[发明专利]一种确定远源致密气藏中断层输导效率的装置及方法

权利要求书

1.一种确定远源致密气藏中断层输导效率的装置，其特征在于：该装置包括地层模拟单元、充气及测压单元和地层水模拟单元；其中，所述地层模拟单元包括一密闭的立方柱状石英玻璃筒，在所述玻璃筒内竖直放置两相互平行的钢板，两所述钢板的下端和两侧边与所述玻璃筒的内壁紧密接触，两所述钢板的上端与所述玻璃筒不接触；在所述玻璃筒内自下而上依次设置下软泥层、中间砂层和上软泥层，所述下软泥层和中间砂层位于两所述钢板的外侧，且所述中间砂层的顶面与所述钢板的顶端平齐，所述下软泥层模拟下部地层，所述上软泥层模拟上部地层，所述中间砂层模拟致密砂岩储层；两所述平行钢板之间填充砂砾后取出，在所述玻璃筒内形成竖直延伸至所述上软泥层下部的砂带，所述砂带模拟地层断裂层；所述充气及测压单元包括甲烷气瓶和充气钢管，所述甲烷气瓶通过所述充气钢管与所述砂带底部连通，在所述甲烷气瓶的瓶口处设置压力表；所述地层水模拟单元包括水管，所述水管的一端从所述玻璃筒的顶部伸入所述中间砂层，另一端置于所述玻璃筒外部，与外部水源连接；

该装置确定远源致密气藏中断层输导效率的过程如下：

1)首先在石英玻璃筒内装满水，然后依次装入10cm厚度软泥作为下软泥层，粒径为0.05～0.1cm的中间砂层，粒径为0.45～0.5cm的砂带，密封软泥层即为上软泥层，使中间砂层及砂带处于饱和水状态；

2)在水管内注水，当水管内的水柱高度为H值时，通过充气钢管将甲烷气瓶内的甲烷气体不断充入砂带中；同时，并不断调节甲烷气瓶的输出气压，当观察中间砂层出现气体充注且水管内水柱处于稳定上升的临界条件，记录下压力表显示的气压大小，P＝0.35MPa；

3)和步骤1)相比，改变石英玻璃筒内下软泥层的厚度分别为20cm、30cm、40cm，其他不变，重复步骤2)的过程，对应得到气压P为0.48MPa、0.75MPa和0.89MPa；

4)和步骤1)相比，改变石英玻璃筒内砂带的砂砾粒径区间为0.05～0.1cm、0.1～0.15cm和0.3～0.35cm，其它不变，重复步骤2)的过程，对应得到气压P为0.42MPa、0.28MPa和0.22MPa；

5)与步骤4)相比，改变石英玻璃筒内下软泥层的厚度分别为20cm、30cm、40cm，其他不变，重复步骤2)的过程，对应厚度为20cm时，得到气压P为0.21MPa、0.14MPa和0.65MPa；对应厚度为30cm时，得到气压P为0.1MPa、0.49MPa和0.33MPa；对应厚度为40cm时，得到气压P为0.31MPa、0.25MPa和0.13MPa；

6)根据上述步骤2)-5)的实验所得数据，得到注气压力与断层性质关系图，对得到的注气压力和断层性质关系图进行拟合得出实验中的断层输导效率α₁；

F_e为气体膨胀压力，其计算公式为：

F_e＝0.5α₁f_gN_gkT (1)

式中，α₁为实验中的断层输导效率，取值范围0～1；f_g为天然气分子自由度；N_g为天然气数密度；k为玻耳兹曼常数；T为开尔文温度；

F_c为毛细管力，其计算公式为：

式中，δ为气水界面张力；θ为润湿角；r为致密砂岩储层孔喉半径；

F_w为静水压力，其计算公式为：

F_w＝ρ_wgh (3)

式中，ρ_w为地层水的密度；g为重力加速度；h为地层水的高度，即预测的连续型致密砂岩气藏的顶界深度；

验证得到天然气膨胀力和毛细管力及静水压力的动力学平衡关系为：

F_e＝F_c+F_w (4)

则，确定远源致密砂岩气藏中断层输导效率的计算模型为：

式中，α为实际地质中的断层输导效率。

2.如权利要求1所述的一种确定远源致密气藏中断层输导效率的装置，其特征在于：所述立方柱状石英玻璃筒的长宽均为15cm，高为80cm，壁厚0.5cm；两所述平行钢板之间的间距为1cm，所述钢板的长边为75cm，宽边与所述玻璃筒的内边长相等，厚度为0.5cm。