CN207379891U - 裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，属于油气开采技术领域。该装置包括渗流***、注入***、数据采集处理***和三轴岩心夹持器，其中，渗流***分为注水、气驱两个阶段。应用该装置首先测定页岩样品初始渗透率、初始质量；对页岩样品注水进行水侵实验，直到岩心出水流浪稳定不变，注水结束；加装干燥装置后，对页岩样品进行气驱，收集气驱带出水相压裂液，直到流量计测得出气量稳定，气驱结束。通过测得页岩样品注水及气驱阶段渗透率随时间变化，探究水相压裂液侵入对页岩裂缝导流能力影响及其渗流规律的探究。该装置和方法能准确测定页岩气在微裂缝中渗流规律，操作简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及油气开采技术领域，特别是指一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置。
背景技术
随着能源需求的不断增加，常规油气资源已经不能满足工业需求，页岩气作为非常规能源已成为全球油气勘探开发的热点。页岩储层具有超低孔隙度和超低渗透率的特点需要依赖大规模的水平井多级压裂技术对储层进行大规模的体积压裂改造才能获得较高的产量。只有保证页岩储层裂缝的导流能力才能保证页岩气开发的经济效益。
当前，国内外页岩气储层压裂改造施工表明，压裂液返排率普遍低于30％。大量的水滞留在页岩裂缝网中，与水相作用下页岩岩石内部将会产生一系列微观物理化学反应，进而影响页岩裂缝网的导流能力。现有的页岩气在在微裂缝中渗流规律主要是实验室内通过脉冲法、压差流量法等针对页岩微裂缝中气单相的渗透规律，或者结合水单相的渗流规律，与页岩气实际开发条件有较大不同，无法兼顾到水侵对页岩微裂缝导流能力影响的因素。因此研究水侵入对页岩裂缝导流能力的影响，在实验室中模拟页岩水力开发的流程，实验探究页岩裂缝中气、液两相渗透规律，以及评价水入侵对页岩微裂缝导流能力的影响十分必要。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，表征裂缝性页岩压裂后束缚水量及裂缝气、水两相渗透率，以及水侵入对页岩裂缝导流能力的损伤评价。为研究水相压裂液对页岩微裂缝导流能力影响规律及岩气开采提供理论和试验依据。
该装置包括注入***、渗流***、数据采集处理***和三轴岩心夹持器；其中，注入***包括气源、进气口压力调节阀、进水口压力调节阀、恒速恒压泵和水相压裂液；渗流***分为注水和气驱两个阶段，包括回压泵一、回压阀、回压泵二和干燥装置；数据采集处理***包括应变片检测仪、分析天平数据模块、分析天平和流量计；三轴岩心夹持器设置在恒温箱中，气源通过管道连接三轴岩心夹持器，气源恒速恒压泵通过管道连接三轴岩心夹持器，恒速恒压泵和三轴岩心夹持器之间设置进水口压力调节阀；三轴岩心夹持器连接回压泵一，回压泵一与应变片检测仪相连；当渗流***注水阶段时，三轴岩心夹持器连接流量计，当渗流***气驱阶段时，三轴岩心夹持器出气口连接干燥装置，三轴岩心夹持器和干燥装置之间的管道上设置回压阀和回压泵二，干燥装置设置在分析天平上，干燥装置另一端连接流量计，分析天平与分析天平数据模块相连。
其中，三轴岩心夹持器由夹持器模型围成的内腔和夹持器模型外部的外腔两部分组成，内腔中装有页岩岩心，外腔为围压腔；夹持器模型为橡胶套的形式；夹持器模型具有进气口和出气口。
气源为氮气瓶。
渗流***设定三轴岩心夹持器内的围压值至少高于三轴岩心夹持器入口压力1MPa。
渗流***的注水阶段将水相压裂液以恒速或恒压的方式注入三轴岩心夹持器，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入流量计并且测量出岩心渗流通过的水相压裂液流量。
渗流***的气驱阶段将气源经过进气口压力调压阀进入三轴岩心夹持器，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入干燥装置后流入流量计，干燥装置的数据由分析天平数据模块得出岩心内部的水分质量。
该裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置的使用方法，包括步骤如下：
(一)实验准备阶段：
S11将页岩测试样品切割加工为圆柱体，进行压裂，并对切割加工后的页岩测试样品，在102℃烘干24小时；
S12获取烘干后的页岩测试样品的截面积，长度，将烘干后的圆柱形岩心侧面涂上环氧硅胶，晾干后，称重；
S13设置恒温箱温度为45℃；
S14将测试样品放入三轴岩心夹持器中；设置回压阀，对回压泵一加围压，待围压12h稳定后开始实验，通过注气渗流***，测得初始渗透率；
(二)注水阶段：
关闭进气口压力调压阀，设置恒速恒压泵为恒压注入，根据具体岩心情况设定注入压力，打开进水口压力调压阀，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入流量计并且测量出岩心渗流通过的水相压裂液流量，直到出水流量稳定在24小时内无变化，则注水结束，记录此过程中流量，利用达西定律得到渗透率，绘得水测渗透率随时间变化曲线；同时收集流量计的排出液，计算水相压裂液注入量减去水相压裂液排出量得到岩心中水的滞留量；
(三)气驱阶段：
关闭进水口压力调压阀，加装干燥装置、分析天平、分析天平数据模块；根据具体岩心情况设定气源进口压力，打开并调节进气口压力调压阀，开始注气进入三轴岩心夹持器，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器的出气口，经回压阀流入干燥装置后流入流量计，直到流量计检测流量在24小时内稳定不变后结束注气，记录此过程中流量，利用达西定律得到渗透率，绘得气测渗透率随时间变化曲线；
(四)数据处理
S41关闭实验装置后进行数据处理，绘制水测渗透率随时间变化曲线及气测渗透率随时间变化曲线探究渗透率变化规律；
S42在干燥装置中利用分析天平数据模块得到气驱水阶段，气驱带出岩心内部的水分质量，岩心中水的滞流量减去分析天平数据模块得到的气驱水质量，得到水相压裂液侵入后页岩裂缝中水的束缚量；
S43气驱阶段稳定后最后得到的渗透率为K，初始渗透率为K0，则渗透率损伤率f，可由下式得到：
本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，所涉及装置和方法可以准确的测定页岩气在微裂缝中渗流规律，操作简单，为研究水相压裂液对页岩微裂缝导流能力影响规律及岩气开采提供理论和试验依据。
附图说明
图1为本实用新型的裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置结构示意图；
图2为本实用新型实施例1中水测渗透率及围压随时间变化曲线；
图3为本实用新型实施例中水测渗透率随时间变化一；
图4为本实用新型实施例中水测渗透率随时间变化二；
图5为本实用新型实施例中气驱阶段分析天平质量随时间变化；
图6为本实用新型实施例中渗透率损伤情况。
其中：1-气源；2-进气口压力调压阀；3-进水口压力调压阀；4-恒速恒压泵；5-水相压裂液；6-恒温箱；7-三轴岩心夹持器；8-回压泵一；9-应变片检测仪；10-回压阀；11-回压泵二；12-干燥装置；13-分析天平数据模块；14-分析天平；15-流量计。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本实用新型提供一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，如图1所示，该装置包括注入***、渗流***、数据采集处理***和三轴岩心夹持器7；
注入***包括气源1、进气口压力调节阀2、进水口压力调节阀3、恒速恒压泵4和水相压裂液5；注入***分为注气阶段的气源1一般使用氮气瓶模拟天然气，及进口压力调压阀调节压力；以及注水阶段将水相压裂液5注入渗流***的恒速恒压泵4，实现恒流速和恒压驱替模式，并完成相应数据分析。
渗流***分为注水和气驱两个阶段，包括回压泵一8、回压阀10、回压泵二11和干燥装置12；渗流阶段中，三轴岩心夹持器7放置在恒温箱6中，设置好回压泵一8。
注水阶段渗流***包含水相压裂液5、恒速恒压泵4、进水口压力调压阀3、回压泵二11和回压阀10、流量计15；回压泵二11与回压阀10连接，回压阀10设置在岩心夹持器模型的出气口和流量计15之间，回压泵二11将液体，比如水，泵入到回压阀10的胶垫腔中，通过胶垫作用到通过回压阀10的气体上。
注水阶段将注入***的水相压裂液5以恒速或恒压的方式注入三轴岩心夹持器7，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过夹持器模型的出气口，经回压阀10流入流量计15并且测量出所述岩心渗流通过的压裂液流量，直到出水流量稳定在24小时无变化，则注水结束，记录过程的流量以计算渗透率；
气驱阶段渗流***包含氮气瓶气源1、进气口压力调压阀2、回压泵二11和回压阀10、位于分析天平14上的干燥装置12、流量计15；干燥装置12用于收集气驱水阶段驱替出的水分质量，可以通过分析天平14及分析天平数据模块13。
气驱阶段将注入***的气源1经过进气口压力调压阀2进入三轴岩心夹持器7，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过夹持器模型的出气口，经回压阀10流入干燥装置12后流入流量计15，直到流量计15检测流量在24小时稳定不变后结束注气；干燥装置12的数据由分析天平数据模块13气驱带出岩心内部的水分质量。
数据采集处理***包括应变片检测仪9、分析天平数据模块13、分析天平14和流量计15；应变片检测仪9的应力片设置在回压泵一8上，可记录水侵过程中围压泵变化，可用来描述水侵对岩心作用对围压影响；流量计15用于测量经回压阀10流入流量计15的所述岩心渗流通过的气体流量；分析天平数据模块13用于测量气驱阶段，干燥装置吸收气驱带出岩心内部的水分质量。
三轴岩心夹持器7设置在恒温箱6中，三轴岩心夹持器7由夹持器模型围成的内腔和夹持器模型外部的外腔两部分组成，内腔中具有页岩岩心，外腔为围压腔；夹持器模型优选为橡胶套的形式；夹持器模型具有进气口和出气口；
气源1通过管道连接三轴岩心夹持器7，气源1和三轴岩心夹持器7之间设置进气口压力调节阀2，水相压裂液5连接恒速恒压泵4，恒速恒压泵4通过管道连接三轴岩心夹持器7，恒速恒压泵4和三轴岩心夹持器7之间设置进水口压力调节阀3；三轴岩心夹持器7连接回压泵一8，回压泵一8与应变片检测仪9相连；当渗流***注水阶段时，三轴岩心夹持器7连接流量计15，当渗流***气驱阶段时，三轴岩心夹持器7出气口连接干燥装置12，三轴岩心夹持器7和干燥装置12之间的管道上设置回压阀10和回压泵二11，干燥装置12设置在分析天平14上，干燥装置12另一端连接流量计15，分析天平14与分析天平数据模块13相连。
下面结合具体实施例予以描述。
实施例1
将页岩测试样品切割加工为圆柱体，进行压裂，并对切割加工后的页岩测试样品，在102℃烘干24小时；
获取烘干后的页岩测试样品的截面积，长度，烘干后，将圆柱形岩心侧面涂上环氧硅胶，晾干后，称重，做实验准备；
设置恒温箱6温度为45℃；
将测试样放入岩心夹持器7中；为了探究页岩裂缝水侵后水化反应，将回压泵一8设定在低围压下，围压值为2MPa，为了防止页岩蠕变影响因素，待围压12h稳定后开始实验，通过注气渗流***，测得初始渗透率；
注水阶段：
关闭阀门2设置恒速恒压泵4为恒压注入，设定注入压力为0.8MPa，打开阀门3，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过夹持器模型的出气口，经回压阀10流入流量计15并且测量出所述岩心渗流通过的压裂液流量，直到出水流量稳定在24小时无变化，则注水结束。记录此过程中流量利用达西定律可得其渗透率，可绘得水测渗透率随时间变化曲线；记录此过程围压应变片检测仪，可得到水侵入岩心裂缝过程中收到页岩水化膨胀作用影响下围压的随时间的变化曲线，如图2。
实施例2
第一步：实验准备阶段：
将页岩测试样品切割加工为圆柱体，进行压裂，并对切割加工后的页岩测试样品，在102℃烘干24小时；
获取烘干后的页岩测试样品的截面积，长度，烘干后,将圆柱形岩心侧面涂上环氧硅胶，晾干后，称重，做实验准备；
设置恒温箱6温度为45℃；
将岩样放入三轴岩心夹持器7中；设置回压阀10为2MPa，对回压泵一8加围压设定为12MPa，为了防止页岩蠕变影响因素，待围压12h稳定后开始实验，通过注气渗流***，测得初始渗透率；
第二步：注水阶段：
关闭阀门2设置恒速恒压泵4为恒压注入，设定注入压力为7MPa，打开阀门3，
通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过夹持器模型的出气口，经回压阀10流入流量计15并且测量出所述岩心渗流通过的压裂液流量，直到出水流量稳定在24小时无变化，则注水结束，记录此过程中流量利用达西定律可得其渗透率，可绘得水测渗透率随时间变化曲线；同时收集流量计15的排出液，计算压裂注入量减去液排出量得到岩心中水的滞留量。
第三步：气驱阶段：
关闭阀门3，加装干燥装置12、分析天平14、分析天平数据模块13；，打开并调节进气口压力调压阀2，设定入口压力为3MPa，开始注气进入岩心夹持器，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过夹持器模型的出气口，经回压阀10流入干燥装置12后流入流量计15，直到流量计检测流量在24小时稳定不变后结束注气，记录此过程中流量利用达西定律可得其渗透率，可绘得气测渗透率随时间变化曲线。
第四步：数据处理
关闭实验装置后进行数据处理。绘制水测渗透率随时间变化曲线及气测渗透率随时间变化曲线探究渗透率变化规律；见图3、4。
在干燥装置中可利用分析天平数据模块得到气驱水阶段，见图5，气驱带出岩心内部的水分质量。岩心中水的滞流量减去分析天平数据模块得到的气驱水质量即可得到水相压裂液侵入后页岩裂缝中水的束缚量；
如图6所示，气驱阶段稳定后最后得到的渗透率为K，初始渗透率为K0，则渗透率损伤率f，可由下式得到：
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，其特征在于：包括注入***、渗流***、数据采集处理***和三轴岩心夹持器(7)；其中，注入***包括气源(1)、进气口压力调节阀(2)、进水口压力调节阀(3)、恒速恒压泵(4)和水相压裂液(5)；渗流***分为注水和气驱两个阶段，包括回压泵一(8)、回压阀(10)、回压泵二(11)和干燥装置(12)；数据采集处理***包括应变片检测仪(9)、分析天平数据模块(13)、分析天平(14)和流量计(15)；三轴岩心夹持器(7)设置在恒温箱(6)中，气源(1)通过管道连接三轴岩心夹持器(7)，气源(1)和三轴岩心夹持器(7)之间设置进气口压力调节阀(2)，水相压裂液(5)连接恒速恒压泵(4)，恒速恒压泵(4)通过管道连接三轴岩心夹持器(7)，恒速恒压泵(4)和三轴岩心夹持器(7)之间设置进水口压力调节阀(3)；三轴岩心夹持器(7)连接回压泵一(8)，回压泵一(8)与应变片检测仪(9)相连；当渗流***注水阶段时，三轴岩心夹持器(7)连接流量计(15)，当渗流***气驱阶段时，三轴岩心夹持器(7)出气口连接干燥装置(12)，三轴岩心夹持器(7)和干燥装置(12)之间的管道上设置回压阀(10)和回压泵二(11)，干燥装置(12)设置在分析天平(14)上，干燥装置(12)另一端连接流量计(15)，分析天平(14)与分析天平数据模块(13)相连。
2.根据权利要求1所述的裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，其特征在于：所述三轴岩心夹持器(7)由夹持器模型围成的内腔和夹持器模型外部的外腔两部分组成，内腔中装有页岩岩心，外腔为围压腔；夹持器模型为橡胶套的形式；夹持器模型具有进气口和出气口。
3.根据权利要求1所述的裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，其特征在于：所述气源(1)为氮气瓶。
4.根据权利要求1所述的裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，其特征在于：所述渗流***设定三轴岩心夹持器(7)内的围压值至少高于三轴岩心夹持器(7)入口压力1MPa。
5.根据权利要求1所述的裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，其特征在于：所述渗流***的注水阶段将水相压裂液(5)以恒速或恒压的方式注入三轴岩心夹持器(7)，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器(7)的出气口，经回压阀(10)流入流量计(15)并且测量出岩心渗流通过的水相压裂液流量。
6.根据权利要求1所述的裂缝性页岩气水两相流动裂缝导流能力评价装置，其特征在于：所述渗流***的气驱阶段将气源(1)经过进气口压力调节阀(2)进入三轴岩心夹持器(7)，通过岩心渗流过出来的水相压裂液通过三轴岩心夹持器(7)的出气口，经回压阀(10)流入干燥装置(12)后流入流量计(15)，干燥装置(12)的数据由分析天平数据模块(13)得出岩心内部的水分质量。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180518 Termination date: 20191114 |