CN113504171A - 一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置及方法。该装置包括岩心夹持器18、高压气罐1、减压阀2、气体加湿装置3、饱和盐溶液中间容器14、溶盐剂中间容器15、驱替泵8、围压泵9、回压阀19、恒温箱20、废液收集器21、气体流量计23和数据处理系统22。该方法包括：对岩心进行抽提、清洗、烘干；围压泵设定为地层压力，恒温箱保持地层温度，向岩心中注入饱和盐溶液；在地层温度压力下，用天然气驱替岩心，计算岩心结盐量J、岩心渗透率伤害率S₁；使用驱替泵将溶盐剂注入到岩心中，评价溶盐剂效果。本发明能够模拟真实的地层条件，考虑析出盐与岩石的相互作用，准确测量结盐对储层的伤害以及结盐后进行恢复措施的效果评价。

Description

一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置及方法

技术领域

本发明属于石油、天然气工程技术领域，具体涉及测量高温高压条件下储层结盐伤害程度及对溶盐剂进行优选的装置及方法。

背景技术

在当今环境下，天然气的开发和利用有益于能源结构的调整和生态环境的改善，近年来随着我国经济加速发展和能源消费结构转型，天然气消费量增长迅速。据国家统计局及海关总署数据计算显示，2020年，中国天然气表观消费量为3259.1亿立方米，比2019年消费量高出228.4亿立方米，同比涨幅为7.5％。国内外天然气调峰经验表明，地下储气库是保障季节调峰和平稳供气的最经济、最有效手段。对于低渗气藏型储气库，一旦出现结盐堵塞问题，气井产量会快速下降甚至停产，这不但影响注采效率、增加作业成本，还将会给储气库的平稳运行带来安全隐患。出现结盐后，储层渗流通道将极容易被盐结晶堵塞，储层吸气/产气能力快速下降，严重时可能导致天然气“注不进、采不出”。因此，为确保储气库能够长期高效安全运行，必须尽可能提前防控地层结盐堵塞问题，以降低储气库结盐风险。开展储气库结盐风险评估及对策研究，进行储气库地层结盐伤害分析与溶盐剂效果评价研究，这对确保储气库长效安全运行、保障地区能源安全供应具有迫切的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置，能够模拟真实的地层条件，考虑析出盐与岩石的相互作用，准确测量结盐对储层的伤害以及结盐后进行恢复措施的效果评价。

本发明的另一个目的在于提供利用上述装置测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的方法，该方法原理可靠，操作简便，特别适用于研究储层结盐后的析出盐量、储层结盐后的伤害程度、溶盐剂的效果评价和溶盐剂的优选。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明通过先将析出盐溶于地层水中，通过用饱和盐的地层水驱替岩心，将析出盐送入岩心的孔道中。烘干后，会有析出盐吸附在岩心的孔道中，再使用原始气藏的气样驱替出多余的析出盐。以往的析出盐含量测定实验中，对于一些较为致密的岩心，很难将固态盐送到岩心的内部，本发明通过将析出盐溶于地层水，可将固盐较为容易地送入到岩心的孔道中，另一方面，本发明所用气体为原始气样，可以更好地模拟固盐在原始地层条件下的沉积环境。

一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置，包括岩心夹持器、高压气罐、减压阀、气体加湿装置、饱和盐溶液中间容器、溶盐剂中间容器、驱替泵、围压泵、加压泵、回压阀、恒温箱、废液收集器、气体流量计和数据处理系统。

所述岩心夹持器两端设有压力传感器，入口连接三条管线，一条管线上的阀门连接气体加湿装置(用于模拟实际储层中气体含水的情况)、减压阀和高压气罐，减压阀的作用为调整高压气罐出口压力，保持岩心夹持器流量在合适的范围内；其余两条管线上的阀门分别连接装有饱和盐溶液的中间容器、装有溶盐剂的中间容器，两个中间容器的压力由驱替泵控制。岩心夹持器中部连接围压泵，出口连接回压阀、废液收集器和气体流量计，气体流量计、压力传感器连接数据处理系统，实时监控岩心的渗透率变化。岩心夹持器、中间容器和回压阀置于恒温箱中模拟地层温度。

利用上述装置测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的方法，依次包括以下步骤：

步骤一、对岩心进行抽提、清洗、烘干后，测量干重m₀、长度L、直径D并测量岩心的原始渗透率K₀；

步骤二、选取实际气藏的天然气放入高压气罐中，测量天然气在地层温度压力下的粘度，将饱和盐溶液、溶盐剂分别注入到中间容器中；

步骤三、围压泵设定为地层压力，恒温箱保持地层温度，向岩心中注入饱和盐溶液；

步骤四、取出岩心，烘干后测量岩心干重m₁；

步骤五、将岩心放入岩心夹持器，在地层温度压力下，用天然气驱替岩心，通过调节减压阀和回压阀的压力，待流量稳定后记录岩心两端压力传感器和气体流量计的示数分别为P₁、P₂和Q₀；

步骤六、计算岩心结盐量J、岩心渗透率伤害率S₁为：

式中：m₀——岩心的初始干重，单位g；

m₁——实验后岩心的干重，单位g；

J——岩心的析出盐含量，单位mg/g。

发生结盐后岩心的渗透率K₁为：

式中：K₁——结盐后岩心的渗透率，单位mD；

A——岩心的横截面积，单位cm²；

L——岩心的长度，单位cm；

P₁，P₂——岩心入口及出口压力，单位MPa；

P₀——大气压力，单位MPa；

Q₀——通过岩心的气体体积流量，cm³/s。

则岩心的渗透率伤害率S₁为：

式中：S₁——岩心的渗透率伤害率，单位％；

K₀——岩心的原始渗透率，单位mD；

K₁——岩心结盐后的渗透率，单位mD。

步骤七、溶盐剂效果评价：使用驱替泵将中间容器内的溶盐剂注入到岩心中，驱替15个PV，岩心取出后烘干，测量注入溶盐剂后的岩心渗透率K₂，则溶盐剂的溶盐指数I为：

式中：I——溶盐剂的溶盐指数；

K₂——注入溶盐剂后的岩心渗透率，mD；

K₁——注入溶盐剂前的岩心渗透率，mD。

I<1，说明该溶盐剂溶盐效果较差，对储层产生伤害，导致渗透率变小；I＝1，说明该溶盐剂使用前后岩心渗透率未发生改变；I>1，说明该溶盐剂效果较好，改善了储层的物性。

与现有技术相比，本发明提供的测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价装置及方法，能够较好地模拟地层温度压力，并考虑地层流体与岩石的相互作用，同时还能通过对比注入溶盐剂前后的渗透率变化确定溶盐剂的最佳浓度、最佳驱替速度和最佳驱替时间。

附图说明

图1是一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置结构示意图。

图2是气体加湿装置结构示意图。

图3是自带干燥装置的气体流量计结构示意图。

图中：1、高压气罐；2、减压阀；3、气体加湿装置；4、5、6、7、11、12、13、阀门；8、驱替泵；9、围压泵；10、加压泵；14、饱和盐溶液中间容器；15、溶盐剂中间容器；16、17、压力传感器；18、岩心夹持器；19、回压阀；20、恒温箱；21、废液收集器；22、数据处理系统；23、气体流量计；24、入口管线；25、出口管线；26、储水容器；27、变色硅胶；28、流量计容器；29、气体流量计量模块。

具体实施方式

下面根据附图和实施例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

参看图1。

一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置，包括岩心夹持器18、高压气罐1、减压阀2、气体加湿装置3、饱和盐溶液中间容器14、溶盐剂中间容器15、驱替泵8、围压泵9、加压泵10、回压阀19、恒温箱20、废液收集器21、气体流量计23和数据处理系统22。

所述岩心夹持器18的两端设有压力传感器(16、17)，入口连接三条管线，一条管线上的阀门连接气体加湿装置3、减压阀2和高压气罐1，其余两条管线上的阀门分别连接饱和盐溶液中间容器14、溶盐剂中间容器15，两个中间容器的压力由驱替泵8控制；岩心夹持器中部连接围压泵9，出口连接回压阀19(通过加压泵10控制回压)、废液收集器21和气体流量计23，气体流量计、压力传感器连接数据处理系统22，岩心夹持器、中间容器和回压阀均置于恒温箱20中。

参看图2。

所述气体加湿装置，包括入口管线24、出口管线25和储水容器26，气体首先从入口管线24进入到储水容器26中。值得注意的是，入口管线24呈螺旋状且末端封死，其深入到水面的部分钻取多个气孔供气体流出，充分饱和地层水的气体从出口管线25流出。

当天然气流速过快时，可能会发生天然气还未饱和地层水就被注入到岩心中，而真实地层条件下的天然气都已饱和地层水，以往的装置都是将管路直接插入地层水中饱和地层水，本发明将管路的出口封死，在管路周围开数个小孔，增大了天然气与地层水的接触面积，使其充分饱和地层水，模拟真实地层条件。

参看图3。

所述气体流量计包括变色硅胶27、流量计容器28和气体流量计量模块29，变色硅胶27和气体流量计量模块29都被固定在流量计容器28内，气体首先通过管线进入到变色硅胶27中，在气体脱水后通过气体流量计量模块29计算其流量。

气体驱替岩心的过程中，岩心中的高矿化度盐水会进入到气体流量剂中并严重腐蚀其元件。本发明气体流量计带有干燥装置，通过在管路中设置一个腔室，内部放有变色硅胶，气体首先经过变色硅胶被干燥，之后再经过气体流量计量模块，延长气体流量计量模块的寿命。

实施例

一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的方法，包括以下步骤：

步骤一、岩心准备：对岩心进行抽提、清洗、烘干后测量干重为31.891g、长度2.561cm、直径2.531cm并测量岩心的原始渗透率1.782mD；

步骤二、流体准备：选取实际气藏的天然气样品放入高压气罐中，高压气罐内天然气的压力为10MPa，测量天然气98.9℃、49.8Mpa(地层温度压力)下的粘度为0.0111mPa·s，饱和盐溶液200mL和结盐后恢复剂200mL分别注入到中间容器；

步骤三、连接实验流程：按照实验流程图连接实验流程，检查气密性；

步骤四、抽真空：管线、阀门、岩心夹持器抽真空。

步骤五、注入饱和盐溶液的地层水：围压泵设定为49.8MPa，恒温箱保持98.9℃，打开阀门4和12，向岩心中注入饱和盐溶液的地层水。

步骤六、烘干岩心：关闭阀门4，取出岩心，烘干5h，测量岩心的干重31.987g。

步骤七、地层原始气样驱替岩心：将岩心放入岩心夹持器，温度压力设定到原始地层温度压力。打开阀门11，调节减压阀和回压阀的压力，待流量稳定后记录压力传感器16、压力传感器17和气体流量计23的示数分别为8.3MPa、7.9MPa和7.36cm³/s；

步骤八、计算地层结盐量及岩心渗透率伤害率：取出岩心烘干后测量干重为32.043g，则岩心的沉积的盐量J和岩心的渗透率伤害率为：

式中：m₀——岩心的初始干重，单位g；

m₁——实验后岩心的干重，单位g；

J——岩心的析出盐含量，单位mg/g。

发生结盐后岩心的渗透率为：

式中：K₁——结盐后岩心的渗透率，单位mD；

A——岩样的横截面积，单位cm²；

L——岩样的长度，单位cm；

P₁，P₂——岩心入口及出口压力，单位MPa；

P₀——大气压力，单位MPa；

Q₀——大气压下的流量，cm³/s。

则岩心的渗透率伤害率为：

式中：S₁——岩心的渗透率伤害率，单位％；

K₀——岩心的原始渗透率，单位mD；

K₁——岩心结盐后的渗透率，单位mD。

经过计算，岩心的析出盐含量为1.75mg/g，岩心结盐后的渗透率为1.283mD，岩心的渗透率伤害率为27.9％。将岩心多次饱和地层水后测量结果如下表1所示。

表1不同实验次数结果

实验次数	1	2	3	4	5	6
							岩心结盐含量(mg/g)	1.75	2.78	3.91	4.79	5.42	5.81
渗透率伤害率(％)	27.91	46.32	59.51	66.73	72.12	75.14

步骤九、溶盐剂效果评价：对第六次实验后的岩心进行溶盐剂效果评价，打开阀门13，使用驱替泵8将中间容器内的溶盐剂注入到岩心中，以不同的速度驱替15个PV；岩心取出后烘干，打开阀门11，测量注入溶盐剂后的岩心渗透率K₂。则溶盐剂的溶盐指数I为：

式中：I——溶盐剂的溶盐指数；

K₂——注入溶盐剂后的岩心渗透率，mD；

K₁——注入溶盐剂前岩心渗透率，mD。

注入溶盐剂后岩心的渗透率为0.516mD，岩心的溶盐指数为1.62I<1，说明该溶盐剂效果较好，改善了储层的物性。

Claims (4)

1.一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置，包括岩心夹持器(18)、高压气罐(1)、减压阀(2)、气体加湿装置(3)、饱和盐溶液中间容器(14)、溶盐剂中间容器(15)、驱替泵(8)、围压泵(9)、回压阀(19)、恒温箱(20)、废液收集器(21)、气体流量计(23)和数据处理系统(22)，其特征在于，所述岩心夹持器(18)的两端设有压力传感器(16、17)，入口连接三条管线，一条管线上的阀门连接气体加湿装置(3)、减压阀(2)和高压气罐(1)，其余两条管线上的阀门分别连接饱和盐溶液中间容器(14)、溶盐剂中间容器(15)，两个中间容器的压力由驱替泵(8)控制；岩心夹持器中部连接围压泵(9)，出口连接回压阀(19)、废液收集器(21)和气体流量计(23)，气体流量计、压力传感器连接数据处理系统(22)，岩心夹持器、中间容器和回压阀均置于恒温箱(20)中。

2.如权利要求1所述的一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置，其特征在于，所述气体加湿装置，包括入口管线(24)、出口管线(25)和储水容器(26)，气体首先从入口管线进入到储水容器中，入口管线呈螺旋状且末端封死，其深入到水面的部分钻取多个气孔供气体流出，充分饱和地层水的气体从出口管线流出。

3.如权利要求1所述的一种测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的装置，其特征在于，所述气体流量计包括变色硅胶(27)、流量计容器(28)和气体流量计量模块(29)，变色硅胶和气体流量计量模块被固定在流量计容器内，气体首先通过管线进入到变色硅胶中，在气体脱水后通过气体流量计量模块计算其流量。

4.利用权利要求1、2或3所述的装置测量储层结盐伤害及溶盐剂效果评价的方法，依次包括以下步骤：

步骤一、对岩心进行抽提、清洗、烘干后，测量干重m₀、长度L、直径D并测量岩心的原始渗透率K₀；

步骤二、选取实际气藏的天然气放入高压气罐中，测量天然气在地层温度压力下的粘度，将饱和盐溶液、溶盐剂分别注入到中间容器中；

步骤三、围压泵设定为地层压力，恒温箱保持地层温度，向岩心中注入饱和盐溶液；

步骤四、取出岩心，烘干后测量岩心干重m₁；

步骤五、将岩心放入岩心夹持器，在地层温度压力下，用天然气驱替岩心，通过调节减压阀和回压阀的压力，待流量稳定后记录岩心两端压力传感器和气体流量计的示数分别为P₁、P₂和Q₀；

步骤六、计算岩心结盐量J、岩心渗透率伤害率S₁为：

发生结盐后岩心的渗透率K₁为：

式中：A——岩心的横截面积，单位cm²；

L——岩心的长度，单位cm；

P₁，P₂——岩心入口及出口压力，单位MPa；

P₀——大气压力，单位MPa；

Q₀——通过岩心的气体体积流量，cm³/s；

则岩心的渗透率伤害率S₁为：

步骤七、溶盐剂效果评价：使用驱替泵将溶盐剂注入到岩心中，岩心取出后烘干，测量注入溶盐剂后的岩心渗透率K₂，溶盐剂的溶盐指数I为：

I<1，说明该溶盐剂溶盐效果较差，对储层产生伤害，导致渗透率变小；I＝1，说明该溶盐剂使用前后岩心渗透率未发生改变；I>1，说明该溶盐剂效果较好，改善了储层的物性。

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