CN114739881A - 储层损害模拟系统及储层损害测定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种储层损害模拟系统及储层损害测定方法，其中储层损害模拟系统包括夹持装置、驱替装置、泥浆循环装置和目标岩心，夹持装置包括间隔器和岩心夹持器，间隔器位于目标岩心的外侧，岩心夹持器通过间隔器夹持目标岩心；驱替装置与岩心夹持器连接，驱替装置被配置为向间隔器所在的间隔层中输送驱替介质；目标岩心具有中空损害部，中空损害部与泥浆循环装置连通，泥浆循环装置被配置为向中空损害部注入钻井液。本申请公开的储层损害模拟系统及储层损害测定方法能够更加全面、科学地模拟钻井过程中的储层损害过程，准确测量储层损害程度。
Description
技术领域
本申请涉及石油钻井工程研究技术领域，具体涉及一种储层损害模拟系统及储层损害测定方法。
背景技术
钻井过程中的储层损害过程是指钻井液在循环时与周围储层岩石发生各种物理化学反应，从而造成井周储层渗透率下降的过程。研究钻井过程中的储层损害过程，对于钻井过程中的储层损害的科学评价具有重要意义。
在储层损害评价方法方面，已有行业标准SY/T6540-2002《钻井液完井液损害油层室内评价方法》，通过测定标准岩心在损害液中浸泡前后的轴向渗透率变化来评价储层损害程度。目前国内的储层损害评价方法基本上是依据该原理发展而来。
但是，无论是钻井过程中钻井液向井周侵入损害储层的过程，还是地层油气渗入井筒的产气(油)过程，其井下流体的流动方式均为径向渗流。采用测定轴向渗透率的方法来评价储层的损害程度，与实际钻井过程中钻井液和地层油气的径向渗流方式存在差别，因此测得的储层损害程度准确性差，参考价值低。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种储层损害模拟系统及储层损害测定方法，能够更加准确、科学地测量储层损害程度。
本申请具体采用如下技术方案：
本申请一方面是提供了一种储层损害模拟系统，所述系统包括夹持装置、驱替装置、泥浆循环装置和目标岩心，
所述夹持装置包括间隔器和岩心夹持器，所述间隔器位于所述目标岩心的外侧，所述岩心夹持器通过所述间隔器夹持所述目标岩心；
所述驱替装置与所述岩心夹持器连接，所述驱替装置被配置为向所述间隔器所在的间隔层中输送驱替介质；
所述目标岩心具有中空损害部，所述中空损害部与所述泥浆循环装置连通，所述泥浆循环装置被配置为向所述中空损害部注入钻井液。
优选地，所述中空损害部为开设在所述目标岩心上的凹槽，所述凹槽的开口端具有密封塞；
所述泥浆循环装置与所述凹槽的内腔连通。
优选地，所述泥浆循环装置包括泥浆循环管路，以及在所述泥浆循环管路上沿钻井液流动方向依次连接的泥浆循环泵和泥浆压力表；
所述泥浆循环管路被配置为贯穿所述密封塞而与所述凹槽的内腔连通；
所述泥浆循环管路的入口靠近所述凹槽的开口端，所述泥浆循环管路的出口靠近所述凹槽的封闭端，所述封闭端与所述开口端相对。
优选地，所述泥浆循环装置还包括泥浆稳压容器和泥浆预热温控单元，
所述泥浆稳压容器设置在所述泥浆循环管路的入口和所述泥浆循环泵之间；
所述泥浆预热温控单元与所述泥浆稳压容器连接，被配置为加热所述泥浆循环管路中的钻井液。
优选地，所述驱替装置包括气体渗透循环单元，所述气体渗透循环单元包括气体增压管路和气体回压管路；
所述气体增压管路与所述岩心夹持器连接且所述气体增压管路的出口端与所述间隔层连通，沿气体流动方向，所述气体增压管路上依次设置有储气瓶、气体增压泵、注气压力表和注气阀；
所述气体回压管路与所述岩心夹持器连接且所述气体回压管路的入口端与所述中空损害部连通，沿气体流动方向，所述气体回压管路上依次设置有出气阀、气体流量计和气体回压阀，所述气体回压管路的出口端连接到所述气体增压管路上且位于所述气体增压泵和所述注气压力表之间。
优选地，所述气体增压管路上还设置有第一气体稳压容器，所述第一气体稳压容器位于所述气体增压泵和所述注气压力表之间，所述气体回压管路的出口端与所述第一气体稳压容器连接，所述第一气体稳压容器上连接有高压降压阀；和/或，
所述气体回压管路上还设置有第二气体稳压容器，所述第二气体稳压容器位于所述出气阀和所述气体回压阀之间，所述气体流量计与所述第二气体稳压容器连接。
优选地，所述驱替装置还包括液体渗透循环单元，所述液体渗透循环单元包括液体增压管路和液体回压管路；
所述液体增压管路与所述岩心夹持器连接且所述液体增压管路的出口端与所述间隔层连通，沿液体流动方向，所述液体增压管路上依次设置有储液箱、液体增压泵和注液阀；
所述液体回压管路与所述岩心夹持器连接且所述液体回压管路的入口端与所述中空损害部连通，沿液体流动方向，所述液体回压管路上依次设置有出液阀、液体回压单元和液体回压阀，所述液体回压管路的出口端连接到所述液体增压管路上且位于所述注液阀和所述液体增压管路的出口端之间，所述液体回压单元与液体计量设备连接，所述液体计量设备被配置为获取所述中空损害部渗出的液体流量。
优选地，所述液体增压管路上还设置有液体稳压容器，所述液体稳压容器位于所述液体增压泵和所述注液阀之间。
优选地，所述液体增压管路的出口端连接到所述气体增压管路上且位于所述注气阀和所述气体增压管路的出口端之间；和/或，
所述液体回压管路的入口端连接到所述气体回压管路上且位于所述气体回压管路的入口端和所述出气阀之间；和/或，
所述液体回压管路的出口端与第一气体稳压容器连接。
本申请的另一方面是提供了一种储层损害测定方法，所述方法通过上述的储层损害模拟系统实施，所述方法包括：
获取目标岩心，通过夹持装置夹持所述目标岩心；
通过驱替装置向所述夹持装置的间隔器所在的间隔层中输送驱替介质，获得所述目标岩心的初始渗透率；
通过泥浆循环装置向所述目标岩心的中空损害部输送钻井液，并使所述钻井液在所述中空损害部中循环设定时间，得到损害后的目标岩心；
通过所述驱替装置向所述间隔层中输送所述驱替介质，获得所述损害后的目标岩心的损害渗透率；
基于所述初始渗透率和所述损害渗透率，确定储层损害程度。
本申请实施例的有益效果至少在于：
本申请实施例提供的储层损害模拟系统，使用的目标岩心具有中空损害部，夹持装置可以夹持该目标岩心，并且夹持装置和目标岩心不直接接触，二者之间具有可以容纳驱替介质的间隔层。在模拟时，可以先使用驱替装置向间隔层中输送驱替介质以测定目标岩心的初始渗透率，然后启动泥浆循环装置向中空损害部中注入钻井液以损害目标岩心，在损害结束后，再一次使用驱替装置向间隔层中输送驱替介质以测定损害后的目标岩心的损害渗透率，从而可以基于这两次驱替的渗透率得到目标岩心的损害程度，进而获得目标岩心所在储层的损害程度。本申请实施例提供的储层损害模拟系统更加全面、科学、客观地模拟了钻井过程中储层的损害过程，从而可以测定出更加准确的储层损害程度，为钻井施工过程中的决策提供了重要的参考依据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种夹持装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种驱替装置的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种泥浆循环装置的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种围压装置的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种温控装置的结构示意图。
附图标记：
100、夹持装置；110、间隔器；120、岩心夹持器；
200、驱替装置；
210、气体增压管路；211、储气瓶；212、气体增压泵；213、注气压力表；214、注气阀；215、第一气体稳压容器；216、高压降压阀；
220、气体回压管路；221、出气阀；222、气体流量计；223、气体回压阀；224、第二气体稳压容器；
230、液体增压管路；231、储液箱；232、液体增压泵；233、注液阀；234、液体稳压容器；
240、液体回压管路；241、出液阀；242、液体回压单元；243、液体回压阀；244、液体计量设备；
300、泥浆循环装置；310、泥浆循环管路；311、入口；312、出口；320、泥浆循环泵；330、泥浆压力表；340、泥浆稳压容器；350、泥浆预热温控单元；
400、目标岩心；410、中空损害部；420、密封塞；
500、围压装置；
510、围压加压管路；511、围压加压阀；512、围压表；
520、围压回压管路；521、回压加压阀；
530、围压安全管路；531、围压安全阀；
600、温控装置；610、控温仪表；620、加热温控单元；630、加热器。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种储层损害模拟系统，该系统包括夹持装置100、驱替装置200、泥浆循环装置300和目标岩心400。其中，夹持装置100包括岩心夹持器120和间隔器110，间隔器110位于目标岩心400的外侧，岩心夹持器120通过间隔器110夹持目标岩心400；驱替装置200与岩心夹持器120连接，驱替装置200被配置为向间隔器110所在的间隔层中输送驱替介质；目标岩心400具有中空损害部410，中空损害部410与泥浆循环装置300连通。
本申请实施例提供的储层损害模拟系统，使用的目标岩心400具有中空损害部410，夹持装置100可以夹持该目标岩心400，并且夹持装置100和目标岩心400不直接接触，二者之间具有可以容纳驱替介质的间隔层。在模拟时，可以先使用驱替装置200向间隔层中输送驱替介质以测定目标岩心400的初始渗透率，然后启动泥浆循环装置300向中空损害部410中注入钻井液以损害目标岩心400，在损害结束后，再一次使用驱替装置200向间隔层中输送驱替介质以测定损害后的目标岩心400的损害渗透率，从而可以基于这两次驱替的渗透率得到目标岩心400的损害程度，进而获得目标岩心400所在储层的损害程度。本申请实施例提供的储层损害模拟系统更加全面、科学、客观地模拟了钻井过程中储层的损害过程，从而可以测定出更加准确的储层损害程度，为钻井施工过程中的决策提供了重要的参考依据。
为使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面结合附图1-5，对本申请实施例提供的一种储层损害模拟系统进行进一步的介绍和说明。
本申请实施例提供的储层损害模拟系统，包括夹持装置100、驱替装置200、泥浆循环装置300和目标岩心400。
如图1所示，夹持装置100包括间隔器110和岩心夹持器120。其中，间隔器110位于目标岩心400的外侧，岩心夹持器120可以通过间隔器110夹持目标岩心400。间隔器110用于形成间隔层，由于间隔层的存在，岩心夹持器120在夹持目标岩心400时不与目标岩心400直接接触，并且该间隔层中可以容纳驱替介质。
在本申请实施例中，间隔器110例如可以为钢网或者隔板，并且具有较高的承压强度，可以承受岩心夹持器120的高压夹持。
如图2所示，驱替装置200与岩心夹持器120连接，驱替装置200被配置为向间隔器110所在的间隔层中输送驱替介质。间隔层中的驱替介质能够与目标岩心400的外壁直接接触，从而才可以在压力驱动下对目标岩心400进行渗透，模拟了储层油气径向渗入井筒的产气(油)过程。
如图3所示，目标岩心400具有中空损害部410，中空损害部410用于模拟钻井井眼。中空损害部410与泥浆循环装置300连通，泥浆循环装置300被配置为向中空损害部410中循环注入钻井液，从而模拟钻井液在井眼中的循环过程。中空损害部410中注入的钻井液可以向目标岩心400的外围渗透，模拟了实际钻井储层损害的径向渗流过程。
因此，采用本申请实施例提供的储层损害模拟系统，可以模拟钻井液向井周径向侵入损害储层的过程和地层油气径向渗入井筒的产气(油)过程，同时模拟了钻井液在井筒内循环的过程，模拟更加全面、客观和科学，能够帮助测定出更加科学、合理、准确的储层损害程度。
如图1所示，在本申请实施例的一些实现方式中，中空损害部410可以为开设在目标岩心400上的凹槽，并且在凹槽的开口端设置有密封塞420，密封塞420用于将凹槽的内腔和间隔层隔离开，防止驱替介质直接从凹槽的开口端进入凹槽的内腔中而影响渗透量的测定。任何驱替介质无法经过密封塞420进行渗透。
在一些实施例中，目标岩心400可以为圆柱形结构，凹槽可以为圆柱形凹槽，目标岩心400的轴线与凹槽的轴线重合，这样位于间隔层中的驱替介质可以均匀地渗透到凹槽的内部。示例性地，目标岩心400可以是直径为105mm，高度为100～200mm的圆柱形结构；在圆柱形目标岩心400的顶面沿轴向钻盲孔而形成圆柱形凹槽，圆柱形凹槽的轴线与圆柱形目标岩心400的重合，圆柱形凹槽的直径可以为34mm，凹槽的封闭端距离圆柱形目标岩心400的底面的距离为20～50mm，凹槽的封闭端是指与位于目标岩心400的顶面的开口端相对的一端。
如图3所示，泥浆循环装置300与凹槽的内腔连通，从而可以向凹槽的内腔中注入钻井液并进行循环。
在本申请实施例中，泥浆循环装置300可以包括泥浆循环管路310，以及在泥浆循环管路310上沿钻井液流动方向依次连接的泥浆循环泵320和泥浆压力表330。
泥浆循环管路310被配置为贯穿密封塞420而与凹槽的内腔连通，这样在凹槽的内腔中便通入了泥浆循环管路310的出口312和入口311。其中，泥浆循环管路310的出口312靠近凹槽的封闭端，泥浆循环管路310的入口311靠近凹槽的开口端，这样在循环时，钻井液从泥浆循环管路310的出口312流出而进入到凹槽的内腔底部，并随着钻井液注入量的增加，钻井液的液面逐渐上升至靠近开口端，并从位于开口端处的入口311回流至泥浆循环管路310。
泥浆循环泵320用于为钻井液提供驱动力，使得钻井液可以在设定循环压力下按照设定方向进行循环流动。泥浆压力表330靠近泥浆循环管路310的出口312设置，从而可以测量和显示泥浆循环管路310中的泥浆循环压力，便于技术人员对泥浆循环压力进行控制。
在本申请的另一些实施例中，泥浆循环管路310还可以包括泥浆稳压容器340和泥浆预热温控单元350。
在钻井液进入泥浆循环管路310后，泥浆循环管路310中由于空气的存在，会对钻井液的流动产生阻力，并且这种阻力的大小会随着钻井液的流量变化而变化。因此可以在泥浆循环管路310的入口311和泥浆循环泵320之间设置一个泥浆稳压容器340，泥浆稳压容器340可以对钻井液的流量进行补偿，使钻井液的流量变得均匀。
泥浆预热温控单元350与泥浆稳压容器340连接，被配置为加热泥浆循环管路310中的钻井液。在钻井施工过程中，钻井液通常会被地层加热至对应的地层温度，因此为了更真实地模拟井底环境，在系统中也设置了为钻井液加热的泥浆预热温控单元350，在循环钻井液之前，泥浆预热温控单元350可以将钻井液加热至设定温度，从而更加真实、客观地模拟钻井液循环过程，其中设定温度等于目标岩心400所在的地层温度。
至此，泥浆循环装置300能够对钻井液的循环温度、泥浆循环压力、循环路径以及损害储层的方式进行全面、客观的模拟，基本还原了钻井液在井筒内循环的过程，在模拟实验中对于目标岩心400的损害更具科学性和准确性。
图2示出了一种驱替装置200的结构。驱替装置200包括气体渗透循环单元，气体渗透循环单元可以包括气体增压管路210和气体回压管路220。
如图2所示，气体增压管路210与岩心夹持器120连接且气体增压管路210的出口端与间隔层连通，沿气体流动方向，气体增压管路210上依次设置有储气瓶211、气体增压泵212、注气压力表213和注气阀214。在打开注气阀214、启动气体增压泵212之后，储气瓶211中的气体可以在气体增压泵212的驱动下注入间隔层中，并且在气体驱替压力下从目标岩心400的外壁渗透到目标岩心400的中空损害部410中。其中，注气压力表213可以测量和显示气体增压管路210的出口端的压力(即间隔层的入口压力)，便于技术人员对气体驱替压力的调节。
在本申请的一些实施例中，进行气体驱替时使用的气体介质可以选用稳定性好的氮气，相应地，气体增压管路210上的储气瓶211可以为氮气瓶，气体增压泵212可以为氮气增压机。
继续参见图2，气体回压管路220与岩心夹持器120连接且气体回压管路220的入口端与中空损害部410连通，沿气体流动方向，气体回压管路220上依次设置有出气阀221、气体流量计222和气体回压阀223，气体回压管路220的出口端连接到气体增压管路210上且位于气体增压泵212和注气压力表213之间。
在出气阀221和气体回压阀223打开后，渗透到中空损害部410中的气体可以通过气体回压管路220进行回压，气体回压管路220的出口端与连接到气体增压管路210而形成循环路径，模拟了钻井过程中的气体驱替过程。其中，气体流量计222可以检测气体回压管路220中的气体流量，该气体流量反映了气体的渗透量，进而可以通过计算得到气体渗透率。
当气体在气体增压管路210和气体回压管路220中循环时，也需要通过稳压容器对气体流量进行补偿，使气体流量变得均匀。因此在本申请的一些实施例中，气体增压管路210上还设置有第一气体稳压容器215，第一气体稳压容器215位于气体增压泵212和注气压力表213之间，气体回压管路220的出口端与第一气体稳压容器215连接。第一气体稳压容器215用于对气体增压管路210中的气体流量进行补偿。为了提高气体渗透循环单元的安全性，在第一气体稳压容器215上还可以连接有高压降压阀216，当注气压力表213检测到的压力值高于安全阈值时，可以打开高压降压阀216释放部分压力，避免发生危险。
同样地，在气体回压管路220上也可以设置有第二气体稳压容器224，第二气体稳压容器224位于出气阀221和气体回压阀223之间，用于对气体回压管路220中的气体流量进行补偿。气体流量计222可以与第二气体稳压容器224连接，从而气体流量计222测得的流量更加稳定和准确。
上述气体渗透循环单元可以适用于采气井的储层损害模拟过程，用于测定采气井的目标岩心400在损害前后的气测渗透率。同时，上述气体渗透循环单元还可以适用于测定采油井的目标岩心400在损害之前的气测渗透率。而对于采油井的目标岩心400在损害前后的液测渗透率的测定，则需要通过相应的液体渗透循环单元来完成。
继续参见图2，在本申请实施例的另一些实现方式中，驱替装置200还可以包括液体渗透循环单元，液体渗透循环单元可以包括液体增压管路230和液体回压管路240。
如图2所示，液体增压管路230与岩心夹持器120连接且液体增压管路230的出口端与间隔层连通，沿液体流动方向，液体增压管路230上依次设置有储液箱231、液体增压泵232和注液阀233。在打开注液阀233、启动液体增压泵232之后，储液箱231中的液体可以在液体增压泵232的驱动下注入到间隔层中，并且在液体驱替压力下从目标岩心400的外壁渗透到目标岩心400的中空损害部410中。
在本申请的一些实施例中，进行液体驱替时使用的液体介质可以选用煤油，相应地，液体增压管路230上的储液箱231可以为煤油箱。
继续参见图2，液体回压管路240与岩心夹持器120连接且液体回压管路240的入口端与中空损害部410连通，沿液体流动方向，液体回压管路240上依次设置有出液阀241、液体回压单元242和液体回压阀243，液体回压管路240的出口端连接到液体增压管路230且位于注液阀233和液体增压管路230的出口端之间，液体回压单元242与液体计量设备244连接，液体计量设备244被配置为获取中空损害部410渗出的液体流量。
在出液阀241和液体回压阀243打开后，渗透到中空损害部410中的液体可以在液体回压单元242的控制下通过液体回压管路240进行回压，液体回压管路240的出口端可以连接到液体增压管路230而形成循环路径，模拟了钻井过程中的液体驱替过程。其中，液体计量设备244可以获取液体回压管路240中的液体，并测量液体回压管路240中的液体流量，该液体流量反映了液体的渗透量，进而可以通过计算得到液体渗透率。
在一些实施例中，液体回压单元242具有流体出口，液体计量设备244可以为液体计量电子天平，液体计量电子天平可以与液体回压单元242的流体出口连接，用于获得渗透到中空损害部410的液体质量，进而通过计算得到液体的体积流量和液体渗透率。
与气体补偿相同，当液体在液体增压管路230和液体回压管路240中循环时，也需要通过稳压容器对液体流量进行补偿，使液体流量变得均匀。因此在本申请的一些实施例中，如图2所示，在液体增压管路230上还设置有液体稳压容器234，液体稳压容器234位于液体增压泵232和注液阀233之间。液体稳压容器234用于对液体增压管路230中的液体流量进行补偿。
在本申请实施例的一些实现方式中，还可以对上述气体渗透循环单元和液体渗透循环单元中的管路进行简化，使得整个驱替装置200的结构更加简单、高效。
如图2所示，在一些实施例中，液体增压管路230可以与气体增压管路210使用同一段管段连通间隔层，例如液体增压管路230的出口端可以连接到气体增压管路210上且位于注气阀214和气体增压管路210的出口端之间。
在另一些实施例中，液体回压管路240也可以与气体回压管路220使用同一段管段连通间隔层，例如液体回压管路240的入口端可以连接到气体回压管路220上且位于气体回压管路220的入口端和出气阀221之间。
在其他一些实施例中，液体回压管路240的出口端也可以与气体增压管路210连通而使用同一段管段进行循环，例如液体回压管路240的出口端可以与第一气体稳压容器215连接，此时液体回压单元242可以基于第一气体稳压容器215控制液体回压。
至此，驱替装置200能够对采气井的气体驱替过程和采油井的油驱替过程进行全面、客观的模拟，基本还原了储层产气和产油的过程，在模拟实验中对于气体渗透率和液体渗透率的测定更具科学性和准确性。
同时，为了更加真实地模拟目标岩心400所在的地层环境，在本申请实施例的一些实现方式中，储层损害模拟系统还包括加载到岩心夹持器120上的围压装置500和温控装置600，围压装置500和温控装置600分别为目标岩心400提供高压和高温条件。
如图4所示，围压装置500包括围压加压管路510和围压回压管路520。
围压加压管路510与岩心夹持器120连接，围压加压管路510的入口端连接到液体增压管路230上且位于液体增压泵232和注液阀233之间，例如可以位于液体稳压容器234之前或之后；围压加压管路510的出口端与间隔层连通。在围压加压管路510上沿压力驱动方向依次设置有围压加压阀511和围压表512。在围压加压阀511打开后，储液箱231中的液体在液体增压泵232的驱动下从围压加压管路510进入到间隔层中，并对目标岩心400施加围压，以模拟真实储层受到的地层压力。围压表512用于检测围压装置500对目标岩心400施加的围压。
围压回压管路520的一端与储液箱231连接，另一端连接到围压加压管路510上且位于围压表512和围压加压管路510的出口端之间。在围压回压管路520上设置有回压加压阀521，通过调节回压加压阀521，可以实现对于目标岩心400受到的围压的调节。
在本申请的一些实施例中，围压装置500还包括围压安全管路530以及设置在围压安全管路530上的围压安全阀531，围压安全管路530的一端与储液箱231连接，另一端连接到围压加压管路510上且位于围压加压阀511和围压表512之间。在围压装置500施加围压的过程中，围压安全阀531通常处于关闭状态，若围压表512显示的围压超出正常范围内，则打开围压安全阀531释放压力，避免发生危险。
示例性地，围压加压阀511和回压加压阀521可以为手阀，由技术人员手动控制开启和关闭，以提高安全性。
如图5所示，温控装置600包括控温仪表610、加热温控单元620和加热器630，控温仪表610与加热温控单元620连接，加热温控单元620还与加热器630连接，加热器630与岩心夹持器120连接。控温仪表610用于接收外部输入的加热温度，并将加热温度发送至加热温控单元620，加热温控单元620可以控制加热器630执行加热，加热器630发出的热量通过岩心夹持器120和间隔器110传递至目标岩心400。示例性地，加热器630可以为加热棒，在岩心夹持器120上可以开设有放置槽，加热棒可以插入到该放置槽中。
在本申请的一些实施例中，加热温控单元620和泥浆预热温控单元350可以基于同一个控温仪表610控制加热。
至此，围压装置500和温控装置600能够对储层所在的地层环境进行模拟，为目标岩心400提供高温、高压的环境，使得目标岩心400在该环境下的损害和渗透测定更具科学性和准确性。
在本申请的一些实施例中，储层损害模拟系统还可以包括数据采集与控制装置，该装置可以接收岩心参数、压力参数、温度参数等数据，同时连接各个阀门、增压泵和循环泵、检测仪表等部件，从而实现对整个系统的自动化控制和智能检测。
综上所述，本申请实施例提供的储层损害模拟系统，以具有中空损害部410的目标岩心400作为研究对象，在夹持者目标岩心400的岩心夹持器120上连接有围压装置500和温控装置600，可以实现对储层所在的高温高压的地层条件的模拟；系统中配置有泥浆循环装置300，用于向中空损害部410中注入钻井液，以模拟高温高压条件下钻井液在井眼内的循环过程、实际钻井储层损害的径向渗流过程；系统中还配置有驱替装置200，可以使用气体或液体进行驱替，模拟钻井过程中气(油)径向渗入井筒的产气(油)过程。同时，整个系统还可以通过数据采集与控制装置实现自动化控制，提高模拟效率。因此，本申请实施例提供的储层损害模拟系统更加全面、科学、客观地模拟了钻井过程中储层的损害过程，从而可以测定出更加准确的储层损害程度，为钻井施工过程中的决策提供了重要的参考依据。
本申请实施例还提供了一种储层损害测定方法，该方法可以由上述储层损害模拟系统实施，该方法可以包括以下步骤：
步骤101、获取目标岩心，通过夹持装置夹持目标岩心；
步骤102、通过驱替装置向夹持装置的间隔器所在的间隔层中输送驱替介质，获得目标岩心的初始渗透率；
步骤103、通过泥浆循环装置向目标岩心的中空损害部输送钻井液，并使钻井液在中空损害部中循环设定时间，得到损害后的目标岩心；
步骤104、通过驱替装置向间隔层中输送驱替介质，获得损害后的目标岩心的损害渗透率；
步骤105、基于初始渗透率和损害渗透率，确定储层损害程度。
本申请实施例提供的储层损害测定方法，先驱替介质测定目标岩心的径向初始渗透率，然后循环钻井液对目标岩心的中空损害部进行损害，接下来再一次驱替介质测定目标岩心的径向损害渗透率，继而可以基于目标岩心的初始渗透率和损害渗透率确定目标岩心的损害程度，进而获得目标岩心所在储层的损害程度。本申请实施例提供的储层损害测定方法是在对钻井过程中储层的损害过程的全面、科学、客观的模拟下进行的，可以定量测得目标岩心的损害程度，继而获得更加准确的储层损害程度，为钻井施工过程中的决策提供了重要的参考依据。
以下将通过具体实施例进一步地描述本申请的技术方案。
实施例1
以测定某采气井某井深钻井过程储层损害为例，在该采气井某井深取样的目标岩心的参数为：高为200mm、直径为102mm。对该目标岩心进行钻孔处理，得到内径为38mm、孔深为170mm的中空损害部。根据该采气井某地层深度的实际工况参数确定实验条件为气体驱替压力为1MPa、围压为15MPa、温度为90℃、泥浆循环压力3.5MPa。
本实施例提供一种储层损害测定方法，该方法包括：
步骤一、实验准备。
将目标岩心烘干后使用钢网包裹，置于岩心夹持器中密封。通过数据采集与控制装置输入岩心长度、岩心直径、大气压、气相黏度、设定围压、气体驱替压力、岩心温度等与实际工况参数相对应的实验参数。保持系统中的各个阀门均处于关闭状态。
打开液体增压泵、围压加压阀和回压加压阀，保持围压安全阀关闭，通过观察围压表，调节回压加压阀的开度，使得岩心夹持器对目标岩心施加的围压保持在15MPa。
向控温仪表输入加热温度为90℃，加热温控单元控制加热器开始对目标岩心预热，泥浆预热温控单元控制开始对泥浆循环管路中的钻井液预热，预热时间为10分钟。
步骤二、测定目标岩心的初始渗透率。
打开储气瓶，启动气体增压泵，使得第一气体稳压容器(215)中的气体压力保持在1MPa。
打开注气阀，观察并记录注气压力表显示的间隔层的入口压力。
打开出气阀和气体回压阀(此处回压为0)，通过气体流量计测定气体流量Q0。
目标岩心的渗透率计算公式(1)为：
其中，K为渗透率，μm2；Q为流量，cm3/s；μ为气体黏度，μPa·S；P0为大气压，Pa；re为目标岩心的外径，m；rw表示中空损害部的内径，m；π为圆周率；h为目标岩心的高度，m；Pe表示驱替压力，Pa；Pw表示气体回压，Pa。
通过数据采集与控制装置根据上述计算公式(1)计算目标岩心的初始渗透率K0，并记录在系统中。
步骤三、损害目标岩心，记录损害过程流量变化。
在保持步骤二中各元件的当前状态的基础上，启动泥浆循环泵，通过观察泥浆压力表显示的读数，对泥浆循环泵的排量进行调节，使泥浆循环压力保持在3.5MPa。钻井液通过循环进入泥浆稳压容器，继续保持循环至设定时间，设定时间为125min。
与此同时，数据采集与控制装置通过气体流量计记录为钻井液循环过程中的气体流量数据。在钻井液循环过程中所记录的一系列气体流量数据反映了储层损害过程。
待到达设定时间后，循环结束，停止运行泥浆循环泵，并通过与中空损害部连通的排液管将中空损害部中的钻井液全部排出。
步骤四、测定目标岩心的损害渗透率。
继续获取气体流量计测得的气体流量数据，待气体流量计所测定的气体流量稳定后，记录气体流量Q1。
停止实验，关闭注气阀、气体增压泵、储气瓶、出气阀和气体回压阀。
通过数据采集与控制装置根据上述公式(1)计算目标岩心的损害渗透率K1，并记录在系统中。
步骤五、确定产气储层损害程度。
储层损害程度的计算公式(2)为：
其中，S为损害程度，S越大，说明储层损害越严重；K0为初始渗透率，μm2；K1为损害渗透率，μm2。
数据采集与控制装置根据上述计算公式(2)计算目标岩心所在的产气储层损害程度。
实施例2
以测定某采油井某井深钻井过程储层损害为例，在该采气井某井深取样的目标岩心的参数为：高为200mm、直径为105mm。对该目标岩心进行钻孔处理，得到内径为34mm、孔深为150mm的中空损害部。根据该采油井某地层深度的实际工况参数确定实验条件为液体驱替压力为1MPa、围压为15MPa、温度为90℃、泥浆循环压力3.5MPa。
本实施例提供一种储层损害测定方法，该方法包括：
步骤一、实验准备。
将目标岩心烘干后使用钢网包裹，置于岩心夹持器中密封。通过数据采集与控制装置输入岩心长度、岩心直径、大气压、气相黏度、设定围压、气体驱替压力、岩心温度等与实际工况参数相对应的实验参数。保持系统中的各个阀门均处于关闭状态。
打开液体增压泵、围压加压阀和回压加压阀，保持围压安全阀关闭，通过观察围压表，调节回压加压阀的开度，使得岩心夹持器对目标岩心施加的围压保持在15MPa。
向控温仪表输入加热温度为90℃，加热温控单元控制加热器开始对目标岩心预热，泥浆预热温控单元控制开始对泥浆循环管路中的钻井液预热，预热时间为10分钟。
步骤二、测定目标岩心的初始渗透率。
打开注液阀，启动液体增压泵，调整液体稳压容器使间隔层的入口压力保持在1MPa。
打开出液阀，通过液体回压阀调整液体回压单元(此处回压为0)，打开液体计量电子天平，记录液体质量增量，并将液体质量增量换算为液体体积流量Q0’。
通过数据采集与控制装置根据上述计算公式(1)计算目标岩心的初始渗透率K0’，并记录在系统中。
步骤三、损害目标岩心，记录损害过程流量变化。
关闭注液阀、液体增压泵、出液阀和液体回压阀。
启动泥浆循环泵，通过观察泥浆压力表显示的读数，对泥浆循环泵的排量进行调节，使泥浆循环压力保持在3.5MPa。钻井液通过循环进入泥浆稳压容器，继续保持循环至设定时间，设定时间为125min。
待循环结束后，停止运行泥浆循环泵，并通过与中空损害部连通的排液管将中空损害部中的钻井液全部排出。
步骤四、测定目标岩心的损害渗透率。
打开注液阀，启动液体增压泵，调整液体稳压容器使间隔层的入口压力保持在1MPa。
打开出液阀，通过液体回压阀调整液体回压单元(此处回压为0)，打开液体计量电子天平，记录液体质量增量，并将液体质量增量换算为液体体积流量Q1’。
数据采集与控制装置根据上述计算公式(1)计算目标岩心的损害渗透率K1’，并记录在系统中。
停止实验，关闭相应的阀门、泵和加热器等。
通过数据采集与控制装置根据上述公式(1)计算目标岩心的损害渗透率K1，并记录在系统中。
步骤五、确定产油储层损害程度。
数据采集与控制装置根据上述计算公式(2)计算目标岩心所在的产油储层损害程度。
在本申请中，应该理解到，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的本申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种储层损害模拟系统，其特征在于，所述系统包括夹持装置(100)、驱替装置(200)、泥浆循环装置(300)和目标岩心(400)，
所述夹持装置(100)包括间隔器(110)和岩心夹持器(120)，所述间隔器(110)位于所述目标岩心(400)的外侧，所述岩心夹持器(120)通过所述间隔器(110)夹持所述目标岩心(400)；
所述驱替装置(200)与所述岩心夹持器(120)连接，所述驱替装置(200)被配置为向所述间隔器(110)所在的间隔层中输送驱替介质；
所述目标岩心(400)具有中空损害部(410)，所述中空损害部(410)与所述泥浆循环装置(300)连通，所述泥浆循环装置(300)被配置为向所述中空损害部(410)中注入钻井液。
2.根据权利要求1所述的储层损害模拟系统，其特征在于，
所述中空损害部(410)为开设在所述目标岩心(400)上的凹槽，所述凹槽的开口端具有密封塞(420)；
所述泥浆循环装置(300)与所述凹槽的内腔连通。
3.根据权利要求2所述的储层损害模拟系统，其特征在于，所述泥浆循环装置(300)包括泥浆循环管路(310)，以及在所述泥浆循环管路(310)上沿钻井液流动方向依次连接的泥浆循环泵(320)和泥浆压力表(330)；
所述泥浆循环管路(310)被配置为贯穿所述密封塞(420)而与所述凹槽的内腔连通；
所述泥浆循环管路(310)的入口(311)靠近所述凹槽的开口端，所述泥浆循环管路(310)的出口(312)靠近所述凹槽的封闭端，所述封闭端与所述开口端相对。
4.根据权利要求3所述的储层损害模拟系统，其特征在于，所述泥浆循环装置(300)还包括泥浆稳压容器(340)和泥浆预热温控单元(350)，
所述泥浆稳压容器(340)设置在所述泥浆循环管路(310)的入口(311)和所述泥浆循环泵(320)之间；
所述泥浆预热温控单元(350)与所述泥浆稳压容器(340)连接，被配置为加热所述泥浆循环管路(310)中的钻井液。
5.根据权利要求1所述的储层损害模拟系统，其特征在于，所述驱替装置(200)包括气体渗透循环单元，所述气体渗透循环单元包括气体增压管路(210)和气体回压管路(220)；
所述气体增压管路(210)与所述岩心夹持器(120)连接且所述气体增压管路(210)的出口端与所述间隔层连通，沿气体流动方向，所述气体增压管路(210)上依次设置有储气瓶(211)、气体增压泵(212)、注气压力表(213)和注气阀(214)；
所述气体回压管路(220)与所述岩心夹持器(120)连接且所述气体回压管路(220)的入口端与所述中空损害部(410)连通，沿气体流动方向，所述气体回压管路(220)上依次设置有出气阀(221)、气体流量计(222)和气体回压阀(223)，所述气体回压管路(220)的出口端连接到所述气体增压管路(210)上且位于所述气体增压泵(212)和所述注气压力表(213)之间。
6.根据权利要求5所述的储层损害模拟系统，其特征在于，所述气体增压管路(210)上还设置有第一气体稳压容器(215)，所述第一气体稳压容器(215)位于所述气体增压泵(212)和所述注气压力表(213)之间，所述气体回压管路(220)的出口端与所述第一气体稳压容器(215)连接，所述第一气体稳压容器(215)上连接有高压降压阀(216)；和/或，
所述气体回压管路(220)上还设置有第二气体稳压容器(224)，所述第二气体稳压容器(224)位于所述出气阀(221)和所述气体回压阀(223)之间，所述气体流量计(222)与所述第二气体稳压容器(224)连接。
7.根据权利要求5或6所述的储层损害模拟系统，其特征在于，所述驱替装置(200)还包括液体渗透循环单元，所述液体渗透循环单元包括液体增压管路(230)和液体回压管路(240)；
所述液体增压管路(230)与所述岩心夹持器(120)连接且所述液体增压管路(230)的出口端与所述间隔层连通，沿液体流动方向，所述液体增压管路(230)上依次设置有储液箱(231)、液体增压泵(232)和注液阀(233)；
所述液体回压管路(240)与所述岩心夹持器(120)连接且所述液体回压管路(240)的入口端与所述中空损害部(410)连通，沿液体流动方向，所述液体回压管路(240)上依次设置有出液阀(241)、液体回压单元(242)和液体回压阀(243)，所述液体回压管路(240)的出口端连接到所述液体增压管路(230)且位于所述注液阀(233)和所述液体增压管路(230)的出口端之间，所述液体回压单元(242)与液体计量设备(244)连接，所述液体计量设备(244)被配置为获取所述中空损害部(410)渗出的液体流量。
8.根据权利要求7所述的储层损害模拟系统，其特征在于，所述液体增压管路(230)上还设置有液体稳压容器(234)，所述液体稳压容器(234)位于所述液体增压泵(232)和所述注液阀(233)之间。
9.根据权利要求8所述的储层损害模拟系统，其特征在于，
所述液体增压管路(230)的出口端连接到所述气体增压管路(210)且位于所述注气阀(214)和所述气体增压管路(210)的出口端之间；和/或，
所述液体回压管路(240)的入口端连接到所述气体回压管路(220)且位于所述气体回压管路(220)的入口端和所述出气阀(221)之间；和/或，
所述液体回压管路(240)的出口端与第一气体稳压容器(215)连接。
10.一种储层损害测定方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1-9任一项所述的储层损害模拟系统实施，所述方法包括：
获取目标岩心(400)，通过夹持装置(100)夹持所述目标岩心(400)；
通过驱替装置(200)向所述夹持装置(100)的间隔器(110)所在的间隔层中输送驱替介质，获得所述目标岩心(400)的初始渗透率；
通过泥浆循环装置(300)向所述目标岩心(400)的中空损害部(410)输送钻井液，并使所述钻井液在所述中空损害部(410)中循环设定时间，得到损害后的目标岩心(400)；
通过所述驱替装置(200)向所述间隔层中输送所述驱替介质，获得所述损害后的目标岩心(400)的损害渗透率；
基于所述初始渗透率和所述损害渗透率，确定储层损害程度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202110021659.5A CN114739881A (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 储层损害模拟系统及储层损害测定方法 |
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| CN202110021659.5A CN114739881A (zh) | 2021-01-08 | 2021-01-08 | 储层损害模拟系统及储层损害测定方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115792189A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-14 | 常州大学 | 一种裂缝扩延型漏失储层钻井液堵漏效果评价方法 |
-
2021
- 2021-01-08 CN CN202110021659.5A patent/CN114739881A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115792189A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-14 | 常州大学 | 一种裂缝扩延型漏失储层钻井液堵漏效果评价方法 |
| CN115792189B (zh) * | 2022-11-11 | 2024-05-14 | 常州大学 | 一种裂缝扩延型漏失储层钻井液堵漏效果评价方法 |
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