測量多層合采氣井層間竄流量的實驗裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及油氣井工程，特別是涉及測量多層合采氣井層間竄流量的實驗裝置。本發(fā)明還涉及使用這種實驗裝置測量層間竄流量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]致密低滲透氣藏大多數(shù)發(fā)育多套儲層，為提高單井產(chǎn)量，氣井往往同時開采多個儲層。地下多個儲層的氣體同時產(chǎn)出，在地面表現(xiàn)為一個井口產(chǎn)出量，但是無法知道由于層間壓力不同且隔層不能完全封閉而造成的層間竄流量的多少。層間竄流降低氣田采出程度，測量層間竄流多少，可以指導(dǎo)氣田科學(xué)合理高效開發(fā)。
[0003]目前，大多情況下，只能通過數(shù)值模擬軟件建立多層合采氣井層間隔層不完全封閉的模型來模擬和計算竄流情況，但是這種方法受到所建立的氣井儲層模型的準確性的制約。
[0004]因此，需要一種能在實驗室精確計算多層合采氣井層間竄流量的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種測量多層合采氣井層間竄流量的實驗裝置。通過這種實驗裝置，能夠在實驗室準確地模擬實際工況而精確地測出采氣井層間竄流量。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種測量多層合采氣井層間竄流量的實驗裝置，包括:地層模擬器，在其內(nèi)部疊置有多層巖芯，在相鄰的巖芯之間設(shè)置有氣體透過性的隔層，在地層模擬器的頂壁和底壁與相應(yīng)的巖芯之間均設(shè)置有能變形的密封墊從而在頂壁和/或底壁與相應(yīng)的密封墊之間形成覆壓流體室，在地層模擬器的殼體側(cè)壁上設(shè)置有多個分別與相應(yīng)的巖芯連通的測量氣入口，在地層模擬器的殼體底壁上設(shè)置有與覆壓流體室連通的覆壓流體入口，延伸穿過地層模擬器的頂壁并且下端開口延伸到待測巖芯中的用于引出測量氣的模擬油管其中，待測巖芯的測量氣的進氣量和出氣量的差值為層間竄流量。
[0007]通過本發(fā)明的實驗裝置，向待測巖芯和與待測巖芯相鄰的巖芯充入壓力不同的待測氣體，氣體由于巖芯內(nèi)的表觀壓力差值而會穿過隔層在不同的巖芯層之間發(fā)生流動，這表現(xiàn)為待測巖芯進氣量與出氣量之間的差值，即層間竄流量。這種實驗原理與實際地層中發(fā)生的層間竄流完全相同，因此本實驗裝置能夠準確地模擬實際地層中的層間竄流，實驗結(jié)果也就能更準確地反映實際情況，實驗成本也較低。
[0008]在一個實施例中，該實驗裝置還包括從頂壁到最底層巖芯貫穿延伸的模擬井筒，模擬井筒與巖芯接觸的部分形成測量段，模擬井筒與隔層接觸的部分形成密封段，測量段與相應(yīng)的巖芯相連通，在密封段內(nèi)設(shè)置有密封件，模擬油管延伸穿過密封件而豎直設(shè)置在模擬井筒內(nèi)。通過設(shè)置模擬井筒，可更方便地在地層模擬器中設(shè)置模擬油管。此外，由于在實際施工過程中，油管就是設(shè)置在井筒中，因此本實驗裝置也真實地模擬了實際工況，使得所測得的實驗數(shù)據(jù)更真實地反應(yīng)了實際工況。在一個優(yōu)選的實施例中，模擬油管的數(shù)量為多個，并且在模擬井筒內(nèi)并行延伸到不同層的巖芯處。從而本發(fā)明的實驗裝置能夠同時測量氣井中多個層位之間的竄流量，提高了實驗效率。
[0009]在一個實施例中，在測量段上設(shè)置有多個通孔。這種結(jié)構(gòu)的模擬井筒用于模擬氣井底部射孔，使得本實驗裝置能夠模擬射孔和裸眼生產(chǎn)。
[0010]在一個實施例中，在隔層上設(shè)置有模擬井筒延伸穿過的中央通孔，和圍繞中央通孔分布的多個通氣孔。在使用本發(fā)明的實驗裝置中模擬層間竄流時，這種隔層使得竄流能在整個巖芯任意徑向位置任意徑向位置發(fā)生，較好地模擬了實際地層狀況，提高了實驗數(shù)據(jù)的可信度。
[0011]在一個實施例中，在地層模擬器的殼體側(cè)壁內(nèi)表面的相應(yīng)于巖芯的區(qū)域設(shè)置有多個與相應(yīng)的測量氣入口連通環(huán)形槽，優(yōu)選地，環(huán)形槽的高度與相應(yīng)巖芯的高度之比為1:1到1: 1.1。通過設(shè)置環(huán)形槽，當打開恒壓氣源時，氣體會通過測量氣入口迅速流入環(huán)形槽而到達巖芯周圍，從而巖芯邊緣處的氣體壓力相等。借助于巖芯邊緣處的氣體壓力相等，在巖芯內(nèi)的氣體流動為沿著巖芯的徑向流向模擬井筒底部并進入到模擬井筒內(nèi)，即為徑向滲流，這與實際工況中儲層內(nèi)的流體滲流模式一致，從而提高了實驗數(shù)據(jù)的準確性。環(huán)形槽的高度與相應(yīng)巖芯的高度大體相等，也有助于巖芯邊緣處的氣體壓力快速達到平衡，提高了實驗效率。
[0012]在一個實施例中，在地層模擬器的殼體頂壁和/或底壁內(nèi)表面上設(shè)置有多個與覆壓流體入口連通的覆壓流體槽，多個覆壓流體槽彼此連通。通過這種結(jié)構(gòu)，當通過覆壓流體源向覆壓流體室施加覆壓流體時，這些覆壓流體槽能夠使覆壓流體迅速充滿整個覆壓流體室，實現(xiàn)給巖芯壓施加均勻的壓力。
[0013]在一個實施例中，多個測量氣入口各自通過相應(yīng)的測量氣管路與氣源相連，在每根測量氣管路上均設(shè)置有調(diào)壓閥。在模擬油管的出口均設(shè)置有出氣壓力調(diào)節(jié)器。通過設(shè)置調(diào)壓閥和出氣壓力調(diào)節(jié)器，能方便地調(diào)節(jié)巖芯內(nèi)的待測氣體的表觀壓力，方便了使用者的使用。此外，這種設(shè)置還能夠模擬壓力不同的氣藏，從而能夠使用一套實驗裝置進行不同的實驗，降低了實驗成本。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了使用根據(jù)上文所述的裝置來測量層間竄流量的方法，多個測量氣入口各自通過相應(yīng)的測量氣管路與恒壓氣源相連，在模擬油管的出口設(shè)置有出氣壓力調(diào)節(jié)器，方法包括以下步驟，
[0015]步驟一:向覆壓流體室內(nèi)充入覆壓流體到預(yù)定壓力；
[0016]步驟二:向巖芯充入測量氣，調(diào)節(jié)待測巖芯的進氣壓力和/或出氣壓力，并調(diào)節(jié)相鄰巖芯的進氣壓力和/或出氣壓力，使得待測巖芯內(nèi)的氣體表觀壓力與相鄰巖芯內(nèi)的氣體表觀壓力不同；
[0017]步驟三:保持步驟二中的進氣壓力和出氣壓力，待所有巖芯的進氣量和出氣量穩(wěn)定后，計算待測巖芯的進氣量和出氣量差值，該差值為待測巖芯與相鄰巖芯之間的層間竄流量。
[0018]在一個實施例中，覆壓流體室內(nèi)的壓力比進氣壓力高至少10%。這可避免測量氣從隔層與待測巖芯的接觸面之間流過，而影響測量結(jié)果的準確性。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)本發(fā)明的實驗裝置在巖芯之間設(shè)置了氣體透過性的隔層。由于巖芯層間壓力不同，不同巖芯層內(nèi)的氣體可從某一層竄流到另外一層，從而本發(fā)明的裝置可模擬層間竄流。(2)本發(fā)明的實驗裝置設(shè)置有多個延伸到不同層巖芯的模擬油管，從而能夠同時測量多個儲層之間的竄流量。(3)在地層模擬器的殼體側(cè)壁相應(yīng)于巖芯的內(nèi)表面上設(shè)置有多個與相應(yīng)的測量氣入口連通環(huán)形槽。這些環(huán)形槽使得巖芯內(nèi)的氣流為徑向滲流，這與實際工況中儲層內(nèi)的流體滲流模式一致，從而提高了實驗數(shù)據(jù)的準確性。
【附圖說明】
[0020]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中:
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的測量多層合采氣井層間竄流量的實驗裝置；
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的地層模擬器；
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明的模擬井筒的示意圖；
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明的隔層的示意圖；
[0025]圖5是在根據(jù)本發(fā)明的地層模擬器中氣體流動示意圖。
[0026]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。
【具體實施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的測量多層合采氣井層間竄流量的實驗裝置10 (以下稱之為實驗裝置10)。如圖1所示，實驗裝置10包括地層模擬器20，通過測量氣進氣管14a、14b和14c與地層模擬器20的測量氣入口相連的恒壓氣源11，與地層模擬器20的覆壓流體入口相連的覆壓流體源12，以及與地層模擬器20的出口相連的出氣管15a、15b和15c。在進氣管14a、14b和14c上分別設(shè)置有進氣流量計17a、17b和17c，在出氣管15a、15b和15c上分別設(shè)置有出氣流量計18a、18b和18c，進氣流量計和出氣流量計之間的差值就是相應(yīng)巖芯之間的竄流量。這里所描述的三條進氣管14a、14b和14c和三條出氣管15a、15b和15c僅是為了與圖2描述的地層模擬器20相對應(yīng)，而不是限制本發(fā)明。
[0029]恒壓氣源11用于向地層模擬器20內(nèi)充入測量氣，并保證實驗過程中有充足的氣源，來維持測量氣通過巖芯，完成實驗的數(shù)據(jù)測量。覆壓流體源12用于向地層模擬器20內(nèi)施加上覆壓力，以模擬實際地層壓力。進氣管14a、14b和14c上依次接有調(diào)壓閥16a、16b和16c，在出氣管15a、15b和15c上設(shè)置有出氣壓力調(diào)節(jié)器13a、13b和13c，以方便調(diào)節(jié)地層模擬器20內(nèi)的氣體壓力ο
[0030]圖2示意性地顯示了地層模擬器20的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，地層模擬器20為殼體結(jié)構(gòu)。在殼體內(nèi)部以層疊方式設(shè)置有多層巖芯，在殼體上設(shè)置有與巖芯相連通的測量氣入口。圖2僅示意性地顯示了三層巖芯21a、21b和21c，實際上巖芯的數(shù)量可為兩層，也可以為三層以及以上。僅以圖2中的三層巖芯為例，對應(yīng)于每層巖芯均設(shè)置有一個測量氣入口51a、51b和51c。相鄰層巖芯之間設(shè)置有氣體透過性的隔層22a、22b,以使得相鄰層的巖芯之間能夠發(fā)生氣體竄流。在地層模擬器20的頂壁23和最頂層巖芯21a之間設(shè)置有第一密封墊24，在底壁25和最底層巖芯21c之間設(shè)置第二密封墊26。第一密封墊24和第二密封墊26確保充入到巖芯內(nèi)的氣體不會從其他途徑離開地層模擬器20，保證了實驗數(shù)據(jù)的準確性。第一密封墊24和第二密封墊26均能夠變形，以使得在頂壁23與第一密封墊24之間和/或底壁25與第二密封墊26之間形成覆壓流體室27。在圖2中僅示例性地顯示了在底壁25與第二密封墊26之間形成覆壓流體室27，并且在底壁25上設(shè)置有與覆壓流體室27連通的覆壓流體入口 60，當然也可將覆壓流體室27和覆壓流體入口 60設(shè)在頂壁23上，從而可以從頂壁23施加上覆壓力。
[0031 ] 為了將通入到地層模擬器20的氣體引出，在地層模擬器20中設(shè)置了模擬井筒29，多個模擬油管例如模擬油管28a、28b和28c則豎直設(shè)置在模擬井筒29中，并且模擬油管28a的出口與出氣管15b相連通，模擬油管28b的出口與出氣管15c相連通和28c，模擬井筒29的出口與出氣管15a相連通。
[0032]如圖2所示，模擬井筒29穿過頂壁23并向下延伸穿過第一密封墊24、三層巖芯21a、21b和21c以及隔層22a、22b，最終終止于