高温高压致密气藏水相圈闭损害评价仪

摘要

本发明公开了高温高压致密气藏水相圈闭损害评价仪，由岩心夹持器系统、液体驱替系统、气体驱替系统、气液计量系统和数据采集系统组成，岩心夹持器系统由岩心夹持器3、围压泵4、围压传感器14和加温/控温装置21组成；液体驱替系统由储液罐12、液体计量泵11和液体驱替压力传感器18组成；气体驱替系统由气瓶1、入口压力稳压罐2、回压器6、回压稳压罐10组成；气液计量系统由气液分离器7、电子天平8和气体流量计9组成；加温/控温装置21、围压传感器14等连接计算机13，组成数据采集系统。本发明自动化程度高、功能齐全，能够模拟钻井、完井、修井、增产等作业环节下的致密气藏水相圈闭损害过程，评价水相圈闭损害程度。

说明书

技术领域

本发明涉及石油与天然气行业室内高温高压致密气藏水相圈闭损害评价的实验设备，该 设备可模拟井下高温高压过平衡/近平衡/欠平衡作业环节的工作液侵入和开发生产过程中的 水相流体返排，为致密气藏水相圈闭损害评价及工作液优选提供实验依据，属于石油与天然 气勘探开发过程中气层保护方面的实验设备。

背景技术

钻井、完井和增产改造等作业过程中，水基工作液通过滤失或自吸作用侵入储层，发生 水相圈闭损害，如敏感性黏土矿物发育，还会诱发敏感性损害，水相圈闭与敏感性损害的耦 合作用使得孔喉渗流能力变得更差，水相更难以返排，气相相对渗透率大幅降低，储层受到 严重损害。其中，水相圈闭损害是最主要的损害类型之一，严重制约着致密气藏的成功发现 和经济开发，并影响酸化压裂等增产措施的效果。水相圈闭损害程度与工作液滤液侵入深度 有关，而工作液滤液侵入深度又与岩石物性、工作液性能、作业压差以及作业时间有关。因 此，模拟原地条件下不同作业环节的致密气藏水相圈闭损害过程，对于评价致密气藏水相圈 闭损害程度，从而优选工作液和优化水相圈闭损害解除方法，是关系到能否发现气层、提高 测井解释精度、正确评价储层性能和高效经济开发致密气藏的关键。

目前多采用常温常压下相对渗透率测定评价水相圈闭损害潜力，而相对渗透率测试方法 仍然不能用于致密岩心，或者通过一定条件下水相返排率评价水相圈闭损害，尚未形成能够 模拟高温高压环境、一定作业压差下水相圈闭损害过程的评价仪。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高压致密气藏水相圈闭损害评价仪，它具有自动化程度高、 功能齐全等特点，能够模拟钻井、完井、修井、增产等作业环节下的致密气藏水相圈闭损害 过程，评价水相圈闭损害程度。该评价仪可以模拟井下高温高压条件过平衡/近平衡/欠平衡作 业环节中作业压差、作业时间及生产开发环节中水相流体返排压差和返排时间等因素对水相 圈闭损害的影响，对实验过程中的参数进行实时监测，为水相圈闭损害评价及工作液优选提 供实验依据。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

高温高压致密气藏水相圈闭损害评价仪，主要由岩心夹持器系统、液体驱替系统、气体 驱替系统、气液计量系统和数据采集系统组成。

所述岩心夹持器系统由岩心夹持器、围压泵、围压传感器和加温/控温装置组成，岩心夹 持器由釜体、端盖、胶套和柱塞组成。所述釜体为一上端开口的柱状容器，所述釜体连接围 压泵和围压传感器，釜体上有端盖，端盖与釜体通过螺纹连接。端盖有3个开孔，分别是中 心孔、进气孔和出气孔，分别连接注液管线、进气管线和出气管线，注液管线上游连接液体 计量泵，下游连接岩心上端面，进气管线上游连接入口压力稳压罐，下游连接岩心下端面， 出气管线上游连接岩心上端面，下游连接回压器。装入岩心时，把岩心装入胶套，胶套上端 与端盖下部的锥套连接，胶套下端与柱塞连接，柱塞中心也有一开孔，为柱塞中心孔，与进 气管线相连。将岩心装入后，岩心处于胶套和柱塞形成的空间中，利用围压泵往釜体内部泵 入液压油对胶套外壁加压来实现对岩心的加围压处理。釜体凹槽内部壁面处有加温/控温装 置，通过电加热的方法对釜体内流体加热，间接实现对岩心的加热，通过监测釜体内流体温 度，判断是否已达到预定温度，对岩心温度进行控温；釜体外壁与釜体内壁中间设有水流通 道，通过外界注水可在实验结束后快速降低釜体温度。取出岩心时，旋开端盖，可以将锥套、 胶套、岩心和柱塞一起取出，卸下柱塞，即可取出岩心。以上所述的岩心夹持器设计很好地 解决了高温或高围压实验后常规岩心夹持器锥套变形导致岩心不易取出的难题，并且可轻松 对胶套进行维修或更换，大大降低了维修难度和劳动强度。

所述液体驱替系统由储液罐、液体计量泵和液体驱替压力传感器组成。首先液体计量泵 将储液罐内的液体吸入至液体计量泵中，液体计量泵与端盖中心孔的连接实现岩心进液。液 体计量泵可实现恒压/恒流两种注液模式，当液体计量泵以恒压模式工作时，通过调节液体驱 替压力实现无压差、正压差条件下的岩心进液过程，模拟近平衡、过平衡作业环节中工作液 侵入，可实时监测实验过程中岩心进液量随时间的变化，监测精度可达0.001mL，满足致密 岩心进液量的监测精度要求；当液体计量泵以恒流模式工作时，通过调节回压实现负压差条 件下的岩心进液过程，模拟欠平衡作业环节中工作液侵入，可实时监测实验过程中出口端气 流量以获得岩心气测渗透率。可模拟过平衡、近平衡、欠平衡条件下的水相流体侵入过程， 具有集成化程度高，操作方便省时的优点。

所述气体驱替系统由气瓶、入口压力稳压罐、入口压力传感、回压器、回压传感器和回 压稳压罐组成。气瓶可提供入口压力和回压，岩心下端面与入口压力稳压罐的连接可模拟气 井生产阶段排液过程，模拟气井生产对水相圈闭损害的影响，岩心上端面与回压器的连接模 拟了井底回压，还可弱化气体滑脱效应，减轻气体渗透率校正的实验劳动强度，提高评价准 确度。稳压罐容积根据气体玻马定律及实验压力范围确定(入口压力稳压罐的体积为1L，回 压稳压罐的体积为0.5L)，通过较大容积的稳压罐可减轻压力波动对真实输出压力的影响，起 到入口压力和回压的稳压效果。

所述气液计量系统由气液分离器、电子天平和气体流量计组成。气液分离器放置在电子 天平上，内部装有无水CaCl₂，出口端排出的气液混相经气液分离器后，气相和液相分离，液 相留在气液分离器中，通过监测电子天平读数反映返排出液相的质量，分离出来的气相流至 气体流量计中，监测返排出气相的流量。

所述数据采集系统作为压力、流量、重量和时间的采集单元，主要由加温/控温装置、围 压传感器、液体驱替压力传感器、入口压力传感器、回压传感器、电子天平、气体流量计和 计算机组成，数据采集线将监测到的数据传至电脑主机中，通过数据处理在显示器上以图形 的方式显示。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

新型岩心夹持器设计有效解决了常规岩心夹持器长时间高温高压条件下岩心不易取出的 难题；结合岩心充气过程，配合液体驱替系统，可实现高温高压正压差、无压差、负压差条 件下的岩心进液和水相流体返排，监测正压差、无压差条件下岩心进液量，精度在0.001mL， 监测负压差岩心进液过程中气测渗透率，监测水相流体返排过程中返排出的气相流量和液相 质量；更为真实模拟储层原地条件下过平衡、近平衡、欠平衡作业环节中工作液侵入和生产 开发过程中水相流体返排对水相圈闭损害的影响，进而评价水相圈闭损害。

附图说明

图1为高温高压致密气藏水相圈闭损害评价仪结构图。

图2为岩心夹持器结构图。

图1中：1、气瓶；2、入口压力稳压罐；3、岩心夹持器；4、围压泵、5、油箱；6、回 压器；7、气液分离器；8、电子天平；9、气体流量计；10、回压稳压罐；11、液体计量泵； 12、储液罐；13、计算机；14、围压传感器；15、入口压力传感器；16、出口压力传感器； 17、回压传感器；18、液体驱替压力传感器。

图2中：19、釜体；20、釜体外壁；21、加温/控温装置；22、釜体内壁；23、岩心；24、 胶套；25、端盖；26、水流通道出口；27、出气管线；28、注液管线；29、进气管线；30、 水流通道入口；31、锥套；32、柱塞。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明。

高温高压致密气藏水相圈闭损害评价仪，主要由岩心夹持器系统、液体驱替系统、气体 驱替系统、气液计量系统和数据采集系统组成。

所述岩心夹持器系统由岩心夹持器3、围压泵4、油箱5、围压传感器14和加温/控温装 置21组成，岩心夹持器3由釜体19、端盖25、胶套24和柱塞32组成，所述釜体19连接围 压泵4、油箱5和围压传感器14，釜体内璧22凹槽处有加温/控温装置21，釜体19上有端盖 25，端盖25有3个开孔，分别是中心孔、进气孔和出气孔，分别连接注液管线28、进气管 线29和出气管线27，胶套24内装有岩心23，胶套上端与端盖25下部的锥套31连接，胶套 下端与柱塞32连接，柱塞32中心也有一开孔，为柱塞中心孔，与进气管线29相连。

所述液体驱替系统由储液罐12、液体计量泵11和液体驱替压力传感器18组成，所述液 体计量泵11的注液管线28通过端盖25中心孔和岩心23连通。

所述气体驱替系统由气瓶1、入口压力稳压罐2、入口压力传感器15、回压器6、回压传 感器17、回压稳压罐10、出口压力传感器16组成，所述连接入口压力传感器15的进气管线 29通过端盖进气孔、柱塞32中心孔和岩心23连通，所述连接出口压力传感器16的出气管 线27通过端盖出气孔和岩心23连通。

所述气液计量系统由气液分离器7、电子天平8和气体流量计9组成。

所述加温/控温装置21、围压传感器14、液体驱替压力传感器18、入口压力传感器15、 出口压力传感器16、回压传感器17、电子天平8、气体流量计9均和计算机13相连，组成 所述数据采集系统。

所述岩心夹持器3的釜体外壁20与釜体内壁22中间设有水流通道，通过外界注水，水 由水流通道入口30进入釜体19内部，由水流通道出口26排出，可达到在实验结束后快速降 低釜体温度的目的。

所述入口压力稳压罐2和回压稳压罐10的体积根据气体玻马定律及实验压力范围确定， 入口压力稳压罐2的体积为1L，回压稳压罐10的体积为0.5L。

本发明可评价正压差/无压差/负压差条件下的水相圈闭损害，包括以下实验步骤：

(1)检查管线密封性，仪器仪表是否正常工作。

(2)将岩心装入岩心夹持器中，设置温度、围压、入口压力和回压，利用气体流量计计 量流量，测量岩心气测渗透率，记为k₁。

(3)岩心进液实验

1)正压差条件

调节液体计量泵以恒压模式工作，泵压设为大于入口压力，实现正压差条件下的岩心进 液实验。

2)无压差条件

调节液体计量泵以恒压模式工作，泵压设为稍大于入口压力，实现无压差条件下的岩心 进液实验。

3)负压差条件

调节液体计量泵以恒流模式工作，改变回压，实现负压差条件下的岩心进液实验。

(4)水相返排实验

岩心进液实验结束后，利用氮气对侵入水相进行返排，无水CaCl₂起到干燥气体的作用， 电子天平监测返排出液相质量，气体流量计监测返排出气相流量。可通过气相流量计算返排 后岩心气测渗透率，记为k₂。

(5)结束实验，进行数据处理。以渗透率损害率a作为水相圈闭损害的评价指标。

$a=\frac{k_1-k_2}{k_1}\times 100$

式中：a—渗透率伤害率，％；

k₁—岩心初始气测渗透率，mD；

k₂—液相返排后的岩心气测渗透率，mD。