一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置及方法

本发明属于油气田开发，具体涉及一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置及方法。

背景技术：

1、随着能源需求的不断增长，传统油气资源的开采逐渐面临枯竭，但是非常规天然气资源，包括致密砂岩气和页岩气，因其储量丰富和分布广泛，已成为全球能源结构的重要组成部分，非常规天然气依然成为了重要的替代能源。这些资源的开采技术与传统天然气相比，具有更大的挑战性，特别是在页岩气、煤层气等非常规储层中，传统的开发技术面临许多挑战，如储层渗透性较低、开采过程中产生负压影响储层压力等。

2、在非常规天然气的开采过程中，负压的控制和渗透性的监测是提高采收率、保障气藏稳定生产的关键技术。负压的产生可能导致气藏的不稳定，甚至引发地面沉降等环境问题。因此，避免负压的产生对于保护气藏和环境安全至关重要。在现有技术中，常见的油气开发方法包括水驱油气、注气等手段，这些方法能够一定程度上缓解负压现象并增加油气的开采量。然而，负压的产生和渗透性的变化往往难以实时监测，且现有的监测系统多依赖于静态的监测手段，缺乏实时、动态的反馈控制机制。因此，在负压过大或渗透性过高的情况下，常常导致储层失稳或资源浪费，进而影响开采效果。如何高效地控制储层压力、监测渗透性变化，成为了提升非常规油气储层开发效率的关键技术。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置及方法，可以精准控制负压，避免渗透性监测滞后，可以在储层开采过程中实时调节压力和渗透性。

2、技术方案：一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，所述储层内设有不连通的第一含水层和第二含水层；

3、所述装置包括：

4、储水库，通过注水井管路连接第一含水层，通过抽水井管路连接第二含水层；其中，注水井管路上设有第一水压表，抽水井管路上设有第二水压表；

5、抽气管道，其进气口设于储层内，出气口外接大气，抽气管道上设有气压表，用于监测抽气过程的压力变化；

6、辅助管道，其底端设有过滤网，位于储层底部，顶端连接抽气管道的进气口；辅助管道的内部：沿长度方向两侧分别设有正极材料和负极材料，且正极材料和负极材料的顶端设有外接电压；自上而下依次设有多孔材料和固定端点，将辅助管道内部划分为上存储腔、中存储腔和底存储腔，上存储腔和中存储腔内分别设有压力表，上存储腔内还设有流量计，底存储腔内设有导电滑块，导电滑块与正极材料、负极材料、外接电压形成水位计，用于监测储层水位变化；

7、信号收发器，与第一水压表、第二水压表、气压表、压力表、流量计和水位计电信连接，用于传输第一水压表、第二水压表、气压表、压力表、流量计和水位计的实时数据至中央处理器，并传输中央处理器的操作指令至注水井管路和抽水井管路；

8、中央处理器，与信号收发器电信连接，用于接收、处理上述实时数据，并发出操作指令。

9、优选的，所述注水井管路上设有双向阀门。

10、优选的，所述抽水井管路上设有单向阀门，用于控制水流从第二含水层流向储水库。

11、优选的，所述储水库还设有储水管道，且储水管道上设有双向阀门。

12、优选的，所述固定端点为绝缘体。

13、优选的，所述抽气管道的进气口为多孔结构。

14、一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的方法，包括步骤如下：

15、s1.由气压表示数得到储层内气压，由压力表、流量计示数计算渗透率，由水位计获取储层水位；

16、s2.根据储层内气压、渗透率和储层水位判断对储层的操作：注水、抽水或维持原状，并结合第一水压表或第二水压表示数调节水流速度；

17、s3.重复步骤s1和s2，从而保持储层的稳定性。

18、优选的，所述步骤s1中渗透率的计算公式为：

19、

20、式中，k为渗透率；q为流量，由流量计确定；s为流体通过多孔材料的面积；p0为大气压；p1和p2分别为上存储腔和中存储腔的压力表示数；l为流体通过多孔材料的路径长度；μ为流体动力粘度；对于本测试环境下，横截面积s、长度l、流体动力粘度μ以及大气压p0均为已知常数。

21、优选的，第一水压表和第二水压表的示数均与水流速度正相关。

22、优选的，所述步骤s2中，判断过程如下：

23、标准一：当储层(1)内气压小于含水层(3)时为负压时，进行注水；当储层(1)内气压大于含水层(3)时为正压，且正压大于某个临界时，进行抽水；

24、标准二：当渗透率小于水流经多孔材料(15)时的渗透率时，进行抽水；当渗透率大于天然气流经多孔材料(15)时的渗透率时，进行注水；当渗透率介于水流经多孔材料(15)时的渗透率和天然气流经多孔材料(15)时的渗透率时，维持原状；

25、标准三：以导电滑块(22)到达固定端点(16)为水位最高值，导电滑块(22)位于正极材料(13)和负极材料(14)最底端为水位最低值，当水位处于最高值时，进行抽水；当水位处于最低值时，进行注水；当水位处于最低值与最高值之间时，维持原状；

26、当标准一、标准二和标准三冲突时，按照标准一优先、标准二其次、标准三最后的优先级执行。

27、有益效果：本发明的非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测装置能够实现实时负压监测和渗透性测试，确保在储层开采过程中，储层压力和渗透性始终保持在最佳状态，避免负压过大或渗透性变化过大导致的开采问题。通过辅助管道上的压力表和流量计，实现了对渗透性的实时监测，为优化开采提供了数据支持。导电滑块和固定端点的设置，实现了地下水位的监测，同时保护了多孔材料不受破坏。过滤网的使用，提高了系统的耐用性和可靠性。本发明通过自动调节负压控制与渗透性管理，能够有效提高非常规油气储层的开发效率，减少资源浪费，并避免因压力失衡而导致储层的不可恢复损害。此外，本发明的集成性与智能化设计使其在实际应用中能够高效、精准地调节储层的开采参数，提升了油气开采过程中的安全性和经济性。

28、本发明提供了一种综合性、智能化的储层开采控制方案，在提高油气资源利用效率的同时，确保储层开发过程的长期稳定性与安全性。本发明可以在非常规天然气储层中实现高效的负压控制和渗透性监测，提高天然气的开采效率，同时减少对环境的影响，有助于提高能源的高效利用和可持续发展，推动非常规天然气的广泛应用。

技术特征：

1.一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，其特征在于，所述储层(1)内设有不连通的第一含水层(2)和第二含水层(3)；

2.根据权利要求1所述的一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，其特征在于，所述注水井管路(5)上设有双向阀门。

3.根据权利要求1所述的一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，其特征在于，所述抽水井管路(6)上设有单向阀门，用于控制水流从第二含水层(3)流向储水库(4)。

4.根据权利要求1所述的一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，其特征在于，所述储水库(4)还设有储水管道(23)，且储水管道(23)上设有双向阀门。

5.根据权利要求1所述的一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，其特征在于，所述固定端点(16)为绝缘体。

6.根据权利要求1所述的一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置，其特征在于，所述抽气管道(9)的进气口为多孔结构。

7.利用权利要求1～6任一项所述装置进行非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的方法，其特征在于，包括步骤如下：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中渗透率的计算公式为：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，第一水压表(7)和第二水压表(8)的示数均与水流速度正相关。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，判断过程如下：

技术总结
本发明公开了一种用于非常规天然气储层的负压控制与渗透性监测的装置及方法，装置包括：储水库，设有注水井管路和抽水井管路，注水井管路上设有第一水压表，抽水井管路上设有第二水压表；抽气管道，设有气压表，用于监测抽气过程的压力变化；辅助管道，内部：沿长度方向两侧分别设有正负极材料，且顶端设有外接电压；自上而下依次设有多孔材料和固定端点，将辅助管道内部划分为上存储腔、中存储腔和底存储腔，上存储腔和中存储腔内分别设有压力表，上存储腔还设有流量计，底存储腔内设有导电滑块，用于监测储层水位变化；信号收发器和中央处理器。本发明可以精准控制负压，避免渗透性监测滞后，可以在储层开采过程中实时调节压力和渗透性。

技术研发人员：尚晓吉,张志镇,翟成,孙锐,高峰,刘卫群
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/4/14