计算公式为：
式中：φ0为标准岩心的初始孔隙度；π为圆周率；ρaq为第二中间容器中氯化钠溶液的密度。
测试标准岩心的初始渗透率的过程为：先利用第一手动压力泵将回压阀的回压设置为地下储气库储层压力，然后利用第二手动压力泵将岩心夹持器的围压增压至比回压阀的回压大5MPa，再继续用第一恒速恒压泵以恒定流量 Qaq将第二中间容器中的氯化钠溶液恒速驱替标准岩心，待岩心夹持器两端的第一电子压力计和第二电子压力计的压力稳定后，分别记录为岩心夹持器两端的进口压力pin和出口压力pout。
标准岩心初始渗透率的计算公式为：
式中：k0为标准岩心的初始渗透率，μaq为第二中间容器中氯化钠溶液的黏度。
S4、测试在不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相有效渗透率和液相有效渗透率。
先用第一中间容器中的干燥氮气将六通阀中滞留的氯化钠溶液排空，然后采用第一恒速恒压泵将配样器中饱和水的氮气以恒压方式驱替标准岩心中的氯化钠溶液，直至岩心夹持器的岩心出口端不再产出氯化钠溶液，第二电子天平的示数不再增加，即标准岩心达到束缚水状态，根据第二电子天平和气体流量计的计量结果，计算标准岩心在不同氯化钠溶液饱和度下气相和液相的有效渗透率。
标准岩心的气相有效渗透率的计算公式为：
式中：kg1为标准岩心的气相有效渗透率，Saq1(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻的氯化钠溶液饱和度；fg(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻的含气率；PVg(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻累计产气的孔隙体积数；Ir(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻与初始时刻液相流量之比。
标准岩心的液相有效渗透率的计算公式为：
式中：kaq1为标准岩心的液相有效渗透率，μwetg为配样器中饱和水的氮气的黏度。
S5、测试标准岩心干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下，标准岩心的气相渗透率及标准岩心完全干化盐析后的渗透率和孔隙度。
先通过第一恒速恒压泵将第一中间容器中的干燥氮气以恒速方式驱替束缚水状态下的标准岩心，直至标准岩心完全被干燥氮气干化，即岩心夹持器的岩心出口端产出氮气不含水蒸气，第一电子天平的示数不再增加，根据气体流量计的计量结果，计算标准岩心在干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下的气相有效渗透率。
在干化过程中标准岩心的气相有效渗透率计算公式为：
式中：kg2为干化过程中标准岩心的气相有效渗透率，Saq2为干化过程中岩心氯化钠溶液饱和度，Qgsc(t)为t时刻气体流量计所记录的流量，pair为标准大气压，μgdry为第一中间容器中干燥氮气的粘度，maq1为标准岩心中可动氯化钠溶液的质量；mw(t)为t时刻干燥氮气累计蒸发的水蒸气质量；msalt(t)为t时刻标准岩心中析出的固体氯化钠质量；ρaq-c(t)为t时刻标准岩心中氯化钠溶液的密度。
特别地：当Saq2(t)降低到0时，代表标准岩心完全干化，此时标准岩心的气相有效渗透率为标准岩心完全干化盐析后的渗透率，即k(i)＝kg2(Saq2(t)＝0)。
称量标准岩心完全干化盐析后质量mdry-salt，计算标准岩心完全干化盐析后的孔隙度，并将标准岩心重新装入岩心夹持器中。
标准岩心完全干化盐析后的孔隙度的计算公式为：
式中：ρsalt为标准岩心完全干化盐析后的固体盐密度。
S6、模拟饱和地层水毛细管回流后对地下储气库储层进一步干化盐析的堵塞。
重新启动真空泵，再次将标准岩心抽真空，再用第二恒速恒压泵将第三中间容器中的氯化钠饱和溶液从岩心夹持器的出口端以恒压方式饱和标准岩心干化盐析后的孔隙空间。
重复步骤S4和步骤S5，模拟饱和地层水毛细管回流后，干燥氮气对地下储气库储层进一步地干化盐析堵塞，确定标准岩心在干化盐析后不同氯化钠饱和溶液饱和度下气相和液相有效渗透率变化特征，以及干化盐析后的标准岩心再次干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下的气相渗透率及标准岩心再次完全干化盐析后的渗透率及孔隙度，明确标准岩心盐析累积堵塞的影响。
S7、重复步骤S4～步骤S6，直至标准岩心的孔隙空间的渗流通道彻底被盐析堵塞，即标准岩心完全干化盐析后的渗透率k(i)为0，根据实验测试结果，基于多孔介质的毛管束模型，采用回归分析法建立储层孔隙空间不同盐析堵塞程度下的储层渗透率经验预测模型：
式中：
代表孔隙空间的盐析堵塞程度。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，其特征在于，包括六通阀、三通阀、第一四通阀、第二四通阀、真空泵、真空压力计、第一至第四针型阀、第一至第八电子压力计、第一手动压力泵、第二手动压力泵、气体流量计、第一量筒、第二量筒、回压阀、岩心夹持器、配样器、第一至第三中间容器、第一恒速恒压泵、第二恒速恒压泵、计算机和恒温箱；其中，
六通阀的a阀门、第一针型阀、真空压力计、真空泵依次通过管线连接，六通阀的b阀门用于放空，六通阀的c阀门与第一电子压力计连接，六通阀的d阀门通过管线与岩心夹持器连接，岩心夹持器放置在恒温箱内，六通阀的e阀门、第二中间容器、第六电子压力计、第二四通阀的c阀门依次通过管道连接，在第二中间容器内装有通过活塞分开的氯化钠溶液和液压油，六通阀的f阀门通过管线与三通阀的b阀门连接，三通阀的a阀门、配样器、第四电子压力计、第二四通阀的a阀门依次通过管线连接，在配样器内装有通过活塞分开的液压油及相混合的氯化钠溶液和氮气，三通阀的c阀门、第一中间容器、第五电子压力计、第二四通阀的b阀门依次通过管线连接，在第一中间容器内装有通过活塞分开的干燥氮气和液压油，第二四通阀的d阀门通过管线与第一恒速恒压泵连接；
岩心夹持器通过管线与第一四通阀的a阀门连接，第一四通阀的b阀门连接有第二电子压力计，第一四通阀的c阀门通过管线与回压阀连接，回压阀、第三电子压力计、第二针型阀、第一手动压力泵依次通过管道连接，回压阀还通过管道与第一量筒连接，在第一量筒的下方设置有与计算机通信的第一电子天平，第一量筒通过管线与第二量筒连接，在第二量筒内设置有变色硅胶，在第二量筒的下方设置有与计算机通信的第二电子天平，第二量筒还通过管线与气体流量计连接，气体流量计与计算机通信；第一四通阀的d阀门、第三中间容器、第八电子压力计、第四针型阀、第二恒速恒压泵依次通过管线连接，在第三中间容器内装有通过活塞分开的氯化钠饱和溶液与液压油；
岩心夹持器还通过管线与第二手动压力泵连接，第七电子压力计与第三针型阀设置在岩心夹持器与第二手动压力泵之间。
2.一种地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、实验样品准备：
获取地下储气库储气单元的标准岩心，清洗干净标准岩心中的残余原油和可溶盐，并用岩心切割机将标准岩心的端面切削平整，标准岩心烘干后测试其干重mdry、直径dc、长度Lc；
根据地下储气库的储气单元中的地层水矿化度，配制相同浓度的氯化钠溶液并转入配样器和第二中间容器中，作为实验中的模拟地层水；其中，配样器的中氯化钠溶液转入体积为配样器容积的10％～20％；配制地下储气库储层温度、压力条件下的氯化钠饱和溶液并转入第三中间容器中，作为实验中的模拟回流的饱和地层水；
瓶装氮气增压至地下储气库储层压力的60％-80％后转入配样器中，瓶装氮气经减压干燥后再增压至地下储气库储层压力的60％-80％后转入第一中间容器中；
S2、连接地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟系统，并进行升温预热：其中，将标准岩心装入岩心夹持器中进行恒温加热，将恒温箱的温度设置为地下储气库储层温度，加热恒温4小时以上，确保恒温箱中的温度稳定在储层温度；
S3、测试标准岩心的初始孔隙度和初始渗透率：
测试标准岩心的初始孔隙度的过程为：启动真空泵，将标准岩心抽真空，再用第一恒速恒压泵将第二中间容器中的氯化钠溶液恒压驱入岩心夹持器中，将标准岩心的孔隙空间饱和氯化钠溶液，称量饱和后标准岩心的质量mwet，并将标准岩心重新装入岩心夹持器中；
标准岩心初始孔隙度的计算公式为：
式中：φ0为标准岩心的初始孔隙度；π为圆周率；ρaq为第二中间容器中氯化钠溶液的密度；
测试标准岩心的初始渗透率的过程为：先利用第一手动压力泵将回压阀的回压设置为地下储气库储层压力，然后利用第二手动压力泵将岩心夹持器的围压增压至比回压阀的回压大5MPa，再继续用第一恒速恒压泵以恒定流量Qaq将第二中间容器中的氯化钠溶液恒速驱替标准岩心，待岩心夹持器两端的第一电子压力计和第二电子压力计的压力稳定后，分别记录为岩心夹持器两端的进口压力pin和出口压力pout；
标准岩心初始渗透率的计算公式为：
式中：k0为标准岩心的初始渗透率，μaq为第二中间容器中氯化钠溶液的黏度；
S4、测试在不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相有效渗透率和液相有效渗透率：其中，先用第一中间容器中的干燥氮气将六通阀中滞留的氯化钠溶液排空，然后采用第一恒速恒压泵将配样器中饱和水的氮气以恒压方式驱替标准岩心中的氯化钠溶液，直至岩心夹持器的岩心出口端不再产出氯化钠溶液、第二电子天平的示数不再增加，即标准岩心达到束缚水状态，根据第二电子天平和气体流量计的计量结果，计算岩心在不同氯化钠溶液饱和度下气相和液相的有效渗透率；
标准岩心的气相有效渗透率的计算公式为：
式中：kg1为标准岩心的气相有效渗透率，Saq1(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻的氯化钠溶液饱和度；fg(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻的含气率；PVg(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻累计产气的孔隙体积数；Ir(t)为岩心夹持器的岩心出口端t时刻与初始时刻液相流量之比；
标准岩心的液相有效渗透率的计算公式为：
式中：kaq1为标准岩心的液相有效渗透率，μwetg为配样器中饱和水的氮气的黏度；
S5、测试标准岩心干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下，标准岩心的气相渗透率及标准岩心完全干化盐析后的渗透率和孔隙度：其中，先通过第一恒速恒压泵将第一中间容器中的干燥氮气以恒速方式驱替束缚水状态下的标准岩心，直至标准岩心完全被干燥氮气干化，即岩心夹持器的岩心出口端产出氮气不含水蒸气，第一电子天平的示数不再增加，根据气体流量计的计量结果，计算标准岩心在干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下的气相有效渗透率；
在干化过程中标准岩心的气相有效渗透率计算公式为：
式中：kg2为干化过程中标准岩心的气相有效渗透率，Saq2(t)为干化过程中岩心氯化钠溶液饱和度，Qgsc(t)为t时刻气体流量计所记录的流量，pair为标准大气压，μgdry为第一中间容器中干燥氮气的粘度，maq1为标准岩心中可动氯化钠溶液的质量；mw(t)为t时刻干燥氮气累计蒸发的水蒸气质量；msalt(t)为t时刻标准岩心中析出的固体氯化钠质量；ρaq-c(t)为t时刻标准岩心中氯化钠溶液的密度；
标准岩心完全干化盐析后的渗透率k(i)＝kg2(Saq2(t)＝0)；
称量标准岩心完全干化盐析后质量mdry-salt，计算标准岩心完全干化盐析后的孔隙度，并将标准岩心重新装入岩心夹持器中；
标准岩心完全干化盐析后的孔隙度的计算公式为：
式中：ρsalt为标准岩心完全干化盐析后的固体盐密度；
S6、模拟饱和地层水毛细管回流后对地下储气库储层进一步干化盐析的堵塞：其中，重新启动真空泵，再次将标准岩心抽真空，再用第二恒速恒压泵将第三中间容器中的氯化钠饱和溶液从岩心夹持器的出口端以恒压方式饱和干化盐析后的标准岩心剩余的孔隙空间；
再次按照步骤S4测试干化盐析后在不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相有效渗透率和液相有效渗透率，并再次按照步骤S5测试干化盐析后标准岩心干化过程中不同氯化钠溶液饱和度下标准岩心的气相渗透率，以及标准岩心完全干化盐析后的渗透率和孔隙度。
3.如权利要求2的地下储气库储层干化盐析堵塞伤害实验模拟方法，其特征在于，重复步骤S4～步骤S6，直至标准岩心的孔隙空间的渗流通道彻底被盐析堵塞，即标准岩心完全干化盐析后的渗透率k(i)为0，并根据实验结果建立储层孔隙空间不同盐析堵塞程度下的储层渗透率经验预测模型：
式中：
代表孔隙空间的盐析堵塞程度。
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| YONG TANG: "Experiment on CO2-brine-rock interaction during CO2 injection and storage", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
| 汤勇: "CO2 在地层水中溶解对驱油过程的影响", 《石油学报》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113504171A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-10-15 | 西南石油大学 | 一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置及方法 |
| CN113504171B (zh) * | 2021-07-13 | 2024-04-16 | 西南石油大学 | 一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置及方法 |
| CN114136861A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 成都理工大学 | 一种储气库近井地带干化盐析效应实验系统及评价方法 |
| CN114136861B (zh) * | 2021-11-29 | 2023-08-29 | 成都理工大学 | 一种储气库近井地带干化盐析效应实验系统及评价方法 |
| CN116050629A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-05-02 | 重庆科技学院 | 一种考虑地层水蒸发盐析的储气库库容动态预测方法 |
| CN116050629B (zh) * | 2023-01-18 | 2023-09-12 | 重庆科技学院 | 一种考虑地层水蒸发盐析的储气库库容动态预测方法 |
| CN116291407A (zh) * | 2023-02-17 | 2023-06-23 | 西南石油大学 | 油藏型储气库气相反凝析油饱和度及伤害测试装置及方法 |
| CN116291407B (zh) * | 2023-02-17 | 2023-10-24 | 西南石油大学 | 油藏型储气库气相反凝析油饱和度及伤害测试装置及方法 |
| CN116559052A (zh) * | 2023-06-07 | 2023-08-08 | 重庆科技学院 | 一种二氧化碳—地层水两相渗流特征实验装置及方法 |
| CN116559052B (zh) * | 2023-06-07 | 2023-12-08 | 重庆科技学院 | 一种二氧化碳—地层水两相渗流特征实验装置及方法 |
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