边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统和方法与流程

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统和方法。

背景技术：

当气藏的边缘存在活跃的边、底水时，在开发的过程中就会面临着水侵的风险。气藏一旦发生水侵，一方面会在气藏中形成气、水两相渗流，降低气相渗流的能力，使单井的产能迅速下降，另一方面水侵会通过卡断、绕流和水锁等方式圈闭大量气体，降低气藏的采收率，使其远低于同类不含边、底水的气藏，因此，正确认识边、底水气藏水侵规律，对于制定合理的边、底水气藏开发方案、开发好边、底水气藏具有非常重要的指导意义。

目前，针对边、底水气藏水侵动态的研究主要集中在数值模拟、生产动态分析等理论研究和简单的单井水侵动态物理模拟研究。其中，理论研究通常基于均质储层模型，没有考虑实际边、底水气藏储层的特征；单井水侵动态物理模拟将储层视为均质储层，各井生产动态一致，取其中一个单元进行气藏水侵动态物理模拟研究，这与“边、底水气藏通常存在较强非均质性，各井生产动态不一致且井间相互干扰”的实际情况不符。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统和方法，其能够分析边、底水气藏多井生产时水侵动态，为边、底水气藏的开发提供技术支撑。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统，所述边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统包括：

地层水体模拟单元，其包括：具有第一端和第二端的第一岩芯夹持器，所述第一岩芯夹持器用于装载岩芯；与所述第一岩芯夹持器的第一端相连通的储水罐，所述储水罐用于装载地层水；

多个模拟单元，每个所述模拟单元包括：一端与所述第一岩芯夹持器的第二端相连通的第二岩芯夹持器；用于模拟生产油管的微管，所述微管和所述第二岩芯夹持器的另一端相连接；与所述微管相连接的气体计量单元，所述气体计量单元用于计量自所述微管排出气体的量；

气体存储罐，所述气体存储罐能与所述第一岩芯夹持器的第一端相连通；

第一压力泵，所述第一压力泵能与所述储水罐和所述气体存储罐相连通。

在一种优选的实施方式中，所述边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统还包括：压力巡检仪，其包括：用于测量所述第一岩芯夹持器的第一端处压力的第一压力传感器；用于测量所述第一岩芯夹持器的第二端处压力的第二压力传感器；用于测量每个所述模拟单元中所述微管与所述气体计量单元之间的压力的第三压力传感器。

在一种优选的实施方式中，所述气体计量单元包括：与所述微管相连接的瓶体；与所述瓶体相连接的液体计量装置。

在一种优选的实施方式中，所述边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统还包括：能与所述气体存储罐相连通的气体瓶。

在一种优选的实施方式中，所述第一压力泵为高压柱塞泵。

在一种优选的实施方式中，连接所述瓶体的进口管的出口位于所述瓶体内的上端，连接所述瓶体的出口管的进口位于所述瓶体内的下端。

在一种优选的实施方式中，所述储水罐与所述第一岩芯夹持器的第一端之间设置有第一阀门，所述第一压力泵与所述储水罐之间设置有第二阀门，所述第一压力泵与所述气体存储罐之间设置有第三阀门，所述气体存储罐与所述第一岩芯夹持器的第一端之间设置有第四阀门。

在一种优选的实施方式中，所述气体瓶与所述气体存储罐之间设置有第五阀门。

在一种优选的实施方式中，所述边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统还包括：第二压力泵，所述第二压力泵与所述第二岩芯夹持器的侧壁相连通，用于给所述第二岩芯夹持器提供围压。

一种边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验方法，所述实验方法包括：

将实验所需的不同孔隙度和渗透率岩芯的岩芯安装入所述模拟单元中的第二岩芯夹持器中，将实验所需的岩芯安装入第一岩芯夹持器中；

向所述第二岩芯夹持器施加实验所需的围压；

将所述第一岩芯夹持器和所述第二岩芯夹持器中的岩芯充满气体；

将所述第一岩芯夹持器和所述第二岩芯夹持器加压到第一预设压力；

将储水罐加压至第一预设压力；

待所述第一岩芯夹持器、所述第二岩芯夹持器和所述储水罐加压完成后，打开所述第二岩芯夹持器的出口端；

测量自所述第二岩芯夹持器经过微管后排出的气体的量，直至所述第二岩芯夹持器的出口端的压力降低至第二预设压力。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统和方法通过控制第二岩芯夹持器出口流量和开关等，可以实现不同采气速度和开发顺序等不同开发方案下边、底水气藏开发模拟，从而实现不同开发方案下边、底水气藏多井生产的水侵动态物理模拟。同时根据物理模拟实验见水时间、见水后产气速度与产水速度、岩芯物性和气藏物性，运用相似理论，计算预测气藏见水时间和见水后产气及产水动态，进而可以确定边、底水气藏开发指标，为边、底水气藏高效开发对策和提高采收率措施的制定提供有力的技术支撑。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统的系统图；

图2为本发明实施例中边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验方法的流程图；

图3为本发明实施例中累产气量随时间变化曲线图；

图4为本发明实施例中出口压力随时间变化曲线图；

图5为本发明实施例中水侵pv随时间变化曲线图。

以上附图的附图标记：

1、第一阀门；2、第二阀门；3、第三阀门；4、第四阀门；5、第五阀门；6、第一岩芯夹持器；7、储水罐；8、气体存储罐；9、第一压力泵；10、气体瓶；11、第二岩芯夹持器；12、微管；13、瓶体；14、液体计量装置；15、第一压力传感器；16、第二压力传感器；17、第三压力传感器；18、压力巡检仪。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能模拟边、底水气藏多井生产水侵过程，从而能够分析边、底水气藏多井生产时水侵动态，为边、底水气藏的开发提供技术支撑，在本申请中提出了一种边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统和方法，图1为本发明实施例中边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统的系统图，如图1所示，边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统可以包括：地层水体模拟单元，其包括：具有第一端和第二端的第一岩芯夹持器6，第一岩芯夹持器6用于装载岩芯；与第一岩芯夹持器6的第一端相连通的储水罐7，储水罐7用于装载地层水；多个模拟单元，每个模拟单元包括：一端与第一岩芯夹持器6相连通的第二岩芯夹持器11；用于模拟生产油管的微管12，微管12和第二岩芯夹持器11的另一端相连接；与微管12相连接的气体计量单元，气体计量单元用于计量自微管12排出气体的量；气体存储罐8，气体存储罐8能与第一岩芯夹持器6的第一端相连通；第一压力泵9，第一压力泵9能与储水罐7和气体存储罐8相连通。

本申请中通过多个模拟单元中的第二岩芯夹持器11模拟边、底水气藏不同部位及物性储层，第一岩芯夹持器6和储水罐7则可以模拟边、底水部分的水侵，而气体存储罐8则用于向边、底水气藏提供高压气源，多个微管12则用于模拟位于不同位置的多井生产，通过上述装置实现不同开发方案下边、底水气藏水侵动态模拟，同时，根据物理模拟实验见水时间、见水后产气速度与产水速度、岩芯物性和气藏物性等，运用相似理论，可以计算预测气藏见水时间和见水后产气及产水动态。

为了能够更好的理解本申请中的边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统，下面将对其做进一步解释和说明。如图1所示，地层水体模拟单元包括：具有第一端和第二端的第一岩芯夹持器6，与第一岩芯夹持器6的第一端相连通的储水罐7。第一岩芯夹持器6用于装载全直径的岩芯，该岩芯的孔隙体积大，可以更好的模拟边底水部分。储水罐7用于存储地层水，由于储水罐7与第一岩芯夹持器6相连通，当储水罐7受到压力时，其内部的水可以进入第一岩芯夹持器6，进而对第二岩芯夹持器11实现水侵。第一岩芯夹持器6的第一端和储水罐7之间可以设置有第一阀门1，从而控制两者的连通和断开。

如图1所示，模拟单元可以包括：一端与第一岩芯夹持器6的第二端相连通的第二岩芯夹持器11；用于模拟生产油管的微管12，微管12和第二岩芯夹持器11的另一端相连接；与微管12相连接的气体计量单元。第二岩芯夹持器11的尺寸小于第一岩芯夹持器6的尺寸，用于装载不同孔隙度和渗透率的岩芯，从而可以模拟气藏不同部位孔隙度和渗透率物性的不同。例如，第二岩芯夹持器11的直径约为2.5cm，而第一岩芯夹持器6的直径需要达到10cm。第二岩芯夹持器11的侧壁上可以连接有第二压力泵，第二压力泵用于给第二岩芯夹持器11提供围压。微管12的规格可以为不同尺寸，以控制不同的出口流量，其与第二岩芯夹持器11的另一端相连接，如此，不同尺寸可以模拟不同尺寸的生产油管，例如，微管12的直径可以在20um至70um之间。气体计量单元可以包括：与微管12相连接的瓶体13；与瓶体13相连接的液体计量装置14。瓶体13中可以装满液体，连接瓶体13的进口管的出口位于瓶体13内的上端，连接瓶体13的出口管的进口位于瓶体13内的下端。当有气体有瓶体13的进口管的出口流出时，其可以将瓶体13中的液体压出，压出的液体从位于瓶体13内的下端的出口管的进口流出瓶体13进入液体计量装置14，通过液体计量装置14便能够测量出流入瓶体13的气体的体积。

如图1所示，气体存储罐8能与第一岩芯夹持器6的第一端相连通，气体存储罐8与第一岩芯夹持器6的第一端之间设置有第四阀门4。气体存储罐8用于存储高压气体，该气体可以是氮气等不溶于水的气体。气体存储罐8用于向模拟边、底水气藏提供高压气源。

如图1所示，第一压力泵9能与储水罐7和气体存储罐8相连通，第一压力泵9与储水罐7之间设置有第二阀门2，第一压力泵9与气体存储罐8之间设置有第三阀门3，通过第三阀门3可以实现利用第一压力泵9对气体存储罐8进行加压，以使气体存储罐8内的压力达到所需要求。第二阀门2则可以实现利用第一压力泵9对储水罐7的加压，以使储水罐7内部的水可以在压力的作用下可以压入进入第一岩芯夹持器6，进而对第二岩芯夹持器11实现水侵。为了满足实验所需的压力要求，第一压力泵9为高压柱塞泵。

如图1所示，边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统还可以包括：能与气体存储罐8相连通的气体瓶10。气体瓶10中存储有高压液态的气体。气体瓶10与气体存储罐8之间设置有第五阀门5，当第五阀门5和第四阀门4开启时，通过气体瓶10可以向气体存储罐8中冲入相应气体，并使其具有一个较高的压力，与实验所需压力相差不大，而后可以通过第一压力泵9给气体存储罐8进行加压，以使气体存储罐8的压力达到实验所需压力。

边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统还可以包括：压力巡检仪18，压力巡检仪18包括：用于测量第一岩芯夹持器6的第一端处压力的第一压力传感器15；用于测量第一岩芯夹持器6的第二端处压力的第二压力传感器16；用于测量每个模拟单元中微管12与气体计量单元之间的压力的第三压力传感器17。第一压力传感器15和第二压力传感器16用于测量第一岩芯夹持器6的第一端处和第二端处的压力，以在通过第一压力泵9给第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11加压时，通过第一压力传感器15和第二压力传感器16可以判断压力是否稳定，进而停止加压。

本申请中的边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统的实验方法可以包括以下步骤：

s101:将实验所需的不同孔隙度和渗透率岩芯的岩芯安装入模拟单元中的第二岩芯夹持器11中，将实验所需的岩芯安装入第一岩芯夹持器6中。

在本步骤中，将压力巡检仪18调试完成，同时将第一压力传感器15、第二压力传感器16、第三压力传感器17设置在相应位置。将实验所需的不同孔隙度和渗透率岩芯的岩芯安装入模拟单元中的第二岩芯夹持器11中，将实验所需的岩芯安装入第一岩芯夹持器6中，同时将其它装置固定连接完毕。

s102：向第二岩芯夹持器11施加实验所需的围压。

在本步骤中，打开第二压力泵，通过第二压力泵对所有的第二岩芯夹持器11内部的岩芯施加实验所需的围压，待稳定一段时间后，再进行下一步骤操作。

s103：将第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11中的岩芯充满气体。

在本步骤中，可以先通过气体瓶10将气体存储罐8中充满高压气体，然后打开第四阀门4和第三阀门3，通过气体存储罐8给第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11中的岩芯充满气体，以使它们能够模拟气藏。

s104：将第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11加压到第一预设压力。

在本步骤中，打开第三阀门3，通过第一压力泵9给气体存储罐8加压到第一预设压力，以使第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11中的岩芯内的气体也加压至第一预设压力。当第一压力传感器15和第二压力传感器16达到第一预设压力且压力稳定后，说明第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11中的岩芯内的气体加压完毕。关闭第三阀门3、第四阀门4。

s105：将储水罐7加压至第一预设压力。

在本步骤中，储水罐7承载有相应的地层水，打开第二阀门2，通过第一压力泵9将储水罐7也加压至第一预设压力。

s106：待第一岩芯夹持器6、第二岩芯夹持器11和储水罐7加压完成后，打开第二岩芯夹持器11的出口端。

待第一岩芯夹持器6、第二岩芯夹持器11和储水罐7加压完成后，关闭第一压力泵9、第二阀门2，打开第一阀门1以使储水罐7与第一岩芯夹持器6相连通，同时打开第二岩芯夹持器11的出口端，即打开第二岩芯夹持器11与微管12相连接的一端。此时，在储水罐7内液体的压力下，第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11中岩芯内的气体受压，气体自微管12流出，第一岩芯夹持器6和第二岩芯夹持器11中岩芯的孔隙体积压力下降，储水罐7模拟的底水与第一岩芯夹持器6、第二岩芯夹持器11模拟的气藏产生压差，在压差作用下储水罐7模拟的底水慢慢侵入不同模拟单元中的第二岩芯夹持器11中的岩芯，由于第二岩芯夹持器11中的岩芯的孔隙度和渗透率等物性不同，由此造成不同岩芯的水侵量不同。同时，由于多个第二岩芯夹持器11中的岩芯相互连通并且共用一个水体，即储水罐7，因此多个第二岩芯夹持器11的水侵是个相互影响相互耦合过程，其与单独一个的第二岩芯夹持器11的水侵模拟完全不同。

s107：测量自第二岩芯夹持器11经过微管12后排出的气体的量，直至第二岩芯夹持器11的出口端的压力降低至第二预设压力。

在本步骤中，通常矿场废弃压力取原始地层压力15％左右，因此根据这一值和气藏原始压力计算确定该废弃压力。第二预设压力可以为该废弃压力。当第三压力传感器17测得的第二岩芯夹持器11的出口端的压力降低至第二预设压力时，停止实验，可以不再继续通过气体计量单元测量自第二岩芯夹持器11经过微管12后排出的气体的量。

在一具体的实施例中，图3为本发明实施例中累产气量随时间变化曲线图，图4为本发明实施例中出口压力随时间变化曲线图，图5为本发明实施例中水侵pv随时间变化曲线图，如图3至图5，第二岩芯夹持器11中不同的岩芯即气藏的位置的不同影响着水侵后的累产气量、产气量的速度、出口压力以及水侵pv随时间的变化。

本申请中的边、底水气藏多井生产水侵物理模拟实验系统和方法通过控制第二岩芯夹持器11出口流量和开关等，可以实现不同采气速度和开发顺序等不同开发方案下边、底水气藏开发模拟，从而实现不同开发方案下边、底水气藏多井生产的水侵动态物理模拟。同时根据物理模拟实验见水时间、见水后产气速度与产水速度、岩芯物性和气藏物性，运用相似理论，计算预测气藏见水时间和见水后产气及产水动态，进而可以确定边、底水气藏开发指标，为边、底水气藏高效开发对策和提高采收率措施的制定提供有力的技术支撑。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。