[发明专利]一种模拟多段压裂水平气井闷井后开采的实验装置和方法

说明书

本发明涉及一种模拟多段压裂水平气井闷井后开采的实验装置和方法，该实验装置主要由左右端注入装置、岩心夹持器部分、出口端测量装置组成，所述的岩心夹持器部分使用特制岩心，该特制岩心由偶数个等尺寸、且圆心处有相同孔道的较短岩心串联组成。首先取两组物性接近的特制岩心，其中一组特制岩心注入氮气至设定条件后进行衰竭性开采实验，氮气全部排完后，注入甲烷重复该实验；实验结束后，将两组特制岩心分别在静压、动压条件下饱和实验流体，且随时测量两组特制岩心自吸情况，并通过该实验装置注入甲烷重复衰竭性开采实验；最后对比每组实验结果。本发明能模拟多段压裂水平致密气/页岩气井在不同含水饱和度或闷井条件下的衰竭性开采情况。

技术领域

本发明涉及一种模拟多段压裂水平气井闷井后开采的实验装置和方法，属于油气田开发的技术领域。

背景技术

页岩气以吸附态、游离态及溶解态赋存于富含有机质的泥页岩或其夹层中，其中吸附态气体约占页岩气总储量的20％～85％，占比大；另外，页岩储层基质属于超低孔和超低渗的致密多孔介质，必须经过压裂改造形成有效渗流裂缝才能产生工业气流。页岩气井的这几种特点使其产量递减规律与常规气井、致密气井有一定的区别：(1)气井初始产量较高，但在很短的时间内快速递减，此时递减率很大；(2)递减到一定程度后，会以较稳定的产量持续很长时间，此时递减率非常小。

另外，页岩区别于常规砂岩，具有孔喉尺度小、低孔致密、比表面大等地质特征，又因为页岩压裂过程中使用大量的低粘度滑溜水，在压裂作用过程中，会有大量的压裂液进入页岩基质当中，且难以返排，造成页岩气井压裂液返排率低。目前，部分学者认为页岩自吸作用会额外促进微裂缝的产生，且一定程度上置换孔隙表面的吸附气，达到提产的效果，因此建议水力压裂作业后不要立刻进行返排，而是闷井一段时间后再返排；但部分学者持相反的意见，他们认为水相进入页岩当中，因为页岩孔隙尺寸属于纳米级，会产生很大的水锁效应，阻碍自由气的产出，对页岩气的生产造成很大的负面效应，因此建议水力压裂作业后快速返排。总的来说，闷井对页岩气井的产能影响认识并不清晰，是否闷井存在很大争议。

因此，开展页岩气井的产量递减规律及闷井正负效应研究，对于指导现场动态生产制度安排，具有至关重要的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能真实模拟多段压裂水平页岩气井或致密气井开采方式的实验装置，以及基于该装置模拟在不同含水饱和度条件下或经过不同闷井时长影响后的页岩气井的产量递减动态的实验方法。

本发明的实验装置如下：

一种模拟多段压裂水平气井闷井后开采的实验装置，其特征在于，其主要由左右端注入装置、岩心夹持器部分、出口端测量装置组成；所述的岩心夹持器部分使用特制岩心，该特制岩心由偶数个等尺寸、且圆心处有相同孔道的较短岩心串联组成，较短岩心之间装有薄纱网，且特制岩心的圆心孔道处固定一根与孔道等径的金属筛管；左右端注入装置各安装一套相同的气相、液相泵入系统，用于注入单相气或不同类型流体；出口端测量装置设置有两条支路，其中一条用于测量单相气的流量，另外一条用于分离气液两相混合流体、且测量分离后的气体和液体流量。

根据本发明优选的，所述的金属筛管用来模拟水平井筒，且能在岩心夹持器部分施加围压后起到保护岩心的作用。

根据本发明优选的，所述的薄纱网用来模拟页岩气井水力压裂形成的主缝间的填充支撑剂，也是为了避免较短岩心之间的表面过于光滑而出现贴合紧密、无法提供流体正常渗流通道的情况。

根据本发明优选的，所述的左右端注入装置各安装一套相同的气相、液相泵入系统，为了使串联组成的特制岩心的两端都能均匀饱和流体，而且能缩短饱和实验的时长。

根据本发明优选的，所述的岩心夹持器的中间位置、中间位置左端10cm处、中间位置左端5cm处、中间位置右端5cm处、中间位置右端10cm处各装有一个压差传感器，这5个压差传感器的末端安装在岩心夹持器的右端。