模擬底水氣藏氣井底水錐進可視化測試裝置及方法與流程

本發明屬于油氣開采技術領域，具體涉及一種在高溫高壓下，模擬底水氣藏直井、水平井底水錐進形成條件，用于指導底水氣藏合理、高效開采的底水氣藏氣井底水錐進形成條件可視化測試裝置及方法。

背景技術：

底水驅氣藏是氣藏類型中最多的一種，隨著國內外勘探開發技術的發展，對底水驅氣藏開發過程中改善開發效果以及提高采收率技術要求也越來越高。而在底水氣藏開發過程中，如何充分利用水體能量，防止因過大的生產壓差導致底水錐進發生水竄，延長無水生產期以及提高氣藏采收率已成為這類氣藏開發的一個重要現實問題。

在底水氣藏開發中，一般認為當天然氣井產量過大，氣體流速增加，氣井井底壓力梯度大于氣水重力差和毛管力時，就會導致氣井井底的底水發生錐進現象(一般直井成為水錐，水平氣井稱為水脊)，導致氣井產水量迅速增加，氣井產能急劇降低乃至停噴。對于底水驅氣藏水錐形成臨界條件的研究，國內外目前主要是采取經驗公式計算或數值模擬計算方法來指導氣井的實際生產；對于水錐形成機理及影響因素，主要集中在油藏開發中比較多，通過調研發現：目前國內外對高溫高壓條件下，氣井直井、水平井底水錐進的可視化定性和定量實驗研究甚少，以開展的實驗無法滿足地層高溫高壓可視化的條件，從而無法真實還原實際生產情況。

上述論述內容目的在于向讀者介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發明的各個方面相關的技術的各個方面，相信該論述內容有助于為讀者提供背景信息，以有利于更好地理解本發明的各個方面，因此，應了解是以這個角度來閱讀這些論述，而不是承認現有技術。

技術實現要素：

本發明的目的在于避免現有技術中的不足而提供一種模擬底水氣藏氣井底水錐進可視化測試裝置及方法，適用于實際生產條件的高溫高壓可視化底水氣藏開發過程中不同井型的底水錐進條件和機理實驗模型，并結合相似原理， 獲得底水氣藏不同井型臨界水錐形成壓力梯度條件，以及水錐形成的影響因素敏感性分析，從而為氣井配產和生產調整提供技術支持。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

提供一種模擬底水氣藏氣井底水錐進可視化測試裝置，包括水錐模型、地層水中間容器、天然氣中間容器、高壓驅替泵，所述水錐模型包括內部形成封閉腔室的水錐模型外殼，水錐模型外殼上設置有填砂孔及蓋在填砂孔上的填砂孔蓋，水錐模型外殼內設置有模擬井，水錐模型外殼的一側設置有觀察窗，水錐模型外殼底部設置有進樣口，水錐模型外殼的頂部設置有與模擬井的井口連通的頂部出口，所述高壓驅替泵的出口連接地層水中間容器和天然氣中間容器的入口壓力端，地層水中間容器和天然氣中間容器的出口通過管線與進樣口連接，所述頂部出口經回壓閥連接氣液分離裝置，氣液分離裝置的氣體出口連接至氣量計。

其中，還包括氮氣中間容器、高壓回壓泵，所述高壓回壓泵的出口連接氮氣中間容器的入口壓力端，氮氣中間容器的出口通過管線與回壓閥連接。

其中，所述地層水中間容器和天然氣中間容器出口連接的管線上設置有閥門。

其中，所述水錐模型、地層水中間容器、天然氣中間容器、管線、回壓閥、氣液分離裝置設置于恒溫空氣浴中。

本發明還提供一種利用如上所述的可視化測試裝置進行底水氣藏直井水錐形成條件及機理可視化實驗測試的方法，包括如下步驟：

①、水錐模型洗凈、吹干，按設計要求安裝好模擬直井，按照孔隙度與滲透率設計要求填制石英砂，并測試填制好石英砂后水錐模型內的孔隙度、滲透率參數；

②、連接好測試裝置，模型升溫，抽真空；

③、從水錐模型底部進樣口分別飽和天然氣和地層水，模擬氣藏氣層和底水位置及溫度、壓力條件，建立模擬井井底附近區域氣藏條件；

④、模擬氣藏開發過程中氣井衰竭采出、底水能量補給過程，其中天然氣衰竭速度由出口端回壓閥壓降速度控制，入口端底水侵入速度由高壓驅替泵控制；

⑤、出口端開展不同生產制度條件下直井底水錐進實驗測試；圖片或視頻拍攝觀察窗內底水錐進過程，同時記錄底水錐進時間、含水率、停噴時間、氣體采出量等參數；

⑥、氣井水淹后，實驗結束，放空壓力，清洗實驗裝置。

本發明還提供一種利用如上所述的可視化測試裝置進行底水氣藏直井水錐形成條件影響因素敏感實驗測試的方法，包括如下步驟：

①、水錐模型洗凈、吹干，按設計要求安裝好模擬直井，按照孔隙度與滲透率設計要求填制石英砂，并測試填制好石英砂后水錐模型內的孔隙度、滲透率參數；

②、連接好測試裝置，模型升溫，抽真空；

③、從水錐模型底部進樣口分別飽和天然氣和地層水，模擬氣藏氣層和底水位置及溫度、壓力條件，建立模擬井井底附近區域氣藏條件；

④、模擬氣藏開發過程中氣井衰竭采出、底水能量補給過程，其中天然氣衰竭速度由出口端回壓閥壓降速度控制，入口端底水侵入速度由高壓驅替泵控制，通過改變天然氣衰竭速度、水體//度差和模型填砂非均質性來實現參數敏感對水錐形成條件和機理的影響；

⑤、出口端開展不同生產制度條件下直井底水錐進實驗測試；圖片或視頻拍攝觀察窗內底水錐進過程，同時記錄底水錐進時間、含水率、停噴時間、氣體采出量等參數；

⑥、氣井水淹后，實驗結束，放空壓力，清洗實驗裝置。

本發明還提供一種利用如上所述的可視化測試裝置進行底水氣藏水平井水錐形成條件及機理可視化實驗測試的方法，包括如下步驟：

①、水錐模型洗凈、吹干，按設計要求安裝好模擬水平井，按照孔隙度與滲透率設計要求填制石英砂，并測試填制好石英砂后水錐模型內的孔隙度、滲透率參數；

②、連接好測試裝置，模型升溫，抽真空；

③、從水錐模型底部進樣口分別飽和天然氣和地層水，模擬氣藏氣層和底水位置及溫度、壓力條件，建立模擬井井底附近區域氣藏條件；

④、模擬氣藏開發過程中氣井衰竭采出、底水能量補給過程，其中天然氣 衰竭速度由出口端回壓閥壓降速度控制，入口端底水侵入速度由高壓驅替泵控制；

⑤、出口端開展不同生產制度條件下水平井底水錐進實驗測試；圖片或視頻拍攝觀察窗內底水錐進過程，同時記錄底水錐進時間、含水率、停噴時間、氣體采出量等參數；

⑥、氣井水淹后，實驗結束，放空壓力，清洗實驗裝置。

本發明還提供一種利用如上所述的可視化測試裝置進行底水氣藏水平井水錐形成條件影響因素敏感實驗測試的方法，包括如下步驟：

①、水錐模型洗凈、吹干，按設計要求安裝好模擬水平井，按照孔隙度與滲透率設計要求填制石英砂，并測試填制好石英砂后水錐模型內的孔隙度、滲透率參數；

②、連接好測試裝置，模型升溫，抽真空；

③、從水錐模型底部進樣口分別飽和天然氣和地層水，模擬氣藏氣層和底水位置及溫度、壓力條件，建立模擬井井底附近區域氣藏條件；

④、模擬氣藏開發過程中氣井衰竭采出、底水能量補給過程，其中天然氣衰竭速度由出口端回壓閥壓降速度控制，入口端底水侵入速度由高壓驅替泵控制，通過改變天然氣衰竭速度、水體//度差和模型填砂非均質性來實現參數敏感對水錐形成條件和機理的影響；

⑤、出口端開展不同生產制度條件下水平井底水錐進實驗測試；圖片或視頻拍攝觀察窗內底水錐進過程，同時記錄底水錐進時間、含水率、停噴時間、氣體采出量等參數；

⑥、氣井水淹后，實驗結束，放空壓力，清洗實驗裝置。

本發明通過模擬高溫高壓氣井水錐形成條件可視化測試裝置的研制及水錐形成實驗測試方法的設計，可滿足高溫高壓條件下底水氣藏直井、水平井水錐形成臨界條件及影響因素敏感性室內實驗測試，達到水錐形成條件機理定性和定量化的目的，為提高底水氣藏開發效果奠定了基礎。本發明的有益效果具體如下：

1)本發明測定裝置，原理可靠，結構簡單，精確度高，利用該裝置可定性和定量測定底水驅氣藏水錐形成臨界條件；

2)應用研制的可視化耐溫壓物理模型，能更準確的模擬實際地層溫度壓力環境，更具借鑒意義；

3)實驗能達到的最高溫度壓力10MPa，最高溫度100℃(可根據要求定制更高的溫度、壓力條件)，可滿足地層溫度、壓力條件。

4)能填補目前國內外高溫高壓條件下底水氣藏氣井水錐機理室內實驗空白。

附圖說明

利用附圖對本發明作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本發明的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是底水氣藏氣井底水錐進形成條件可視化測試裝置的結構示意圖。

圖2是水錐模型的縱向剖視圖。

圖3是水錐模型的側視部分剖視圖。

具體實施方式

為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述，需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1至圖3所示，本發明所述的提供一種底水氣藏氣井底水錐進形成條件可視化測試裝置，包括水錐模型11、地層水中間容器1、天然氣中間容器2、高壓驅替泵10、氮氣中間容器9、高壓回壓泵12。所述水錐模型11包括內部形成封閉腔室的水錐模型外殼110，水錐模型外殼110上設置有填砂孔及蓋在填砂孔上的填砂孔蓋111，水錐模型外殼110內設置有模擬井112，水錐模型外殼110的一側設置有觀察窗113，水錐模型外殼110底部設置有進樣口114，水錐模型外殼110的頂部設置有與模擬井112的井口連通的頂部出口115，水錐模型必須滿足三個重要功能：耐溫壓；高強度可視化玻璃觀察窗。所述高壓驅替泵10的出口連接地層水中間容器1和天然氣中間容器2的入口壓力端，地層水中間容器1和天然氣中間容器2的出口通過管線4與進樣口114連接，地層水中間容器1和天然氣中間容器2分別用于儲存注入地層水和天然氣；所述地層水中間容器1和天然氣中間容器2出口連接的管線4上設置有閥門3， 高壓驅替泵10用于控制入口壓力。所述頂部出口115經回壓閥6連接氣液分離裝置7，氣液分離裝置7的氣體出口連接至氣量計8，回壓閥6用于控制產出速度，氣量計8用來計量產出氣體。所述高壓回壓泵12的出口連接氮氣中間容器9的入口壓力端，氮氣中間容器9的出口通過管線與回壓閥6連接，高壓回壓泵12用于控制回壓。所述水錐模型11、地層水中間容器1、天然氣中間容器2、管線4、回壓閥6、氣液分離裝置7設置于恒溫空氣浴5中，恒溫空氣浴5可對設置于其內的部件進行加熱并恒溫。

本實驗將分為三組進行，通過對比分析該評價方法的可行性。

第一組：底水氣藏直井水錐形成條件及機理可視化實驗測試

①、水錐模型洗凈、吹干，按設計要求安裝好模擬直井，按照孔隙度與滲透率設計要求填制石英砂，并測試填制好石英砂后水錐模型內的孔隙度、滲透率參數；

②、連接好測試裝置，通過恒溫空氣浴使模型升溫，并抽真空；

③、從水錐模型底部進樣口分別飽和天然氣和地層水，模擬氣藏氣層和底水位置及溫度、壓力條件，建立模擬井井底附近區域氣藏條件；

④、模擬氣藏開發過程中氣井衰竭采出、底水能量補給過程，其中天然氣衰竭速度由出口端回壓閥壓降速度控制，入口端底水侵入速度由高壓驅替泵控制；

⑤、出口端開展不同生產制度條件下直井底水錐進實驗測試；圖片或視頻拍攝觀察窗內底水錐進過程，同時記錄底水錐進時間、含水率、停噴時間、氣體采出量等參數；

⑥、氣井水淹后，實驗結束，放空壓力，清洗實驗裝置。

第二組：底水氣藏水錐形成條件影響因素敏感實驗測試

實驗測試流程同第一組實驗流程①～⑥，通過改變步驟④中天然氣衰竭速度、水體能量補充速度及不同井底及氣水界面高度差和模型填砂非均質性來實現參數敏感對水錐形成條件和機理的影響；

第三組：底水氣藏水平井水錐形成條件及機理可視化實驗測試

將一組實驗模型中的模擬直井改為模擬水平井，其余同第一組實驗流程①～⑥，也通過改變步驟④中天然氣衰竭速度、水體能量補充速度及不同井底及 氣水界面高度差和模型填砂非均質性來實現參數敏感對水平井水錐形成條件和機理的影響。

上面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是，本發明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，不能理解為對本發明保護范圍的限制。

總之，本發明雖然列舉了上述優選實施方式，但是應該說明，雖然本領域的技術人員可以進行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發明的范圍，否則都應該包括在本發明的保護范圍內。