页岩气控放压生产的模拟实验装置及评价方法与流程

本发明涉及页岩气勘探开发领域，尤其涉及一种页岩气控放压生产的模拟实验装置及评价方法。

背景技术：

我国页岩气开发处于规模上产的重要阶段，其规模效益开发对提高我国油气保障能力具有非常重要的意义。由于页岩储层非常致密，必须依靠水平井和大规模体积压裂形成有效导流能力之后才能进行商业开发，经过近十年的摸索，已经形成了相对成熟的地质工程一体化技术，但是目前页岩气开发方式和生产制度上还处于探索阶段。目前气井的生产方式的选择，一部分借鉴国外的数据与资料，另一方面依靠现场经验进行探索，还未形成相对成熟的理论与技术体系。对于页岩气井来说，由于裂缝流动与基质流动共存，二者的导流能力差异非常大，导致页岩气井产量出现前期产量高，递减快，后期稳产时间长的特点，气井生产方式的选择，包括控压限产与放压放产，对气井的单井产量及最终eur有重大影响。目前的页岩气开发中，长宁-威远示范区以放压为主，昭通示范区以控压限产为主，研究认为，放压高产能够尽快获取更多产量，而控压限产可以保持较长的稳产期，但是对于各类不同的井如何优选生产方式，以及哪一种生产方式会给气井带来更多的产量，目前还没有较明确的说法，且对其机理的认识还不清楚。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种页岩气控放压生产的模拟实验装置及评价方法，通过模拟页岩气在基质岩样与裂缝岩样中的流动，从机理上评价不同生产方式对气井产量及最终eur的影响，从而可以针对不同类型的气井优选合理的生产制度，以提高单井产量和最终采出程度。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种页岩气控放压生产的模拟实验装置，包括：

岩心夹持器，其内并排设有至少一个第一岩样、至少一个第二岩样、至少一个第三岩样以及至少一个第四岩样；

微米管，连接在所述岩心夹持器的出口端；

回压阀，连接在所述微米管与所述岩心夹持器之间。

在本发明的实施方式中，所述岩心夹持器的入口端和所述岩心夹持器的出口端分别连接有质量流量计。

在本发明的实施方式中，所述岩心夹持器上设有多个测压点，各所述测压点分别对应设置在所述至少一个第一岩样的两端、所述至少一个第二岩样的两端、所述至少一个第三岩样的两端和所述至少一个第四岩样的两端，各所述测压点上均连接有压力传感器。

在本发明的实施方式中，所述第一岩样为无裂缝基质岩心，所述第二岩样为天然裂缝的岩心，所述第三岩样为人工裂缝无填充的岩心，所述第四岩样为人工裂缝支撑剂填充的岩心。

在本发明的实施方式中，所述至少一个第一岩样位于所述岩心夹持器的入口端，所述至少一个第四岩样位于所述岩心夹持器的出口端，所述至少一个第二岩样位于所述至少一个第一岩样与所述至少一个第三岩样之间。

在本发明的实施方式中，所述岩心夹持器的长度为30cm～50cm。

在本发明的实施方式中，所述岩心夹持器的入口端连接有储气容器，所述储气容器与注入泵相连。

在本发明的实施方式中，所述储气容器内填充有页岩气。

在本发明的实施方式中，所述微米管的直径为2微米～50微米。

本发明还提供一种采用如上所述的页岩气控放压生产的模拟实验装置的页岩气控放压生产的评价方法，所述评价方法包括如下步骤：

步骤s1：对置入有所述至少一个第一岩样、所述至少一个第二岩样以及所述至少一个第三岩样的所述岩心夹持器进行抽真空处理；

步骤s2：自所述岩心夹持器的入口端和所述岩心夹持器的出口端分别通入页岩气，饱和压力至设定值，在饱和一定时间后，停止向所述岩心夹持器内通入所述页岩气；

步骤s3：打开所述岩心夹持器的出口端，通过所述微米管和所述回压阀模拟控压限产和放压放产实验，实验至所述出口端不再出气为止；

步骤s4：记录所述步骤s3中，所述岩心夹持器的出口端的采出量与生产时间的曲线，根据所述至少一个第一岩样、所述至少一个第二岩样、所述至少一个第三岩样以及所述至少一个第四岩样的原始含气量和采出量，计算采出程度。

在本发明的实施方式中，还包括步骤s4：通过设置在所述岩心夹持器上多个测压点，测量所述至少一个第一岩样、所述至少一个第二岩样、所述至少一个第三岩样和所述至少一个第四岩样的内压力，记录各所述测压点的压力值与生产时间的曲线，以判断不同生产方式对不同尺度级别的孔隙结构的岩样的影响。

本发明的页岩气控放压生产的模拟实验装置及评价方法的特点及优点是：本发明针对页岩气气井控压与放压的生产方式确定缺乏理论依据的现状，通过发明一套页岩气控放压生产的模拟实验装置及评价方法，评价不同条件下控压生产方式和放压生产方式对气井产量及其采出程度的影响，为不同气井的控放压的生产制度的优化提供实验与理论依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的页岩气控放压生产的模拟实验装置的结构示意图。

图2为本发明的岩心夹持器的结构示意图。

附图标号说明：1、岩心夹持器；11、第一岩样；12、第二岩样；13、第三岩样；14、出口端；15、入口端；16、测压点；17、压力传感器；18、出口管线；19、第四岩样；2、微米管；3、回压阀；4、质量流量计；5、储气容器；6、注入泵；7、单向阀；f、围压。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

如图1和图2所示，本发明提供了一种页岩气控放压生产的模拟实验装置，包括：岩心夹持器1，其内并排设有至少一个第一岩样11、至少一个第二岩样12、至少一个第三岩样13以及至少一个第四岩样19；微米管2，连接在所述岩心夹持器1的出口端14；回压阀3，连接在所述微米管2与所述岩心夹持器1之间。

本发明针对页岩气气井控压与放压的生产方式确定缺乏理论依据的现状，通过发明一套页岩气控放压生产的模拟实验装置，评价不同条件下控压生产方式和放压生产方式对气井产量及其采出程度的影响，为不同气井的控放压的生产制度的优化提供实验与理论依据。

具体的，该岩心夹持器1为长岩心夹持器，其长度为30cm～50cm。该岩心夹持器1耐压0mpa～70mpa，耐温0℃～120℃。该岩心夹持器1上沿其长度方向设有多个测压点16，该些测压点16可深入至岩心夹持器1内的待测岩样，以便测量待测岩样的内部压力，避免常规测压点无法准确测量压力的问题。

进一步的，该岩心夹持器1上的每个测压点16上均连接有一个压力传感器17，通过压力传感器17可以获取岩心夹持器1内每个待测岩心在开采过程中的压力变化。在本实施例中，该压力传感器的量程为0mpa～70mpa，其精度能达到0.03fs％。

在本发明中，该岩心夹持器1内的待测岩样包括：从岩心夹持器1的入口端15至岩心夹持器1的出口端14依次放置的至少一个第一岩样11、至少一个第二岩样12、至少一个第三岩样13以及至少一个第四岩样19。也即，至少一个第一岩样11位于岩心夹持器1的入口端15，至少一个第四岩样19位于岩心夹持器1的出口端14，至少一个第二岩样12、至少一个第三岩样13位于至少一个第一岩样11与至少一个第四岩样19之间。

具体的，该第一岩样11、第二岩样12、第三岩样13和第四岩样19均为两个，且该第一岩样11为无裂缝基质岩心，该第二岩样12为天然裂缝的岩心，该第三岩样13为人工裂缝无填充的岩心，该第四岩样19为人工裂缝支撑剂填充的岩心，该支撑剂例如可为陶粒或石英砂等。当然，在其他的实施例中，该第一岩样11、第二岩样12、第三岩样13和第四岩样19的数量也可分别为一个或三个或其他数量，在此不做限制。在一具体实例中，两个第一岩样11、两个第二岩样12、两个第三岩样13和两个第四岩样19均采用直径为3.8cm或全直径(直径为10cm)的页岩样品。

本发明的第一岩样11、第二岩样12、第三岩样13和第四岩样19采用图2所示方式进行连接，每个第一岩样11的两端、每个第二岩样12的两端、每个第三岩样13的两端和每个第四岩样19的两端分别对应岩心夹持器1上的各测压点16，以便通过各测压点16上连接的压力传感器17来监测第一岩样11、第二岩样12、第三岩样13和第四岩样19内部的压力变化。

在本发明的实施方式中，该岩心夹持器1的入口端15连接有储气容器5，该储气容器5与注入泵6相连，在本实施例中，储气容器5中填充有页岩气。本发明为了实现对页岩气开发过程的模拟，故实验中通过注入泵6和储气容器5向岩心夹持器1内通入页岩气，该页岩气为纯度为99.99％的甲烷气，当然，根据不同的实验研究问题，也可采用其他实验气体，在此不做限制。本发明通过在岩心夹持器1内放置不同类型的待测岩样，以分别模拟页岩气在基质岩样、次级裂缝岩样和主裂缝岩样中的流动。

在本发明的实施方式中，在岩心夹持器1的出口端14连接有出口管线18，以模拟页岩气在井筒中的流动。该出口管线18中可接入不同直径的微米管2来控制页岩气的流速，以模拟井口产量控制。在本实施例中，该微米管2的直径为2微米～50微米，根据气井产量选择不同直径的微米管2，可以实现不同气体流速的控制。

进一步的，在岩心夹持器1的出口端14还连接有回压阀3，该回压阀3位于岩心夹持器1的出口端14与微米管2之间，该回压阀3用于控制自岩心夹持器1的出口端14排出的气体压力，以模拟井口压力控制，从而可模拟页岩气在基质-裂缝-井筒中的流动过程。该回压阀3可实现对岩心夹持器1的出口端14的气体压力的精确控制，其能根据气井的井口压力设定不同的回压。在本实施例中，岩心夹持器1的出口端14的压力可控制在2mpa～50mpa，出口端14产量可根据具体气井进行设置。

本发明通过连接在岩心夹持器1出口端14的回压阀3和微米管2，可精确实现出口端14压力可控，日产量实现可调，回压阀3和微米管2的配合可实现控压、放压和限产、放产的目的。

在本发明的本实施例中，该岩心夹持器1的入口端15和岩心夹持器1的出口端14分别连接有质量流量计4，该质量流量计4用于精确计量入口端15和出口端14的气体流量。

具体的，连接在岩心夹持器1的入口端15的质量流量计4位于储气容器5与入口端15之间；进一步的，在岩心夹持器1的入口端15还连接有单向阀7，该单向阀7位于质量流量计4与入口端15之间。

该页岩气控放压生产的模拟实验装置的实验过程如下：

步骤1：首先进行准备工作：需要对实验所需的第一岩样11、第二岩样12和第三岩样13进行烘干处理，并按照基质岩样、次级裂缝岩样、主裂缝岩样的顺序从岩心夹持器1的入口端15向岩心夹持器1的出口端14的方向放入岩心夹持器1中，实验温度设置为地层温度(实验用的待测岩样均取自主力储层，地层参数均为待测岩样取样深度对应的地层参数)，实验用的岩心夹持器1的围压f设置为待测岩样对应深度的上覆地层压力。

步骤2：准备工作完成后，自岩心夹持器1的入口端15和岩心夹持器1的出口端14通入页岩气，开始饱和页岩气至地层压力，持续饱和7～30天以上，然后停止向岩心夹持器1内通入页岩气；之后，在岩心夹持器1的各测压点16的压力72h不变的状态下，则饱和结束。

步骤3：打开岩心夹持器1的出口端14，开始模拟气井开采过程，采用连接在岩心夹持器1的出口端14的质量流量计4精确计量出口端14的气体流量，并通过各测压点16连接的压力传感器17精确计量各测压点16的压力，实验至出口端14不再出气或日产气量不再具有工气流时停止实验，根据待测岩样的原始含气量和采出气量来评价其开发效果。

本发明的页岩气控放压生产的模拟实验装置，可根据实验方案设计更改生产方式，包括岩心夹持器1的出口端14不限产不控压(放压)方式，或不同的限产控压方式等，以获取不同生产方式下的开发效果对比实验数据，以优选出最合理的生产方式。

在本发明的一具体实施例中，将本发明的实验装置按照图1所述方式连接好，并检查该实验装置的气密性。选择威远地区某口井龙马溪组龙一1¹小层的待测岩样六块，直径均为3.8cm，长度均为5cm左右，分别测试完各待测岩样的孔隙度和渗透率。其中两块无裂缝岩样的编号为1号和2号，两块为贯穿裂缝岩样，其内无支撑剂填充，编号分别为3号和4号，最后两块为贯穿裂缝岩样，采用陶粒填充，铺沙密度为0.5g/cm²(可根据实际气井数据进行合理调整)，编号分别为5号与6号。将烘干后的各待测岩样按照从岩心夹持器1的入口端15到其出口端14按照1号～6号的顺序依次放入岩心夹持器1，围压f加至45mpa，然后对岩心夹持器1进行抽真空处理。从岩心夹持器1的入口端15和其出口端14同时通入甲烷气，饱和压力至40mpa，饱和30天后停止向岩心夹持器1内通入甲烷气，监测各测压点16的压力，如各测压点16的压力72h无变化，则饱和结束，如压力有变化，则继续通入甲烷气饱和，直到各测压点16的压力72h不变化则饱和结束。

该岩心夹持器1的出口端14接入直径为2微米的微米管2，回压阀3设置位2mpa回压，打开出口端14，开始衰竭式开发，出口端14采用质量流量计4记录产气速率，压力传感器17记录各测压点16的压力变化。实验至出口端14不在出气结束，记录产量与生产时间的曲线，以及压力与生产时间的曲线，根据待测岩样的原始含气量和采出气量，计算采出程度。

采用同样的实验装置与待测岩样，重复步骤2和步骤3，改变生产方式，出口端14可不接微米管2和回压阀3，采用放压生产方式，计算采气量和采出程度，并与限产控压的方式做对比，优选出产量最高的生产方式。

实施方式二

如图1至图2所示，本发明还提供一种采用实施方式一所述的页岩气控放压生产的模拟实验装置的页岩气控放压生产的评价方法，该页岩气控放压生产的模拟实验装置的结构、工作原理和有益效果以在实施方式一中具体说明，在此不再赘述。该评价方法包括如下步骤：

步骤s1：对置入有所述至少一个第一岩样11、所述至少一个第二岩样12、所述至少一个第三岩样13以及所述至少一个第四岩样19的所述岩心夹持器1进行抽真空处理；

步骤s2：自所述岩心夹持器1的入口端15和所述岩心夹持器1的出口端14分别通入页岩气，饱和压力至设定值，在饱和一定时间后，停止向所述岩心夹持器1内通入所述页岩气；

步骤s3：打开所述岩心夹持器1的出口端14，通过所述微米管2和所述回压阀3模拟控压限产和放压放产实验，实验至所述出口端14不再出气为止；

步骤s4：记录所述步骤s3中，所述岩心夹持器1的出口端14的采出量与生产时间的曲线，根据所述至少一个第一岩样11、所述至少一个第二岩样12、所述至少一个第三岩样13以及所述至少一个第四岩样19的原始含气量和采出量，计算采出程度。

其中，er为采出程度；v0为原始含气量，ml；v1为采出量，ml。

在本发明的实施例中，该评价方法还包括步骤s4：通过设置在岩心夹持器1上多个测压点16，测量至少一个第一岩样11、至少一个第二岩样12、至少一个第三岩样13和至少一个第四岩样19的内压力，记录各测压点16的压力值与生产时间的曲线，以判断不同生产方式对不同尺度级别的孔隙结构的岩样的影响。

本发明的页岩气控放压生产的评价方法，评价不同条件下控压生产方式和放压生产方式对气井产量及其采出程度的影响，为不同气井的控放压的生产制度的优化提供实验与理论依据。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。