气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置及方法与流程

本发明涉及油气勘探与开发领域模拟成藏与开采的实验技术领域，尤其涉及一种气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置及方法。

背景技术：

随着气藏的开发，尤其进入开发中后期之后，与气层相邻的边水、底水会逐渐侵入气区，水侵入封堵产气通道，分割储层，加速递减，降低气藏采收率。另一方面，对于已经发生水侵的气藏，气井产水后产量大幅下降，依靠自身能量带水困难，往往难以维持生产。此时，必须依靠排水采气工艺维持生产。而不同类型储层水体的侵入方式、水侵机理各异，治水对策也不尽相同。因此，必须开展气藏水侵规律及排水采气对策物理模拟实验研究，为防治边底水不合理侵入，制定治水对策，为开展排水采气措施提供理论支撑。

现有物理模拟实验技术多集中于气藏水侵物理模拟方法，主要为针对水侵特征及生产动态的研究，基本没有针对气藏排水采气方面的物理模拟实验方法，更没有将水侵与排水采气这一气藏开发中连续发生的过程进行连续、统一的开展物理模拟实验研究。而且，现有的气藏水侵物理模拟实验，仅能获得气井产出的气、水生产曲线，无法得到气藏内部不同位置压力及含水饱和度剖面的动态变化，从而无法反应水侵过程中水侵对气藏的切割作用及剩余储量的分布，更无法体现排水采气措施对储量再次动用的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置及方法，能够连续开展气藏水侵与排水采气物理模拟实验，明确水侵对气藏的切割作用及剩余储量的分布影响，模拟并揭示不同排水采气方式、时机、规模及其对气藏采收率的影响规律。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置，包括：

非均质储层模型，具有第一岩心夹持器和第二岩心夹持器，所述第一岩心夹持器的入口端与所述第二岩心夹持器的入口端通过入口管线相连，所述第一岩心夹持器的出口端与所述第二岩心夹持器的出口端通过出口管线相连，所述第一岩心夹持器的中部与所述第二岩心夹持器的中部之间连接有第三岩心夹持器，所述出口管线上连接有第四岩心夹持器；

气体注入机构，具有注气瓶及与所述注气瓶相连的注气筒，所述注气筒与所述入口管线相连；

水体模拟机构，具有储水罐及与所述储水罐相连的注水泵，所述储水罐与所述入口管线相连。

在本发明的实施方式中，还包括：围压机构，所述围压机构包括围压泵及与所述围压泵相连的多个围压管线，所述多个围压管线分别与所述第一岩心夹持器、所述第二岩心夹持器、所述第三岩心夹持器和所述第四岩心夹持器相连。

在本发明的实施方式中，还包括：压力测试机构，所述压力测试机构具有多个压力传感器，所述第一岩心夹持器、所述第二岩心夹持器、所述第三岩心夹持器和所述第四岩心夹持器上分别连接有至少一个所述压力传感器。

在本发明的实施方式中，还包括：饱和度测试机构，所述饱和度测试机构具有多个电阻率探头，所述第一岩心夹持器、所述第二岩心夹持器、所述第三岩心夹持器和所述第四岩心夹持器上分别连接有至少一个所述电阻率探头。

在本发明的实施方式中，还包括：与所述非均质储层模型相连的至少一个气水采出与计量机构，所述气水采出与计量机构包括气水分离计量器和流量控制器。

在本发明的实施方式中，所述第一岩心夹持器上连接有一个所述气水采出与计量机构，该气水采出与计量机构的气水分离计量器通过第一出气水管线与所述第四岩心夹持器的出口端相连，所述第一出气水管线上设有该气水采出与计量机构的流量控制器和第一回压阀。

在本发明的实施方式中，所述第二岩心夹持器上连接有另一个所述气水采出与计量机构，该另一个气水采出与计量机构的气水分离计量器通过第二出气水管线与所述第二岩心夹持器相连，所述第二出气水管线上设有该另一个气水采出与计量机构的流量控制器和第二回压阀。

在本发明的实施方式中，所述注气瓶与所述注气筒之间连接有第一注气阀门，所述注气筒与所述入口管线之间连接有第二注气阀门。

在本发明的实施方式中，所述储水罐与所述注水泵之间连接有第一注水阀门，所述储水罐与所述入口管线之间连接有第二注水阀门。

本发明还提供一种气藏水侵与排水采气物理模拟实验方法，其采用如上所述的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置，所述气藏水侵与排水采气物理模拟实验方法包括如下步骤：

步骤s1：选取具有天然裂缝或将岩样进行人工造缝的裂缝岩样，或选取无裂缝的基质岩样，以形成实验用岩样；

步骤s2：将所述实验用岩样分别放入第一岩心夹持器、第二岩心夹持器、第三岩心夹持器和第四岩心夹持器内；

步骤s3：启动所述气体注入机构和所述水体模拟机构，向所述非均质储层模型内注入气体和水体，以模拟气藏环境。

在本发明的实施方式中，在所述步骤s3之后进行步骤s4：所述非均质储层模型的第四岩心夹持器上连接有气水采出与计量机构以形成第一模拟气井，所述气水采出与计量机构包括气水分离计量器和流量控制器；所述非均质储层模型内的气体或水体通过所述气水采出与计量机构排出，以模拟气藏的裂缝水侵过程。

在本发明的实施方式中，所述第一岩心夹持器、所述第二岩心夹持器、所述第三岩心夹持器和所述第四岩心夹持器内分别放有不同渗透率的所述实验用岩样，以模拟不同裂缝规模的影响。

在本发明的实施方式中，所述第一岩心夹持器、所述第二岩心夹持器、所述第三岩心夹持器和所述第四岩心夹持器内分别放有不同长度的所述实验用岩样，以模拟不同基质规模以及不同裂缝贯通程度的影响。

在本发明的实施方式中，通过所述水体模拟机构向所述非均质储层模型内补充水体，以模拟不同水体规模的影响。

在本发明的实施方式中，所述第一模拟气井的气水采出与计量机构上设有第一回压阀，通过所述第一回压阀和所述流量控制器控制所述第一模拟气井的出口压力和气体流量，以模拟不同废弃压力和配产的影响。

在本发明的实施方式中，所述第一模拟气井的气水采出与计量机构上设有第一回压阀；通过所述第一回压阀对所述非均质储层模型设定废弃压力后进行生产，所述非均质储层模型内的水体开始侵入各所述实验用岩样，通过调整所述第一回压阀，降低所述第一模拟气井的出口压力，以模拟所述第一模拟气井排水采气的过程。

在本发明的实施方式中，所述非均质储层模型的第二岩心夹持器上连接有所述气水采出与计量机构以形成第二模拟气井，通过所述第二模拟气井与所述第一模拟气井模拟协同排水采气的过程。

在本发明的实施方式中，所述第二模拟气井的所述气水采出与计量机构上设有第二回压阀，通过控制所述第二回压阀的开启时机，以模拟不同排水时机。

在本发明的实施方式中，所述第二模拟气井的所述气水采出与计量机构能连接在所述第二岩心夹持器的出口端或所述第二岩心夹持器的侧壁上，以模拟不同排水部位。

在本发明的实施方式中，通过控制所述第二回压阀和所述第二模拟气井的所述流量控制器，以控制所述第二模拟气井的出口压力和气水产量，以模拟不同排水强度。

本发明的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置及方法的特点及优点是：本发明结合生产过程中面临的水侵与排水采气实际问题，建立气藏水侵及排水采气物理模拟实验装置和方法，考虑不同物性储层、不同水体规模、不同配产等多种地质因素和生产措施，开展气藏水侵实验，研究水侵主控因素及动态规律，明确水侵对气藏的切割作用及剩余储量分布的影响，为开发政策调整、井网部署提供依据；在气井产水后连续开展排水采气物理模拟实验，模拟并揭示不同排水采气方式、排水时机、规模及其对气藏采收率影响规律，为防治边底水不合理侵入、治水对策制定提供理论支撑。本发明对于研究多相渗流、油气藏水侵与产水规律、剩余储量动用及治水对策等意义重大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置的结构示意图。

附图标号说明：1、非均质储层模型；11、第一岩心夹持器；111、入口端；112、出口端；12、第二岩心夹持器；121、入口端；122、出口端；13、第三岩心夹持器；131、入口端；132、出口端；14、第四岩心夹持器；141、入口端；142、出口端；15、入口管线；16、出口管线；17、压力及电阻率探头；18、围压管线；181、围压泵；182、围压阀门；2、气体注入机构；21、注气瓶；22、注气筒；23、第一注气阀；24、第二注气阀；3、水体模拟机构；31、储水罐；32、注水泵；33、第一注水阀门；34、第二注水阀门；4、气水采出与计量机构；41、气水分离计量器；42、流量控制器；43、第一出气水管线；431、出口；44、第一回压阀；45、气水分离计量器；46、流量控制器；47、第二出气水管线；471、出口；48、第二回压阀。

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。

实施方式一

如图1所示，本发明提供了一种气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置，包括：

非均质储层模型1，具有第一岩心夹持器11和第二岩心夹持器12，所述第一岩心夹持器11的入口端111与所述第二岩心夹持器12的入口端121通过入口管线15相连，所述第一岩心夹持器11的出口端112与所述第二岩心夹持器12的出口端122通过出口管线16相连，所述第一岩心夹持器11的中部与所述第二岩心夹持器12的中部之间连接有第三岩心夹持器13，所述出口管线16上连接有第四岩心夹持器14；

气体注入机构2，具有注气瓶21及与所述注气瓶21相连的注气筒22，所述注气筒22与所述入口管线15相连；

水体模拟机构3，具有储水罐31及与所述储水罐31相连的注水泵32，所述储水罐31与所述入口管线15相连。

具体的，非均质储层模型1为实验装置的主体，由多个岩心夹持器组成，在本实施例中，共设有四个岩心夹持器，分别为第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14。其中，第一岩心夹持器11的入口端111和第二岩心夹持器12的入口端121之间连接有入口管线15，第一岩心夹持器11的出口端112和第二岩心夹持器12的出口端122之间连接有出口管线16，第三岩心夹持器13的入口端131和第三岩心夹持器13的出口端132分别连接在第一岩心夹持器11的侧壁上和第二岩心夹持器12的侧壁上，第四岩心夹持器14的入口端141连接在出口管线16上。

该非均质储层模型可通过多种不同储层类型、物性的岩心组合来模拟不同气藏类型和储层条件。例如，根据实验需求，可选择具有天然裂缝或将岩样进行人工造缝的裂缝岩样；或者，根据实验需求，还可选择无裂缝的基质岩样。通过将不同类型的岩样放置在不同的岩心夹持器内，以形成不同的岩心组合。在本发明中，根据实验需求，裂缝岩样或基质岩样的渗透率和裂缝发育程度可根据实际地质模型和实验目的选取，在此不做限制。

该气体注入机构2用于为非均质储层模型1注入高压气体，以模拟气藏原始压力条件。该气体注入机构2具有注气瓶21及注气筒22，在本实施例中，该注气瓶21为高压气瓶，该注气瓶21与注气筒22之间连接有第一注气阀23，在注气筒22与入口管线15之间连接有第二注气阀24，开启第一注气阀23和第二注气阀24，以通过注气瓶21实现向非均质储层模型1注入高压气体的目的。

该水体模拟机构3用于为非均质储层模型1注入水体，以模拟气藏中的水体环境，该水体可以为无限大水体或有限水体。该水体模拟机构3具有储水罐31和注水泵32，该储水罐31与注水泵32之间连接有第一注水阀门33，该储水罐31与入口管线15之间连接有第二注水阀门34，打开第一注水阀门33和第二注水阀门34，可实现向非均质储层模型1注入水体的目的。

在本发明的一个实施例中，上述气体注入机构2的注气筒22和水体模拟机构3的储水罐31可组合成一个中间容器，在该中间容器内可设有能移动的活塞，该活塞将中间容器分隔为下部的储水罐31和上部的注气筒22。

在本发明中，在第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14上分别开设有多个测孔，该些测孔中可连接有压力及电阻率探头17，从而实现实验过程中对岩心内部的压力、饱和度的测量。在实验过程中，通过测量岩样内部的压力和饱和度，可实时刻画剩余储量分布和水侵动态。该压力及电阻率探头17包括压力传感器和电阻率探头，其中，在第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14上的测孔内可分别连接有压力传感器，该些压力传感器形成了本发明的压力测试机构，该些压力传感器可以实时监测、反映气藏剩余压力和含水饱和度变化，从而获得实际生产过程中无法探测到的剩余气分布，剩余压力越高表明岩心中的气体没有产出，剩余压力越低表明气体已经大量产出。另外，在第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14上的测孔内可分别连接多个电阻率探头，该些电阻率探头形成了本发明的饱和度测试机构，该些电阻率探头可实时测量各岩心夹持器内的岩样的电阻率值，再根据阿尔奇公式将电阻率值转化为含水饱和度。在本实施例中，该压力及电阻率探头17能与一外部自动检测软件相连，该自动检测软件可自动记录实验过程中不同位置处的压力及电阻率值，记录间隔最短为10秒/次；该些电阻率探头可以实时监测、反映气藏含水饱和度变化，通过含水变化可以获得实际生产过程中无法探测到的水侵动态过程，如水侵前沿的推进过程中，水侵入的岩心含水饱和度会上升。本发明的压力及电阻率探头17使得气藏内部的气、水状态得以监测，对于研究气藏开发及排水采气机理、气、水产出规律意义重大。

在本发明中，在第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14上分别连接有围压管线18，该些围压管线18能与一围压泵181相连，且在围压泵181与该些围压管线18之间设有围压阀门182，开启围压阀门182，通过围压泵181并经各围压管线18，可为各岩心夹持器内的岩样提供围压，以模拟岩心上覆压力条件。在本发明中，该围压最高可达70mpa，且该围压需保证始终高于岩样的孔隙压力3mpa～70mpa。

在本发明的实施方式中，该气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置还包括：与非均质储层模型1相连的至少一个气水采出与计量机构4，该气水采出与计量机构4包括气水分离计量器和流量控制器，该气水采出与计量机构4用于产出并准确计量气、水的流量。

在一可行的实施例中，该第一岩心夹持器11上连接有一个气水采出与计量机构4，该气水采出与计量机构4包括气水分离计量器41和流量控制器42，该气水分离计量器41通过第一出气水管线43与第四岩心夹持器14的出口端142相连，该第一出气水管线43上设有流量控制器42和第一回压阀44。其中，该气水分离计量器41能将产出的气、水进行分离，同时能够计量分离后的气、水的含量，该流量控制器42能控制并计量第一出气水管线43内的气水产量。

进一步的，在另一可行的实施例中，该第二岩心夹持器上连接有另一个气水采出与计量机构4，该气水采出与计量机构4包括气水分离计量器45和流量控制器46，该气水分离计量器45通过第二出气水管线47与第二岩心夹持器12相连，例如，可连接在第二岩心夹持器12的测孔上，该第二出气水管线47上设有流量控制器46和第二回压阀48。其中，该气水分离计量器45能将产出的气、水进行分离，同时能够计量分离后的气、水的含量，该流量控制器46能控制并计量第二出气水管线47内的气水产量。

更进一步的，在第三岩心夹持器13和/或第四岩心夹持器14上也可分别连接有该气水采出与计量机构4，以便根据实验需求计量对应的岩心夹持器内的岩样中产出的气、水流量。

本发明的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置，能够连续开展气藏水侵与排水采气物理模拟实验，能够实时监测气藏内部不同位置压力及含水饱和度值，进而明确水侵对气藏的切割作用及剩余储量的分布影响，模拟并揭示不同排水采气方式、时机、规模及其对气藏采收率的影响规律。

下面具体说明通过本发明的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置进行各种实验的步骤：

一、气藏水侵及排水采气物理模拟实验

在进行实验前，需对气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置进行气藏环境的模拟，具体是，选取具有天然裂缝或将岩样进行人工造缝的裂缝岩样，或选取无裂缝的基质岩样，以形成实验用岩样；将实验用岩样分别放入第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14内；然后，启动气体注入机构2向非均质储层模型1内注入气体，连通水体模拟机构3和第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12模拟具有水体的气藏，以上步骤模拟具有水体的气藏环境。在此之后进行气藏水侵及排水采气物理模拟实验，具体说明如下：

1、实验第一阶段模拟气藏开发过程中气层相邻的边水、底水逐渐侵入气区，封堵产气通道，分割储层，加速递减，降低气藏采收率的过程。研究水侵机理，明确水侵对气藏的切割作用及对剩余储量分布的影响。

此阶段模拟具有水体的气藏，在开采过程中，水体沿裂缝等高渗透储层侵入气藏，封锁并切割储层，造成气井产量递减，采收率降低的过程。具体为：

在非均质储层模型1的第一岩心夹持器11和第二岩心夹持器12内分别放置裂缝岩样，在第三岩心夹持器13内放置基质岩样，第四岩心夹持器14内可不放置岩样或放置裂缝岩样/基质岩样。

首先，打开第二注水阀门34，使储水罐31与第一岩心夹持器11和第二岩心夹持器12连通；

打开第一回压阀44，设置第一出气水管线43的出口压力，气体或水从第一出气水管线43的出口431流出，模拟第一气井开采，此时第二回压阀48处于关闭状态。

通过第一出气水管线43上的流量控制器42和气水分离计量器41分别记录实验过程中的瞬时气、水流量以及累积气、水流量。

另外，通过各岩心夹持器的侧面及两端设置的多个压力及电阻率探头17分别记录实验过程中的气藏不同部位的压力及电阻率值，反映气藏不同部位剩余压力大小和含水饱和度变化，从而显示剩余储量分布及水侵动态。

在气藏水侵过程中，水沿第一岩心夹持器11内的裂缝岩样、第二岩心夹持器12内的裂缝岩样侵入后会对裂缝周围的第三岩心夹持器13内的基质岩样产生一定的封闭和切割作用，造成第三岩心夹持器13内的基质岩样中的剩余气体无法产出。这一过程中第一岩心夹持器11内的裂缝岩样、第二岩心夹持器12内的裂缝岩样的渗透率大小和第三岩心夹持器13内的基质岩样的渗透率均对水侵和储量动用影响显著。

进一步的，为模拟第一岩心夹持器11内的裂缝岩样和第二岩心夹持器12内的裂缝岩样的裂缝大小及其与第三岩心夹持器13内的基质岩样的渗透率匹配程度对开发的影响，实验中可采用如下方式分别模拟：

模拟不同裂缝规模的影响：调整第一岩心夹持器11内的裂缝岩样和第二岩心夹持器12内的裂缝岩样的渗透率，选取不同裂缝规模(也即不同渗透率)的裂缝岩样，和基质岩样的组合，模拟裂缝规模及基质岩样的渗透率对水侵及剩余储量动用的影响。如第一岩心夹持器11内的裂缝岩样的渗透率取100md，第三岩心夹持器13内的基质岩样的渗透率取1.5md，第二岩心夹持器12内的裂缝岩样的渗透率取1000md。实验过程中记录第一岩心夹持器11内的裂缝岩样、第二岩心夹持器12内的裂缝岩样、以及第三岩心夹持器13内的基质岩样的压力及饱和度变化规律，从而获得气藏不同位置储量大小及水侵范围。

模拟不同基质规模的影响：通过调整第三岩心夹持器13内的基质岩样的长度，模拟不同基质岩样的供气范围。如：第三岩心夹持器13内的基质岩样的长度可分别设置为10cm、30cm或50cm等，第三岩心夹持器13内的基质岩样的长度不同，实验过程中不同位置的压力及饱和度变化规律不同，从而可模拟基质储层范围对水侵和剩余储量动用的影响。

模拟不同裂缝贯通程度的影响，气藏水侵过程中，裂缝贯通程度(裂缝储层长度与全部储层长度的比值)对气藏水侵速度、气井采收率和储量动用程度均有重要影响，实验中可采用如下方式模拟：调整第四岩心夹持器14内的岩样的长度，可模拟裂缝贯通程度对气藏水侵及储量动用的影响。如当第四岩心夹持器14内的岩样的长度设置为0cm时，相当于水体通过贯通第一岩心夹持器11内的裂缝岩样和第二岩心夹持器12内的裂缝岩样直接与第一气井连通(贯通程度相当于100％)，一旦气井开始生产，则水体极易沿裂缝侵入到第一气井，从而导致第三岩心夹持器13内的基质岩样中的气体来不及产出而被封闭。这一过程，通过气藏不同位置处的压力及饱和度变化规律得到监测。而当第四岩心夹持器14内的岩样的长度设置为与贯通第一岩心夹持器11内的裂缝岩样和第二岩心夹持器12内的裂缝岩样长度相同时，则相当于模拟气藏裂缝贯通程度为50％，生产过程中水侵速度和储量动用程度将又有较大差异。

模拟不同水体规模的影响：调整储水罐31的容积可模拟不同水体规模对气藏水侵及储量动用的影响。实验过程中，打开第一注水阀门33，储水罐31直接连接恒压的注水泵32，水侵过程中通过注水泵32补充水体能量，储水罐31内的水体压力可始终保持不变，模拟无限大恒压水体。而关闭第一注水阀门33，通过调整储水罐31中水量大小，可模拟不同水体规模，具体实验中可根据水体体积与储层孔隙体积的比值设置储水罐31的大小，如10倍水体或30倍水体。

模拟不同废弃压力和配产的影响：第一回压阀44和流量控制器42可分别用来控制第一气井的出口压力和气水流量，从而模拟不同废弃压力和配产对气藏生产的影响。例如：假设岩心储层初始饱和气的孔隙压力为30mpa，可设置出口压力为20mpa、10mpa、2map或者0.1mpa。出口流量可以设置为100ml/min或1000ml/min不等。压力和流量可根据具体气藏参数及实验需求设计。

2、实验第二阶段为模拟已经发生水侵的气藏，通过排水采气工艺防治边底水不合理侵入的过程，研究不同排水采气时机、排水措施对气藏提高采收率的影响机理及规律。

在实际开发过程中，气藏水侵后会采取多种措施和对策进行排水采气。主要方法有：1)通过对第一气井进行排水措施，降低第一气井的井底流压，增加生产压差，从而实现第一气井的排水采气；2)多井协同排水，即通过在来水方向及水侵路径上，距离水体较近的位置设置第二气井，通过第二气井提前将水采出。由于第二气井大量产水，降低了水体能量，从而使水体向第一岩心夹持器11内的裂缝岩样和第二岩心夹持器12内的裂缝岩样继续侵入的风险大大降低。实验中采用如下方式分别模拟：

第一气井排水采气模拟：开发初期通过第一回压阀44对第一气井设置一定的废弃压力(例如5mpa、3mpa)进行生产，生产到一定阶段，水体开始侵入，第一气井产量下降。此时，在当前第一气井的出口压力下，第一气井已难以维持生产，通过第一回压阀44，调整第一气井的出口压力，将第一气井的出口压力降低(例如2mpa或大气压)，模拟第一气井的排水以降低流压，增加生产压差从而模拟第一气井复产气的过程。实验过程中观察并记录第一气井的气、水产量变化及气藏不同位置处压力及含水饱和度变化，研究不同排水采气时机、措施对气藏储量动用及采收率的影响机理及规律。

第一气井及第二气井协同排水采气模拟：第一气井生产一定时间后，通过压力及电阻率探头17可判断水体侵入的方位，则可在距离水体较近的位置新增部署第二气井。例如，实验中如果监测发现第二岩心夹持器12内的裂缝岩样的含水饱和度升高，则可在第二岩心夹持器12内的裂缝岩样靠近水体的一侧进行排水，具体做法为打开第二回压阀48，使第二气井开始生产，此时侵入的水会通过第二气井流出，分别计量第二气井的气水流量。第二气井大量产水后，可降低储水罐31的能量，从而使水体向第一岩心夹持器11内的裂缝岩样和第二岩心夹持器12内的裂缝岩样继续侵入的风险大大降低。这一过程中可针对性模拟多种不同排水措施，研究其对水侵和储量动用的影响：

模拟不同排水时机：通过控制打开第二回压阀48的时机，模拟第二气井协同排水时机对生产的影响。如在开发初期同时打开第一气井和第二气井进行开采；在开发早期，第一气井稳产阶段结束即打开第二气井进行生产；在开发后期第一气井产量大幅下降后打开第二气井进行生产。不同排水时机对水侵及储量动用的影响均可通过气藏不同位置处压力及电阻率探头17检测得到。

模拟不同排水部位：生产中部署的不同排水井位置对排水采气效果也存在较大影响，可通过设置第二气井在岩样中不同位置进行模拟。第二气井通过岩心夹持器侧面的测孔引出，测孔可设置于第一岩心夹持器11内的裂缝岩样或第二岩心夹持器12内的裂缝岩样的不同部位，也可以设置在第三岩心夹持器13内的基质岩样上，模拟气藏开发过程中不同排水部位。

模拟不同排水强度：通过第二回压阀48和第二流量控制器46可以控制产出第二气井不同出口压力或气、水产量，从而模拟不同排水强度对水侵和储量动用的影响，例如可设置第二气井的出口压力为5mpa或3mpa。

本发明的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置的特点及优点是：

(1)本发明填补了目前没有连续模拟气藏水侵与排水采气过程的实验这一技术空白，提供一种能够连续开展气藏水侵与排水采气物理模拟的实验装置。本发明能够在实验过程中实时监测气藏内部不同位置的压力及含水饱和度值，进而研究水侵对气藏的切割作用及剩余储量分布的影响，模拟并揭示不同排水采气方式、时机、规模及其对气藏采收率影响。

(2)本发明通过在各岩心夹持器侧面开测孔的方式连接压力及电阻率探头，可以实时测量气藏开发实验过程中气藏不同位置处的压力和含水饱和度。压力参数测量对于研究水侵对储层的分割、封闭机理，研究剩余储量分布、排水后剩余储量动用过程非常重要；含水饱和度参数对于研究气藏水侵机理，如水侵范围、水侵前缘推进速度，排水采气过程中含水饱和度变化过程等非常关键。

(3)本发明通过对地质条件及生产条件的深入研究，通过对实验模型组合方式，实验条件等针对性的优化组合及设计，提供了多种水侵条件及排水采气措施的针对性模拟方法。本发明可同时模拟多种水侵条件和影响因素，如模拟不同裂缝、基质规模的影响；模拟不同裂缝贯通程度的影响；模拟不同水体规模的影响；模拟不同废弃压力和配产的影响。同时，本发明在水侵实验后连续开展排水实验，可同时模拟单一气井排水采气；模拟不同气井协同排水采气；模拟不同排水时机、排水部位和排水规模等。该实验装置能够较全面、系统的模拟研究不同地质与生产条件，不同水侵机理及排水措施。

(4)本发明可以模拟高压条件下的气藏水侵与排水采气实验，可还原地层条件下的水体及储层状态，保证实验过程和结果更加准确，更符合生产实际。

实施方式二

如图1所示，本发明还提供一种气藏水侵与排水采气物理模拟实验方法，其采用实施方式一中所述的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置进行实施，所述气藏水侵与排水采气物理模拟实验方法包括如下步骤：

步骤s1：选取具有天然裂缝或将岩样进行人工造缝的裂缝岩样，或选取无裂缝的基质岩样，以形成实验用岩样；

步骤s2：将所述实验用岩样分别放入第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14内；

步骤s3：启动气体注入机构2和水体模拟机构3，向非均质储层模型1内注入气体和水体，以模拟气藏环境。

根据本发明的一个实施方式，在步骤s3之后进行步骤s4：非均质储层模型1的第四岩心夹持器14上连接有气水采出与计量机构4以形成第一模拟气井，该气水采出与计量机构4包括气水分离计量器41和流量控制器42；该非均质储层模型1内的气体或水体通过气水采出与计量机构4排出，以模拟气藏的裂缝水侵过程。

在一实施例中，该第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14内分别放有不同渗透率的实验用岩样，以模拟不同裂缝规模的影响。

在一实施例中，该第一岩心夹持器11、第二岩心夹持器12、第三岩心夹持器13和第四岩心夹持器14内分别放有不同长度的实验用岩样，以模拟不同基质规模以及不同裂缝贯通程度的影响。

在一实施例中，通过水体模拟机构3向非均质储层模型1内补充水体，以模拟不同水体规模的影响。

在一实施例中，该第一模拟气井的气水采出与计量机构4上设有第一回压阀44，通过第一回压阀44和流量控制器控制第一模拟气井的出口压力和气体流量，以模拟不同废弃压力和配产的影响。

根据本发明的一个实施方式，第一模拟气井的气水采出与计量机构4上设有第一回压阀44；通过第一回压阀44对非均质储层模型1设定废弃压力后进行生产，非均质储层模型1内的水体开始侵入各实验用岩样，通过调整第一回压阀44，降低第一模拟气井的出口压力，以模拟第一模拟气井排水采气的过程。

在一实施例中，该非均质储层模型1的第二岩心夹持器12上连接有气水采出与计量机构4以形成第二模拟气井，通过第二模拟气井与第一模拟气井模拟协同排水采气的过程。

在一实施例中，该第二模拟气井的气水采出与计量机构4上设有第二回压阀48，通过控制第二回压阀48的开启时机，以模拟不同排水时机。

在一实施例中，第二模拟气井的气水采出与计量机构4能连接在第二岩心夹持器12的出口端或第二岩心夹持器12的侧壁上，以模拟不同排水部位。

在一实施例中，通过控制第二回压阀48和第二模拟气井的流量控制器46，以控制第二模拟气井的出口压力和气水产量，以模拟不同排水强度。

该实施方式中的气藏水侵与排水采气物理模拟实验装置的具体结构、工作原理和有益效果，已在实施方式一中说明；另外，针对具体实验及实验方法也以在实施方式一中说明，在此不再赘述。

结合生产过程中面临的水侵与排水采气实际问题，建立了本发明的气藏水侵与排水采气物理模拟实验方法，考虑不同物性储层、不同水体规模、不同配产等多种地质因素和生产措施，开展气藏水侵实验，研究水侵主控因素及动态规律，明确水侵对气藏的切割作用及剩余储量分布的影响，为开发政策调整、井网部署提供依据；在气井产水后连续开展排水采气物理模拟实验，模拟并揭示不同排水采气方式、排水时机、规模及其对气藏采收率影响规律，为防治边底水不合理侵入、治水对策制定提供理论支撑。本发明对于研究多相渗流、油气藏水侵与产水规律、剩余储量动用及治水对策等意义重大。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。