水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统.pdf

一种水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统，包括水体容器，包括一腔体和一活塞，活塞将腔体分为第一腔体和第二腔体，保持第一腔体和第二腔体之间压力平衡；驱替计量泵，与第一腔体相连，用于向水体容器中定量加水；气体增压泵，与第二腔体相连，用于向水体容器中定量充气；储气库岩心模型，与第一腔体相连，用于模拟储气库往复注采过程中的运行条件；液体流量计，分别与第一腔体和储气库岩心模型相连，用于采集流入或排出至第一腔体中的水体运移量；控制分析装置，用于控制实验系统模拟实际储气库的注采过程，并且记录各项实验数据。本发明通过采集注采运行过程中的实验数据，为实际建库及注采运行过程中分析水体运移规律提供研究基础。

1.  一种水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统，其特征在于，该实 验系统包括：
水体容器，包括一腔体和一活塞，所述活塞将所述腔体分为第一腔体和第二腔体， 保持所述第一腔体和所述第二腔体之间压力平衡；
驱替计量泵，与所述第一腔体相连，用于向所述水体容器中定量加水；
气体增压泵，与所述第二腔体相连，用于向所述水体容器中定量充气；
储气库岩心模型，与所述第一腔体相连，用于模拟储气库往复注采过程中的运行 条件；
液体流量计，分别与所述第一腔体和所述储气库岩心模型相连，用于采集流入或 排出至所述第一腔体中的水体运移量；
控制分析装置，分别与所述驱替计量泵、所述气体增压泵、所述水体容器、所述 储气库岩心模型和所述液体流量计连接，用于控制所述实验系统模拟实际储气库的注 采过程，并且记录各项实验数据。

2.  如权利要求1所述的实验系统，其特征在于，还包括：
恒温箱，所述水体容器置于所述恒温箱中且与所述控制分析装置连接，用于设定 并维持实验水体的温度。

3.  如权利要求1所述的实验系统，其特征在于，还包括：
水体压力传感器，设于所述第一腔体中且与所述控制分析装置连接，用于实时监 测所述第一腔体中水体压力。

4.  如权利要求1所述的实验系统，其特征在于，还包括：
气垫压力传感器，设于所述第二腔体中且与所述控制分析装置连接，用于实时监 测所述第二腔体中气体压力。

5.  如权利要求2所述的实验系统，其特征在于，所述恒温箱的适用温度范围是 0～180℃。

6.  如权利要求3或4中所述的实验系统，其特征在于，所述水体压力传感器和 所述气垫压力传感器的测量范围和腔体中的压力范围是0～70MPa。

7.  如权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述驱替计量泵向第一腔体的 注水流量范围是0～100ml/min。

8.  如权利要求1所述的实验系统，其特征在于，所述控制分析装置控制向所述 水体容器中的所述第一腔体的加水量和所述第二腔体的充气量，用于保持所述第一腔 体和所述第二腔体之间压力平衡；所述控制分析装置还用于模拟储气库岩心模型和所 述水体容器在注采过程中实际水体运移条件，并记录所述注采过程中的所述各项实验 数据。

水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统
技术领域
本发明涉及油气藏型储气库技术领域，特别是一种实验室内模拟水驱油气藏型储 气库周期注采运行过程中水体往复运移规律的实验系统。
背景技术
水驱油气藏型地下储气库是由含边底水枯竭油气藏改建而成的储气库，因此在储 气库建设之前必须充分了解油气藏原始物性条件，研究油气藏改建储气库注采运行机 理及其主要影响因素，尤其是水体运移过程中水驱对储气库注采运行指标的影响，以 指导库容参数评价及注采运行方案优化。
我国地下储气库主要以枯竭油气藏型为主，运行时间最长的大张坨储气库于 2002年投入运行，而其建设与运行经验仍然欠缺。从目前国内大港板桥地下储气库 群多个注采周期的运行情况看，除大张坨储气库外，其它五座储气库均为枯竭含边底 水气藏改建而成，伴随储气库运行过程的水驱作用对含气孔隙体积动用效果的影响较 为明显，加之储层物性中等且非均质强烈，虽然已经历了8～9个完整的注采周期， 但储气库扩容速度缓慢，远未达到设计的工作气规模，显然利用水驱油气藏改建地下 储气库在库容的形成机理和注采气能力变化规律方面有其特殊性和复杂性，国内在此 方面的研究还比较薄弱，需进一步加强。
国内在枯竭油气藏改建储气库及注采实验方面做了一些有益的工作，其中包括了 枯竭油气藏型储气库注采模拟系统研究，主要以储气库注气、采气过程的模拟装置， 进行建库注采机理研究，但对模拟水体运移的装置存在不足。水驱油气藏型储气库注 采运行过程中，受到注采速度、运行压力范围及水体规模等多因素影响，利用常规油 气藏开发实验方法无法模拟储气库运行中边底水运移规律及其对建库运行效率的影 响，难以满足水驱油气藏型储气库注采运行机理研究的需要。
因此，迫切需要研制一套水驱油气藏型储气库周期注采水体运移模拟实验系统， 利用该套系统开展储气库建库及注采运行物理模拟，分析水驱油气藏型储气库建库及 注采运行过程中的水体运移规律，并研究水体运移中的水驱对库容参数的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统，用 以开展储气库建库及注采运行物理模拟，分析水驱油气藏型储气库建库及注采运行过 程中的水体运移规律，并研究水体运移中的水驱对库容参数的影响。
本发明的技术方案是提供一种水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系 统，该实验系统包括：
水体容器，包括一腔体和一活塞，所述活塞将所述腔体分为第一腔体和第二腔体， 用于保持所述第一腔体和所述第二腔体之间压力平衡；
驱替计量泵，与所述第一腔体相连，用于向所述水体容器中定量加水；
气体增压泵，与所述第二腔体相连，用于向所述水体容器中定量充气；
储气库岩心模型，与所述第一腔体相连，用于模拟储气库往复注采过程中的运行 条件；
液体流量计，分别与所述第一腔体和所述储气库岩心模型相连，用于采集流入或 排出至所述第一腔体中的水体运移量；
控制分析装置，分别与所述驱替计量泵、所述气体增压泵、所述水体容器、所述 储气库岩心模型和所述液体流量计连接，用于控制所述实验系统模拟实际储气库的注 采过程，并且记录各项实验数据。
通过本发明提供的水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统，不仅能够 准确模拟水驱油气藏型储气库实际注采运行过程，而且通过采集注采运行过程中的各 项实验数据，为将来在实际建库及注采运行过程中分析水体运移规律提供研究基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明水驱油气藏型储气库水体运移模拟实验系统。
图2为本发明水驱油气藏型储气库水体运移模拟实验系统的水体容器剖面图。
图3为本发明储气库周期注采水体运移模拟水侵量-库容对应关系示意图。
图4为本发明储气库周期注采水体运移模拟水侵量-含气饱和度对应关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发 明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 但并不作为对本发明的限定。
将水体运移模拟实验系统活塞上部水体与储气库岩心模型出口连通，利用活塞下 部气体的弹性能量实现储气库注采模拟过程中水体在岩心模型中的运移规律模拟。
本发明提供一种模拟水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统，该实验 系统包括：
水体容器1，包括一腔体和一活塞e，所述活塞e将所述腔体分为第一腔体和第 二腔体，用于保持所述第一腔体和所述第二腔体之间压力平衡；
驱替计量泵3，与所述第一腔体相连，用于向所述水体容器1中定量加水；
气体增压泵5，与所述第二腔体相连，用于向所述水体容器1中定量充气；
储气库岩心模型7，与所述第一腔体相连，用于模拟储气库往复注采过程中的运 行条件；
液体流量计i，分别与所述第一腔体和所述储气库岩心模型7相连，用于采集流 经所述储气库岩心模型7中的水体运移量；
控制分析装置6，分别与所述驱替计量泵、所述气体增压泵、所述水体容器和所 述储气库岩心模型连接，用于控制所述实验系统模拟实际储气库的注采过程，并且记 录各项实验数据。
在本发明一实施例中，还包括：
恒温箱2，所述水体容器1置于所述恒温箱2中且与所述控制分析装置连接，用 于设定并维持实验水体的温度。
在本发明一实施例中，还包括：
水体压力传感器a，设于所述第一腔体中且与所述控制分析装置连接，用于实时 监测所述第一腔体中水体压力。
在本发明一实施例中，还包括：
气垫压力传感器b，设于所述第二腔体中且与所述控制分析装置连接，用于实时 监测所述第二腔体中气体压力。
在本发明一实施例中，所述恒温箱2的适用温度范围是0～180℃。
在本发明一实施例中，所述水体压力传感器a和气垫压力传感器b的测量范围和 腔体中的压力范围是0～70MPa。
在本发明一实施例中，所述驱替计量泵向第一腔体的注水流量范围是 0～100ml/min。
在本发明一实施例中，所述控制分析装置控制向所述水体容器中的所述第一腔体 的加水量和所述第二腔体的充气量，用于保持所述第一腔体和所述第二腔体之间压力 平衡；所述控制分析装置还用于模拟储气库岩心模型和所述水体容器在注采过程中实 际水体运移条件并记录所述注采过程中的所述各项实验数据。
通过本发明提供的模拟水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统，能够 进行储气库建库及注采运行物理模拟，分析水驱油气藏型储气库建库及注采运行过程 中的水体运移规律，并为研究水体运移中的水驱对库容参数的影响提供研究基础。
下面结合一个水驱油气藏型储气库注采模拟为例对本发明进行具体描述，然而值 得注意的是该具体实施例仅是为了更好地描述本发明，并不构成对本发明的不当限 定。
请参阅图1，图1为本发明水驱油气藏型储气库水体运移模拟系统，该系统包括 水体容器1、恒温箱2、高精度驱替计量泵3、气瓶4、气体增压泵5、计算机6、储 气库岩心模型7。图2为本发明水驱油气藏型储气库水体运移模拟实验装置水体容器 剖面图，其中水体容器1中还包括水体压力传感器a、气垫压力传感器b、水体进出 液口c、气垫进出气口d、活塞e、水体f、气垫g、耐高压缸体h、液体流量计i。
具体来说，水体容器1内部腔体内配有活塞e，在注采模拟全程维持水体及气垫 压力平衡，随注采运行而上下运动实现水体运移，耐压上限70MPa。储气库岩心模 型设备7与水体容器1连通。该模型设备在建库及注采模拟过程中维持在储气库往复 注采运行条件，包括模型内部压力、温度，其中内部压力在注气时升高，采气时降低。
高精度驱替计量泵3通过管线向水体容器1活塞e上部加入水体，活塞e上部腔 体连接压力传感器b，用于监测水体f压力。利用气体增压泵5对气瓶4气源加压， 通过管线向内部腔体活塞e下部加入气体作为气垫g，活塞e下部腔体连接压力传感 器b，用于监测气垫g压力。以上设备置于恒温箱2中，设定并维持实验水体f温度。 压力传感器b、高精度驱替计量泵3、气体增压泵5、恒温箱2、液体流量计i依次连 接计算机6，用来记录水体f和气垫g的体积、压力、温度数据，并采集岩心模型水 侵及排驱过程中的水体运移量。各部件耐高温、耐高压性能符合实验要求，可保证实 验测试信号稳定。
依据含水油气藏储气库建库及注采条件，该系统适用温度范围为0～180℃，压力 范围：0～70MPa。高精度驱替计量泵3耐压为70MPa，控制液体流量范围为 0～100ml/min，压力传感器b测量范围为0～70MPa。
下面对模拟实验的具体过程进行详细描述：
实验准备阶段：
通过设备控制分析装置设定水体往复运移规律的实验环境温度、储气库原始压 力、储气库注气上限压力、采气下限压力、水体规模、水体压缩系数、气垫压缩系数 等参数。控制分析装置6根据以上参数，通过恒温箱2对水体进行温控(加热)，计 算出活塞e上部所需水体体积，活塞e下部所需气垫气体体积。利用高精度驱替计量 泵3向活塞e上部注入所需水体量，按所需气量通过气体增压泵5将气瓶气体打入活 塞e下部。
在储气库周期注采气模拟实验中，向储气库岩心模型中注气饱和到储气库原始压 力，并将水体压力升到相同压力，将两者连通组成一个含水驱储气库系统。
采气阶段：
利用外围设备(气体流量控制器或回压阀)控制储气库岩心模型7的入口气体采 气流量，随储气库岩心模型7内部气体不断采出，孔隙压力逐步下降，同时水体运行 模拟装置中活塞e下部的气垫发生膨胀，推动活塞e上部的水体侵入到储气库岩心模 型7的孔隙内部。当储气库岩心模型7内部压力下降到储气库采气运行的下限压力时， 停止采气，此时完成储气库采气水侵模拟实验。
注气阶段：
利用外围设备(气体流量控制器)向储气库岩心模型7的入口定流量注入气体， 随着累计注气量不断增加，储气库岩心模型7的孔隙压力逐步升高，水体运行模拟装 置活塞e下部的气垫发生压缩，储气库岩心模型7孔隙中部分水体被排驱到水体容器 1中活塞e上部的水体空间。当储气库岩心模型7内部压力升高的储气库注气运行到 上限压力时，停止注气，此时完成储气库注气排驱模拟实验。
通过循环重复以上采气、注气过程，能够完成多个周期注采运行模拟，研究其中 的水体在储气库岩心模型7中的往复运移对储气库岩心模型7的注气、采气效率的影 响。
请参阅图3，图3为本发明储气库周期注采水体运移模拟水侵量-库容对应关系示 意图。注气周期，随累计注气量增加，岩心孔隙压力升高，水体随之被排驱出岩心孔 隙，库容不断增加，当达到注气上限压力停止注气；采气周期，随累计采气量增加， 岩心孔隙压力下降，水体随之侵入岩心孔隙，库容不断降低，当达到采气下限压力停 止采气，至此完成一次注采周期。多周期连续注采过程中，水体不断排驱、侵入岩心 孔隙，对于不同岩心模型，水体会对岩心模型中气、水流体相对渗流能力产生不同程 度的影响，各周期水体的运移量及注采气量可反应此影响效果，由此可评价实验岩心 模型的建库效率及注采能力。
图中，Z为注气周期，C为采气周期，共完成6个注采周期模拟，库容为储气库 岩心模型中的含气量，可反映实际建库效果，水侵量正值为水侵入岩心，水侵量负值 为水被排驱出岩心。
请参阅图4，图4为本发明储气库周期注采水体运移模拟水侵量-含气饱和度对应 关系示意图。其中，Z为注气周期，C为采气周期，水侵量正值为水侵入岩心，水侵 量负值为水被排驱出岩心。在注气周期中，随累计注气量增加，岩心孔隙压力升高， 水体随之被排驱出岩心孔隙，储气库岩心模型7含气饱和度不断增加，当达到注气上 限压力停止注气；采气周期，随累计采气量增加，岩心孔隙压力下降，水体随之侵入 岩心孔隙，岩心模型含气饱和度不断降低，当达到采气下限压力停止采气，至此完成 一次注采周期。多周期连续注采过程中，水体不断排驱、侵入岩心，对于不同储气库 岩心模型7，水体会对岩心模型中气、水流体相对渗流能力产生不同程度的影响，各 周期水体的运移量及注采气量可反应此影响效果，由此可评价实验岩心模型的建库效 率及注采能力。
由图可知，通过本发明提供的水驱油气藏型储气库水体往复运移规律的实验系统 共完成6个注采周期模拟实验，含气饱和度为储气库岩心模型7中的含气量占孔隙体 积的比例，可反映岩心中实际含气程度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发 明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。