CN113310867B - 模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，通过井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置完成，方法包括：将清洗、干燥后的岩心放入岩心夹持器；加热恒温箱至地层温度T0，并预热两个小时；交替升高驱替压力和围压，恒压注入地层水；恒压注入氮气，记录实验数据，计算渗透率；反向注入地层水；静置后观察反渗吸程度；恒压注入氮气，记录实验数据，计算渗透率；重复上述步骤，计算出渗透率Kg2、K'g2、Kg3、K'g3、Kg4和K'g4；校正渗透率，得到岩心反渗吸前后的绝对渗透率K∞和K'∞；确定反渗吸水锁伤害对渗透率的伤害程度。本发明与实际地层反渗吸水锁过程相符，为储层水锁伤害评价提供了更加合理的测试方法。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发技术领域，尤其涉及模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法。
背景技术
我国低渗透油气藏分布区域广泛，低渗透油气藏的储量潜力巨大，是我国重要的油气资源。水锁效应是低渗气藏储层渗流中常见的一种伤害方式，由外部水进入岩心中占据气体流通通道从而阻断气体的连续性而导致的伤害。在气藏开发过程中，钻井液、固井液、射孔液、酸化压裂液等外来液相在压差及毛管力作用下侵入近井地带储层，导致该区域水相饱和度及毛管压力增大，从而增大气相渗流阻力，降低气相渗透率。水锁效应评价及解除压差一般采用室内试验测试方法，但现有实验测试方法均未考虑气藏实际开发过程。
而现有的高温高压条件下反渗吸水锁伤害实验装置直观性差，无法直接观察地层反渗吸程度，也无法准确模拟由井筒积液造成的反渗吸水锁过程。如在专利申请CN201610430429.3公开了高温高压条件下气藏反渗吸水锁伤害评价的实验测试方法，其中使用的水锁效应实验测量装置，并不能直接的观察反渗吸水锁伤害的程度；同时该方案由于直接升高驱替压力和围压至所需的压力，对岩心渗透率会造成二次伤害，将影响渗透率的大小；以及该方案采用同一个方向注水并不能准确模拟实际地层的反渗吸，在采气过程中，气流携带地层水进入井筒，在井筒造成积液；当停止采气时(关井)，井筒积液会反向进入地层，造成地层渗透率降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，实现模拟井筒条件下正向开采和反向液锁的实际情况，提供模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，通过井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置完成，所述井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置由井筒地层一体化模拟装置、双缸恒速恒压驱替泵、气样中间容器、水样中间容器、围压压力表、自动围压追踪泵、回压控制器、冷凝装置、气体计量器、液体计量器和恒温箱组成；所述的井筒地层一体化模拟装置分别连接气样中间容器、水样中间容器和回压控制器，所述气样中间容器和水样中间容器均与双缸恒速恒压驱替泵连接，所述冷凝装置分别连接回压控制器、气体计量器和液体计量器，所述井筒地层一体化模拟装置通过围压压力表与自动围压追踪泵相连，所述的井筒地层一体化模拟装置由聚砜树脂透明竖管、螺纹弯接头、左压力表、岩心夹持器和右压力表组成，所述的岩心夹持器左端依次连接左压力表、螺纹弯接头、聚砜树脂透明竖管，所述岩心夹持器右端连接右压力表，所述的井筒地层一体化模拟装置、围压压力表、气样中间容器和水样中间容器均位于恒温箱中；
方法包括以下步骤：
S1：获取气藏实际储层岩心，经过清洗、干燥后，测试其长度L、直径D、孔隙度
渗透率K0；然后再将岩心放入岩心夹持器；在常温条件下，向水样中间容器中充满地层水，向气样中间容器中充满高压氮气；
S2：将恒温箱的温度升至地层温度T0，并在此温度下预热两个小时；
S3：通过自动围压追踪泵向岩心加围压至5MPa；
S4：通过双缸恒速恒压驱替泵加压5MPa；
S5：通过自动围压追踪泵加围压至10MPa，重复S3、S4、S5直至驱替压力与相应的地层压力Pf相等，恒压向岩心注入地层水；
S6：通过双缸恒速恒压驱替泵将气样中间容器中的氮气注入岩心，驱替至岩心右端液体计量器的液位无变化；记录此时左压力表的读数P1和右压力表的读数P2；在该压差的作用下，继续注气△T时间，最后通过气体计量器计量该段时间的气体体积V1，计算出气相视渗透率Kg1；
式中：μg—气体粘度，mPa·s；
P0—大气压力，0.101MPa；
L—岩心长度，cm；
A—岩心横截面积，cm2；其中，A＝πD2/4，D—岩心直径，cm；
S7：通过双缸恒速恒压驱替泵向岩心中反向注入30mL地层水；模拟由井筒积液形成的反渗吸水体，通过反向注水模拟关井后不同液柱高度对地层的反渗吸程度，评价渗透率降低程度；
S8：静置实验装置2h，通过对比静置前后的聚砜树脂透明竖管上的液面刻度变化程度得出地层反渗吸程度；能够进行可视化操作，完成模拟地层下井筒反渗吸实验；
S9：在驱替压力下，通过双缸恒速恒压驱替泵将气样中间容器中的氮气恒压注入岩心，驱替至岩心右端液体计量器的液位无变化；记录此时左压力表的读数P'1和右压力表的读数P'2；在该压差的作用下，继续注气△T时间，最后通过气体计量器计量该段时间的气体体积v'1，计算出气相视渗透率K'g1：
S10：重复上述步骤S6至步骤S9，用同样的方法分别计算出视渗透率Kg2、K'g2、Kg3、K'g3、Kg4和K'g4。
S11：考虑气体的滑脱效应，通过克氏方程对气相视渗透率进行校正：
式中—Kg气相视渗透率，mD；
K∞—岩心的绝对渗透率，mD；
b—为滑脱因子，大小由气体的性质和岩石的孔隙结构决定；
S12：通过绘制出气相视渗透率Kg与平均压力
倒数的关系图，由克氏方程可知，截距表示岩心的绝对渗透率K∞，由此得到岩心反渗吸前后的绝对渗透率K∞和K'∞。
S13：通过以下公式计算气相渗透率的伤害程度系数α，从而确定由于水锁伤害对气相渗透率的伤害程度：
α＝(K∞-K′∞）/K∞
进一步的，所述聚砜树脂透明竖管采用聚砜树脂材料，其长度取值范围为250-350mm，外径取值范围为25-35mm，管壁壁厚取值范围为2-3mm。
进一步的，所述螺纹弯接头采用不锈钢材料，其外径取值范围为25-35mm，管壁壁厚的取值范围为1-2mm。
进一步的，步骤S3、S4和S5，在注入过程中，保持自动围压追踪泵压力Pd比双缸恒速恒压驱替泵压力P高3MPa，回压控制器压力Ph比双缸恒速恒压驱替泵压力P高4MPa；逐级交替升高围压和驱替压力，从而有效减小在加压过程中对岩心的损害。
进一步的，所述井筒地层一体化模拟装置为L型，聚砜树脂透明竖管的下端和所述螺纹弯接头的上端为螺纹密封连接，岩心夹持器的左端和螺纹弯接头的右端为螺纹密封连接。
本发明的有益效果：本发明的L型设计合理，实现模拟井筒条件下正向开采和反向液锁的实际情况，通过聚砜树脂材料的竖管实现井筒的可视化，能够直观的通过液面变化观察到不同液柱高度井筒积液的反渗吸程度，并确定其反渗吸水锁伤害程度，低渗透气藏开发具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置结构图。
图2是井筒地层一体化模拟装置结构图。
附图说明：1-双缸恒速恒压驱替泵；2、3、6、7、8、9、10、12、15-控制阀门；4-气样中间容器；5-水样中间容器；11-井筒地层一体化模拟装置；13-围压压力表；14-自动围压追踪泵；16-回压控制器；17-冷凝装置；18-气体计量器；19-液体计量器；20-恒温箱；21-聚砜树脂透明竖管；22-螺纹弯接头；23-左压力表；24-岩心夹持器；25-右压力表。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图1和图2所示，模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，通过井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置完成，所述井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置由井筒地层一体化模拟装置11、双缸恒速恒压驱替泵1、气样中间容器4、水样中间容器5、围压压力表13、自动围压追踪泵14、回压控制器16、冷凝装置17、气体计量器18、液体计量器19和恒温箱20组成；所述的井筒地层一体化模拟装置11分别连接气样中间容器4、水样中间容器5和回压控制器16，所述气样中间容器4和水样中间容器5均与双缸恒速恒压驱替泵1连接，所述冷凝装置17分别连接回压控制器16、气体计量器18和液体计量器19，所述井筒地层一体化模拟装置11通过围压压力表13与自动围压追踪泵14相连，所述的井筒地层一体化模拟装置11由聚砜树脂透明竖管21、螺纹弯接头22、左压力表23、岩心夹持器24和右压力表25组成，所述的岩心夹持器24左端依次连接左压力表23、螺纹弯接头22、聚砜树脂透明竖管21，所述岩心夹持器24右端连接右压力表25，所述的井筒地层一体化模拟装置11、围压压力表13、气样中间容器4和水样中间容器5均位于恒温箱20中。
在井筒地层一体化模拟装置11中,所述的聚砜树脂透明竖管21的长度取值范围为250-350mm，优选为300mm；所述的聚砜树脂透明竖管21的管壁壁厚的取值范围为2-3mm，优选2.5mm，所述的螺纹弯接头22的管壁壁厚的取值范围为1-2mm，优选1.5mm；所述的聚砜树脂透明竖管21和所述的螺纹弯接头22外径取值范围为25-35mm，优选为30mm。
高温高压条件下气藏反向渗吸伤害评价实验流程如下：
(1)获取气藏实际储层岩心，经过清洗、干燥后，测试其长度L＝5cm、直径D＝2.54cm、孔隙度
渗透率K0＝122.8mD；然后再将岩心放入岩心夹持器24中。在常温条件下，再向气样中间容器4中充满高压氮气(45MPa)，向水体样品中间容器5中充满地层水，关闭所有阀门，并按照图1、图2连接所有实验仪器部件。
(2)实验仪器安装完成后，将恒温箱20的温度升至地层温度(91.5OC)，并在此温度下预热两个小时。
(3)打开阀门12，通过自动围压追踪泵14向岩心加围压5MPa。
(4)关闭阀门12，打开阀门3、7、9、15，通过双缸恒速恒压驱替泵1加压5MPa。
(5)关闭阀门3、7、9、15，通过自动围压追踪泵14加围压至10MPa，如此重复(3)、(4)、(5)直至驱替压力为相应的地层压力(39.1MPa)，恒压向岩心注入地层水；在注入过程中，保持自动围压追踪泵14的压力(Pd)高于双缸恒速恒压驱替泵1的压力(P)高3MPa，回压控制器18的压力(Ph)比p高4MPa。
(6)关闭阀门3、7、9、15，打开阀门2、6、8、10，通过双缸恒速恒压驱替泵1将气样中间容器4中的氮气注入岩心，驱替至岩心右端液体计量器19的液位无变化；记录此时左压力表23的读数P1(40.8MPa)和右压力表25的读数P2(39.1MPa)。在该压差的作用下，继续注气△T(240s)时间，最后通过气体计量器18计量该段时间的气体体积V1(537678ml)，计算出气相视渗透率Kg1。
(7)关闭阀门2、6、8、10，打开阀门3、7、9、15，通过双缸恒速恒压驱替泵1向岩心中反向注入30mL地层水。
(8)关闭阀门3、7、9、15，静置实验装置2h，通过对比静置前后的聚砜树脂透明竖管21上的液面刻度变化程度得出地层反渗吸程度。
(9)打开阀门2、6、8、10，在驱替压力(39.1MPa)下，通过双缸恒速恒压驱替泵1将气样中间容器4中的氮气恒压注入岩心，驱替至岩心右端液体计量器19的液位无变化；记录此时左压力表23的读数P'1(41.9MPa)和右压力表25的读数P'2(39.1MPa)。在该压差的作用下，继续注气△T(240s)时间，最后通过气体计量器18计量该段时间的气体体积v'1(43695ml)，计算出气相渗透率K'g1。
(10)重复上述步骤(6)至步骤(9)，用同样的方法分别计算出视渗透率Kg2(81.68mD)、K'g2(42.31mD)、Kg3(76.34mD)、K'g3(38.56mD)、Kg4(85.67mD)和K'g4(40.15mD)。
(11)考虑气体的滑脱效应，通过克氏方程对气相视渗透率进行校正。
(12)通过绘制出气相视渗透率Kg与平均压力
倒数的关系图，由克氏方程可知，截距表示岩心的绝对渗透率K∞，由此得到岩心反渗吸前后的绝对渗透率K∞(75.12mD)和K'∞(37.32mD)。
(13)通过以下公式计算气相渗透率的伤害程度系数α，从而确定由于水锁伤害对于气相渗透率的伤害程度：
α＝(K∞-K′∞)/K∞＝(75.12-37.32)/78.12=50.32％
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，其特征在于，通过井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置完成，所述井筒一体化可视L型反渗吸水锁伤害评价实验装置由井筒地层一体化模拟装置(11)、双缸恒速恒压驱替泵(1)、气样中间容器(4)、水样中间容器(5)、围压压力表(13)、自动围压追踪泵(14)、回压控制器(16)、冷凝装置(17)、气体计量器(18)、液体计量器(19)和恒温箱(20)组成；所述的井筒地层一体化模拟装置(11)分别连接气样中间容器(4)、水样中间容器(5)和回压控制器(16)，所述气样中间容器(4)和水样中间容器(5)均与双缸恒速恒压驱替泵(1)连接，所述冷凝装置(17)分别连接回压控制器(16)、气体计量器(18)和液体计量器(19)，所述井筒地层一体化模拟装置(11)通过围压压力表(13)与自动围压追踪泵(14)相连，所述的井筒地层一体化模拟装置(11)由聚砜树脂透明竖管(21)、螺纹弯接头(22)、左压力表(23)、岩心夹持器(24)和右压力表(25)组成，所述的岩心夹持器(24)左端依次连接左压力表(23)、螺纹弯接头(22)、聚砜树脂透明竖管(21)，所述岩心夹持器(24)右端连接右压力表(25)，所述的井筒地层一体化模拟装置(11)、围压压力表(13)、气样中间容器(4)和水样中间容器(5)均位于恒温箱(20)中；
方法包括以下步骤：
S1：获取气藏实际储层岩心，经过清洗、干燥后，测试其长度L、直径D、孔隙度
渗透率K0；然后再将岩心放入岩心夹持器(24)；在常温条件下，向水样中间容器(5)中充满地层水，向气样中间容器(4)中充满高压氮气；
S2：将恒温箱(20)的温度升至地层温度T0，并在此温度下预热两个小时；
S3：通过自动围压追踪泵(14)向岩心加围压至5MPa；
S4：通过双缸恒速恒压驱替泵(1)加压5MPa；
S5：通过自动围压追踪泵(14)加围压至10MPa，重复S3、S4、S5直至驱替压力与相应的地层压力Pf相等，恒压向岩心注入地层水；
S6：通过双缸恒速恒压驱替泵(1)将气样中间容器(4)中的氮气注入岩心，驱替至岩心右端液体计量器(19)的液位无变化；记录此时左压力表(23)的读数P1和右压力表(25)的读数P2；在该压差的作用下，继续注气△T时间，最后通过气体计量器(18)计量该段时间的气体体积V1，计算出气相视渗透率Kg1；
式中：μg—气体粘度，mPa·s；
P0—大气压力，0.101MPa；
L—岩心长度，cm；
A—岩心横截面积，cm2；其中，A＝πD2/4，D—岩心直径，cm；
S7：通过双缸恒速恒压驱替泵(1)向岩心中反向注入30mL地层水；
S8：静置实验装置2h，通过对比静置前后的聚砜树脂透明竖管(21)上的液面刻度变化程度得出地层反渗吸程度；
S9：在驱替压力下，通过双缸恒速恒压驱替泵(1)将气样中间容器(4)中的氮气恒压注入岩心，驱替至岩心右端液体计量器(19)的液位无变化；记录此时左压力表(23)的读数P'1和右压力表(25)的读数P'2；在该压差的作用下，继续注气△T时间，最后通过气体计量器(18)计量该段时间的气体体积v'1，计算出气相视渗透率K'g1：
S10：重复上述步骤S6至步骤S9，用同样的方法分别计算出视渗透率Kg2、K'g2、Kg3、K'g3、Kg4和K'g4；
S11：考虑气体的滑脱效应，通过克氏方程对气相视渗透率进行校正：
式中—Kg气相视渗透率，mD；
K∞—岩心的绝对渗透率，mD；
b—为滑脱因子，大小由气体的性质和岩石的孔隙结构决定；
S12：通过绘制出气相视渗透率Kg与平均压力
倒数的关系图，由克氏方程可知，截距表示岩心的绝对渗透率K∞，由此得到岩心反渗吸前后的绝对渗透率K∞和K'∞；
S13：通过以下公式计算气相渗透率的伤害程度系数α，从而确定由于水锁伤害对气相渗透率的伤害程度：
α＝(K∞-K′∞)/K∞。
2.根据权利要求1所述的模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，其特征在于，所述聚砜树脂透明竖管(21)采用聚砜树脂材料，其长度取值范围为250-350mm，外径取值范围为25-35mm，管壁壁厚取值范围为2-3mm。
3.根据权利要求1所述的模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，其特征在于，所述螺纹弯接头(22)采用不锈钢材料，其外径取值范围为25-35mm，管壁壁厚的取值范围为1-2mm。
4.根据权利要求1所述的模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，其特征在于，步骤S3、S4和S5，在注入过程中，保持自动围压追踪泵(14)压力Pd比双缸恒速恒压驱替泵(1)压力P高3MPa，回压控制器(16)压力Ph比双缸恒速恒压驱替泵(1)压力P高4MPa。
5.根据权利要求1所述的模拟气藏高温高压地层反渗吸水锁伤害的实验测试方法，其特征在于，所述井筒地层一体化模拟装置(11)为L型，聚砜树脂透明竖管(21)的下端和所述螺纹弯接头(22)的上端为螺纹密封连接，岩心夹持器(24)的左端和螺纹弯接头(22)的右端为螺纹密封连接。
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