CN104563982B - 高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置及方法，该装置主要由高压驱替泵、中间容器、数据采集***、高温高压平板模型***、回压控制器、油气分离器、气量计组成，高温高压平板模型***主要由平板模型、模型机架、垂直举升机构、温控***、紧固螺栓、流体物性测试点、压力传感器组成。该方法包括：（1）制作填砂模型；（2）配制凝析气样品和地层水样品；（3）对填砂模型进行气藏原始状态恢复；（4）注干气驱替凝析气；（5）数据处理，计算波及效率。本发明原理可靠，操作简便，测量结果直观，为凝析气藏注气开发效果及开发方案的制定提供了指导性意见，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气勘探开发领域高温高压凝析气藏注干气纵向驱替波及效率测试装置及方法。
背景技术
对较高凝析油含量的凝析气藏，通常采用循环注气保持地层压力的开发方式，以减缓凝析油的析出，提高凝析油的采收率。凝析油的采收率主要受干气驱替波及效率的影响，波及效率的高低直接决定循环注气开发效果的好坏。目前在一些凝析气藏干气循环注入过程中发现了明显的重力超覆现象，即在水平驱的过程中出现注入干气大量超越凝析气藏上升并在凝析气藏顶部聚集，产生明显重力分异现象，但由于技术设备的限制，无法对重力超覆现象进行物理模拟，商用软件也不能较好模拟这种生产现象，更无法探索和发展相关的理论。本发明直接解决了高温高压重力超覆剖面物理模拟这一难题，在成功模拟的基础上测试注干气驱替的纵向波及效率，原理可靠，操作简便，测量结果直观。
发明内容
本发明的目的在于提供高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置，该装置原理可靠，操作简便，测量结果直观，适用于高温高压凝析气藏注干气驱替波及效率的测量，为评价高温高压凝析气藏注气开采效果提供了工具和手段。
本发明的另一目的还在于提供利用上述装置对高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率进行测试的方法，为探索高温高压重力超覆剖面物理模拟这一难题奠定了理论基础，为凝析气藏注气开发效果及开发方案的制定提供指导性意见，具有广阔的应用前景。
为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案：
高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置，主要由高压驱替泵、干气中间容器、凝析气样品中间容器、地层水样品中间容器、数据采集***、高温高压平板模型***、回压控制器、油气分离器、气量计组成。
所述高温高压平板模型***主要由平板模型、模型机架、垂直举升机构、温控***、紧固螺栓、流体物性测试点、压力传感器组成，位于模型机架上的平板模型通过垂直举升机构进行纵向或横向调节，平板模型通过温控***调节温度，通过紧固螺栓进行密封和固定，平板模型的左端有进液口，右端有出液口，进液口和出液口都连有压力传感器，平板模型内分布不少于40个流体物性测试点。
高压驱替泵分别通过干气中间容器、凝析气样品中间容器、地层水样品中间容器连接平板模型的进液口，平板模型的出液口通过回压控制器依次连接油气分离器、气量计。
每个流体物性测试点有超声波探头组件、电极测量仪以及阀门，用以测量平板中气体密度、含水饱和度、汽油比等物性参数。
所述超声波探头组件有2块进行发射和接收的超声波晶片，均放在多孔介质中用于测量气体密度；每个超声波探头组件上都有气体排出口，该气体排出口通过阀门进行气油比采样检测和超声波气油比检测标定；电极测量仪用于测量每个流体物性测试点处地层电阻变化以进行含水饱和度检测，为模型的含水饱和度调整提供参考。
所述温控***、压力传感器、超声波探头组件、电极测量仪均与数据采集***相连，实现温度数据、压力数据、超声波数据、电阻变化数据的收集。
本发明所用关键部件说明如下：
平板模型：提供实验所用的平板承压型腔，能承受压力70MPa，温度150℃，工作面积为800mm×300mm×10mm。材质为高碳钢，内表面作防锈处理、外表面喷漆。包括底板、盖板、密封条、紧固螺栓、进液口、出液口。
模型机架：仪器模型机架采用80mm×60mm×6mm矩形钢管进行焊接而成，长2.1m×宽1.5m×高1.2m，带两只6″定向轮及两只6″带刹车的方向轮，便于移动、安装。
垂直举升机构：主要由活塞面积为φ160mm、行程500mm标准气缸作举升装置，通过0～1MPa气压作动力进行。可对平板模型进行0～90°旋转。
温控***：在平板模型的底板和盖板上均安装有用于加热的加热管，通过温控***进行探温和控温。
流体物性测试点：平板模型内部加工分布有40个或更多的流体物性测试点，测试点越多，实验结果越精确，但是相应的成本也会增加。每个测试点安装有超声波探头组件、电极测量仪以及阀门，用以测量平板中气体密度、含水饱和度、汽油比等物性参数。
压力监测***：在平板模型的进液口和出液口安装压力传感器，用以观测控制模型的压力变化。
利用上述装置对高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率进行测试的方法，依次包括以下步骤：
（1）制作填砂模型
根据实际气藏地层条件，往平板模型里面填充石英砂，使其孔隙度、渗透率等物性条件与实际地层条件接近，在模型中分布不少于40个流体物性测试点，旋紧紧固螺栓，密封平板模型。
（2）配制凝析气样品和地层水样品
根据地层凝析气PVT报告配制凝析气样品，要求在地层温度压力下保证凝析油含量、露点、定容衰竭凝析油饱和度与该地层凝析气PVT报告相近。同时根据现场提供地层水样分析数据配制地层水样品。
（3）对填砂模型进行气藏原始状态恢复
通过温控***将模型的温度设定到地层温度，通过垂直举升机构将平板模型垂直放置，抽空后从进液口注入地层水样品以饱和填砂模型，完成后逐渐提高***压力到地层设定压力，然后在地层温度下，回压高于露点压力下从出液口注凝析气样品，从进液口采出地层水的方式建立原始束缚水饱和度，填砂模型便成功恢复到了气藏原始状态。测得电阻率的初始值R0，通过电阻率测试进行含水饱和度反推，作出含水饱和度等值线图，如果发现饱和度极其不均匀，可打开阀门进行驱替调整。
（4）注干气驱替凝析气
通过垂直举升***将平板模型水平放置，从进液口注入干气，而出液口采出凝析气，模拟1采1注的情况，在不同驱替速度下测试干气沿下边缘驱替和沿纵向的重力超覆现象（由于干气与凝析气的密度差，出现了重力分离作用，使得驱替过程中干气在储层的上部聚集超覆于凝析气形成超覆带的现象）。然后通过超声波探头组件进行气体密度测试，超声波速度在实验前需作标定，对地层凝析气和干气样品在地层温度压力下（无多孔介质下）进行超声波速度测量，从而为分辩干气和凝析气边界提供依据。
（5）数据处理，计算波及效率
根据测量得到的密度数据拟合得到平板剖面模型的密度等值线图，找到剖面区域干气与凝析气的分界线，于是将剖面区域划分为波及区域及非波及区域，计算出波及区域的面积，通过下式得到波及效率：
波及效率=波及区域面积/剖面区域面积。
由波及效率可分析重力超覆现象存在的原因与影响因素，还可对注气驱替效果作出定量的评价。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）研制的平板模型能够承受压力70MPa，温度150℃，模型体积800mm×300mm×10mm，并可旋转，可以实现了凝析气藏衰竭与注气物理模拟研究；
（2）地层高温高压超声波密度测试手段的应用使得在不放出任何流体的情况就可得到波及范围，改变了传统的流体检测靠放出流体测气油比判断波及效率的方法，克服了传统放气后压力波动造成的相态变化，同时还可克服由于剖面放出流体带的测试不稳定性；
（3）此模型还可用于油藏注气重力驱研究，研究气顶驱过程中机理与规律。
附图说明
图1为高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置的结构示意图；
图2为高温高压平板模型***12的结构示意图；
图中：1—高压驱替泵，2—干气中间容器，3—凝析气样品中间容器，4—地层水样品中间容器，5、6、7、8、9、10—阀门，11—数据采集***，12—高温高压平板模型***，13—回压控制器，14—油气分离器，15—气量计，16—平板模型，17—模型机架，18—垂直举升机构，19—温控***，20—流体物性测试点，21—紧固螺栓，22—进液口，23—出液口，24、25—压力传感器。
具体实施方式
下面根据实例结合附图进一步说明本发明。
参看图1。
高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置，主要由高压驱替泵1、干气中间容器2、凝析气样品中间容器3、地层水样品中间容器4、数据采集***11、高温高压平板模型***12、回压控制器13、油气分离器14、气量计15组成。
参看图2。
所述高温高压平板模型***12主要由平板模型16、模型机架17、垂直举升机构18、温控***19、紧固螺栓21、流体物性测试点20、压力传感器24及25组成，位于模型机架17上的平板模型16通过垂直举升机构18进行纵向或横向调节，平板模型通过温控***19调节温度，通过紧固螺栓21进行密封和固定，平板模型的左端有进液口22，右端有出液口23，进液口、出液口分别连有压力传感器24、25，平板模型内分布不少于40个流体物性测试点20。
高压驱替泵1分别通过干气中间容器2、凝析气样品中间容器3、地层水样品中间容器4连接平板模型的进液口22，平板模型的出液口23通过回压控制器13依次连接油气分离器14、气量计15。干气中间容器2的两端有阀门5、8，凝析气样品中间容器3的两端有阀门6、9，地层水样品中间容器4的两端有阀门7、10。
每个流体物性测试点20有超声波探头组件、电极测量仪以及阀门，每个超声波探头组件有2块进行发射和接收的超声波晶片，每个超声波探头组件上都有气体排出口，该气体排出口通过阀门进行气油比采样检测和超声波气油比检测标定，电极测量仪用于测量每个流体物性测试点处地层电阻变化。
所述温控***、压力传感器、超声波探头组件、电极测量仪均与数据采集***11相连。
高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率的测试方法，过程如下：
（1）加工平板模型
按照上面介绍，加工平板模型16，能承受压力70MPa，温度150℃，工作面积为800mm×300mm×10mm，材质为高碳钢，内表面作防锈处理、外表面喷漆。包括底板和盖板、密封条、紧固螺栓21、进液口22、出液口23。在平板模型的底板和盖板上均安装有用于加热的加热管，通过温控***19进行探温和控温。预先设定加工好声电测试点阵列（i行×j列），在平板模型的盖板上的每个测试点安装好超声波探头组件、阀门***以及电极测量***。整个模型通过模型机架17进行支撑固定，通过垂直举升机构18可以对模型进行不同角度的旋转，以达到模拟水平井、斜井、垂直井等不同开采情况的效果。在进液口22和出液口23分别安装测压传感器24、25，用以观测控制模型的压力变化。数据采集***11实现压力数据、温度数据、超声波数据、电阻变化数据的采集。
（2）制作填砂模型
根据实际气藏地层条件，往平板模型里面填充石英砂，颗粒大小根据能实现所需孔隙度、渗透率等物性条件来选择，为了保证成功率，可用短岩心进行填砂实验检验后再进行正式充填，在模型中安装好声电测试点阵列（i行×j列），阵列的密度（个数）根据测试要求来定，理论上讲越密则分辩率越高，测试结果越精确，但成本上升更多，实验难度也要提升；然后旋紧紧固螺栓21，密封平板模型16。
（3）配制凝析气和地层水样品
按标准SY/T5543配制凝析气样品，要求在地层温度压力下保证原始闪蒸气油比、露点、定容衰竭凝析油饱和度与该地层凝析气PVT报告相近。同时根据现场提供地层水样离子分析数据配制地层水样品。将配置好的凝析气样品装入中间容器3，地层水样品装入中间容器4，驱替用的干气则装入中间容器2。
（4）对填砂模型进行气藏原始状态恢复
通过加热温控***19将模型的温度设定到地层温度，调整垂直举升机构18将平板模型垂直放置，关闭模型所有连通闸门，从模型出液口抽空到200Pa后，在设定***饱和压力P1（一般高于露压力5MPa以上）计量高压驱替泵1的初始读数，然后打开阀门7、10，从进液口22将中间容器4的地层水样品注入填砂模型以使模型饱和地层水，完成后逐渐提高***压力到地层设定压力P1，记录此时的泵读数，于是得到模型中水的饱和量；然后在地层温度下，回压高于露点压力（P1+5MPa）下，打开阀门6、9，采用从出液口23注入凝析气样品，进液口22采出地层水的方式建立原始束缚水饱和度，至此填砂模型便成功恢复到了气藏原始状态。通过电极测量***测得各测试点电阻率的初始值R0（i,j），通过电阻率测试进行原始含水饱和度反推，并作出含水饱和度等值线图，如果发现饱和度极其不均匀，可采用含电极接口的阵列管线进行驱替调整，对水饱和度过高的点，可将此点管线打开采一部分气，并带些水出来，对过低的点可采用注入一定水的方式来进行调节。
（5）注干气驱替凝析气
通过垂直举升机构18将平板模型16水平放置，打开阀门5、8，从进液口22注入干气，出液口23采出凝析气，回压控制器13控制出液口压力，并由油气分离器14进行油气分离，气量计15记录收集气量，模拟1采1注的情况，在不同驱替速度下测试干气沿下边缘驱替在纵向上的超覆现象（由于干气与凝析气的密度差，出现了重力分离作用，使得驱替过程中干气在储层的上部聚集超覆于凝析气形成超覆带的现象）。然后通过超声波探头组件进行气体密度测试，超声波速度在实验前需作标定，首先对地层凝析气和干气样品在地层温度压力下（无多孔介质下）进行超声波速度测量，从而为分辩干气和凝析气边界提供依据。
平板模型也可以垂直放置，测试纵向大距离扩散；或测试从顶部出液口注干气驱替凝析气提高波及效率的问题，可研究驱替速度与重力超覆的相关性。
（6）数据处理，计算波及效率
根据测量得到的密度数据拟合得到平板剖面模型的密度等值线图，找到剖面区域干气与凝析气的分界线，于是将剖面区域划分为波及区域及非波及区域，计算出波及区的面积，而整个剖面区域的面积已知，波及效率=波及区域面积/剖面区域面积，代入数据计算即得波及效率。由波及效率便可分析重力超覆现象存在的原因与影响因素，还可对注气驱替效果作出定量的评价。
Claims (2)
1.高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置，主要由高压驱替泵（1）、干气中间容器（2）、凝析气样品中间容器（3）、地层水样品中间容器（4）、数据采集***（11）、高温高压平板模型***（12）、回压控制器（13）、油气分离器（14）、气量计（15）组成，其特征在于，所述高温高压平板模型***（12）主要由平板模型（16）、模型机架（17）、垂直举升机构（18）、温控***（19）、紧固螺栓（21）、流体物性测试点（20）、压力传感器组成，位于模型机架（17）上的平板模型（16）通过垂直举升机构（18）进行纵向或横向调节，平板模型通过温控***（19）调节温度，通过紧固螺栓（21）进行密封和固定，平板模型的左端有进液口（22），右端有出液口（23），进液口、出液口分别连有压力传感器，平板模型内分布不少于40个流体物性测试点（20）；高压驱替泵（1）分别通过干气中间容器（2）、凝析气样品中间容器（3）、地层水样品中间容器（4）连接平板模型的进液口（22），平板模型的出液口（23）通过回压控制器（13）依次连接油气分离器（14）、气量计（15）；每个流体物性测试点（20）有超声波探头组件、电极测量仪以及阀门，每个超声波探头组件有2块进行发射和接收的超声波晶片，每个超声波探头组件上都有气体排出口，该气体排出口通过阀门进行气油比采样检测和超声波气油比检测标定，电极测量仪用于测量每个流体物性测试点处地层电阻变化；所述温控***、压力传感器、超声波探头组件、电极测量仪均与数据采集***（11）相连。
2.利用权利要求1所述的装置对高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率进行测试的方法，依次包括以下步骤：
（1）制作填砂模型
根据实际气藏地层条件，往平板模型里面填充石英砂，使其孔隙度、渗透率等物性条件与实际地层条件接近，在平板模型中分布不少于40个流体物性测试点，旋紧紧固螺栓，密封平板模型；
（2）配制凝析气样品和地层水样品
根据地层凝析气PVT报告配制凝析气样品，根据现场提供地层水样分析数据配制地层水样品；
（3）对填砂模型进行气藏原始状态恢复
通过温控***将填砂模型的温度设定到地层温度，通过垂直举升机构将填砂模型垂直放置，抽空后从进液口注入地层水样品以饱和填砂模型，完成后逐渐提高高温高压平板模型***压力到地层设定压力，然后在地层温度下，回压高于露点压力下从出液口注凝析气样品，从进液口采出地层水的方式建立原始束缚水饱和度，使填砂模型恢复到气藏原始状态；
（4）注干气驱替凝析气
通过垂直举升机构将填砂模型水平放置，从进液口注入干气，而出液口采出凝析气，模拟1采1注的情况，在不同驱替速度下测试干气沿下边缘驱替和沿纵向的重力超覆现象，通过超声波探头组件进行气体密度测试；
（5）数据处理，计算波及效率
根据密度数据拟合得到填砂模型的密度等值线图，找到剖面区域干气与凝析气的分界线，将剖面区域划分为波及区域及非波及区域，计算出波及区域的面积，通过下式得到波及效率：
波及效率=波及区域面积/剖面区域面积。
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