阅读说明：本技术 一种模拟气藏边底水侵入的模型以及求取水侵系数的方法 (Model for simulating gas reservoir edge and bottom water invasion and method for calculating water invasion coefficient ) 是由 张继成 包智魁 卢光夫 冯诗淼 李清清 范佳乐 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：一种模拟气藏边底水侵入的模型以及求取水侵系数的方法。主要解决在实验室中模拟边底水气藏模型注入水的流动速度和分布会存在差异,且岩石尺寸固定、密封要求高的不完善的问题。该模型由平板岩心、上盖板、下凹槽及可伸缩式支点组成；平板岩心四周及底部采用高渗透岩心包围,模拟真实地层边底水侵入；上盖板布置有多组出气孔与岩心接触且利用橡胶作为密封；下凹槽四周及底部布置有可伸缩式支点,协助上盖板满足密封性的同时适用于模拟不同边缘形状的储层；可伸缩式支点侧面设有出水孔,通过管线连接高压泵组,利用高压泵组保持压力恒定模拟无限大地层水体或降低压力模拟有限地层水体。(A model for simulating the invasion of water at the bottom of gas reservoir and a method for calculating the water invasion coefficient are disclosed. The method mainly solves the problems that the flow speed and the distribution of injected water of a simulated edge-bottom water gas reservoir model in a laboratory can be different, and the rock size is fixed and the sealing requirement is high. The model consists of a flat rock core, an upper cover plate, a lower groove and a telescopic fulcrum; surrounding the periphery and the bottom of the flat rock core by adopting a high-permeability rock core, and simulating the invasion of water at the bottom of the edge of a real stratum; the upper cover plate is provided with a plurality of groups of air outlet holes which are contacted with the rock core and sealed by rubber; telescopic supporting points are arranged at the periphery and the bottom of the lower groove to assist the upper cover plate to meet the sealing property and simultaneously be suitable for simulating reservoir layers with different edge shapes; the side surface of the telescopic fulcrum is provided with a water outlet hole, the telescopic fulcrum is connected with a high-pressure pump set through a pipeline, and the high-pressure pump set is used for keeping the pressure constant to simulate infinite stratum water bodies or reducing the pressure to simulate limited stratum water bodies.)

一种模拟气藏边底水侵入的模型以及求取水侵系数的方法

技术领域：

本发明涉及一种应用于石油工程领域中用来模拟气藏边底水侵入的新模型以及求取水侵系数的方法。

背景技术：

在边底水活跃的气藏开发过程中，边底水侵入会直接影响气田的生产，导致气井含水率上升快、采收率降低、制约着气藏的高效开发，所以深入研究边底水侵入机理以及找到一种研究气藏边底水侵入开发过程的方法，求取水侵系数，对指导气藏生产有着重要意义。目前实验室中对于气藏边底水侵入模型的模拟采用在岩心边缘布置注水井或装置侧面布孔模拟边水驱。此种方法受到岩心非均质性的影响，注入水的流动速度和分布会存在差异，且岩石尺寸固定、密封要求高，仿真模拟不真实。

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为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种模拟气藏边底水侵入的新模型以及求取水侵系数的方法，利用该方法，可在实验室中实现求取水侵系数，确定边底水大小。

本发明的技术方案是：本种包括平板岩心、上盖板、下凹槽以及可伸缩式支点。

其中，所述平板岩心长、宽为20cm，高为15cm，四周及底部采用高渗透岩心包围；平板岩心放置在1块上盖板和1块下凹槽中，其中上盖板的长、宽为 39cm，高为2cm，下凹槽的长、宽为39cm，高为27cm，壁厚2cm；4块侧面高渗透岩心长25cm、宽5cm、高15cm，1块底部高渗透岩心长、宽为30cm，高为5cm；上板开设4个螺纹接口，采气接头连接在螺纹接口上，采气接头下端与平板岩心上端接触，从而实现采气开发过程；下凹槽前面开设10个螺纹接口，将可伸缩式支点拆分为主体和进水接头两部分，所述主体部分放在下凹槽内部，进水接头放在下凹槽外部，对准螺纹接口后旋转连接，用于固定岩心。利用上盖板和下凹槽将人造岩心密封，利用螺丝穿过上夹持板、下夹持板的上、下板螺纹接口，配合螺母对上盖板和下凹槽进行固定以实现加压密封。

利用所述模型求取水侵系数的方法如下：

第一步，对模型进行组装，组装后的岩心与下凹槽之间，留有5cm的间隙，间隙中的水用于消除边缘布置注水井或装置侧面布孔注水时水流动速度和分布存在的差异；

第二步，密封所述的模型中的岩心，并按照预先确定的接线图连接各管线，每组管线连接所述模型一个侧面的可伸缩式支点；连接后，分流盒通过连接管线连接平衡瓶，注入气罐通过连接管线与平衡瓶连接，平流泵通过连接管线与平衡瓶连接，连接管线连接平衡瓶上下两端，计量瓶通过连接管线与采气接头连接构成一套实验系统；

第三步，打开阀门，将所述模型接入真空系统，用真空泵将岩心抽真空，抽真空后将岩心饱和水，根据岩心饱和水量测定岩心孔隙体积和孔隙度；

第四步，将经过第三步处理后的岩心中的水用N₂驱净，然后测量原始含水饱和度S_wi、实验停止时的含水饱和度S_w、累计产水量W_p以及实验条件下的气体原始体积系数B_gi、水的体积系数B_w，，关闭阀门，排出未进入岩心的全部气体，通过注水通道向间隙内注水，进气通道转为注水通道后模拟边底水侵入；

第五步，记录累积产水量、压力、时间，记录压力差Δp和时间t，直到实验压力稳定不变；利用第三步中测量出的岩心孔隙度φ计算地质储量G，同时使用第四步中测量出的原始含水饱和度S_wi、实验停止时的含水饱和度S_w、累计产水量W_p以及实验条件下的气体原始体积系数B_gi、水的体积系数B_w计算水侵量W_e；

第六步，结合第五步中记录的压力差Δp和时间t，按照公式(1)和公式(2) 计算出利用此模型模拟气藏边底水侵入的水侵系数B；

W_e＝W_pB_w+GB_gi(S_w-S_wi) 公式(1)

B＝W_e/(Δp·t) 公式(2)

平板人造岩心根据实际气藏非均质性、渗透率、孔隙度、敏感性以及隔夹层等方面的情况制作成不同类型的岩心，以满足模拟实际气藏的需要。

本发明具有如下有益效果：本发明给出的模型结构简单，操作方便，解决了注入水的流动速度和分布的差异，解决了密封要求高的问题。实验室研究中，对于气藏边底水侵入模型的模拟方法为在岩心边缘布置注水井或装置侧面布孔的方法模拟边水驱。此种方法受到岩心非均质性的影响，注入水的流动速度和分布会存在差异，且岩石尺寸固定、密封要求高，仿真模拟不真实。

附图说明：

图1是上盖板与出气口装配后的结构示意图

图2是下凹槽与铁板装配后的结构示意图

图3是平板岩心与高渗岩心装配后的结构示意图

图4是可伸缩式支点装配后示意图

图5是螺丝示意图

图6是上夹持板示意图

图7是上夹持板示意图

图8是螺母示意图

图9是全部装配后示意图

图10是岩心剖面图

图11是上盖板剖面图

图12是下凹槽剖面图

图13是可伸缩式支点剖面图

图14是上、下加持板剖面图

图15是螺丝剖面图

图16是螺母剖面图

图17是边底水装置装配后剖面图

图18是实验整体装置图

图19实验室累积产水体积曲线图

图20是岩心内部压力变化曲线图

图中1-上盖板，2-采气接头，3-螺纹接口，4-橡胶，5-侧面高渗岩心，6-平板岩心，7-底部高渗岩心，8-可伸缩式支点，9-下凹槽，10-进水口接头，11-刻度线，12-阻力纹，13-出水口，14-注水通道，15-螺纹线，16-平流泵，17-平衡瓶，18-注入气罐，19-分流盒，20-计量瓶，21-阀门，22-螺纹接口，23-橡胶， 24-Ⅰ号管线组合，25-Ⅱ号管线组合，26-Ⅲ号管线组合，27-Ⅳ号管线组合，28- Ⅴ号管线组合，29、30、31、32、33-连接管线，34-螺丝，35-上夹持板，36-上夹持板螺纹接口，37-下夹持板，38-下夹持板螺纹接口，39-螺母。

下面结合附图以计算水侵系数为具体实例，对本发明作进一步说明：

由图1至图18所示，本种模型包括平板岩心6、上盖板1、下凹槽9以及可伸缩式支点8。

其中，所述平板岩心6长、宽为20cm，高为15cm，四周及底部采用侧面和底部高渗透岩心5、7包围；

平板岩心6放置在1块上盖板1和1块下凹槽9中，其中上盖板1的长、宽为 39cm，高为2cm，下凹槽9的长、宽为39cm，高为27cm，壁厚2cm。4块侧面高渗透岩心5的长25cm、宽5cm、高15cm，1块底部高渗透岩心7长、宽为30cm，高为5cm。上板1参照图1部署，开设4个螺纹接口3，采气接头2连接在螺纹接口3 上，采气接头2下端与平板岩心6上端接触，从而实现采气开发过程。下凹槽9参照图2部署，前开设10个螺纹接口3，通过将可伸缩式支点拆分为主体(主体包括刻度线11、阻力纹12、出水口13和注水通道、橡胶23)和进水接头10，主体部分放在下凹槽9内部，进水接头10放在下凹槽外部，对准螺纹接口3后旋转连接，用于固定岩心。利用上盖板1和下凹槽9将人造岩心密封，最后利用螺丝34 穿过上夹持板35、下夹持板36的螺纹接口，配合螺母对上盖板1和下凹槽9进行固定、从而实现加压密封。

利用所述模型在实验室内求取水侵系数，该方法由如下步骤组成：

第一步，该模型所述岩心与下凹槽9组装后，会留有5cm的间隙，间隙中的水会消除边缘布置注水井或装置侧面布孔注水时水流动速度和分布存在的差异。

第二步，密封岩心，按照图18连接各管线。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号管线组合各有2根管线，每组管线连接模型一个侧面的可伸缩式支点，Ⅴ号管线组合有4根管线连接模型底部可伸缩式支点，分流盒通过连接管线30连接平衡瓶17，注入气罐18通过连接管线31与平衡瓶17连接，平流泵16通过连接管线32与平衡瓶17 连接，连接管线29连接平衡瓶17上下两端，计量瓶20通过连接管线33与采气接头2连接构成一套实验系统。打开阀门21，将模型接入真空系统，用真空泵将岩心抽真空，抽真空后将岩心饱和水，根据岩心饱和水量测定岩心孔隙体积和孔隙度。

第三步，将权利要求1中所述岩心中的水用N₂驱净、饱和气测定原始含水饱和度后，关闭阀门21排出未进入岩心的全部气体，通过注水通道14向间隙内注水，进气通道转为注水通道后模拟边底水侵入实验正式开始。记录累积产水量、压力、时间，直到实验压力稳定不变。利用实验步骤二中测量出的岩心孔隙度φ计算地质储量G，同时使用实验步骤三中测量出的原始含水饱和度S_wi、实验停止时的含水饱和度S_w、累计产水量W_p以及实验条件下的气体原始体积系数B_gi、水的体积系数B_w计算水侵量W_e。最后结合实验三中记录的压力差Δp和时间t计算出利用此模型模拟气藏边底水侵入的水侵系数B。

一、实验条件

(1)温度：60℃。

(2)气体：N₂。

(3)岩心：人造均质岩心，30cm×30cm×20cm，岩心数据见表1。

表1人造岩心数据

二、实验设备

上盖板、下凹槽、采气接头、进水口接头、橡胶、平板岩心、可伸缩式支点、螺丝、上夹持板、下夹持板、螺母、平流泵、平衡瓶、注入气罐、分流盒、管线、阀门、计量瓶、恒温箱、压力表、压力传感器等。

三、设备连接

1.平板岩心放置在1块上盖板和1块下凹槽中，其中上盖板的长、宽为 39cm，高为2cm，下凹槽的长、宽为39cm，高为27cm，壁厚2cm。4块侧面高渗透岩心长25cm、宽5cm、高15cm，1块底部高渗透岩心长、宽为30cm，高为5cm。上板参照图1部署，开设4个螺纹接口，采气接头连接在螺纹接口上，采气接头下端与平板岩心上端接触，从而实现采气开发过程。下凹槽参照图2部署，前开设10个螺纹接口，通过将可伸缩式支点拆分为主体和进水接头，主体部分放在下凹槽内部，进水接头放在下凹槽外部，对准螺纹接口后旋转连接，用于固定岩心。按照图18连接各管线。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号管线组合各有2根管线，每组管线连接模型一个侧面的可伸缩式支点，Ⅴ号管线组合有4根管线连接模型底部可伸缩式支点，连接管线连接分流盒进水口，注入气罐通过连接管线与平衡瓶连接，平流泵通过连接管线与平衡瓶连接，连接管线连接平衡瓶上下两端，计量瓶通过连接管线与采气接头连接构成一套实验系统。

四、实验原理

模拟内容为国内某气藏边底水侵入开发过程，储层厚度500m，平面缩放比例1:10000。模型与岩心孔隙空间距离由可伸缩式支点伸缩长度和岩心大小决定。将本实验岩心划分为30×30×20的网格，低渗透岩心网格数为20×20×15，X、Y和 Z方向长度均为1cm，其余网格为高渗岩心网格。***高渗岩心的作用是尽可能真实的模拟地层条件下的边底水侵入的微观流入状态。

利用所测数据计算水侵量和水侵系数，公式如下：

W_e＝W_pB_w+GB_gi(S_w-S_wi) (1)

B＝W_e/(Δp·t) (2)

五、实验数据处理

实验用时共810min，测量出20摄氏度1个标准大气压下的累积产水量体积如表2所示，曲线如图20所示，累积产水量3.9562×10^-9m³；把实验室条件下测量出的气体原始体积系数B_gi＝0.004，水的体积系数B_w＝1.01，原始含水饱和度S_wi＝0.32，含水饱和度S_w＝0.61259及原始储量G＝0.125m³带入公式(1)计算得W_e＝0.00015m³。

表2实验室累积产水体积

因为实验岩心产水量很小，我们将实验步长设置为30min。将图19曲线分为三个阶段，由第一阶段曲线平直的趋势可以看出，此时井筒周围只有束缚水不能流入到井底；第二阶段，随着时间的推移井底逐渐见水；第三阶段，由于水在岩石孔隙通道中形成优势通道，累积产水曲线明显上翘。

本次实验采用有限大边底水为条件，实验中测量出的岩心内部压力变化如表3所示，曲线如图20所示，压差为9.82MPa；把实验室条件下测量出的压差△P＝9.82MPa和时间t＝0.5625day带入公式(2)计算得水侵系数 0.0000265m³/(day·MPa)。

表3岩心内部压力变化数据

由图20曲线所示，在实验进行到13h(780min)时岩心内部压力趋于平稳不变，累积产水量、累积产气量曲线也都达到了最大值，表明边底水能量用尽，利用有限水体模拟边底水侵入实验结束。

六、实验结果分析

利用该模型模拟国内某气藏边底水侵入实验，所得实验数据计算出的水侵系数为0.0000265m³/(day·MPa)。气藏现场水侵系数为4.7×10⁵m³/(day·MPa)。将实验计算结果和现场数据计算结果都除以各自气藏体积，单位统一为m³/(day·MPa·cm³)，误差值为7.75％，解决了注入水的流动速度和分布会存在差异造成的水侵系数低。