一种天然气藏多层合采物理模拟系统的制作方法

文档序号:15371671发布日期:2018-09-07 22:58阅读:158来源:国知局

本发明属于石油行业油气田开发模拟实验技术领域,具体涉及一种天然气藏多层合采物理模拟系统。



背景技术:

室内物理模拟实验是研究油气藏储层渗流机理和渗流特征的主要手段,对于气藏,特别是低渗透、致密气藏,由于储层物性差,单层供气能力有限,采用直井单层开发往往无法实现经济有效开发。针对上述问题,现有技术往往通过直井多层合采或水平井单层开采的方式进行开发天然气藏,其中,由于直井多层合采的方式涉及到不同储层特征的层系共同开发问题,其渗流机理更为复杂。

一直以来,普遍都通过物理模拟的手段模拟油气藏多层开发过程中的油气渗流机理,但该方面的物理模拟研究仍存在很大的缺陷。目前,相当一部分物理模拟研究采用人工岩心模型(包括填砂管模型、平板模型、玻璃刻蚀模型等)进行多层的研究,此类模型采用的孔隙介质和储层岩石虽然有一定相似性,但在孔喉分布特征、润湿性特征上和真实储层差异很大,同时此类模型难以承受高压,无法模拟储层真实压力状况,因此其研究结果和真实情况有较大误差。

少部分研究采用了天然岩心,通过对岩心夹持器的并联模拟储层多层合采过程,此类岩心可以更真实地模拟储层实际情况且耐高压,但目前的实验方法和设备只能在岩心入口端施加较高压力,出口端仍在常压下放置或采用加装的调压阀,岩心系统无法模拟储层真实的高压情况,也不能满足模拟气藏不同开发方式(定压开采、定产量开采)的需要。此外,储层多层合采过程中,各个储层的驱动类型可能并不相同,而目前的物理模拟方法只能模拟各个储层衰竭开发的情况,无法模拟储层其他驱动方式(弹性水驱等)下的开发特征,例如一篇公布号为cn106640060a、名称为《天然气储层多层合采产能模拟实验方法》的中国专利提到的多层合采产能模拟实验装置。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种天然气藏多层合采物理模拟系统,用于解决现有技术只能模拟各个储层衰竭开发的情况,无法模拟储层在不同开发方式下的多层合采过程,模拟储层真实情况。

为解决上述技术问题,本发明提出一种天然气藏多层合采物理模拟系统,包括以下解决方案:

方案一,包括至少两个岩心夹持器,岩心夹持器的个数与待模拟天然气储层的层数相同;每个岩心夹持器的入气口连接有压力容气瓶,压力容气瓶的出气口设有第一阀门;每个岩心夹持器的筒体设置有围压施加装置,每个岩心夹持器的出气口通过分支管路连接到设有第二阀门的总管路;

每个岩心夹持器的入气口通过中间容器连接所述压力容气瓶,中间容器的一个接口处设置有第三阀门,第三阀门分别连接岩心夹持器的入气口和压力容气瓶,中间容器的另一个接口处连接有第一柱塞泵。

方案二,在方案一的基础上,所述分支管路上布置有第一流量检测装置,分支管路的端部与总管路连接。

方案三,在方案二的基础上,所述第二阀门为回压阀,所述第二阀门连接有第二柱塞泵。

方案四,在方案三的基础上,所述回压阀出气口侧的总管路上设置有第二流量检测装置和流量控制器。

方案五,在方案一的基础上,每个岩心夹持器的筒体还设置有流体压力测量装置。

方案六,在方案五的基础上,所述流体压力测量装置包括设定个数的压力传感器,各压力传感器布置在岩心夹持器筒体的不同位置上。

方案七,在方案一的基础上,通过关闭第三阀门进行天然气藏多层合采物理模拟实验,模拟储层衰竭开发条件下的多层合采过程。

方案八,在方案一的基础上,向中间容器内充入气体或水,利用第一柱塞泵推动中间容器内的驱替介质进入岩心夹持器内进行实验,模拟储层补充能量开发条件下的多层合采过程。

方案九,在方案一的基础上,所述围压施加装置为第三柱塞泵。

方案十,在方案九的基础上,所述第三柱塞泵以定压驱替方式向三组岩心夹持器提供围压,模拟多层合采不同储层的上覆地层压力情况。

本发明的有益效果是:

本发明不仅能通过关闭第三阀门进行多层合采物理模拟开采实验,模拟储层衰竭开发的情况,还能通过控制第一、第三阀门和第一柱塞泵,能够实现储层补充能量开发条件下的多层合采过程;即打开第一阀门和第三阀门,通过压力容器屏向中间容器内充入实验气体,随后关闭第一阀门,利用第一柱塞泵推动中间容器内的气体进入岩心夹持器内进行实验,模拟储层注气补充能量采气条件下的多层合采过程;或者通过向中间容器内充入地层水,关闭第一阀门,保持第三阀门打开,利用第一柱塞泵推动中间容器内的水进入岩心夹持器内进行实验,模拟储层注水补充能量采气条件下的多层合采过程。

进一步,本发明还能通过第二阀门和第二柱塞泵向各岩心夹持器施加回压,使岩心夹持器内部流体保持在设定的压力,模拟天然气藏储层真实孔隙流体压力状况或废弃压力情况,模拟天然气藏多层定压开采过程,为气藏多层合采渗流机理和渗流特征的研究提供支撑。

进一步,本发明通过第二阀门和第二柱塞泵向各岩心夹持器施加回压,控制压力至气藏废弃压力,模拟天然气藏多层定压开采过程;或采用总管路上设置的流量控制器控制总出口端气体流量,模拟天然气藏多层定产量开采过程。

进一步,本发明通过检测布置在岩心夹持器筒体的不同位置上各压力传感器,采集物理模拟过程中整个系统不同位置、不同时间的流体压力数据。

进一步,通过设置每个岩心夹持器筒体的第三柱塞泵,以定压驱替方式向三组岩心夹持器提供围压,模拟多层合采不同储层的上覆地层压力情况。

进一步,通过设定恒温箱的温度,模拟天然气藏实际温度情况。

附图说明

图1是本发明的天然气藏多层合采物理模拟系统结构图;

图2是另一种天然气藏多层合采物理模拟系统结构图;

图3是本发明注入系统的结构图;

图4是一种天然气藏多层合采物理模拟方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

实施例一:

天然气藏多层合采物理模拟系统,包括n(n≥2)个岩心夹持器,n为待模拟天然气储层的层数。每个岩心夹持器的入气口连接有压力容气瓶,压力容气瓶的出气口设有第一阀门,每个岩心夹持器的筒体设置有围压施加装置和流体压力测量装置,每个岩心夹持器的出气口分别通过分支管路连接到设有第二阀门的总管路。另外,第二阀门为回压阀,并且,第二阀门连接有第二柱塞泵,分支管路上布置有第一流量检测装置(f1’、f2’、f3’),第一流量检测装置和流体压力测量装置均用于将测量到的数据上传至计算机,计算机分别采集连接流量检测装置和流体压力测量装置。

为了满足模拟气藏不同驱动类型的需要,即不仅实现模拟储层衰竭开发的情况,也能实现模拟储层补充能量开发的情况,在每个岩心夹持器的入气口通过中间容器连接相应的压力容气瓶,中间容器的一个接口处设置有第三阀门,第三阀门分别连接岩心夹持器的入气口和压力容气瓶,中间容器的另一个接口处连接第一柱塞泵,能够实现两种条件下的多层合采过程如下:一种是通过关闭第三阀门进行多层合采物理模拟开采实验,模拟储层衰竭开发的情况;另一种是向中间容器内充入气体或水,关闭第一阀门,保持第三阀门打开,利用第一柱塞泵推动中间容器内的驱替介质进入岩心夹持器内进行实验,模拟储层补充能量开发条件下的多层合采过程。例如,如图1所示的模拟天然气储层的层数为三层的多层合采物理模拟系统。

本发明还能通过第二阀门和第二柱塞泵向各岩心夹持器施加回压,使岩心夹持器内部流体保持在设定的压力,模拟天然气藏储层真实孔隙流体压力状况,模拟天然气藏多层定压开采过程,为气藏多层合采渗流机理和渗流特征的研究提供支撑。

为了满足模拟气藏不同开采方式的需要,即不仅能实现定压开采方式,也能实现定产量开采方式,总管路上设置有第二流量检测装置和流量控制器,即总管路上设置的流量控制器控制总出口端气体流量,模拟天然气藏多层定产量开采过程。

为了采集物理模拟过程中整个系统不同位置、不同时间的压力数据,上述流体压力测量装置包括多个压力传感器,各个压力传感器布置在岩心夹持器筒体的不同位置上。

另外,本发明通过设置每个岩心夹持器筒体的第三柱塞泵,以定压驱替方式向三组岩心夹持器提供围压,模拟多层合采不同储层的上覆地层压力情况。

本实施例中,为了模拟天然气藏实际温度情况,本系统还设置有恒温箱,恒温箱内放置有各个岩心夹持器,通过设定恒温箱的温度,保证各个岩心接近天然气藏的实际温度。

本实施的岩心夹持器中需要放置有多个岩心组成一个长岩心,选出设定个数的岩心后,根据所述各岩心的渗透率,求出调和平均渗透率,将所述各岩心的渗透率与调和平均渗透率作差、求绝对值,将差值的绝对值最小的岩心放置在所述岩心夹持器的端部,岩心夹持器的端部连接岩心夹持器的出气口。

然后,排除放置好的岩心,求出剩余各岩心的调和平均渗透率,将所述剩余各岩心的渗透率与重新求得的调和平均渗透率作差、求绝对值,将差值的绝对值最小的岩心紧挨所述放置好的岩心放置。再排除放置好的岩心,求出剩余各岩心的调和平均渗透率,将所述剩余各岩心的渗透率与重新求得的调和平均渗透率作差、求绝对值,将差值的绝对值最小的岩心紧挨所述放置好的岩心放置,直到所有岩心排列组成长岩心。

为了消除岩心之间的末端效应,需要在每块岩心之间加入滤纸。并且,形成长岩心后,采用定位套管套在长岩心上,用于箍紧定位长岩心,该定位套管优选采用热缩套。

实施例二:

如图2所示的另一种天然气藏多层合采物理模拟系统,包括七个子系统,分别为注入系统(i)、岩心夹持系统(ch)、围压系统(c)、回压系统(b)、压力采集系统(p)、流量控制及采集系统(f)和温控系统(t)。

注入系统(i)用于将流体注入到位于岩心夹持系统内的天然岩心中。注入系统(i)包括高压气源(i1)、三组中间容器(i2、i3、i4)和三个高精度柱塞泵(i5、i6、i7),高压气源与每一组中间容器相连,三个高精度柱塞泵分别与三组中间容器相连,中间容器与岩心夹持系统相连。在本实施例中,三个层位均采用衰竭式开发,采用n2模拟储层气体,因此通过高压气源(i1)将三组中间容器内充满n2,作为后续驱替用流体,如图3所示。

岩心夹持系统(ch)包括三组长岩心夹持器(ch1、ch2、ch3),每组长岩心夹持器长度120cm,支持长度5cm-115cm的天然岩心,夹持器支持直径1in、2in、4in(分别约2.5cm、3.8cm和10cm)的标准岩心,岩心夹持系统用于固定模拟天然气藏真实储层的天然岩心,同时通过三组岩心夹持器的并联模拟天然气藏储层多层合采的储层状态。

在本实施例中,采用三组不同渗透率的岩心模拟三个不同层位的储层合采,所用岩心为直径2.5cm岩心,单个岩心长6-8cm。在岩心基础物性分析的基础上,分别选取物性相近的天然气藏岩心组成一组排列成长1m的长岩心,模拟不同渗透率的储层。其中,ch1、ch2、ch3岩心组的最终调和渗透率分别为0.9md、0.5md、0.2md。

对三个分组中的岩心,分别按照如下的调和平均方式进行排列,并在每块岩心之间加入滤纸以消除末端效应。

式中,li为第i个岩心的长度,i=1、2、…、n,单位为cm;ki为第i个岩心的渗透率,单位为md;为岩心调和平均长度,单位为cm;为调和平均渗透率,单位为md;n为岩心个数。

首先,根据上式算出该组岩心的调和平均渗透率,然后分别将该组中每一块岩心渗透率和调和平均渗透率进行对比,将渗透率最接近的岩心放在出口端,随后按上述方法求出余下岩心的调和平均渗透率,将该值和余下的岩心渗透率对比,选取最接近的放在出口端第二位。依次类推,将所有岩心按照该规律进行排列。在岩心排列完成后将其装入热缩管中,对热缩管加热使之收缩成型,形成长岩心。随后依次将各组长岩心装入相对应的岩心夹持器中。

围压系统(c)包括三组柱塞泵(c1、c2、c3),分别与岩心夹持系统的三组长岩心夹持器相连,用于向岩心夹持器施加围压,模拟天然气藏储层的上覆地层压力状况。

在本实施例中,三个模拟合采层位的上覆地层压力相同,都采用35mpa。因此,在岩心装入夹持器后,三组柱塞泵设定为定压模式,分别向三个岩心夹持器加围压,设定围压均为35mpa。

回压系统(b)包括三组高精度回压阀(b1)和柱塞泵(b2),高精度回压阀位于三组长岩心夹持器下游出口的管线连接处,高精度回压阀和柱塞泵相连,通过由高精度回压阀和柱塞泵组成的回压系统为向岩心夹持系统施加回压,模拟天然气藏储层真实孔隙流体压力状况。

在本实施例中,模拟定压开发,废弃压力8mpa。将柱塞泵(b2)设定为定压模式,设定压力8mpa,模拟定废弃压力8mpa情况下定压开采的情况。

压力采集系统(p)包括压力传感器(p1-p21)和计算机(p22),每个岩心夹持器的上下游各安装一个压力传感器,每个岩心夹持器中间平均分布5个压力传感器,计算机(p22)和所有的压力传感器相连,用于采集物理模拟过程中整个系统不同位置、不同时间的流体压力数据。

流量控制及采集系统(f)包括四组流量传感器(f1、f2、f3、f4)、流量控制器(f5)和计算机(p22),每个岩心夹持器下游安装一个流量传感器(f1、f2、f3),总出口端的回压阀之后安装一个流量传感器(f4),在出口端最下游安装一个流量控制器(f5),计算机(p22)和所有的流量传感器相连,用于控制物理模拟系统的总流出流量,同时采集物理模拟过程中各个岩心夹持器下游出口端和整个物理模拟系统出口端不同时间的流量数据。

在本实施例中,模拟定压开发,因此无需进行流量控制,将流量控制器(f5)切换至全开状态即可,不控制总出口端流量。

温控系统(t)为恒温箱,物理模拟系统中的岩心夹持系统放置于该恒温箱内,用于保证整个物理模拟系统所处的温度环境,以模拟天然气藏储层真实温度状况。在本实施例中,模拟目标储层温度为90℃。将恒温箱温度设置为90℃,待恒温箱内物理模拟装置升温至90℃并恒定后,即可开始物理模拟实验。

在本实施例中,三个层位均采用衰竭式开发,因此在前述准备工作结束之后,即可开始实验。通过注入系统的三组高精度柱塞泵(i5、i6、i7)向中间容器打压,推动中间容器内的n2进入岩心夹持器中的岩心中,持续驱替岩心直至岩心中充满驱替流体n2。实验模拟对象ch1、ch2、ch3三个储层原始地层压力均为27mpa,因此,设置三个高精度注入活塞泵均为定压驱替模式,驱替压力27mpa,持续驱替直至三个长岩心层位中各处压力监测点的压力均为27mpa,认为各层压力稳定,停止驱替并关闭各层上下游阀门。

打开三个岩心夹持器的下游阀门,开始进行模拟多层合采过程,同时采用计算机记录所有压力和流量检测点的数据,当下游总出口端流量为0时停止实验,整理并分析实验过程中的各层位压力和流量变化数据,分析多层合采的储层渗流特征。

本发明采用三组岩心夹持器并联模拟储层多层合采的情况,通过各个岩心夹持器中岩心物性的不同模拟多层合采中不同储层的物性差异;通过围压系统三组柱塞泵分别以定压驱替方式向三组岩心夹持器提供围压,模拟多层合采不同储层的上覆地层压力情况;通过回压系统的柱塞泵向高精度回压阀提供压力,保证岩芯夹持器内流体压力,模拟多层合采不同储层的压力情况;通过设定恒温箱温度,模拟天然气藏实际温度情况;通过关闭岩芯夹持器上游阀门进行开采实验,模拟储层衰竭开发的情况;通过在注入系统的中间容器内充入气体或水,利用高精度柱塞泵推动中间容器内驱替介质进入岩心夹持器内进行实验,模拟储层补充能量开发(边底水驱或人工注气驱)条件下的多层合采过程;通过设定回压系统不同回压,同时全开流量控制器(不控制流量)并设定回压系统压力至气藏废弃压力,模拟天然气藏多层定压开采过程;通过采用流量控制器控制总出口端气体流量,并设定回压系统压力为0,模拟天然气藏多层定产量开采过程。

和现有类似装置相比,本发明所提供的多层合采物理模拟系统可以完全模拟储层真实的温度和压力状况,模拟储层气藏不同开发方式(定压开采、定产量开采),同时可以模拟不同类型的驱动类型储层(衰竭开发、弹性能量驱动开发)的多层合采特征。在模拟过程中可自动、实时采集各个开发层系不同位置处的压力数据和各个层位的流量数据,可以为准确研究天然气藏多层合采的渗流机理和渗流特征提供有力支撑。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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