CN113959923A - 天然气水合物未固结储层多孔介质骨架强化材料评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置与方法。实验装置包括：控制单元、加压装置、注入单元、制冷循环系统、分离回收单元、导流室单元；实验方法流程包括：预处理步骤、数据测量步骤、控制单元实时调控步骤、强化支撑材料嵌入情况观察步骤，其中数据测量步骤又包括：实验条件设置步骤、气水混合步骤、驱替实验步骤、导流能力测试步骤、数据采集步骤；本发明实施例的实验装置及方法考虑了多相驱替干扰、水合物形成环境、强化支撑材料嵌合等实际因素影响对水合物储层强化支撑材料导流能力的影响，并实现了过程的可视化观测。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏工程技术领域，涉及天然气水合物未固结储层多孔介质骨架强化材料评价方法，具体涉及一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置及方法。
背景技术
水合物开采实际上是气水两相同采的过程，存在多相流干扰，加之高压低温的储层环境，可能存在反向结晶形成水合物的现象，同时储层疏松，又容易引发强化支撑材料部分嵌入，以上所述现象都将对改造储层的导流能力造成影响，进一步降低油气的采收。因此，研究高压低温条件下，考虑多相流的水合物储层强化支撑材料导流能力对油气高效开采有着重要的意义。
传统的水合物导流测试装置有单相驱替水合物和多相驱替水合物，其特点是设备及操作简单，但单相驱替水合物未能模拟水合物气水两相的开发过程；多相驱替水合物虽然模拟了水合物的开采过程，但未加强化支撑材料，没有得出强化支撑材料对水合物储层导流能力的影响；除此之外，现有的装置没有安装制冷系统，不能准确地模拟水合物的形成环境，实验结果具有一定的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置与方法，以解决现有技术中水合物导流测试装置无法得出强化支撑材料对水合物储层导流能力的影响的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，包括：
测试单元；
加压装置，与所述测试单元连接，所述加压装置用于向所述测试单元提供压力以使得所述测试单元内形成模拟水合物生成的高压环境；
注入单元，与所述测试单元的导入口连接，所述注入单元用于向所述测试单元单元提供气水混合物；
分离回收单元，与所述测试单元的导出口连接，所述分离回收单元用于回收驱替后的气水混合物并进行气水的分离；
制冷循环系统，包括蒸馏水循环管路和制冷液循环管路，所述蒸馏水循环管路的进口与所述分离回收单元连接，所述蒸馏水循环管路的出口与所述注入单元连接，所述制冷液循环管路的进口与所述测试单元的制冷液出口连接，所述制冷液循环管路的出口与所述测试单元的制冷液进口连接。
作为本发明的一种优选方案，所述注入单元包括储水罐、储气罐、气水混合压缩机、压力表A和流量计A；
所述储水罐的进口与所述蒸馏水循环管路的出口连接，所述储水罐的出口与所述气水混合压缩机的水源进口连接；
所述储气管的出口与所述气水混合压缩机的气源进口连接，所述气水混合压缩机的出口与所述测试单元的导入口连接，所述压力表A和所述流量计A安装在所述气水混合压缩机和所述测试单元的连接管路上。
作为本发明的一种优选方案，所述分流回收单元包括一级分离罐、天然气回收罐、压力表B和流量计B；
所述一级分离罐的进口与所述测试单元的导出口连接，所述压力表B和所述流量计B安装在所述一级分离罐和所述测试单元的连接管路上，所述一级分离罐的气体出口与所述天然气回收罐连接，所述一级分离罐的液体出口与所述蒸馏水循环管路的进口连接。
作为本发明的一种优选方案，在所述一级分离罐和所述蒸馏水循环管路之间还设置有二级分离罐，所述二级分离罐的进口与所述一级分离罐的液体出口连接，所述二级分离罐的气体出口与所述天然气回收罐连接，所述二级分离罐的液体出口与所述蒸馏水循环管路的进口连接。
作为本发明的一种优选方案，所述测试单元包括导流室、制冷循环层、保温层和温度传感器；
所述导流室设置在所述保温层的内部，所述导入口和所述导出口均与所述导流室相连通，且在所述导流室上安装有观察窗，所述观察窗用于可视化观察所述导流室内水合物的生成情况；
所述制冷循环层固定在所述导流室和所述保温层之间，所述制冷液进口和所述制冷液出口均与所述制冷循环层相连通；
所述温度传感器固定在所述保温层上，所述温度传感器用于实时监测所述导流室内的温度信息。
作为本发明的一种优选方案，所述导流室的内部设置有强化支撑材料、水合物储层以及防砂网；
所述防砂网设置有两块，两块所述防砂网一对一的固定在所述导流室具有所述导入口的一端以及所述导流室具有所述导出口的一端；
所述水合物储层包裹在所述强化支撑材料的两端以形成实验被测对象，所述实验被测对象包裹在两块所述防砂网之间。
本发明还提供了一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试方法，包括如下步骤：
步骤100、搭建实验对象，将水合物储层包裹在强化支撑材料的两端并置于导流室内，密封导流室，调节加压装置和制冷循环系统直至导流室内的温度和压力达到预设的实验值；
步骤200、配比气水混合物，并记录气水混合物的粘度μ，开启注入单元和分离回收单元，向导流室内通入气水混合物，并记录导流室入口压力、导流室出口压力以及导流室出口流量；
步骤300、根据达西定律计算强化支撑材料的导流能力，强化支撑材料支撑剂充填层的导流能力计算公式为：
式中：kWf为强化支撑材料支撑剂充填层的导流能力，μm2·cm；μ为实验室温压条件下气液混合物的粘度，mPa·s；ΔP为压差，MPa；Q为分离回收单元流量计示数；
步骤400、重复步骤200和步骤300至少7次以确保强化支撑材料支撑剂导流能力的准确性。
作为本发明的一种优选方案，在步骤400之后，还包括强化支撑材料的嵌入情况观察，所述强化支撑材料的嵌入情况观察具体包括：
将水合物储层和强化支撑材料从导流室中取出，将其表面擦拭干后，纵向切开，评价强化支撑材料嵌入情况。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
(1)常规的油田现场污水处理等大型施工作业会进行气液分离，而小型实验少有利用该方法，为了保证液体的重复利用，本发明引入分离回收单元；
(2)为了保证实验是在水合物生成的低温环境下进行，加入制冷循环系统，提供了两条封闭循环的管道，一条提供驱替用蒸馏水，接收处理后的蒸馏水；另一条为导流室提供制冷液，保证导流室温度；
(3)常规的岩心导流能力测试，是将实验岩心放入密闭容器的导流室内，为了更好的模拟地下环境，将导流室内安装保温层、制冷循环层、防砂网、强化支撑材料，构成符合水合物强化支撑材料导流能力测试改造后的导流室结构；
(4)建立了一种针对水合物强化支撑材料导流能力的测试方法，特别是考虑多相驱替干扰、水合物形成环境、强化支撑材料嵌合等实际因素影响，并能实现过程可视化观测的测试装置与方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供的测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的导流室的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的测试方法的流程图。
图中的标号分别表示如下：
11、控制单元；12、加压装置；13、注入单元；14、制冷循环系；15、分离回收单元；16、测试单元；
131、储水罐；132、储气罐；133、气水混合压缩机；134、压力表A；135、流量计A；
151、一级分离罐；152、二级分离罐；153、天然气回收罐；154、压力表B；155、流量计B；
161、观察窗；162、导流室；
21、导入口；22、导出口；23、温度传感器；24、制冷液进口；25、制冷液出口；26、保温层；27、制冷循环层；28、水合物储层；29、强化支撑材料；30、防砂网。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供了一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，包括：
测试单元16；
加压装置12，与所述测试单元16连接，所述加压装置12用于向所述测试单元16提供压力以使得所述测试单元16内形成模拟水合物生成的高压环境；
注入单元13，与所述测试单元16的导入口21连接，所述注入单元13用于向所述测试单元16单元提供气水混合物；
分离回收单元15，与所述测试单元16的导出口22连接，所述分离回收单元15用于回收驱替后的气水混合物并进行气水的分离；
制冷循环系14统，包括蒸馏水循环管路和制冷液循环管路，所述蒸馏水循环管路的进口与所述分离回收单元15连接，所述蒸馏水循环管路的出口与所述注入单元13连接，所述制冷液循环管路的进口与所述测试单元16的制冷液出口25连接，所述制冷液循环管路的出口与所述测试单元16的制冷液进口24连接。
具体地，所述注入单元13包括储水罐131、储气罐132、气水混合压缩机133、压力表A134和流量计A135；
所述储水罐131的进口与所述蒸馏水循环管路的出口连接，所述储水罐131的出口与所述气水混合压缩机133的水源进口连接，储水罐131主要用于储备配置好的液体、为岩心导流室162提供恒温蒸馏水；
所述储气管的出口与所述气水混合压缩机133的气源进口连接，所述气水混合压缩机133的出口与所述测试单元16的导入口21连接，储气罐132主要用于为导流室162提供注入压力及天然气源，气水混合压缩机133，用于按一定比率配比气液混合物，并附加驱替压力，所述压力表A134和所述流量计A135安装在所述气水混合压缩机133和所述测试单元16的连接管路上，压力表A主要用于计量导流室162162注入压力，流量计A135主要用于计量导流室162162注入体积流量
本发明实施例中的所述分流回收单元包括一级分离罐151、天然气回收罐153、压力表B154和流量计B155；
所述一级分离罐151的进口与所述测试单元16的导出口22连接，所述压力表B154和所述流量计B155安装在所述一级分离罐151和所述测试单元16的连接管路上，所述一级分离罐151的气体出口与所述天然气回收罐153连接，所述一级分离罐151的液体出口与所述蒸馏水循环管路的进口连接，压力表B154主要用于计量导流室162出口压力，流量计B155要主要用于计量导流室162出口体积流量。
为了使气水分离的更彻底，在所述一级分离罐151和所述蒸馏水循环管路之间还设置有二级分离罐152，所述二级分离罐152的进口与所述一级分离罐151的液体出口连接，所述二级分离罐152的气体出口与所述天然气回收罐153连接，所述二级分离罐152的液体出口与所述蒸馏水循环管路的进口连接。
本发明实施例中的所述测试单元16包括导流室162、制冷循环层27、保温层26和温度传感器23；
所述导流室162设置在所述保温层26的内部，所述导入口21和所述导出口22均与所述导流室162相连通，且在所述导流室162上安装有观察窗161，观察窗161材质可选用蓝宝石，主要用于观察水合物的生成情况、颗粒嵌入情况，设计承压要大于15MPa；导流室162为测试单元16的核心部件，主要用来实现储层条件下的导流能力测试；
所述制冷循环层27固定在所述导流室162和所述保温层26之间，所述制冷液进口24和所述制冷液出口25均与所述制冷循环层27相连通；
所述温度传感器23固定在所述保温层26上，所述温度传感器23用于实时监测所述导流室162内的温度信息。
所述导流室162的内部设置有强化支撑材料29、水合物储层28以及防砂网30；
所述防砂网30设置有两块，两块所述防砂网30一对一的固定在所述导流室162具有所述导入口21的一端以及所述导流室162具有所述导出口22的一端，防砂网30设计形状为块状，大小视导流室162而定，主要作用是防止水合物储层28和强化支撑材料29微粒运移堵塞导流室162出口。
所述水合物储层28包裹在所述强化支撑材料29的两端以形成实验被测对象，所述实验被测对象包裹在两块所述防砂网30之间，水合物包裹层和强化支撑材料29层设计形状为块状，大小视扫描系统及导流室162而定。
如图3所示，本发明还提供了一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试方法，包括如下步骤：
步骤100、搭建实验对象，将水合物储层28包裹在强化支撑材料29的两端并置于导流室162内，密封导流室162，首先按实验要求叠置储层水合物储层28和强化支撑材料29；之后密封导流室162，调节加压装置12使上覆压力增加至实验压力，直到导流室162内达到力学平衡；紧接着启动制冷循环系14统，至导流室162温度到实验温度；
步骤200、打开储水罐131和储气罐132通往气水混合压缩机133的阀门，使得气液在混合压缩机内充分混合，形成一定气水配比的气水混合物，以免减小气液混合不均匀对实验造成的误差，并由控制单元11得出该配比下的混合物粘度；
打开实验装置中所有阀门，开始进行整个驱替过程，待到注入单元13和分离回收单元15内的压力表和流量计示数稳定时，由控制单元11得到导流室162入口压力(P1)和导流室162出口压力(P2)/流量(Q)；
步骤300、根据达西定律计算强化支撑材料的导流能力，强化支撑材料支撑剂充填层的导流能力计算公式为：
式中：kWf为强化支撑材料支撑剂充填层的导流能力，μm2·cm；μ为实验室温压条件下气液混合物的粘度，mPa·s；ΔP为压差，MPa；Q为分离回收单元流量计示数；
步骤400、一次流量压力计量步骤结束后，进行下一个测试点，要求测试注入单元13压力表读数、分离回收单元15压力表读数以及分离回收单元15流量计读数取值不低于7个，以确保强化支撑材料29支撑剂导流能力的准确度。
其中，在步骤100之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤即数据测量步骤前准备工作，包括：按照实验装置示意图组建实验装置；检查控制单元11、加压装置12是否正常工作；储水罐131内装满水，检查其封闭性，具体操作有关闭储水罐131入口控制阀、出口控制阀，观察储水罐131周围是否有流体渗出，若没有，则封闭性良好；储气罐132内装满天然气，检查其气密性，具体操作有关闭储水罐131入口控制阀、储水罐131出口控制阀、岩心室入口控制阀，打开储气罐132控制阀，当岩心室压力表到达一定值时，关闭储气罐132阀门，压力表在一段时间内是否存在明显降压现象，若没有，则储气罐132气密性良好；对实验导流室162进行预处理，即先用水对导流室162进行驱替，观察出口是否有流体流出，若有流体流出，则导流室162工作正常；检查各个管道是否保持畅通等。
整个实验过程结束后，将水合物储层28和强化支撑材料29从导流室162中取出，将其表面擦拭干后，纵向切开，评价强化支撑材料29嵌入情况。
另外，在本发明实施例中，整个测试装置的各项参数例如导流室162温度；驱替流量、导流室162两端压差、上覆压力值、驱替液粘度以及控制制冷循环系14统温度值、气水配比、上覆加压值等均可以通过控制单元11进行自动控制；在整个数据测量过程中，通过控制单元11实施调控导流室162温度，计量驱替流量、导流室162两端压差、上覆压力值、驱替液粘度，控制制冷循环系14统温度值、气水配比、上覆加压值，以保证实验的正常进行。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (8)
1.一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，其特征在于，包括：
测试单元(16)；
加压装置(12)，与所述测试单元(16)连接，所述加压装置(12)用于向所述测试单元(16)提供压力以使得所述测试单元(16)内形成模拟水合物生成的高压环境；
注入单元(13)，与所述测试单元(16)的导入口(21)连接，所述注入单元(13)用于向所述测试单元(16)单元提供气水混合物；
分离回收单元(15)，与所述测试单元(16)的导出口(22)连接，所述分离回收单元(15)用于回收驱替后的气水混合物并进行气水的分离；
制冷循环系统(14)，包括蒸馏水循环管路和制冷液循环管路，所述蒸馏水循环管路的进口与所述分离回收单元(15)连接，所述蒸馏水循环管路的出口与所述注入单元(13)连接，所述制冷液循环管路的进口与所述测试单元(16)的制冷液出口(25)连接，所述制冷液循环管路的出口与所述测试单元(16)的制冷液进口(24)连接。
2.根据权利要求1所述的一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，其特征在于，所述注入单元(13)包括储水罐(131)、储气罐(132)、气水混合压缩机(133)、压力表A(134)和流量计A(135)；
所述储水罐(131)的进口与所述蒸馏水循环管路的出口连接，所述储水罐(131)的出口与所述气水混合压缩机(133)的水源进口连接；
所述储气管的出口与所述气水混合压缩机(133)的气源进口连接，所述气水混合压缩机(133)的出口与所述测试单元(16)的导入口(21)连接，所述压力表A(134)和所述流量计A(135)安装在所述气水混合压缩机(133)和所述测试单元(16)的连接管路上。
3.根据权利要求2所述的一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，其特征在于，所述分流回收单元包括一级分离罐(151)、天然气回收罐(153)、压力表B(154)和流量计B(155)；
所述一级分离罐(151)的进口与所述测试单元(16)的导出口(22)连接，所述压力表B(154)和所述流量计B(155)安装在所述一级分离罐(151)和所述测试单元(16)的连接管路上，所述一级分离罐(151)的气体出口与所述天然气回收罐(153)连接，所述一级分离罐(151)的液体出口与所述蒸馏水循环管路的进口连接。
4.根据权利要求3所述的一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，其特征在于，在所述一级分离罐(151)和所述蒸馏水循环管路之间还设置有二级分离罐(152)，所述二级分离罐(152)的进口与所述一级分离罐(151)的液体出口连接，所述二级分离罐(152)的气体出口与所述天然气回收罐(153)连接，所述二级分离罐(152)的液体出口与所述蒸馏水循环管路的进口连接。
5.根据权利要求1所述的一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，其特征在于，所述测试单元(16)包括导流室(162)、制冷循环层(27)、保温层(26)和温度传感器(23)；
所述导流室(162)设置在所述保温层(26)的内部，所述导入口(21)和所述导出口(22)均与所述导流室(162)相连通，且在所述导流室(162)上安装有观察窗(161)，所述观察窗(161)用于可视化观察所述导流室(162)内水合物的生成情况；
所述制冷循环层(27)固定在所述导流室(162)和所述保温层(26)之间，所述制冷液进口(24)和所述制冷液出口(25)均与所述制冷循环层(27)相连通；
所述温度传感器(23)固定在所述保温层(26)上，所述温度传感器(23)用于实时监测所述导流室(162)内的温度信息。
6.根据权利要求5所述的一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试装置，其特征在于，所述导流室(162)的内部设置有强化支撑材料(29)、水合物储层(28)以及防砂网(30)；
所述防砂网(30)设置有两块，两块所述防砂网(30)一对一的固定在所述导流室(162)具有所述导入口(21)的一端以及所述导流室(162)具有所述导出口(22)的一端；
所述水合物储层(28)包裹在所述强化支撑材料(29)的两端以形成实验被测对象，所述实验被测对象包裹在两块所述防砂网(30)之间。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述测试装置的水合物储层强化支撑材料导流能力的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、搭建实验对象，将水合物储层包裹在强化支撑材料的两端并置于导流室内，密封导流室，调节加压装置和制冷循环系统直至导流室内的温度和压力达到预设的实验值；
步骤200、配比气水混合物，并记录气水混合物的粘度μ，开启注入单元和分离回收单元，向导流室内通入气水混合物，并记录导流室入口压力、导流室出口压力以及导流室出口流量；
步骤300、根据达西定律计算强化支撑材料的导流能力，强化支撑材料支撑剂充填层的导流能力计算公式为：
式中：kWf为强化支撑材料支撑剂充填层的导流能力，μm2·cm；μ为实验室温压条件下气液混合物的粘度，mPa·s；ΔP为压差，MPa；Q为分离回收单元流量计示数；
步骤400、重复步骤200和步骤300至少7次以确保强化支撑材料支撑剂导流能力的准确性。
8.根据权利要求7所述的一种水合物储层强化支撑材料导流能力的测试方法，其特征在于，在步骤400之后，还包括强化支撑材料的嵌入情况观察，所述强化支撑材料的嵌入情况观察具体包括：
将水合物储层和强化支撑材料从导流室中取出，将其表面擦拭干后，纵向切开，评价强化支撑材料嵌入情况。
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