一种煤储层中气液两相渗流贾敏效应模拟试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤层气地面开采模拟试验方法，特别设及一种煤储层中气液两相渗流 贾敏效应模拟试验方法。
【背景技术】
[0002] 我国煤层气资源丰富，预测埋深2000mW浅煤层气地质资源量达36. 8Xl〇i2m3,与 常规天然气资源量相当。煤层气规模化开发能够缓解我国常规油气能源短缺形势，降低煤 矿瓦斯事故发生几率，减少煤矿生产中溫室气体排放量，可产生显著的经济、环境、安全及 社会效益。
[0003] 煤层气井排采过程中，气泡、液珠在煤储层孔隙喉道或裂隙变窄处遇阻。欲通过， 则需克服珠泡变形所带来的阻力，运种阻力称为贾敏效应。受复杂地质背景及较高煤变质 程度的共同影响，我国煤储层普遍具有孔隙度低、渗透性差的特点。对于低孔、低渗的煤储 层而言，由于其孔隙喉道狭小，显微裂隙发育不规则，因此更容易产生严重的贾敏效应。此 夕F，随着排采过程中吸附气大量解吸及运移，煤储层中含水、含气饱和度突变，形成不稳定 的气液两相渗流，贾敏效应的影响将更为突出。此时，液相渗流的启动压力梯度增大，液相 渗透率亦快速下降，地层水及压裂液难W排出，压降漏斗扩展困难，成为导致煤层气井难W 高产、稳产的重要原因。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种煤储层中气液两相渗流条件下贾敏效应的模拟试验方 法，解决现有技术中存在的低孔、低渗煤储层贾敏效应强且难W定量评价，排采过程中煤储 层易受伤害，煤层气井难W长期高产、稳产的问题。 阳〇化]为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0006] 一种煤储层中气液两相渗流贾敏效应模拟试验方法，由第一注气装置向模拟渗流 装置提供压力可控、流速稳定的气体注入条件；由第二注液装置向模拟渗流装置提供压力 可控、流速稳定的地层水、钻井液、返排液注入条件；模拟渗流装置输入端与第一注气装置、 第二注液装置相连，输出端与回压装置相连，模拟煤储层中气液两相渗流条件下贾敏效应 的产生及强度变化过程；由气液计量装置分别计量气液两相渗流管路中气体、液体的流量 及流速；由抽空饱水系统抽空模拟试验装置管路中的气体或液体，使模拟试验前管路达到 饱水或饱气状态；
[0007] 煤储层中气液两相渗流贾敏效应模拟试验方法的具体步骤如下：
[0008] (a)不同含水饱和度煤柱制备：沿煤层层理方向钻取煤柱，利用覆压孔渗仪测定 煤柱的孔隙度及渗透率，并依次制备W下Ξ类样品：①将煤柱放入真空干燥箱中，7(TC下抽 真空干燥至恒重，制备干燥煤柱并准备进行贾敏效应模拟试验；②模拟试验后的煤柱放入 饱水装置，并在一定压力下加压饱水至恒重，制备饱和地层水、钻井液或返排液的煤柱，并 准备进行贾敏效应模拟试验；③模拟试验后的煤柱放入离屯、机中，调节离屯、机转速使煤柱 中部分地层水、钻井液或返排液被甩出，制备不同含水饱和度煤柱并准备进行贾敏效应模 拟试验；
[0009] 化）抽空饱和：接通电源，接通第一注气装置或第二注液装置，控制系统中其他阀 口的开合，启动真空累，打开二十四号阀口，使正、反向注水模拟试验前装置管路处于饱水 状态，正、反向注气模拟试验前装置管路处于饱气状态；抽空饱和操作后，关闭二十四号阀 Π;
[0010] (C)气密性检查：将煤柱放入煤屯、夹持器中，关闭十八阀Π、十九号阀Π，使第一 注气装置或第二注液装置输出40MPa左右的气压或液压，W检查模拟试验装置的气密性； 若模拟试验装置气密性良好，则开展气液两相渗流贾敏效应模拟试验；
[0011] (d)实施贾敏效应模拟试验：
[0012] 所述的贾敏效应模拟试验包括W下四个方面：
[0013] ①启动压力梯度测试：启动环压累，给不同初始含水饱和度的煤柱加环压，环压 大小根据煤样所在深度的地应力大小决定，待环压稳定后进行启动压力梯度测试；启动压 力梯度测试过程中，煤屯、夹持器进口端压力初始值设定为0. 5MPa，每隔3小时压力增加 0.3MPa，直至量筒中有水滴落下或电子皂膜流量计中有气流显示，对比不同初始含水饱和 度煤柱注水、注气条件下的启动压力梯度；
[0014] ②净环压稳定条件下单相渗透率测试：保持模拟试验过程中环压及注入端压力恒 定，连续监测气相或液相渗透率随注入时间的变化规律，对比不同初始含水饱和度煤柱单 相渗透率的变化特征；
[0015] ③净环压变化条件下单相渗透率测试：启动环压累，给不同初始含水饱和度煤柱 加环压，保持注入端压力恒定，使环压先增大后减小，最大环压值根据煤样所在深度的地应 力大小决定；记录不同净环压所对应的单相稳定渗透率值，分析不同初始含水饱和度煤柱 单相渗透率随净环压的变化规律；
[0016] ④压差稳定条件下的单相渗透率测试：启动环压累，给不同初始含水饱和度的煤 柱加环压，环压大小根据煤样所在深度的地应力大小决定，待环压稳定后进行压差稳定条 件下的单相渗透率测试；启动回压累，设定回压值，且保持模拟渗流装置前后端压差恒定， 当气液两相渗流达到稳定状态后记录气相或液相渗透率值；在保持模拟渗流装置前后端压 差恒定的条件下逐步提高注入端压力及回压，记录单相渗透率随注入端压力的变化特征。
[0017] (e)试验装置清理：模拟试验结束后，通过一号二阀组、二号二阀组、Ξ号二阀组、 四号二阀组、六号二阀组、屯号二阀组将试验装置内液体、气体压力慢慢泄放；关闭第一注 气装置控制一号阀口、模拟渗流装置气体出口端十八号阀口，拆下第一活塞容器、第二活塞 容器、第Ξ活塞容器并用去离子水清洗干净，各盛装500ml去离子水后将第一活塞容器、第 二活塞容器、第Ξ活塞容器安装复位；启动恒速恒压累，依次打开五号阀口、六号阀口、屯号 阀口，用去离子水清洗试验装置中液体流经的管路，直至管路被冲洗干净；启动真空累，打 开二十四号阀口，将装置管路中残留的去离子水吸入抽空缓冲容器中，使模拟渗流装置管 路达到饱气状态。
[0018] 进一步的，所述模拟渗流装置中，输入端最高驱动压力为38MPa，输出端最低压力 为常压，环压累所提供的最大环压为40MPa，试验溫度为室溫。
[0019] 进一步的，所述不同含水饱和度煤柱制备中，采用同一煤柱依次制备干燥煤样、饱 水煤样、不同含水饱和度煤样，w保证测试煤柱孔隙度、渗透率一致，便于测试结果的对比 分析。
[0020] 进一步的，所述模拟渗流装置中，通过合理控制气、水流向十号阀口、十一号阀口、 十二号阀口、十Ξ号阀口、十四号阀口、十五号阀口、十六号阀口、十屯号阀口、十八号阀口、 十九号阀口的开关，实现正向注气、反向注气或正向注液、反向注液条件下气液两相渗流贾 敏效应模拟，测定气、液相渗透率及其变化特征。
[0021] 本发明的有益效果是：与当前煤储层中气液两相渗流模拟试验方法相比，开展煤 储层中气液两相渗流贾敏效应模拟，可定量评价煤储层中气液两相渗流条件下贾敏效应的 强弱，提出减弱贾敏效应的工程施工及排采控制措施，为煤层气井排采制度优化提供依据， 使煤层气地面开发获得更好的经济、环境与社会效益。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明所使用的试验装置的结构示意图。
[0023] 图中，1、第一注气装置；2、第二注液装置；3、模拟渗流装置；4、回压装置；5、气液 计量装置；6、抽空饱水装置；1-1、气体钢瓶；1-2、一号阀口；1-3、第一压力表；1-4、增压累； 1- 5、高压储气罐；1-6、第二压力表；1-7、调压阀；1-8、定值器；1-9、一号二阀组；1-10、第一 压力变送器；1-11、二号阀口；2-1、储水容器；2-2、恒速恒压累；2-3、Ξ号阀口；2-4、四号阀 口；2-5、五号阀口；2-6、六号阀口；2-7、屯号阀口；2-8、第一活塞容器；2-9、第二活塞容器； 2- 10、第Ξ活塞容器；2-11、二号二阀组；2-12、Ξ号二阀组；2-13、四号二阀组；2-14、八号 阀口；2-15、五号二阀组；2-16、第二压力变送器；2-17、九号阀口；3-1、煤屯、夹持器；3-2、十 号阀口 ；3-3、i号阀口；3-4、十二号阀口；3-5、十Ξ号阀口；3-6、十四号阀口；3-7、十五 号阀口；3-8、十六号阀口；3-9、十屯号阀口；3-10、第一回压阀；3-11、第二回压阀；3-12、 环压累；3-13、六号二阀组；3-14、第Ξ压力变送器；3-15、二十号阀口；4-1、回压累；4-2、 二十一号阀口；4-3、回压缓冲容器；4-4、屯号二阀组；4-5、第四压力变送器；4-6、二十二号 阀口；4-7、第一回压阀；4-8、二十Ξ号阀口；4-9、第二回压阀；5-1、电子皂膜流量计；5-2、 量筒；5-3、天平；6-1、真空累；6-2、抽空缓冲