CN105319329B - 致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置与方法，该装置主要由岩心、气瓶、电阻探头、压力传感器、温度传感器、循环***、冷凝管、数据采集***、气体质量流量计、电加热棒组成，岩心外层有外壳，上下部分有端盖，外壳有进气口，岩心中央有井眼，以井眼为中心分布5～10个深入岩心的钻孔，放置电阻探头，探头连接温度和压力传感器；井眼里有循环***和电加热棒，循环***由泵和模拟油管组成，泵连接井眼，模拟油管连接冷凝管和气体质量流量计。该方法实时监控记录温度、压力、电阻及气体流量变化，模拟水锁损害及电加热解除水锁全过程。本发明能有效解决地层水锁问题，恢复并改善近井区域地层环境。

Description

致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置与方法

技术领域

本发明涉及油气开采领域中致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置与方法，能够有效地提高储层采收率并改善储层环境。

背景技术

在钻井、完井、修井及开采作业过程中，在许多情况下都会出现外来相在多孔介质中滞留的现象。另外一种不相混溶相渗入储层或者多孔介质中原有不相混溶相饱和度增大，都会损害相对渗透率，使储层渗透率及油气相对渗透度明显降低。在不相混溶相为水相时，这种现象被称作水锁效应。根据国内外研究显示，水锁损害严重影响气藏开发效果，并已成为低渗砂岩气藏的主要损害类型之一。水锁损害可以导致多种严重后果，如妨碍气层及时发现和准确评价、增加作业成本、降低天然气采收率及减缓开发进程、资金回收期延长等。因此，寻找一种有效解除水锁的方法迫在眉睫。

水锁损害的解除方法有以下几种：利用添加水锁解堵剂解除水锁损害的方法(刘国霖等.低渗透储层水锁伤害解除技术室内研究.天然气与石油，2012年04期；郑军等.表面活性剂对煤层储气层损害作用研究.油田化学，2005年03期)，用压裂法解除水锁损害的方法(林光荣等.低渗气藏水锁伤害及解除方法研究.石油勘探与开发，2003年06期)，注入CO₂气体解除水锁损害的方法(范徽献等.CO₂吞吐解除反凝析及水锁污染研究.工程建设，2012年02期)。然而添加水锁解堵剂并不能完全恢复储层渗透率并且可能会对储气层造成二次损害；压裂法解除水锁损害的方法产生的裂缝容易闭合,而且压裂液也会通过渗析方式沿裂缝两侧的基岩面侵入地层，增加水相饱和度,堵塞基岩面上的孔隙通道，产生反向吸吮的水锁效应,从而降低压裂效果,这一现象对低渗储层尤为明显；注入CO₂气体解除水锁损害的方法由于CO₂的使用受资源的限制，并具一定的腐蚀性，在无气源情况下实施将会受阻。本发明通过电加热解除水锁损害的方法，能更好恢复岩心渗透率，不会产生反向吸吮的水锁，不受气源限制，不会腐蚀及损害储层。

中国专利CN102536165A公开了一种通过微波发生装置产生微波，对低渗透致密砂岩层中的液态水进行加热的方法，但微波穿透能力强使得加热深度深，所需功率大，在井下的狭小空间内，难以下入大功率微波发生装置，具有较大的局限性。本发明利用高温解除水锁只需要下入电加热棒，且需求供电要求可以被目前施工所接受，同时装置限制条件较少，可在室内开展实验，更加快捷、便利。

发明内容

本发明的目的在于提供致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，该装置可以模拟水锁损害及电加热解除水锁的全过程，实时监控记录水锁损害过程及电加热解除水锁过程中温度、压力、电阻及分离出的气体流量变化，以确定实现水锁损害及电加热解除水锁。

本发明的另一个目的还在于提供利用该装置对致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁进行模拟的方法，该方法原理可靠，操作方便，成本低，在实际应用中能有效解决地层水锁问题，恢复并改善近井区域地层环境。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明通过模拟装置模拟水锁损害过程，提出电加热解除水锁的方法并通过模拟装置模拟电加热解除水锁的过程，全程通过数据采集***测量温度、压力、电阻等参数及气体流量的变化情况，整个模拟水锁损害过程及电加热解除水锁的过程更加直观、清晰，其实验结果及数据真实有效。

本发明所涉及的实验装置主要由两部分构成，能够实现水锁模拟过程和电加热解除水锁模拟过程的功能。

致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，主要由岩心、气瓶、减压阀、电阻探头、压力传感器、温度传感器、循环***、冷凝管、数据采集***、气体质量流量计、电加热棒组成。

所述岩心外层有外壳，上下部分有端盖，均为密封状态，岩心外壳有进气口，该进气口连接减压阀和气瓶；岩心中央有井眼，所述井眼是在岩心上部端盖中央钻孔，孔深贯穿整个岩心，但不钻穿下部端盖，在岩心上部端盖以井眼为中心分布5～10个深入岩心的钻孔，每个钻孔之间依次连线呈旋涡状，该钻孔放置电阻探头，探头上连接温度传感器和压力传感器；井眼里有循环***和电加热棒，所述电加热棒、电阻探头、温度传感器和压力传感器均连接数据采集***；所述循环***由泵和模拟油管组成，泵连接井眼，位于井眼中的模拟油管连接冷凝管，冷凝管连接气体质量流量计。

密封岩心是为了模拟储层密封的环境；打5～10个深入岩心的钻孔并且孔之间依次连线呈旋涡状，是为了使放入其中的5～10个电阻探头及温度传感器、压力传感器均匀分布于岩心中，作为探测点，使探测出电阻、温度、压力参数的数据更加合理；循环***中的泵将模拟钻井液泵入井眼中以模拟水锁损害过程，并且在电加热解除水锁过程中将井眼中气体通过模拟油管泵出；冷凝管是为了冷凝泵出的气体中的高温气态钻井液，以保证气体质量流量计测得的气体流量的准确性。

利用上述装置对致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁进行模拟的方法，依次包括以下步骤：

(1)通过气瓶持续往岩心外壳的进气口注气，模拟产气过程，通过气体质量流量计观测到气体流量稳定后，通过数据采集***记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，作为温度、压力、电阻的初值，通过气体质量流量计记录此时气体流量，作为气流流量的初值；

(2)向井眼中泵入模拟钻井液，模拟钻井液不断侵入岩心及孔隙中，造成水锁损害，使岩心及孔隙的含水饱和度不断增大，渗透率不断减小，当气体流量减小直至趋于稳定时，水锁损害达到最大，通过数据采集***记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，通过气体质量流量计记录此时气体流量；

(3)通过循环***泵出井眼中剩余钻井液，在井眼中下入电加热棒对岩心进行加热，加热的温度范围为300～600℃，高温加热使近井眼区域侵入的模拟钻井液蒸发并流入井眼，再通过循环***将井眼中的气体及高温气态模拟钻井液经过模拟油管泵出井眼，进入冷凝管，冷凝管冷凝模拟钻井液，余下气体进入气体质量流量计。随加热不断进行，岩心及孔隙含水饱和度逐渐减小，渗透率不断恢复，通过数据采集***记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，通过气体质量流量计记录此时气体流量，当温度达到600℃时，岩心压力、电阻及气体流量数据接近于其初值，说明水锁损害已解除(若岩心压力及气体流量数据大于其初值，说明电加热解除水锁模拟方法产生一些微裂缝，提高了地层的渗流能力)；

(4)关闭气瓶，停止加热并取出电加热棒，整个模拟过程结束。

本发明通过数据采集***及气体质量流量计记录温度、压力、电阻及气体流量的数据变化，通过数据前后对比可清晰直观地观测到水锁损害模拟过程及电加热解除水锁模拟过程是否成功。通过以上模拟装置成功解除水锁，可知在井下的狭小空间内使用电加热棒加热的方式对近井地带水锁储层进行加热从而解除水锁的方式是切实可行的。由于水锁区域一般存在于近井地带0～3米范围内，因此电加热棒只需要对近井0～3米的地层加热。所以，采用电加热方式解除水锁既能够运用目前已有技术的大功率加热装置，又能够满足工程需要的井眼尺寸的加热棒，解决所需了功率大和装备尺寸小的矛盾问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)、可以快速有效降低低渗透致密砂岩气层井筒周围水锁损害带的含水饱和度，恢复和改善近井区域地层气相渗透率，实现发生水锁损害气井的产能提高，且不会产生二次损害；

(2)、在电加热过程中岩石的膨胀、水的体积膨胀和汽化以及对井筒周围岩石加热分布的不均会使周围岩石受力分布不均，从而有助于产生一些微裂缝，提高了地层的渗流能力，上述缝隙可作为水汽和液态水的排放通道，这样无需通过其它手段去在低渗透致密砂岩层造缝，从而可降低成本，也可减少对低渗透致密砂岩层结构的损害；

(3)、本发明不仅可用于裸眼完井还可适用于套管射孔完井、筛管完井、尾管完井等多种采用金属隔离的完井方式；

(4)、本发明直接提出一整套致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟方法与装置，能快捷、清晰观测水锁损害过程及电加热解除水锁过程的实验结果，便于得出实验数据；

(5)、本发明模拟装置结构简单，原理可靠，操作方便、成本造价低，且需求供电要求可以被目前施工所接受，因此可以广泛制造并进行使用。

附图说明

图1是致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置的总体结构图。

图2是深入岩心中的钻孔分布俯视图。

图中：1.端盖；2.外壳；3.岩心；4.井眼；5.气瓶；6.减压阀；7.电阻探头；8.压力传感器；9.温度传感器；10.泵；11.冷凝管；12.气体质量流量计；13.数据采集***；14.电加热棒；15.模拟油管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参看图1、图2。

致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，主要由岩心3、气瓶5、减压阀6、电阻探头7、压力传感器8、温度传感器9、循环***、冷凝管11、气体质量流量计12、数据采集***13、电加热棒14组成。

所述岩心3外层有外壳2，上下部分有端盖1，均为密封状态，岩心外壳有进气口，该进气口连接减压阀6和气瓶5；岩心中央有井眼4，所述井眼4是在岩心上部端盖中央钻孔，孔深贯穿整个岩心，但不钻穿下部端盖；在岩心上部端盖以井眼4为中心分布5～10个深入岩心的钻孔，每个钻孔之间依次连线呈旋涡状(图2)，该钻孔放置电阻探头7，该探头连接压力传感器8和温度传感器9；井眼4里有循环***和电加热棒14，所述电加热棒14、电阻探头7、压力传感器8和温度传感器9均连接数据采集***13；所述循环***由泵10和模拟油管15组成，泵10连接井眼4，位于井眼4中的模拟油管15连接冷凝管11，冷凝管连接气体质量流量计12。

模拟产气过程：通过气瓶5持续往外壳2的进气口注气，通过气体质量流量计12观测到气体流量稳定后，通过数据采集***13记录此时岩心3的温度、压力、电阻数据，作为温度、压力、电阻的初值，通过气体质量流量计12记录此时气体流量，作为气流流量的初值。

模拟产气过程完成后，模拟水锁损害过程：通过循环***向井眼4中泵入模拟钻井液。通过气体质量流量计12观测气体流量变化，待气体流量稳定后，用数据采集***13记录此时岩心3的温度、压力、电阻数据情况，通过气体质量流量计12记录此时气体流量。

井眼4中泵入模拟钻井液后，模拟钻井液会不断侵入岩心3及孔隙中，造成水锁损害，此过程为水锁损害模拟过程。由于模拟钻井液不断侵入岩心3使其含水饱和度不断增大，岩心3及孔隙渗透率不断减小，则通过的气体流量不断减小，视为水锁损害过程中产气量逐渐减少，同时模拟钻井液会增大电阻。因此可在数据采集***13中监测到，各个探测点测得的压力将不断减小，电阻将不断增大，温度保持不变；在气体质量流量计12中监测气体流量不断减小。当气体流量减小直至趋于稳定时，说明水锁损害达到最大，水锁损害模拟完成。此时压力、气体流量的值均小于初值，电阻值大于初值。

水锁损害模拟完成后，模拟解除水锁过程：通过循环***分离出井眼4中剩余钻井液，往井眼4中下入电加热棒14，打开电加热棒14进行加热，通过数据采集***13调控电加热棒14温度。通过在气体质量流量计12观测气体流量变化，待气体流量稳定后，用数据采集***13记录此时岩心3的温度、压力、电阻数据情况，通过在气体质量流量计12记录此时气体流量。

在井眼中下入电加热棒14对岩心3进行加热时，加热的温度范围为300～600℃，利用高温加热近井眼4区域侵入的模拟钻井液，使之蒸发并流入井眼4再通过循环***分离出井眼4，通过冷凝管11去除气态模拟钻井液后，传输给气体质量流量计12，对气体流量进行监测。由于侵入岩心3的模拟钻井液不断蒸发，则岩心3及孔隙含水饱和度不断减小，渗透率不断恢复，通过的气体流量不断增加，视为解除水锁损害过程中产气量逐渐恢复。在数据采集***13中监测到，各个探测点测得的压力、温度不断增加、电阻不断减少；在气体质量流量计12中监测到气体流量不断增加。当气体流量逐渐趋于稳定后，此时压力、电阻及气体流量数据接近于其初值，说明岩心3已解除水锁损害，基本恢复到未被水侵之前的状态，电加热解除水锁模拟完成。若此时岩心3气体流量数据大于其初值，说明电加热解除水锁模拟方法产生一些微裂缝，提高了地层的渗流能力。

Claims (2)

1.致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，主要由岩心(3)、气瓶(5)、减压阀(6)、电阻探头(7)、压力传感器(8)、温度传感器(9)、循环***、冷凝管(11)、气体质量流量计(12)、数据采集***(13)、电加热棒(14)组成，其特征在于，所述岩心(3)外层有外壳(2)，上下部分有端盖(1)，均为密封状态，岩心外壳有进气口，该进气口连接减压阀(6)和气瓶(5)；岩心中央有井眼(4)，所述井眼(4)是在岩心上部端盖中央钻孔，孔深贯穿整个岩心，但不钻穿下部端盖；在岩心上部端盖以井眼(4)为中心分布5～10个深入岩心的钻孔，每个钻孔之间依次连线呈旋涡状，该钻孔放置电阻探头(7)，该探头连接压力传感器(8)和温度传感器(9)；井眼(4)里有循环***和电加热棒(14)，所述电加热棒(14)、电阻探头(7)、压力传感器(8)和温度传感器(9)均连接数据采集***(13)；所述循环***由泵(10)和模拟油管(15)组成，泵(10)连接井眼(4)，位于井眼(4)中的模拟油管(15)连接冷凝管(11)，冷凝管连接气体质量流量计(12)。

2.利用权利要求1所述的装置对致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁进行模拟的方法，依次包括以下步骤：

(1)通过气瓶持续往岩心外壳的进气口注气，模拟产气过程，通过气体质量流量计观测到气体流量稳定后，通过数据采集***记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，作为温度、压力、电阻的初值，通过气体质量流量计记录此时气体流量，作为气流流量的初值；

(2)向井眼中泵入模拟钻井液，模拟钻井液不断侵入岩心及孔隙中，造成水锁损害，使岩心及孔隙的含水饱和度不断增大，渗透率不断减小，当气体流量减小直至趋于稳定时，水锁损害达到最大，通过数据采集***记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，通过气体质量流量计记录此时气体流量；

(3)通过循环***泵出井眼中剩余钻井液，在井眼中下入电加热棒对岩心进行加热，加热的温度范围为300～600℃，高温加热使近井眼区域侵入的模拟钻井液蒸发并流入井眼，再通过循环***将井眼中的气体及高温气态模拟钻井液经过模拟油管泵出井眼，进入冷凝管，冷凝管冷凝模拟钻井液，余下气体进入气体质量流量计，随加热不断进行，岩心及孔隙含水饱和度逐渐减小，渗透率不断恢复，通过数据采集***记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，通过气体质量流量计记录此时气体流量，当温度达到600℃时，岩心压力、电阻及气体流量数据接近于其初值，水锁损害已解除；

(4)关闭气瓶，停止加热并取出电加热棒，整个模拟过程结束。