裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法及其装置

摘要

本发明公开了一种裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置和方法，包括：岩心夹持器包括夹持器筒体、橡胶套、容置腔、环状围压空间；裂缝岩样设置于容置腔内；高压注射泵通过第一空心管与岩心夹持器的围压空间相连通，在第一空心管上设有第一开关阀门；并联设置的供气容器和供水容器连接岩心夹持器的入口端，在供气容器所述第二空心管之间设有第二开关阀门，在供水容器与第二空心管之间设有第三开关阀门；串联设置的气水分离器和气体流量计，所述气水分离器连接岩心夹持器的出口端，在第三空心管上设有第四开关阀门。本发明能够在实验室里进行裂缝性底水气藏水侵动态模拟研究，具有测试数据准确、设备简单、易于操作的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开发岩心实验分析技术，尤其涉及一种能够对裂缝性底水气藏水侵动 态进行模拟研究的实验方法和装置。

背景技术

在油气田开发领域中，多数气藏均存在边底水，在气藏开发过程中往往会发生水侵，特 别是裂缝性气藏，边底水很容易沿裂缝向井底窜进，水侵对气井产气量影响非常大，在很多 气藏开发中均有表现。

目前，进行裂缝性气藏水侵动态研究的方法主要是物质平衡、生产动态分析等方法，例 如专业刊物《天然气工业》，2006，26(3)期出版的《边水气藏水侵特征识别及机理初探》文章， 作者何晓东等；《特种油气藏》，2010年4月出版的《裂缝性有水气藏水侵量预测方法》文章， 作者陈军，敖耀庭，张爱华等。上述文献都是采用物质平衡、生产动态分析等方法来进行裂 缝性气藏水侵动态研究的。而上述方法均无法在在实验室采用实验手段对裂缝性底水气藏水 侵动态进行模拟研究，不利于开展相关研究工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在实验室里进行裂缝性底水气藏水侵动态模拟研究、测试 数据准确、设备简单、易于操作的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述实验装置，能够在实验室里进行裂缝性底水气 藏水侵动态模拟研究、测试数据准确、操作方便的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方 法。

为达到上述目的，本发明提出一种裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置，包括： 岩心夹持器，包括夹持器筒体，在所述夹持器筒体内沿轴向设有橡胶套，所述橡胶套具有用 于容纳待测岩心的容置腔，所述橡胶套的外壁与所述夹持器筒体内壁之间具有一定间隙形成 环状围压空间；裂缝岩样，设置于所述容置腔内；高压注射泵，通过第一空心管与所述岩心 夹持器的围压空间相连通，用于向岩心夹持器内加围压，在第一空心管上设有第一开关阀门， 用于控制所述高压注射泵与所述围压空间的连通与断开；并联设置的供气容器和供水容器， 通过第二空心管连接于所述岩心夹持器的入口端，在所述供气容器内容装有高压气体，所述 供水容器内容装有高压水体，在所述供气容器与所述第二空心管之间的连接管路上设有第二 开关阀门，在所述供水容器与所述第二空心管之间的连接管路上设有第三开关阀门；串联设 置的气水分离器和气体流量计，所述气水分离器通过第三空心管连接于所述岩心夹持器的出 口端，所述气体流量计通过输气管与所述气水分离器相连接，在所述第三空心管上设有第四 开关阀门。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置，其中，在所述第一空心管、第 二空心管和第三空心管上分别设有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置，其中，所述裂缝岩样的直径为 10cm，长度为20cm。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置，其中，所述岩心夹持器、所述 高压注射泵、所述供气容器和所述供水容器的最高耐压均为70MPa。

本发明还提供了一种裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，所述实验方法采用如 上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置，该实验方法包括以下步骤：选择实验 测试的岩样；将岩样进行人工造缝，形成裂缝岩样；将裂缝岩样装入岩心夹持器，并加预定 的围压；通过供气容器向裂缝岩样的岩心孔隙内输送饱和气，当岩心孔隙压力平衡至实验所 需值时，停止饱和气并关闭供气容器；在供水容器中装入高压水体；开启供水容器，使得岩 心夹持器内的饱和气与水体连通；通过关闭第一开关阀门、第二开关阀门和第三开关阀门， 开启第四开关阀门，使得裂缝岩样从出口端释放岩心孔隙内气体，记录各项参数数据，直至 高压气体和高压水体在出口端的流量均为零时实验结束。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，其中，所述选择实验测试的岩 样是指选择规则柱塞状无裂缝岩心，岩心的直径为10cm，长度为20cm。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，其中，所述将岩样进行人工造 缝是指通过造缝仪器使岩心内部产生裂缝形成裂缝岩样。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，其中，所述将裂缝岩样装入岩 心夹持器，并加预定的围压包括：所述岩心夹持器的最高耐压为70MPa，最高温度为150℃； 高压注射泵向岩心夹持器的围压空间输送高压介质，用于向包裹在岩心夹持器中的岩心施 压；预定围压值与岩心在地层状态下承受的上覆岩层压力相近，其值通过岩样所处地层深度 进行计算并控制。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，其中，所述通过供气容器向裂 缝岩样的岩心孔隙内输送饱和气，当岩心孔隙压力平衡至实验所需值时，停止饱和气并关闭 供气容器包括：供气容器中的高压气体为干空气或者氮气；所述的岩心孔隙压力平衡是指岩 心各部位孔隙中气体压力一致；孔隙压力大小应与研究目标区块的原始气层压力相近；关闭 供气容器使高压气源与岩心断开，岩样处于自平衡的压力系统中。

如上所述的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，其中，所述通过关闭第一开关 阀门、第二开关阀门和第三开关阀门，开启第四开关阀门，使得裂缝岩样从出口端释放岩心 孔隙内气体，记录各项参数数据，直至高压气体和高压水体在出口端的流量均为零时实验结 束包括：通过第四开关阀门控制气流量大小，以一定气流量释放岩心孔隙内部的气体及水体； 记录气流量、水流量、累计气流量、累计水流量、气层压力、实验时间数据；记录实验参数 的频率为间隔每分钟一次。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明能够在实验室里进行裂缝性底水气藏水侵动态模拟研究，具有测试数据准确、设 备简单、易于操作的优点。

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为本发明裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-岩心夹持器；2-裂缝岩样；3-高压注射泵；4-供气容器；5-供水容器；6-气水分离器； 7-气体流量计；

11-第一空心管；12-第二空心管；13-第三空心管；14-输气管；

21-第一开关阀门；22-第二开关阀门；23-第三开关阀门；24-第四开关阀门；

31-第一压力传感器；32-第二压力传感器；33-第三压力传感器。

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。

请参考图1，为本发明裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置的结构示意图。如图 所示，本发明提出的裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置包括：岩心夹持器1、裂缝 岩样2、高压注射泵3、供气容器4和供水容器5、气水分离器6和气体流量计7。其中，岩 心夹持器1包括夹持器筒体，在夹持器筒体内沿轴向设有橡胶套，橡胶套具有用于容纳待测 岩心的容置腔，橡胶套的外壁与夹持器筒体内壁之间具有一定间隙形成环状围压空间，岩心 夹持器1的具体结构和工作原理均为已有技术，在此不再详细描述。裂缝岩样2设置于容置 腔内，高压注射泵3通过第一空心管11与岩心夹持器1的围压空间相连通，用于向岩心夹 持器1内加围压，在第一空心管11上设有第一开关阀门21，用于控制高压注射泵3与围压 空间的连通与断开。供气容器4与供水容器5并联设置，且通过第二空心管12连接于岩心 夹持器1的入口端，在供气容器4内容装有高压气体，供水容器5内容装有高压水体，在供 气容器4与第二空心管12之间的连接管路上设有第二开关阀门22，在供水容器5与第二空 心管12之间的连接管路上设有第三开关阀门23，分别用于控制供气容器4和供水容器5与 岩心夹持器1的连通与断开。气水分离器6与气体流量计7串联设置，气水分离器6通过第 三空心管13连接于岩心夹持器1的出口端，气体流量计7通过输气管14与气水分离器6相 连接，即输气管14的一端与气水分离器6的上端口相连接，其另一端与气体流量计7的下 端口相连接，以检测裂缝岩样的出气量与出水量。在第三空心管13上设有第四开关阀门24， 用于控制岩心夹持器的出气量与出水量。这样，本发明通过上述结构设计实现了在实验室里 进行裂缝性底水气藏水侵动态模拟研究，具有测试数据准确、设备简单、易于操作的优点。

进一步的，在第一空心管11、第二空心管12和第三空心管13上分别设有第一压力传感 器31、第二压力传感器32和第三压力传感器33，用于检测各测试点的压力值。

在本发明中，为了满足实验条件，第一空心管11、第二空心管12和第三空心管13均采 用耐高压空心管线；岩心夹持器1、高压注射泵3、供气容器4和供水容器5的最高耐压均 为70MPa。

在本发明一个可选的实施例中，裂缝岩样的直径为10cm，长度为20cm。当然，裂缝岩 样的尺寸大小也可根据实际情况进行选择，本发明对此不作限制。

本发明装置工作原理和过程如下：

将人工裂缝岩样2装入岩心夹持器1后，通过高压注射泵3向岩心夹持器1中的裂缝岩 样2加围压，模拟上覆岩层压力，关闭第一开关阀门21；关闭第三开关阀门23和第四开关 阀门24，打开第二开关阀门22，通过供气容器4向岩样2的岩心孔隙输入饱和气，模拟气 藏储层原始压力，饱和气至裂缝岩样2前后两端压力均平衡为实验所需压力时，关闭第二开 关阀门22，使得裂缝岩样2与供气容器4气源断开，处于自身平衡的压力系统；供水容器5 中的水体增压至与岩心孔隙气体压力一致，打开第三开关阀门23使水体与气层保持连通； 然后，通过第四开关阀门24控制气流量模拟气井开采，观察并记录裂缝性底水气藏开发过 程中的水侵特征。

本发明还提供了一种裂缝性底水气藏水侵动态物理模拟实验方法，采用如上所述的裂缝 性底水气藏水侵动态物理模拟实验装置，该实验方法包括以下步骤：

选择实验测试的岩样；

将岩样进行人工造缝，形成裂缝岩样；

将裂缝岩样装入岩心夹持器，并加预定的围压；

通过供气容器向裂缝岩样的岩心孔隙内输送饱和气，当岩心孔隙压力平衡至实验所需值 时，停止饱和气并关闭供气容器；

在供水容器中装入高压水体，供水容器是指耐压70MPa，体积为1000ml、2000ml或5000ml 的不锈钢容器。装入高压水体指在供水容器装入水，加压至实验预定压力，如20MPa。

开启供水容器，使得岩心夹持器内的饱和气与水体连通；

通过关闭第一开关阀门、第二开关阀门和第三开关阀门，开启第四开关阀门，使得裂缝 岩样从出口端释放岩心孔隙内气体，记录各项参数数据，直至高压气体和高压水体在出口端 的流量均为零时实验结束。

进一步的，选择实验测试的岩样是指选择规则柱塞状无裂缝岩心，岩心的直径为10cm， 长度为20cm。

进一步的，将岩样进行人工造缝是指通过造缝仪器使岩心内部产生裂缝形成裂缝岩样。

进一步的，将裂缝岩样装入岩心夹持器，并加预定的围压包括：所述岩心夹持器的最高 耐压为70MPa，最高温度为150℃；高压注射泵向岩心夹持器的围压空间输送高压介质，用 于向包裹在岩心夹持器中的岩心施压，高压注射泵通过计算机自动控制高压注射泵中高压介 质的压力值，高压介质为高压水体或者高压气体，加围压用的水或者气只与橡胶套接触，不 与岩心表面直接接触，以保证测量的准确性；预定围压值与岩心在地层状态下承受的上覆岩 层压力相近，其值通过岩样所处地层深度进行计算并控制，其值可以不随岩心孔隙压力变化 而变化。

进一步的，通过供气容器向裂缝岩样的岩心孔隙内输送饱和气，当岩心孔隙压力平衡至 实验所需值时，停止饱和气并关闭供气容器包括：供气容器中的高压气体为干空气或者氮气； 岩心孔隙压力平衡是指岩心各部位孔隙中气体压力一致；孔隙压力大小应与研究目标区块的 原始气层压力相近；关闭第二开关阀门使高压气源与岩心断开，岩样处于自平衡的压力系统 中。

进一步的，通过关闭第一开关阀门和第二开关阀门，开启第三开关阀门，使得裂缝岩样 从出口端释放岩心孔隙内气体，记录各项参数数据，直至高压气体和高压水体在出口端的流 量均为零时实验结束包括：通过第四开关阀门控制气流量大小，以一定气流量释放岩心孔隙 内部的气体及水体；记录气流量、水流量、累计气流量、累计水流量、气层压力、实验时间 数据；记录实验参数的频率为间隔每分钟一次。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地 理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的 实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反 的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实 施方式。