CN110984961A - 一种两相气藏水平井温度模拟实验装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两相气藏水平井温度模拟实验装置及其方法，属于油气开采领域。本发明可模拟气水同产水平井不同岩性、岩石参数及储层压力下生产时的温度分布，从而找到岩石参数、气水比分布对两相气藏水平井温度剖面的影响规律，气体与液体在经过加热炉及冷凝管的分离后经过增压泵的作用再次进入中间容器，利用流量控制阀控制封闭室内流体的流出与流入相等，使得气水循环使用，岩心夹持器通过顺时针旋转岩心旋转盘，打开下端盖，从而一次性完成岩心夹持器的打开，逆时针旋转完成岩心夹持器的关闭，大大提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于油气开采技术领域，具体涉及一种两相气藏水平井温度模拟实验装置及其方法。
背景技术
目前，水平井广泛用于国内外油气田开发中。由于地层中压降、非均质性和底部含水等影响，水平井产出剖面的分布不均且差异大，导致其测量难度较大。随着测量技术的发展，分布式光纤测温技术(DTS)逐渐被引入国内外油气井测试中，该技术可以提供持续、实时并且准确的水平井井底温度和压力数据，通过解释这些数据便可实现了解井底流动情况。然而，对于水平井而言，温度剖面分布受包括气水比、渗透率及压力等诸多因素的影响，因此，正确解释温度测试数据对于水平井产出剖面解释是十分重要的。
对于温度剖面的研究，国内外学者进行了大量研究，Yoshioka等人建立了温度模型来模拟油藏中水平井的井筒温度和压力分布。Duru和Horne，Sui建立了主要针对直井的井筒和油藏非稳态流动的热学模型。Muradov和Davies提出了单相流体生产时的水平井非稳态解析温度模型。Zhu等、朱世琰建立了一个油水两相温度预测模型来预测水平井温度分布，该模型成功应用于根据温度分布测量解释流入剖面。
综上所述，诸多学者目前开展的大多是温度模型理论研究。但也受限于理想化假设，使得基于DTS数据解释产出剖面你是一大难题。
因此，建立一套两相气藏水平井温度模拟实验装置及其方法用以研究水平井温度剖面与气水比、岩石参数关系显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两相气藏水平井温度模拟实验装置，以弥补上述现有技术和理论研究的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种两相气藏水平井温度模拟实验装置，该实验装置包括：原料气瓶、阀门、增压泵、单向阀、供气管线、供液管线、流量控制阀、气体流量计、液体流量计、原料液瓶、中间容器、密封室、压力计、压差传感器、岩心夹持器、岩心旋转盘、三通阀门、模拟井筒、感温光纤、激光光源、信号接收器、加热炉、冷凝管、排气管线、排水管线。
所述的中间容器，通过调节流量控制阀控制进入中间容器的气体流量及液体流量，使得中间容器中的不同密封室具有不同压力及不同气水比，岩心夹持器中可放置不同岩性的岩心(如碳酸盐岩、砂岩、页岩等)，模拟出水平井在不同压力、气水比下，处于多种岩性下的多组渗透率方案的温度剖面。
所述的加热炉为了将气水混合物中的水气化为水蒸气，经过具有足够长度的冷凝管后，水蒸气会液化成水珠，气体由于密度低、流速高从排气管线流入增压泵中，在增压泵作用下，由单向阀、调压阀进入到中间容器，从排液管线流出的液体由增压泵泵入到中间容器，在泵入期间，需确定各岩心夹持器中流出的气体流量及液体流量，初始进入中间容器中单个封闭室内的气体流量为Qg、液体流量为Qw，压力为P1，在时间为t后，气体与液体还未返回中间容器前，观察到中间容器的压力降至为P11，由初始气体状态方程(1)确定：
P1V1＝Zn1RT (1)
式中：P1——初始中间容器的气体压力，atm；
V1——密封室体积，L；
n1——初始气体物质的量，mol/L；
T——温度，K；
R——常用系数，8.314J.mol-1.k-1；
Z——偏差系数；
气体与液体返回前状态方程
P11V1＝Zn11RT (2)
式中：P11——时间t后中间容器的气体压力，atm；
V1——密封室体积，L；
n11——时间t后中间容器中气体物质的量，mol/L；
T——温度，K；
R——常用系数，8.314J.mol-1.k-1；
由方程(1)、(2)可确定气体流量
Qg1＝(n1-n11)*22.4/t (3)
式中：Qg1——中间容器流出的气体流量，ml/min；
n1——初始气体物质的量，mol/L；
n11——时间t后中间容器中气体物质的量，mol/L；
t——实验时间，min；
液体流量为：
式中：Qg1——中间容器流出的气体流量，ml/min；
Qg——初始气体流量，ml/min；
Qw1——中间容器流出的液体流量，ml/min；
Qw——初始液体流量，ml/min；
确定气体流量及液体流量后，通过调节流量控制阀，使得进入中间容器的流量与消耗的流量一致，完成气体及液体流体的循环使用，避免出现流体流入流出使得中间容器中的气水比发生变化，影响实验。
所述的岩心夹持器，包括顶杆、上堵头、压紧弓、上端盖、上止动堵头、筒体、围压室、进液口、下止动堵头、下端盖、力矩杆，岩心，通过顺时针旋转岩心旋转盘，连接力矩杆顺时针旋转，打开岩心夹持器，放入岩心，可一次性旋转打开或关闭所有岩心夹持器，使得操作方便快捷。
所述一种两相气藏水平井温度模拟实验装置的方法，具体步骤包括：
(1)顺时针旋转岩心旋转盘，打开岩心夹持器，将不同渗透率岩心装配于岩心夹持器，逆时针旋转关闭岩心夹持器，连接好各实验装置，开始实验，实验时间为5min；
(2)通过分布式光纤温度传感器(DTS)中的信号接收器和压差传感器测量岩心处的温度与压差，在温度及压差数据稳定后，记录并保存测试***中的数据；
(3)打开原料气瓶及原料液瓶，经过增压泵的增压处理及流量控制阀作用下，将气体与水分别压入中间容器，气体流量计与液体流量计记录进入的气体流量Qg1，Qg2，Qg3，Qg4以及水流量Qw1，Qw2，Qw3，Qw4，确定中间容器中各密封室的气水比，中间容器中各密封室内压力为P1，P2，P3，P4；
(4)打开加热炉及冷凝管，气水混合物经过加热炉后，水会气化为水蒸气，再通过冷凝管，冷凝管足够长，气体在经过充分的冷凝后，水蒸气液化成水珠，在重力的作用下往容器下走，气体由于密度低，流速高，会从容器顶部出；
(5)计算气体与液体流量，压力计实时记录中间容器中个密封室压力，在完成一次循环时，压力会逐渐降低，压力记为P11，P22，P33，P44，由气体状态方程计算气体流量，在已知气体流量下，由气水比可计算水的流量；
(6)从冷凝管出的水及气体通过排气、排水管线分别再次流入增压泵流入中间容器，完成气体、水的循环利用，根据各个中间容器消耗的水气比，调整流量控制阀，使得前后流量不会发生变化，实验条件保持一致。
附图说明
图1为本发明中两相气藏水平井温度模拟实验装置结构示意图。
图中：1-原料气瓶，2-阀门，3-增压泵，4-单向阀，5-供气管线，6-供液管线，7-流量控制阀，8-气体流量计，9-液体流量计，10-原料液瓶，11-中间容器，12-密封室，13-压力计，14-压差传感器，15-岩心夹持器，16-岩心旋转盘，17-三通阀门，18-模拟井筒，19-感温光纤，20-激光光源，21-信号接收器，22-加热炉，23-冷凝管，24-排气管线，25-排水管线。
图2为本发明中岩心夹持器的剖面示意图。
图中：151-顶杆，152-上堵头，153-压紧弓，154-上端盖，155-上止动堵头，156-筒体，157-围压室，158-进液口，159-下止动堵头，160-下端盖，161-力矩杆，162-岩心，163-下堵头，164-进气口。
具体实施方式
实施例1
一种两相气藏压裂水平井温度剖面室内模拟实验装置，如图1所示，包括原料气瓶1、阀门2、增压泵3、单向阀4、供气管线5、供液管线6、流量控制阀7、气体流量计8、液体流量计9、原料液瓶10、中间容器11、密封室12、压力计13、压差传感器14、岩心夹持器15、岩心旋转盘16、三通阀门17、模拟井筒18、感温光纤19、激光光源20、信号接收器21、加热炉22、冷凝管23、排气管线24、排水管线25。
所述的中间容器11，调节流量控制阀7控制进入中间容器的气体流量及液体流量，使得中间容器中的不同密封室12具有不同压力及不同气水比，岩心夹持器15中可放置不同岩性的岩心(如碳酸盐岩、砂岩、页岩等)，模拟出水平井在不同压力、气水比下，处于多种岩性下的多组渗透率方案的温度剖面。
所述的加热炉22为了将气水混合物中的水气化为水蒸气，经过具有足够长度的冷凝管23后，水蒸气会液化成水珠，气体由于密度低、流速高从排气管线24流入增压泵3中，在增压泵作用下，由单向阀、调压阀进入到中间容器11，从排液管线25流出的液体由增压泵3泵入到中间容器11，在泵入期间，需确定各岩心夹持器15中流出的气体流量及液体流量，初始进入中间容器中单个封闭室内的气体流量为Qg、液体流量为Qw，压力为P1，在时间为t后，气体与液体还未返回中间容器前，观察到中间容器的压力降至为P11，由初始气体状态方程(1)确定：
P1V1＝Zn1RT (1)
式中：P1——初始中间容器的气体压力，atm；
V1——密封室体积，L；
n1——初始气体物质的量，mol/L；
T——温度，K；
R——常用系数，8.314J.mol-1.k-1；
Z——偏差系数；
气体与液体返回前状态方程
P11V1＝Zn11RT (2)
式中：P11——时间t后中间容器的气体压力，atm；
V1——密封室体积，L；
n11——时间t后中间容器中气体物质的量，mol/L；
T——温度，K；
R——常用系数，8.314J.mol-1.k-1；
由方程(1)、(2)可确定气体流量
Qg1＝(n1-n11)*22.4/t (3)
式中：Qg1——中间容器流出的气体流量，ml/min；
n1——初始气体物质的量，mol/L；
n11——时间t后中间容器中气体物质的量，mol/L；
t——实验时间，min；
液体流量为：
式中：Qg1——中间容器流出的气体流量，ml/min；
Qg——初始气体流量，ml/min；
Qw1——中间容器流出的液体流量，ml/min；
Qw——初始液体流量，ml/min；
确定气体流量及液体流量后，通过调节流量控制阀，使得进入中间容器的流量与消耗的流量一致，完成气体及液体流体的循环使用，避免出现流体流入流出使得中间容器中的气水比发生变化，影响实验。
如图2所示，所述的岩心夹持器，包括顶杆151、上堵头152、压紧弓153、上端盖154、上止动堵头155、筒体156、围压室157、进液口158、下止动堵头159、下端盖160、力矩杆161、岩心162、下堵头163、进气口164，通过顺时针旋转岩心旋转盘16，连接力矩杆161顺时针旋转，使得下端盖顺时针旋转，打开岩心夹持器15，放入岩心162，可一次性旋转打开或关闭所有岩心夹持器，使得操作方便快捷。
实施例2
实施例1所述一种两相气藏水平井温度模拟实验装置的方法，具体包括以下步骤：
(1)顺时针旋转岩心旋转盘16，打开岩心夹持器15，将不同渗透率岩心162装配于岩心夹持器15，逆时针旋转关闭岩心夹持器，连接好各实验装置，开始实验，实验时间为5min；
(2)通过分布式光纤温度传感器(DTS)中的信号接收器21和压差传感器14测量岩心处的温度与压差，在温度及压差数据稳定后，记录并保存测试***中的数据；
(3)打开原料气瓶1及原料液瓶10，经过增压泵3的增压处理及流量控制阀7作用下，将气体与水分别压入中间容器11，气体流量计8与液体流量计9记录进入的气体流量Qg1，Qg2，Qg3，Qg4以及水流量Qw1，Qw2，Qw3，Qw4，确定中间容器中各密封室12的气水比，中间容器中各密封室内压力为P1，P2，P3，P4；
(4)打开加热炉22及冷凝管23，气水混合物经过加热炉后，水会气化为水蒸气，再通过冷凝管，冷凝管足够长，气体在经过充分的冷凝后，水蒸气液化成水珠，在重力的作用下往容器下走，气体由于密度低，流速高，会从容器顶部出；
(5)计算气体与液体流量，压力计13实时记录中间容器中个密封室12压力，在完成一次循环时，各密封室压力会逐渐降低，压力记为P11，P22，P33，P44，由气体状态方程计算气体流量，在已知气体流量下，由气水比可计算水的流量；
(6)从冷凝管23出的水及气体通过排气24、排水管线25分别再次流入增压泵3流入中间容器11，完成气体、水的循环利用，根据各个中间容器消耗的水气比，调整流量控制阀7，使得前后流量不会发生变化，实验条件保持一致。
Claims (5)
1.一种两相气藏水平井温度模拟实验装置及其方法，其特征在于，所述两相气藏水平井温度模拟实验装置包括：原料气瓶1、阀门2、增压泵3、单向阀4、供气管线5、供液管线6、流量控制阀7、气体流量计8、液体流量计9、原料液瓶10、中间容器11、密封室12、压力计13、压差传感器14、岩心夹持器15、岩心旋转盘16、三通阀门17、模拟井筒18、感温光纤19、激光光源20、信号接收器21、加热炉22、冷凝管23、排气管线24、排水管线25。
2.根据权利要求1所述的一种两相气藏水平井温度模拟实验装置，其特征在于，所述的中间容器11，调节流量控制阀7控制进入中间容器的气体流量及液体流量，使得中间容器中的不同密封室12具有不同压力及不同气水比，岩心夹持器15中可放置不同岩性的岩心(如碳酸盐岩、砂岩、页岩等)，模拟出水平井在不同压力、气水比下，处于多种岩性下的多组渗透率方案的温度剖面。
3.根据权利要求1所述的一种两相气藏水平井温度模拟实验装置，其特征在于，所述的加热炉22为了将气水混合物中的水气化为水蒸气，经过具有足够长度的冷凝管23后，水蒸气会液化成水珠，气体由于密度低、流速高从排气管线24流入增压泵3中，在增压泵作用下，由单向阀、调压阀进入到中间容器11，从排液管线25流出的液体由增压泵3泵入到中间容器11，在泵入期间，需确定各岩心夹持器15中流出的气体流量及液体流量，初始进入中间容器中单个封闭室内的气体流量为Qg、液体流量为Qw，压力为P1，在时间为t后，气体与液体还未返回中间容器前，观察到中间容器的压力降为P11，由初始气体状态方程(1)确定：
P1V1＝Zn1RT (1)
式中：P1——初始中间容器的气体压力，atm；
V1——密封室体积，L；
n1——初始气体物质的量，mol/L；
T——温度，K；
R——常用系数，8.314J.mol-1.k-1；
Z——偏差系数；
气体与液体返回前状态方程
P11V1＝Zn11RT (2)
式中：P11——时间t后中间容器的气体压力，atm；
V1——密封室体积，L；
n11——时间t后中间容器中气体物质的量，mol/L；
T——温度，K；
R——常用系数，8.314J.mol-1.k-1；
Z——偏差系数；
由方程(1)、(2)可确定气体流量
Qg1＝(n1-n11)*22.4/t (3)
式中：Qg1——中间容器流出的气体流量，ml/min；
n1——初始气体物质的量，mol/L；
n11——时间t后中间容器中气体物质的量，mol/L；
t——实验时间，min；
液体流量为：
式中：Qg1——中间容器流出的气体流量，ml/min；
Qg——初始气体流量，ml/min；
Qw1——中间容器流出的液体流量，ml/min；
Qw——初始液体流量，ml/min；
确定气体流量及液体流量后，通过调节流量控制阀，使得进入中间容器的流量与消耗的流量一致，完成气体及液体流体的循环使用，避免出现流体流入流出使得中间容器中的气水比发生变化，影响实验。
4.根据权利要求1所述的一种两相气藏水平井温度模拟实验装置，其特征在于，所述的岩心夹持器，包括顶杆151、上堵头152、压紧弓153、上端盖154、上止动堵头155、筒体156、围压室157、进液口158、下止动堵头159、下端盖160、力矩杆161、岩心162、下堵头163、进气口164，通过顺时针旋转岩心旋转盘16，连接力矩杆161顺时针旋转，带动下端盖顺时针旋转，从而打开岩心夹持器15，放入岩心162，逆时针旋转就关闭岩心夹持器，可一次性旋转打开或关闭所有岩心夹持器，使得操作方便快捷。
5.根据权利要求1所述一种两相气藏水平井温度模拟实验装置的方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)顺时针旋转岩心旋转盘16，打开岩心夹持器15，将不同渗透率岩心162装配于岩心夹持器15，逆时针旋转关闭岩心夹持器，连接好各实验装置，开始实验，实验时间为5min；
(2)通过分布式光纤温度传感器(DTS)中的信号接收器21和压差传感器14测量岩心处的温度与压差，在温度及压差数据稳定后，记录并保存测试***中的数据；
(3)打开原料气瓶1及原料液瓶10，经过增压泵3的增压处理及流量控制阀7作用下，将气体与水分别压入中间容器11，气体流量计8与液体流量计9记录进入的气体流量Qg1，Qg2，Qg3，Qg4以及水流量Qw1，Qw2，Qw3，Qw4，确定中间容器中各密封室12的气水比，中间容器中各密封室内压力为P1，P2，P3，P4；
(4)打开加热炉22及冷凝管23，气水混合物经过加热炉后，水会气化为水蒸气，再通过冷凝管，冷凝管足够长，气体在经过充分的冷凝后，水蒸气液化成水珠，在重力的作用下往容器下走，气体由于密度低，流速高，会从容器顶部出；
(5)计算气体与液体流量，压力计13实时记录中间容器中个密封室12压力，在完成一次循环时，压力会逐渐降低，压力记为P11，P22，P33，P44，由气体状态方程计算气体流量，在已知气体流量下，由气水比可计算水的流量；
(6)从冷凝管23出的水及气体通过排气24、排水管线25分别再次流入增压泵3流入中间容器11，完成气体、水的循环利用，根据各个中间容器消耗的水气比，调整流量控制阀7，使得前后流量不会发生变化，实验条件保持一致。
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