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原文传递一种动态监测煤储层敏感性和排采控制模拟试验方法

专利名称：	一种动态监测煤储层敏感性和排采控制模拟试验方法
摘要：	本发明公开了一种动态监测煤储层敏感性和排采控制模拟试验方法，主要包括Ⅰ煤样装载、管路冲洗和系统抽真空、Ⅱ煤样初始渗透率测试、Ⅲ煤储层水敏模拟试验、Ⅳ煤储层速敏性模拟试验、Ⅴ煤储层贾敏模拟试验、Ⅵ煤储层应力敏感性试验、Ⅶ煤储层三敏(速敏、贾敏、应力敏感)的耦合模拟试验、Ⅷ煤储层化学敏感性(酸敏或碱性)模拟试验等步骤。本试验方法能通过实时动态监测原位煤层气排采时煤储层产生敏感性过程中的渗透率变化，并实现煤层气井排采的有效管控，可控程度高，易于安装、安全可靠。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	安徽理工大学
发明人：	刘会虎
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910745297.7
公开号：	CN110456023A
代理机构：	合肥东信智谷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	凌云
分类号：	G01N33/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	232000安徽省淮南市田家庵区
主权项：	1.一种动态监测煤储层敏感性和排采控制模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤： Ⅰ煤样装载、管路冲洗和系统抽真空 a煤样装载：将制备好的煤柱样品装入到样品装载腔中，旋紧两端的旋紧塞，按照附图说明中图1所示组装试验系统的各个器件，组装完毕，并做好接口的密封； b管路冲洗：高压气瓶中承装气，设三通阀控制液体出口的部分为下控制阀、控制气体出口的部分为上控制阀；关闭出口控制阀，关闭气体控制阀，关闭第二气液控制阀，关闭三通阀的下控制阀，依次打开第一气液控制阀、第三气液控制阀、三通阀的上控制阀、单向气体控制阀，最后打开气体控制阀，利用高压气瓶中的He气对整个管路进行冲冼，待He气冲满整个管路时(以进口压力计和出口压力计读数一致及气体收集装置中出现排水作为判别依据)，依次关闭单向气体控制阀、三通阀的上控制阀、第三气液控制阀、第一气液控制阀、气体控制阀，管路冲洗完毕； c系统抽真空：打开第一气液控制阀、第三气液控制阀、三通阀中的上控制阀，最后打开第二气液控制阀并同时启动真空泵给试验系统管线通道抽真空，待进口压力计和出口压力计读数均显示为0时，关闭第一气液控制阀、气液控制阀、三通阀的上控制阀，最后关闭第二气液控制阀并同时停止运行真空泵，抽真空完毕； Ⅱ煤样初始渗透率测试高压容器内盛放硅油，打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、第三气液控制阀及三通阀的下控制阀，启动高压驱替泵和恒流泵，将硅油送入样品装载腔内，等装载在样品装载腔内的煤柱样品的硅油完全饱和(以下控制阀相连的排液管有硅油流入量筒为判别依据)时打开气体控制阀和单向气体控制阀，采用He气驱替管路中硅油；待试验系统稳定时记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；重复试验数次，试验完毕关闭所有控制阀并停止高压驱替泵和恒流泵；根据达西定律计算煤柱样品的平均初始渗透率； Ⅲ煤储层水敏模拟试验在完成煤样的初始渗透率测试后，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作，排净管路中硅油；高压容器内盛放去离子水，依次打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、第三气液控制阀、三通阀的下控制阀，启动高压驱替泵和恒流泵，驱替去离子水使进入到样品装载腔内的煤柱样品中，并达到完全饱和(以与下控制阀相连的排液管有水流入量筒为判别依据)；此后，打开气体控制阀和单向气体控制阀，采用He气驱替管路中去离子水；待试验系统稳定时记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；关闭所有控制阀并停止高压驱替泵和恒流泵；改变气体流量，重复实验数次；根据达西定律计算不同气体流量条件(气相流体压力条件下)煤柱样品发生水敏后的渗透率，结合煤样初始渗透率并依据国标评价煤储层水敏伤害程度； Ⅳ煤储层速敏性模拟试验在完成煤储层水敏模拟试验后，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作，排净管路中去离子水，高压容器中盛放含固相地层水；依次打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、第三气液控制阀、三通阀的下控制阀，启动高压驱替泵和恒流泵，驱替含固相地层水进入到样品装载腔内的煤柱样品中，并达到完全饱和(以与下控制阀相连的排液管有水流入量筒为判别依据)；此后，打开气体控制阀和单向气体控制阀，采用He气驱替管路中含固相地层水；动态记录固相物质在煤样中产生速敏效应过程中的进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；关闭所有控制阀并停止高压驱替泵和恒流泵；改变气体流量，重复实验数次，观测记录速敏效应形成及打破过程中气液流量、进出口压力，根据达西定律计算不同气体流量条件(气相流体压力条件下)煤柱样品产生速敏过程及速敏消失过程的渗透率，结合发生水敏后的煤样渗透率，并依据国标评价煤储层速敏伤害程度，分析速敏发生及消失的排采发生条件控制条件；注意事项：整个试验过程中，驱替的He气不能进入到样品装载腔内的煤柱样品中；为了方便观察气柱，驱替管线通道采用透明可视化通道，进而可从可视化的驱替管线通道中的气柱进行判别，防止He气进入到样品装载腔内的煤柱样品中。 Ⅴ煤储层贾敏模拟试验在完成煤储层速敏模拟试验后，打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、第三气液控制阀、三通阀的下控制阀，并启动高压驱替泵和恒流泵驱替去离子水冲洗管路，待管路流入量筒的水变清澈时，记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；之后打开三通阀的上控制阀、单向气体控制阀、气体控制阀，通过调节高压驱替泵功率大小、进口控制阀开口大小、出口控制阀开口大小及气体控制阀大小控制气液流量大小，观测气柱在管路中流动情况，记录气柱在管路中正常流动至不流动(煤柱样品产生贾敏)时进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；改变气体流量，观测记录气柱在管路中从不流动到正常流动时进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；试验完毕关闭所有控制阀并停止高压驱替泵和恒流泵，根据达西定律计算不同气体流量条件(气相流体压力不同条件下)煤柱样品产生贾敏过程及贾敏消失过程的渗透率，结合煤柱样品发生速敏后的煤渗透率，并依据国标评价煤储层贾敏伤害程度，分析贾敏发生及消失的排采发生条件控制条件,； Ⅵ煤储层应力敏感性试验取备用煤柱样品，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作；打开围压流体控制阀并启动围压泵，并打开气体控制阀、第三气液控制阀、三通阀的上控制阀、单向气体控制阀，记录围压控制器监测到围压变化(从0到最高恒定围压)过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；通过围压出口逐渐排放围压流体调节围压，观测记录回压过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；重复围压增加与回压试验过程，并记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；改变气体流量，重复整个试验过程，并记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，试验完毕关闭所有控制阀并停止运行围压泵，根据达西定律计算煤柱样品在不同应力条件下应力敏感发生过程(围压增加和回压)中的渗透率，计算不同气体流量条件(气相流体压力不同条件下)煤柱样品产生应力敏感性时的渗透率，结合煤样的初始渗透率，并依据国标评价煤储层贾敏伤害程度，分析应力敏感从发生、增强及回压降低过程中的排采发生条件控制条件； Ⅶ煤储层三敏(速敏、贾敏、应力敏感)的耦合模拟试验 ①煤储层速敏与贾敏耦合模拟试验取备用煤柱样品，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作；打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、并启动高压驱替泵和恒流泵，驱替含固相地层水进入到样品装载腔内的煤柱样品中，待含固相地层水完全饱和(以与下控制阀相连的排液管有水流入量筒为判别依据)；打开气体控制阀，驱替He气进入样品装载腔内的煤柱样品中，观测记录煤柱样品中发生两次堵塞(首次为速敏产生的固相物质堵塞，后为贾敏效应产生的气柱堵塞)过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；加大气体流量，观测煤柱样品中流体流动改善情况，并记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；试验完毕关闭所有控制阀，根据达西定律计算煤柱样品在发生速敏和贾敏耦合伤害时的渗透率，计算不同气体流量条件(气相流体压力条件下)煤柱样品产生速敏和贾敏时的渗透率，结合煤样初始渗透率，并依据国标评价煤储层敏感伤害程度，分析速敏和贾敏形成及减弱过程中的排采发生条件控制条件； ②煤储层速敏与应力敏感耦合模拟试验取备用煤柱样品，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作；打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、并启动高压驱替泵和恒流泵，驱替含固相地层水进入到样品装载腔内的煤柱样品中，待水完全饱和(以与下控制阀相连的排液管有水流入量筒为判别依据)；打开围压流体控制阀并启动围压泵，并打开气体控制阀、第三气液控制阀、三通阀的上控制阀、单向气体控制阀，记录围压增加背景下(从0到最高恒定围压)含固相地层水在煤柱样品中发生速敏过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；等围压达到最高恒定围压后逐步降低围压，并记录回压过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，试验完毕关闭所有控制阀并停止运行高压驱替泵、围压泵，改变含固相地层水流量，重复整个试验过程，并记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，根据达西定律计算煤柱样品在应力敏感发生过程(围压增加和回压)和速敏产生过程中的渗透率，计算不同含固相地层水流量条件(流体压力条件下)煤柱样品产生应力敏感和速敏耦合伤害时的渗透率，并依据国标评价煤储层敏感性伤害程度，分析应力敏感和速敏耦合伤害过程中的排采发生条件控制条件； ③煤储层贾敏与应力敏感耦合模拟试验取备用煤柱样品，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作；打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、并启动高压驱替泵和恒流泵，驱替去离子水进入到样品装载腔内的煤柱样品中，待煤柱样品中水完全饱和(以与下控制阀相连的排液管有水流入量筒为判别依据)，关闭进口控制阀、出口控制阀，并停止高压驱替泵和恒流泵；打开围压流体控制阀并启动围压泵，并打开气体控制阀、第三气液控制阀、三通阀的上控制阀、单向气体控制阀，记录围压增加背景下(从0到最高恒定围压，最高恒定围压为预先设定数值)煤柱样品中发生贾敏过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；保持围压恒定加大气体流量，观测记录贾敏消失过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；此后将最高恒定围压逐步回调，并记录回压过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，改变最高恒压条件，重复整个试验过程，并记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，试验完毕关闭所有控制阀并停止运行围压泵，根据达西定律计算煤柱样品在应力敏感发生过程(围压增加和回压)和贾敏产生过程中的渗透率，计算不同气体流量条件(气相流体压力条件下)、不同围压下煤样产生应力敏感性速敏耦合伤害时的渗透率，并依据国标评价煤储层敏感性伤害程度，分析应力敏感和速敏耦合伤害过程中的排采发生条件控制条件； ④煤储层速敏、贾敏与应力敏感耦合模拟试验取备用煤柱样品，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作；打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、并启动高压驱替泵和恒流泵，驱替含固相地层水进入到样品装载腔内的煤柱样品中，待煤柱样品中水完全饱和(以与下控制阀相连的排液管有水流入量筒为判别依据)；打开围压流体控制阀并启动围压泵，并打开气体控制阀、第三气液控制阀、三通阀的上控制阀、单向气体控制阀，记录围压增加背景下(从0到最高恒定围压)煤柱样品中先后发生速敏、贾敏过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；保持围压恒定加大气体流量，观测记录贾敏消失及速敏减弱过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数；此后将最高恒定围压逐步回调，并记录回压过程中进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，改变最高恒压条件，重复整个试验过程，并记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数。试验完毕关闭所有控制阀并停止运行高压驱替泵和恒流泵和围压泵，根据达西定律计算煤柱样品在应力敏感发生过程(围压增加和回压)和速敏、贾敏产生过程中的渗透率，计算不同气体流量条件(气相流体压力条件下)、不同围压下煤柱样品产生应力敏感性、速敏及贾敏耦合伤害时的渗透率，并依据国标评价煤储层敏感性伤害程度，分析应力敏感性、速敏和贾敏耦合伤害过程中的排采发生条件控制条件； Ⅷ煤储层化学敏感性(酸敏或碱性)模拟试验取备用煤柱样品，重复Ⅰ中煤样装载、管路冲洗和系统抽真空操作；打开进口控制阀、出口控制阀、第一气液控制阀、第三气液控制阀及三通阀的下控制阀，并启动高压驱替泵和恒流泵，驱替酸液或碱液进入到样品装载腔内的煤柱样品中，使煤柱样品达到饱和状态(以与下控制阀相连的排液管有酸液或碱液流入量筒为判别依据)，持续驱替待系统稳定(进口压力计和出口压力计读数稳定)，记录进口气液流量计、进口压力计、出口压力计、出口气液流量计的读数，试验完毕关闭所有控制阀并停止运行高压驱替泵和恒流泵，根据达西定律计算煤柱样品在酸敏(或者碱性)发生过程煤样的渗透率，并依据国标评价煤储层的酸敏或碱性伤害程度。 2.一种用于如权利要求1所述模拟试验方法的模拟实验系统，其特征在于，包括：样品装载、围压加载及压力测量模块，用于装载试验用样品、试验过程中对试验样品施加围压以及测量记录试验过程中的压力数据；气液流体驱替注入模块，和样品装载、围压加载及压力测量模块连接，用于试验管路冲洗、试验系统抽真空以及将试验用气液流体注入样品装载、围压加载及压力测量模块内；气液收集及测量模块，和样品装载、围压加载及压力测量模块连接，用于收集样品装载、围压加载及压力测量模块中流出的气体和液体，并测量所收集的气体和液体量。 3.根据权利要求2所述的一种模拟试验系统，其特征在于：所述样品装载、围压加载及压力测量模块包括夹持器筒体和胶筒；所述夹持器筒体和胶筒都为圆筒状，且所述胶筒同轴设置于夹持器筒体内部；所述胶筒的内腔为样品装载腔；所述胶筒的内壁安装有压力传感器；所述样品装载腔的两端口处都安装有旋紧塞，用于密封样品装载腔；其中一个所述旋紧塞上安装有驱替管线通道，另一个所述旋紧塞上安装有出口管路；所述驱替管线通道上安装有进口压力计和进口气液流量计；所述出口管路上安装有出口压力计和出口气液流量计；所述胶筒的侧壁上安装有承压套筒；所述承压套筒和胶筒同轴设置；所述承压套筒和胶筒之间形成环形承压腔；所述环形承压腔上设置围压进口和围压出口；所述围压进口上安装有围压进口管；所述围压进口管上安装有围压泵和围压流体控制阀；所述夹持器筒体上安装有围压控制器；所述压力传感器、围压泵以及围压流体控制阀都和围压控制器电连接。 4.根据权利要求3所述的一种模拟试验系统，其特征在于：所述气液流体驱替注入模块包括高压驱替泵、高压容器、恒流泵以及高压气瓶；所述高压容器为四个且并联设置；四个所述高压容器上都安装有高压进口管和高压出口管；所述高压进口管上设置进口控制阀；所述高压出口管上设置出口控制阀；所述高压进口管远离高压容器的一端和高压驱替泵连接；所述高压出口管远离高压容器的一端和恒流泵进口连接；所述驱替管线通道远离旋紧塞的一端和恒流泵出口连接；所述高压气瓶安装在驱替管线通道上；所述高压气瓶上安装有气体控制阀；所述驱替管线通道上还安装有真空泵；所述真空泵位于高压气瓶和旋紧塞之间。 5.根据权利要求4所述的一种模拟试验系统，其特征在于：所述气液收集及测量模块包括三通阀、量筒和气体收集装置；所述三通阀安装在出口管路远离旋紧塞的一端；所述三通阀上安装有排液管和排气管；所述排液管伸入至量筒内；所述排气管伸入至气体收集装置内；所述的排气管上安装有单向气体控制阀。 6.根据权利要求5所述的一种模拟试验系统，其特征在于：所述驱替管线通道上安装有第一气液控制阀；所述第一气液控制阀位于恒流泵和高压气瓶之间；所述真空泵上安装有第二气液控制阀；所述出口管路上安装有第三气液控制阀。 7.根据权利要求2-6任一项所述的一种模拟试验系统，其特征在于：所述模拟试验系统还包括计时模块；所述计时模块单独设置，用于在试验时定时计时；所述计时模块为计时器。 8.根据权利要求5所述的一种模拟试验系统，其特征在于：所述气体收集装置为排水集气装置。
所属类别：	发明专利