CN115522920B - 一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，气液收集筒依次与第二液体流量计、第五球阀、气液混合物出口相连，第四球阀与第二球阀并联后依次与压力表、加压泵、甲烷气瓶相连，第一球阀与第三球阀并联后依次与第一液体流量计、水泵、储水罐相连，第四球阀的一侧与气体进口相连，另一侧与第二球阀并联，第一球阀一侧与进水口相连，另一侧与第三球阀并联；套管上设有伸缩控制器，伸缩控制器的一端与伸缩管相连，另一端与数据控制***相连，伸缩管位于套管内壁处，通过数据控制***发出指令到伸缩控制器进而控制伸缩管进行上下伸缩运动。本发明能真实的模拟实际工况下致密砂岩气藏气水双层射孔开采过程，测量结果准确。

Description

一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置

技术领域

本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置。

背景技术

致密砂岩气藏就是所谓的碎屑岩中的低渗透气藏。致密砂岩气藏往往具有低渗、非均质性强、孔隙度低、含水饱和度较高、气水关系复杂等的地质特点。在致密砂岩气藏开采过程中，由于井底气藏气水关系的复杂性，以及气、水、岩层垂向接触，导致在开发过程中会产生气、水层间两相渗流，其过程主要发生在射孔完成后进行开采时。若在大规模常规开发时，由于气、水层之间的渗流作用，导致水层内的水在压力作用下，沿着致密砂岩的孔隙进入气层，会导致气层内有渗水的现象，严重时导致相邻气井产水、产气特性差异大，甚至会出现气井投产就产水，影响致密砂岩气藏有效开发。因此，对于在致密砂岩气藏开采过程中出现气、水层渗流后气层及水层如何变化，以及水层渗流至气层情况如何是本案所要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，用于测量致密砂岩气藏开采过程中在不同压力条件下水层渗流至气层的变化情况。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，包括试验箱体和套管，套管伸入试验箱体内，箱体内腔通过致密砂岩岩层分为上腔体和下腔体，套管上设有连通套管内腔与上腔体、下腔体的带孔圆管，下腔体与供水加压组件连通，上腔体与供气加压组件连通，带孔圆管上设有射孔通闭组件，套管内腔与气液收集组件连通。

进一步的，所述的上腔体和下腔体内的带孔圆管为上下对称布置，套管两侧的带孔圆管为左右对称布置。

进一步的，套管的一端从试验箱体的中部***至试验箱体的底部，套管与试验箱体接触部位进行密封处理（图中未画出），密封处理属于现有技术，在此不再赘述。套管为X80钢，用于模拟实际工况下的套管，属于现有技术，在此不再赘述。

进一步的，带孔圆管为空心圆管，且圆管上设有许多左右间距1mm、前后间距10mm、直径为1mm的圆孔，带孔圆管属于现有技术，在此不再赘述。

进一步的，所述的下腔体内设有第一压力传感器，上腔体内设有第二压力传感器，套管内腔内设有第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器均与数据控制***连接。

进一步的，所述的供水加压组件包括供水进管和供水循环管，供水进管上沿水流方向依次设有储水罐和水泵，供水进管与试验箱体上的进水口连接，供水循环管与试验箱体上的出水口连接，进水口和出水口均连通至下腔体内，供水循环管与供水进管的出水端连接。

进一步的，所述的进水口连通至下腔体的底部，出水口连通至下腔体的顶部，其目的是使水将整个下腔体充满。

进一步的，所述的供水进管上沿水流方向依次设有储水罐、水泵、第一液体流量计和第一球阀，供水循环管上设有第三球阀，供水循环管连接至供水进管上第一液体流量计与第一球阀之间的位置。出水口依次与第三球阀、第一球阀、进水口形成循环回路。

进一步的，所述的供气加压组件包括供气进管和供气循环管，供气进管上沿气流方向依次设有甲烷气瓶和加压泵，供气进管与试验箱体上的气体进口连接，供气循环管与试验箱体上的气体出口连接，气体进口和气体出口均连通至上腔体内，气体循环管与气体进管的出气端连接。

进一步的，所述的供气进管上沿气流方向依次设有甲烷气瓶、加压泵、压力表和第四球阀，供气循环管上设有第二球阀，供气循环管连接至供气进管上压力表与第四球阀之间的位置。气体出口依次与第二球阀、第四球阀、气体进口形成循环回路。

进一步的，所述的射孔通闭组件包括伸缩管和伸缩控制器，数据控制***与伸缩控制器连接，伸缩控制器与伸缩管连接，伸缩管位于套管内，通过伸缩管的伸缩运动对带孔圆管的管壁口进行通闭。

带孔圆管用于模拟实际工况下射孔完成后形成的气液流动通道。伸缩控制器位于套管的中部，其作用是控制伸缩管在套管内进行上下伸缩。伸缩管向上收缩至位置高于上腔体内最高的带孔圆管时，此时模拟射孔完成，进行开采。伸缩管向下伸长至试验箱体底部，阻止气、水往套管内流动，此时模拟还未进行射孔。

进一步的，所述的气液收集组件包括收集管，套管上设有端部接头，端部接头上设有气液混合物出口，气液混合物出口与收集管连接，收集管上沿气液流动方向依次设有第五球阀、第二液体流量计和气液收集筒。

进一步的，所述的致密砂岩岩层通过支撑柱固定在试验箱体内。

进一步的，第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第五球阀为相同的球阀，属于现有技术，在此不再赘述。第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器为相同的压力传感器，属于现有技术，在此不再赘述。压力表、水泵、加压泵、储水罐、气液收集筒、第一液体流量计、第二液体流量计属于现有技术，在此不再赘述。

本发明的有益效果：

（1）通过设置伸缩控制器和伸缩管，当伸缩管向下伸长至底部时，防止甲烷气体和水提前进入套管内。

（2）通过设置带孔圆管模拟实际工况下射孔完成后气液流动通道，模拟效果好。

（3）通过设置三个压力传感器，能对整个测量过程中的压力进行准确测量。

（4）通过在下腔体的左上部设出水口，右下部设进水，能保证下腔体内一直充满水。

（5）本发明能真实的模拟实际工况下致密砂岩气藏气水双层射孔开采过程，得到上腔体内液面高度变化规律，测量结果准确，对现场实际工况下进行气水双层射孔开采致密砂岩气藏有指导意义。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中伸缩控制器控制伸缩管升起后的结构示意图。

图3是上腔体初始压力与第一、第二压力传感器记录平均数值关系曲线图。

图4是上腔体初始压力与上腔体内液面高度关系曲线图。

图中：1.储水罐，2.水泵，3.第一液体流量计，4.第一球阀，5.进水口，6.第二球阀，7.第三球阀，8.下腔体，9.第一压力传感器，10.出水口，11.致密砂岩岩层，12.气体进口，13.甲烷气瓶，14.加压泵，15.压力表，16.第四球阀，17.试验箱体，18.第二压力传感器，19.带孔圆管，20.气体出口，21.上腔体，22.伸缩管，23.伸缩控制器，24.套管，25.数据控制***，26.第三压力传感器，27.端部接头，28.气液混合物出口，29.第五球阀，30.第二液体流量计，31.气液收集筒，32.支撑柱。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本发明。

实施例1：

参考图1~图4所示，一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，包括试验主体、供水加压组件、供气加压组件、射孔通闭组件和气液收集组件。

试验主体包括进水口5、下腔体8、第一压力传感器9、出水口10、致密砂岩岩层11、气体进口12、试验箱体17、第二压力传感器18、带孔圆管19、气体出口20、上腔体21、套管24、第三压力传感器26和支撑柱32。

试验箱体17为矩形结构，套管24的下端伸入试验箱体17的中心并下端与箱体底部密封固定，试验箱体17的箱体内腔通过致密砂岩岩层11分为上腔体21和下腔体8，套管24上设有连通套管24的套管内腔与上腔体21、下腔体8的带孔圆管19。

下腔体8与供水加压组件连通，上腔体21与供气加压组件连通，带孔圆管19上设有射孔通闭组件，套管内腔与气液收集组件连通。

上腔体21和下腔体8内的带孔圆管19为上下对称布置，套管24两侧的带孔圆管19为左右对称布置。试验箱体17内设有12个带孔圆管19，且呈左右对称设置，在套管24的左右两边各6个，同时在致密砂岩岩层11的上下各6个。

致密砂岩岩层11通过支撑柱32固定在试验箱体17的中部。下腔体8的左上部设有出水口10，右下部设有进水口5，且两者大小相同。上腔体21的右侧中部设有气体进口12，其左侧中部设有气体出口20，且两者大小相同。

下腔体8的左下角设有第一压力传感器9，上腔体21的左下角设有第二压力传感器18，套管内腔的左上角设有第三压力传感器26，第一压力传感器9、第二压力传感器18和第三压力传感器26均与数据控制***25连接。

供水加压组件包括供水进管、供水循环管、储水罐1、水泵2、第一液体流量计3、第一球阀4和第三球阀7。

供水进管上沿水流方向依次设有储水罐1、水泵2、第一液体流量计3和第一球阀4，供水进管与试验箱体17上的进水口5连接，供水循环管与试验箱体17上的出水口10连接。进水口5和出水口10均连通至下腔体8内，进水口5连通至下腔体8的底部，出水口10连通至下腔体8的顶部。供水循环管上设有第三球阀7，供水循环管连接至供水进管上第一液体流量计3与第一球阀4之间的位置。

供气加压组件包括供气进管、供气循环管、甲烷气瓶13、加压泵14、压力表15、第四球阀16和第二球阀6。

供气进管上沿气流方向依次设有甲烷气瓶13、加压泵14、压力表15和第四球阀16，供气进管与试验箱体17上的气体进口12连接，供气循环管与试验箱体17上的气体出口20连接，气体进口12和气体出口20均连通至上腔体21内，供气循环管上设有第二球阀6，供气循环管连接至供气进管上压力表15与第四球阀16之间的位置。

射孔通闭组件包括伸缩管22、伸缩控制器23和数据控制***25。数据控制***25与伸缩控制器23连接，伸缩控制器23与伸缩管22连接，伸缩管22位于套管24内，通过伸缩管22的伸缩运动对带孔圆管19的管壁口进行通闭。伸缩管22位于套管24内壁处，通过数据控制***25发出指令到伸缩控制器23，进而控制伸缩管22进行上下伸缩运动。

气液收集组件包括收集管、端部接头27、气液混合物出口28、第五球阀29、第二液体流量计30和气液收集筒31。

套管24的上端口设有可拆卸的端部接头27，端部接头27上设有气液混合物出口28，气液混合物出口28与收集管连接，收集管上沿气液流动方向依次设有第五球阀29、第二液体流量计30和气液收集筒31。

本测量装置的目标是通过调整水泵2、加压泵14的排量，使上腔体21和下腔体8在初始压力始终保持相差0.5MPa的情况下，改变上腔体21和下腔体8内的压力值，随着伸缩管22向上收缩，模拟射孔完成后进行开采过程，一段时间后上腔体21内有水渗入的高度。整个开采过程中上腔体21内的气层和下腔体8内的水层始终处于循环状态。

测量过程中上腔体21内的压力按照3MPa、4MPa、5MPa、6MPa进行设置，下腔体8内的压力按照3.5MPa、4.5MPa、5.5MPa、6.5MPa进行设置，此设置与实际工况下越往地底压力越大情况相符。

参考图1所示，为本发明一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置的结构示意图，当进行测量时，首先关闭所有阀门，伸缩管22处于伸长状态，首先依次打开储水罐1、水泵2、第一球阀4、第三球阀7，使储水罐1内的水通过水泵2加压，第一液体流量计3计量后经第一球阀4，从进水口5进入下腔体8内，水在下腔体8内的液面从下往上填充，最终从出水口10流出，经第三球阀7后从进水口5进入下腔体8进行循环。

接着依次打开甲烷气瓶13、加压泵14、第四球阀16、第二球阀6，使甲烷气瓶13内的甲烷气体经过加压泵14加压，压力表15计量后经第四球阀16，从气体进口12进入上腔体21内，甲烷气体从右往左运动，最终从气体出口20流出，经第二球阀6后从气体进口12进入上腔体21进行循环。

通过分别调节水泵2和加压泵14的排量，使第一压力传感器9和第二压力传感器18在数据控制***25内显示的压力分别是3.5MPa和3 MPa，此时模拟实际工况下开采致密砂岩气藏未射孔阶段。

接着进行模拟射孔阶段，首先打开第五球阀29和气液收集筒31，通过数据控制***25传输指令至伸缩控制器23，使伸缩控制器23控制伸缩管22向上快速收缩至图2位置，此时模拟实际工况下射孔完成。在伸缩管22向上快速收缩的过程中首先是下腔体8内的水进入套管24，接着是上腔体21内的甲烷气体进入套管24；甲烷气体与水的混合物从气液混合物出口28流出，最终经第五球阀29、第二液体流量计30计量后进入气液收集筒31进行收集，此时模拟实际工况下开采过程。

当伸缩管22向上快速收缩至图2位置时，开始计时3分钟，这3分钟内套管24不断的产出甲烷气体和水，数据控制***25内记录了第一压力传感器9和第二压力传感器18在这3分钟的数值，取3分钟内记录的压力平均值作为测得的结果。3分钟后依次关闭甲烷气瓶13、储水罐1、水泵2、加压泵14、第四球阀16、第三球阀7、第一球阀4、第二球阀6，待数据控制***25内显示的三个压力传感器显示的压力值为0后，关闭第五球阀29。打开试验箱体17的上箱盖，测量上腔体21内且致密砂岩岩层11上部的液面高度，并做好记录；同时记录数据控制***25上显示的第二压力传感器18、第一压力传感器9在测量过程中传输过来的压力值。

接着重复上述步骤，在调节水泵2和加压泵14的排量时，使第一压力传感器9和第二压力传感器18在数据控制***25内显示的压力分别按照4.5MPa和4MPa为一组，5.5MPa和5MPa为一组，6.5MPa和6MPa为一组，分别重复上述步骤并做好相应记录，因步骤相同，在此不再赘述。

将上述测量记录的结果进行汇总得到下表：

参考图3所示，为上述表格中上腔体初始压力与第一、第二压力传感器记录平均数值关系曲线图，从图中可以得到：随着上腔体初始压力的升高，第一、第二压力传感器记录的平均数值也升高，整体呈正相关；在上腔体初始压力4MPa时，第二压力传感器记录的平均数值有增长趋势提高的现象，其斜率变陡；在上腔体初始压力5MPa时，第二压力传感器记录的平均数值有增长趋势减缓的现象，其斜率变缓。

参考图4所示，为上述表格中上腔体初始压力与上腔体内液面高度关系曲线图，从图中可以得到：随着上腔体初始压力的升高，上腔体内液面高度也升高，整体呈现正相关；在上腔体初始压力4MPa时，斜率变陡；在上腔体初始压力5MPa时，斜率变缓；该现象与图3中压力变化趋势相同。

因此，本发明的试验装置得到的致密砂岩气藏气水双层射孔开采测量结果将对现场进行气水双层射孔开采致密砂岩气藏提供指导意义。

前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，包括试验箱体（17）和套管（24），其特征在于：所述的套管（24）伸入试验箱体（17）内，箱体内腔通过致密砂岩岩层（11）分为上腔体（21）和下腔体（8），套管（24）上设有连通套管内腔与上腔体（21）、下腔体（8）的带孔圆管（19），下腔体（8）与供水加压组件连通，上腔体（21）与供气加压组件连通，带孔圆管（19）上设有射孔通闭组件，套管内腔与气液收集组件连通；

所述的上腔体（21）和下腔体（8）内的带孔圆管（19）为上下对称布置，套管（24）两侧的带孔圆管（19）为左右对称布置；

所述的下腔体（8）内设有第一压力传感器（9），上腔体（21）内设有第二压力传感器（18），套管内腔内设有第三压力传感器（26），第一压力传感器（9）、第二压力传感器（18）和第三压力传感器（26）均与数据控制***（25）连接；

所述的供水加压组件包括供水进管和供水循环管，供水进管上沿水流方向依次设有储水罐（1）和水泵（2），供水进管与试验箱体（17）上的进水口（5）连接，供水循环管与试验箱体（17）上的出水口（10）连接，进水口（5）和出水口（10）均连通至下腔体（8）内，供水循环管与供水进管的出水端连接；

所述的进水口（5）连通至下腔体（8）的底部，出水口（10）连通至下腔体（8）的顶部；

所述的供气加压组件包括供气进管和供气循环管，供气进管上沿气流方向依次设有甲烷气瓶（13）和加压泵（14），供气进管与试验箱体（17）上的气体进口（12）连接，供气循环管与试验箱体（17）上的气体出口（20）连接，气体进口（12）和气体出口（20）均连通至上腔体（21）内，气体循环管与气体进管的出气端连接；

所述的射孔通闭组件包括伸缩管（22）和伸缩控制器（23），数据控制***（25）与伸缩控制器（23）连接，伸缩控制器（23）与伸缩管（22）连接，伸缩管（22）位于套管（24）内，通过伸缩管（22）的伸缩运动对带孔圆管（19）的管壁口进行通闭。

2.根据权利要求1所述的测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，其特征在于：所述的供水进管上沿水流方向依次设有储水罐（1）、水泵（2）、第一液体流量计（3）和第一球阀（4），供水循环管上设有第三球阀（7），供水循环管连接至供水进管上第一液体流量计（3）与第一球阀（4）之间的位置。

3.根据权利要求1所述的测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，其特征在于：所述的供气进管上沿气流方向依次设有甲烷气瓶（13）、加压泵（14）、压力表（15）和第四球阀（16），供气循环管上设有第二球阀（6），供气循环管连接至供气进管上压力表（15）与第四球阀（16）之间的位置。

4.根据权利要求1所述的测量致密砂岩气藏气水双层射孔开采的试验装置，其特征在于：所述的气液收集组件包括收集管，套管（24）上设有端部接头（27），端部接头（27）上设有气液混合物出口（28），气液混合物出口（28）与收集管连接，收集管上沿气液流动方向依次设有第五球阀（29）、第二液体流量计（30）和气液收集筒（31）。

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