測(cè)量多層合采氣井分層產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)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(cè)量多層合采氣井分層產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)裝置。 本發(fā)明還涉及使用這種實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量分層產(chǎn)氣量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 致密低滲透氣藏大多數(shù)發(fā)育多套儲(chǔ)層，為提高單井產(chǎn)氣量，氣井往往同時(shí)開(kāi)采多 個(gè)儲(chǔ)層。地下多個(gè)儲(chǔ)層的氣體同時(shí)產(chǎn)出量，在地面表現(xiàn)為一個(gè)井口產(chǎn)出量，但是無(wú)法知道每 個(gè)儲(chǔ)層的單獨(dú)產(chǎn)氣量。
[0003]目前，大多情況下，可通過(guò)工程現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)測(cè)井來(lái)測(cè)算每個(gè)儲(chǔ)層的單獨(dú)產(chǎn)氣量，也可 以通過(guò)數(shù)值模擬軟件來(lái)研究氣井儲(chǔ)層模型，從而估算出每個(gè)儲(chǔ)層的單獨(dú)產(chǎn)氣量及該產(chǎn)氣量 占?xì)饩偖a(chǎn)氣量的比值。但是工程現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試作業(yè)的成本較高，而且還會(huì)造成氣體浪費(fèi)和 污染環(huán)境。數(shù)值模擬軟件受氣井儲(chǔ)層模型的準(zhǔn)確性的制約，直觀性也較差，難以在實(shí)驗(yàn)室精 確計(jì)算出每個(gè)儲(chǔ)層的單獨(dú)產(chǎn)氣量。
[0004] 因此，需要一種能在實(shí)驗(yàn)室精確計(jì)算多層合采氣井層間竄流量的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種測(cè)量多層合采氣井分層產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)裝置。通 過(guò)這種實(shí)驗(yàn)裝置，能夠在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確地模擬實(shí)際工況而精確地測(cè)出氣井每層的產(chǎn)氣量。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種測(cè)量多層合采氣井分層產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)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)置有密閉性隔層，在地 層模擬器的頂壁和底壁與相應(yīng)的巖芯之間均設(shè)置有能發(fā)生微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(gè)分別 與相應(yīng)的巖芯連通的測(cè)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(guò)地層模擬器的頂壁并且下端開(kāi)口延伸到待測(cè)巖芯中的用于引出測(cè) 量氣的模擬油管，在待測(cè)巖芯內(nèi)測(cè)量氣的恒定表觀壓力下，來(lái)自待測(cè)巖芯的穩(wěn)定出氣量為 待測(cè)巖芯的產(chǎn)氣量。
[0007] 通過(guò)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置，向待測(cè)巖芯充入某一壓力的待測(cè)氣體，由于氣體入口和 氣體出口（即模擬油管的出口）之間存在壓力差，而在待測(cè)巖芯內(nèi)沿徑向形成驅(qū)動(dòng)待測(cè)氣 體流向模擬油管的壓力，并且待測(cè)巖芯內(nèi)的測(cè)量氣會(huì)因此而流出。這種實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)際地 層中的氣體采出完全相同，因此本實(shí)驗(yàn)裝置能夠準(zhǔn)確地模擬實(shí)際地層中的氣體采出，實(shí)驗(yàn) 結(jié)果也就能更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)成本也較低。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，該實(shí)驗(yàn)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(cè)量段，模擬井筒與隔層接觸的部分形成密封段，測(cè)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(guò)密封件而堅(jiān)直設(shè)置在 模擬井筒內(nèi)。通過(guò)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(shí)際施工過(guò)程中，油管就是設(shè)置在井筒中，因此本實(shí)驗(yàn)裝置也真實(shí)地模擬了實(shí)際工況，使得 所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更真實(shí)地反應(yīng)了實(shí)際工況。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，模擬油管的數(shù)量為 多個(gè)，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(shí)驗(yàn)裝置能夠同時(shí)測(cè) 量氣井的中每個(gè)層位的產(chǎn)氣量，提高了實(shí)驗(yàn)效率。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，在測(cè)量段上設(shè)置有多個(gè)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(shí)驗(yàn)裝置能夠模擬射孔和裸眼生產(chǎn)。
[0010] 在一個(gè)實(shí)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(gè)與相應(yīng)的測(cè)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(guò)設(shè)置環(huán)形槽，當(dāng)打開(kāi)恒壓氣源時(shí)，氣體會(huì)通過(guò)測(cè)量氣入口迅速流入環(huán)形槽 而到達(dá)巖芯周?chē)?，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(dòng)為沿著巖芯的徑向流向模擬井筒底部并進(jìn)入到模擬井筒內(nèi)，即為徑向滲 流，這與實(shí)際工況中儲(chǔ)層內(nèi)的流體滲流模式一致，從而提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(dá)到平衡，提高了 實(shí)驗(yàn)效率。
[0011] 在一個(gè)實(shí)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(gè)與覆 壓流體入口連通的覆壓流體槽，多個(gè)覆壓流體槽彼此連通。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)通過(guò)覆壓流體 源向覆壓流體室施加覆壓流體時(shí)，這些覆壓流體槽能夠使覆壓流體迅速充滿整個(gè)覆壓流體 室，實(shí)現(xiàn)給巖芯壓施加均勻的壓力。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)測(cè)量氣入口各自通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量氣管路與氣源相連，在每 根測(cè)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(guò)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(cè)氣體的表觀壓力，方便了使用者的 使用。此外，這種設(shè)置還能夠模擬氣藏多個(gè)儲(chǔ)層初始?jí)毫Σ煌瑥亩軌蚴褂靡惶讓?shí)驗(yàn)裝置 進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，降低了實(shí)驗(yàn)成本。
[0013] 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(lái)測(cè)量巖芯產(chǎn)氣量的方 法，多個(gè)測(cè)量氣入口各自通過(guò)相應(yīng)的測(cè)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，
[0014] 步驟一：向覆壓流體室內(nèi)充入覆壓流體到預(yù)定壓力；
[0015] 步驟二：向待測(cè)巖芯充入測(cè)量氣，并且將待測(cè)巖芯內(nèi)的氣體表觀壓力調(diào)節(jié)到預(yù)定 值；
[0016] 步驟三：保持步驟二中的進(jìn)氣壓力和出氣壓力，待待測(cè)巖芯的進(jìn)氣量和出氣量穩(wěn) 定后，待測(cè)巖芯的穩(wěn)定出氣量為待測(cè)巖芯的產(chǎn)氣量。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，覆壓流體室內(nèi)的壓力比進(jìn)氣壓力高至少10%。這可避免測(cè)量氣 從隔層與待測(cè)巖芯的接觸面之間流過(guò)，而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1)本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量待測(cè)巖芯的產(chǎn) 氣量的原理與實(shí)際地層中的氣體采出完全相同，因此本實(shí)驗(yàn)裝置能夠準(zhǔn)確地模擬實(shí)際地層 中的氣體采出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也就能更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)成本也較低。（2)本發(fā)明的實(shí) 驗(yàn)裝置設(shè)置有多個(gè)延伸到不同層巖芯的模擬油管，從而能夠同時(shí)測(cè)量氣井的中每個(gè)層位的 產(chǎn)氣量，提高了實(shí)驗(yàn)效率。（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(gè) 與相應(yīng)的測(cè)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(shí)際工 況中儲(chǔ)層內(nèi)的流體滲流模式一致，從而提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：
[0020] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量多層合采氣井分層產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)裝置；
[0021 ] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的地層模擬器；
[0022] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的模擬井筒的示意圖；
[0023] 圖4是在根據(jù)本發(fā)明的地層模擬器中氣體流動(dòng)示意圖。
[0024] 在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] 圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量多層合采氣井分層產(chǎn)氣量的實(shí)驗(yàn)裝置 10 (以下稱(chēng)之為實(shí)驗(yàn)裝置10)。如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置10包括地層模擬器20,通過(guò)測(cè)量氣進(jìn) 氣管14a、14b和14c與地層模擬器20的測(cè)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(jìn)氣管14a、14b和14c上分別設(shè)置有進(jìn)氣流量計(jì)17a、17b和17c，在出氣管15a、 15b和15c上分別設(shè)置有出氣流量計(jì)18a、18b和18c，通過(guò)出氣流量計(jì)測(cè)得的流量就是相應(yīng) 巖芯的產(chǎn)氣量。在本申請(qǐng)中，產(chǎn)氣量規(guī)定為巖芯在特定壓力下的恒定出氣流量。這里所描 述的三條進(jìn)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(duì)應(yīng)，而不是限制本發(fā)明。
[0027] 恒壓氣源11用于向地層模擬器20內(nèi)充入測(cè)量氣，并保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有充足的氣 源，來(lái)維持測(cè)量氣通過(guò)巖芯，完成實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)測(cè)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(shí)際地層壓力。進(jìn)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)的氣體表觀壓力。
[0028] 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(cè)量氣入 口。圖2僅示意性地顯示了三層巖芯21a、21b和21c，實(shí)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(duì)應(yīng)于每層巖芯均設(shè)置有一個(gè)測(cè)量氣入口 51a、51b和51c。相鄰層巖芯之間設(shè)置有密閉性隔層22a、22b，以防止相鄰層的巖芯之間發(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(huì)從其他途徑離開(kāi)地層模擬器20,保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(dāng)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。
[0029] 為了將通入到地層模擬器20的氣體產(chǎn)出，在地層模擬器20中設(shè)置了模擬井筒29， 多個(gè)模擬油管例如模擬油管28a、28b則堅(jiān)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