储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法与流程

1.本发明涉及储气库设计与实施技术领域，特别是涉及到一种储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法。


背景技术：

2.水淹气藏改建储气库在运行过程中，储气库包含气驱水纯气带、气水过渡带和水淹带。各个区带在储气库反复注采过程中，随着储层孔隙压力的循环升降，岩石的压缩系数也将发生变化，即使在同一储层压力条件下，在采气和注气过程中岩石的压缩系数也不同。目前储气库反复注采过程中，油藏工程领域仍存在着一些问题：1)地层压力循环升降，流体物性随压力变化的规律已得到充分研究，但在实际应用过程中往往把岩石压缩系数看成是恒定不变的，而实际储层岩石的压缩系数是一个动态参数，这与地层的实际情况不相符；2)在考虑储气库岩石压缩系数时，已有的研究均以纯气带为物理模拟研究对象，由于气体和水淹带水的压缩系数不同，储气带岩石在多轮次注采过程中压缩系数与水淹带岩石压缩系数的变化规律存在差异，尚无水淹带在储气库运行过程中岩石压缩系数变化规律研究；3)单轮次压力储层压力降低过程中，水淹带岩石压缩系数的变化规律有统一认识，但是多轮次注采过程中年，储层岩石压缩系数的变化规律尚无相关研究。
3.专利号为cn104265281a、cn105089566a和cn104089823b的三件中国发明专利均只涉及了岩石压缩系数在油气藏工程上的应用，未提及关于岩石压缩系数的测试。专利号为cn104374683b的中国发明专利涉及了一种测试净有效压力(储层上覆压力与孔隙压力的差)下降过程中岩石孔隙压缩系数的实验装置，该装置不适用于储气库水淹带多轮次注采过程中净有效压力反复升降时储层岩石压缩系数的测试，也未考虑到实验温度波动对实验结果的影响。为此我们发明了一种新的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法，解决了以上技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种模拟了储层的温度和储气库多轮次注采过程中压力变化过程的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法。
5.本发明的目的可通过如下技术措施来实现：储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统，该储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统包括注入系统、三轴向加压系统、岩心夹持器系统与储层温度模拟系统，该注入系统连接于该岩心夹持器系统，将高压模拟地层流体定压注入到该岩心夹持器系统内，该三轴向加压系统与该岩心夹持器系统连接，向该岩心夹持器系统提供相等的围压和轴压的压力值，以模拟储气库储层所受到的地层上覆岩石压力，该岩心夹持器系统内放入饱和了模拟地层水的储气库储层岩心，该岩心夹持器系统位于该储层温度模拟系统内，该储层温度模拟系统使该岩心夹持器系统始终处于储层温度条件下，以模拟储气库储层温度。
6.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
7.该注入系统包括高精度泵，高精度泵控制系统和数据记录系统及压力传感器，该高精度泵连接于该岩心夹持器系统，将高压模拟地层流体定压注入到该岩心夹持器系统内，该高精度泵控制系统和数据记录系统连接于该高精度泵，控制该高精度泵的注入压力反复升降，并在泵运行期间实时记录该高精度泵的注入压力，注入流体体积及运行时间，该压力传感器连接于该高精度泵，监测该高精度泵的注入压力，并将注入压力数据传输至该高精度泵控制系统和数据记录系统。
8.该三轴向加压系统包括围压及轴压泵，压力表和阀门，该围压及轴压泵在实验初期控制围压及轴压比该注入系统的注入压力大1.38mpa,直至该注入系统的注入压力升至储气库运行压力上限后，保持注入压力不变，该围压及轴压泵继续增压至储气库储层的上覆岩石压力值并在整个实验过程中保持不变，该阀门串接于围压及轴压泵的加压管线上，该压力表连接于该围压及轴压泵，监测该围压及轴压泵的压力待达到储气库的上覆岩石压力值后关闭该阀门，从而保持围压及轴压值不变。
9.该岩心夹持器系统内放入一直径2.5cm，长度最大6cm的饱和了模拟地层水的储气库储层岩心。
10.本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验方法，该储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验方法采用了储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统，包括：步骤1，进行岩心物性测试及饱和水，实验用水的配制；步骤2，将储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统进行校正；步骤3，进行多轮次注采实验；步骤4，计算不同孔隙压力条件下孔隙体积；步骤5，进行多轮次注采过程中岩石压缩系数的计算；步骤6，绘制多轮次注采过程中岩石压缩系数曲线图。
11.本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
12.在步骤1中，在进行实验用水的配制时，根据储气库储层地层水的矿化度，配制相同矿化度的nacl溶液作为模拟地层水，测试其密度；其中，盐水的体积系数通过公式计算：
[0013][0014][0015][0016]
式中：
[0017]
k
1-常数，其值为0.351104
×
10-6
；
[0018]
k
2-常数，其值为0.687323
×
10-5
；
[0019]
k
3-常数，其值为0.555917
×
10-1
；
[0020]
k
4-常数，其值为0.350709
×
10-6
；
[0021]
k
5-常数，其值为0.993080
×
10-5
；
[0022]
k
6-常数，其值为0.166979
×
10-1
；
[0023]-第n个轮次第m个压力点的压力即孔隙压力，单位为mpa；
[0024]
c
1-nacl溶液浓度的数值，单位为mg/l。
[0025]
在步骤1中，进行岩心处理时，选取待测岩心，进行洗油、烘干处理；然后采用模拟地层水抽空饱和岩心，根据岩心饱和前后的质量差及其密度，计算岩心的孔隙体积；测量所述岩心的孔隙体积，采用饱和盐水称重法测量其常压下的孔隙体积v
p
，测量所述岩心饱和所述盐水前后的岩样的质量差，利用盐水的密度计算得到岩样的有效孔隙体积v
p
。
[0026]
在步骤2中，通过该三轴向加压系统将该岩心夹持器系统的围及轴下腔体排空后充满蒸馏水，压力为大气压；将该储层温度模拟系统的温度设置为储气库储层的温度，待温度恒定后；在不放置岩心的情况下，通过该三轴向加压系统，将围压及轴压升至模拟地层上覆压力p，通过该注入系统控制注入压力在储气库运行压力范围内，在储气库运行压力上限和下限之间设置至少5个压力点，反复升降注入压力，压力每升降一次作为一个轮次，实验模拟储气库几个轮次的注采过程便进行几个轮次的空载实验，通过该注入系统记录升压过程中第n个轮次第m个压力点的压力对应的泵的注入体积为降压过程中，第n个轮次第m个压力点的压力为对应的泵的注入体积为
[0027]
在步骤3中，将预处理的岩心装入空载校准完后的实验系统的该岩心夹持器系统中，利用该注入系统和该三轴向加压系统，在保证轴压和围压比注入压力大1.38mpa的条件下，逐渐增加注入压力，直至注入压力达到储气库运行压力的上限，继续增加轴压和围压至储气库储层的上覆压力；
[0028]
根据储气库运行的压力范围，阶梯式降低该注入系统中高精度泵的注入压力至每个设计的压力点值，直至注入压力为储气库运行压力的下限；该注入系统记录升压过程中第n个轮次第m个压力点的压力对应的泵的注入体积为降压过程中，第n个轮次第m个压力点的压力为对应的泵的注入体积为
[0029]
计算该注入系统注入压力循环升降过程中，不同压力条件岩心的孔隙体积；该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0030][0031]
其中，v
p
为常压下的孔隙体积，为盐水的体积系数；
[0032]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0033][0034]
计算岩心孔隙体积压缩系数，岩石孔隙压缩系数是指改变单位压力时，单位孔隙体积的变化值，注入系统注入压力循环升降过程中，不同压力条件岩心的孔隙体积；该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力占对应的孔隙体积压缩系数为：
[0035][0036]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积压缩系数为：
[0037][0038]
式(6)和(7)中：和为岩心孔隙体积压缩系数，单位为mpa-1
，和
为单位压力变化时孔隙体积的变化，单位为cm3/mpa，和为对应压力为时岩心的孔隙体积，单位为cm3。
[0039]
在步骤4中，该注入系统注入压力循环升降过程中，不同压力条件岩心的孔隙体积：
[0040]
该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0041]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0042]
在步骤5中，该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积压缩系数为：
[0043]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积压缩系数为：
[0044]
和为岩心孔隙体积压缩系数，单位为mpa-1
，和为单位压力变化时孔隙体积的变化，单位为cm3/mpa，和为对应压力为时岩心的孔隙体积，单位为cm3。
[0045]
在步骤6中，求取水淹气藏改建储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统在储气库运行压力范围内多轮次上降压过程中升压和降压时各个压力点对应的岩石压缩系数，绘制压缩系数与其对应压力的曲线，从而研究岩石压缩系数在水淹气藏改建储气库水淹带多轮次注采过程中的变化规律。
[0046]
本发明中的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法，涉及在储气库运行过程中水淹带内岩石压缩系数随着运行压力多轮次的升降过程中的变化规律。本发明的实验系统构造不同与以往的专利，整个系统在实验过程中为一密闭系统，且加装了储层温度模拟系统克服了实验周期内温度对岩石压缩系数的影响，更好的模拟了储层温度条件。本发明从整个实验装置、实验流程和实验方法上系统的模拟了储气库在实际运行过程中储层温度和压力等条件的变化。本发明涉及的实验系统通过使用较短的管线和阀门，高精度的泵大幅度降低了实验的误差，确保了储层岩石压缩系数测试的准确性，可以为储气库运行过程中弹性产能和动态地质储量方面提供必需的岩石压缩系数进行预测。
附图说明
[0047]
图1为本发明的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统的一具体实施例的结构图；
[0048]
图2为本发明的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验方法的一具体实施例的流程图。
具体实施方式
[0049]
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
[0050]
如图1所示，图1为本发明的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统的结构图。
[0051]
该储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统由注入系统1、三轴向加压系统2、岩心夹持器系统3与储层温度模拟系统4组成。
[0052]
该注入系统1通过输出管线与岩心夹持器系统3连接：注入系统1将高压模拟地层流体定压注入到岩心夹持器系统3内。
[0053]
在一实施例中，注入系统1包括高精度泵5，高精度泵控制和数据记录系统6及压力传感器7。
[0054]
该高精度泵控制和数据记录系统6根据实验方案设计要求控制高精度泵5的注入压力反复升降并通过设置泵运行控制程序到系统内进行自动控制，同时在泵运行期间实时记录高精度泵5的注入压力，注入流体体积及运行时间，直至多个轮次的注采过程模拟实验结束，并将记录数据保存至系统内。
[0055]
该高精度泵5的注入压力通过压力传感器7进行监测，同时将数据传输至高精度泵控制和数据记录系统6。
[0056]
该三轴向加压系统2与岩心夹持器系统3连接，三轴向加压系统2同时提供相等的围压和轴压的压力值，用于模拟储气库储层所受到的地层上覆岩石压力。
[0057]
在一实施例中，三轴向加压系统3包括围(轴)压泵8，压力表9和阀门10。
[0058]
该围(轴)压泵8在实验初期控制围(轴)压始终比高精度泵5的注入压力大1.38mpa,直至高精度泵5的注入压力升至储气库运行压力上限后，保持注入压力不变，围(轴)压泵继续增压至储气库储层的上覆岩石压力值并在整个实验过程中保持不变。
[0059]
该压力表9用于监测该围(轴)压泵8的压力待达到储气库的上覆岩石压力值后关闭阀门10，从而保持围(轴)压值不变。
[0060]
该岩心夹持器系统3一方面与该注入系统1通过管线连接，另一方面通过管线与该三轴向加压系统3连接，置于该储层温度模拟系统4中。
[0061]
该岩心夹持器系统3内放入一直径2.5cm，长度最大6cm的饱和了模拟地层水的储气库储层岩心。
[0062]
该注入系统1控制该岩心夹持器系统3内储层岩心的孔隙压力大小，使孔隙压力反复升降，用于模拟储气库注采过程中储层压力的变化过程。
[0063]
该三轴向加压系统2控制该岩心夹持器系统3中施加于岩心的围(轴)压大小，可模拟储层岩心的三轴向应力状态。
[0064]
该储层温度模拟系统4使该岩心夹持器系统3始终处于储层温度条件下，用于模拟储气库储层温度，克服了在整个实验周期内，由于温度的变化对实验流体和岩心的压缩系数的影响，使得实验结果在符合储气库储层的实际情况的条件下更加准确。
[0065]
在一实施例中，该岩心夹持器系统3包括该死堵头11，死堵头12和死堵头13。
[0066]
该死堵头13在实验开始时，该注入系统1向该岩心夹持器系统3中注入模拟地层水直至该死堵头13出水后，此时拧紧死堵头13，此时该岩心夹持器系统3的内腔充满模拟地层
水。
[0067]
该死堵头11和死堵头12在实验开始时，该三轴向加压系统2向该岩心夹持器系统3注入水，直至该岩心夹持器系统3的环空内空气排尽，拧紧该死堵头11和死堵头12，此时该岩心夹持器系统3的环空充满水。
[0068]
该储层温度模拟系统4用于保持该岩心夹持器系统3始终处于储层温度条件下。
[0069]
在一实施例中，实验前便将储层温度模拟系统的温度设置为实验模拟储层的实际温度，待温度稳定后，再通过该三轴向加压系统2施加围(轴)压和注入系统1施加注入压力。
[0070]
如图2所示，图2为本发明的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验方法的一具体实施例的流程图。该流程包括：
[0071]
1、预处理
[0072]
实验前的预处理包括岩心物性测试及饱和水，实验用水的配制。
[0073]
实验用水的配制：根据储气库储层地层水的矿化度，配制相同矿化度的nacl溶液作为模拟地层水，测试其密度。其中，盐水的体积系数通过公式计算：
[0074][0075][0076][0077]
式中：
[0078]
k
1-常数，其值为0.351104
×
10-6
；
[0079]
k
2-常数，其值为0.687323
×
10-5
；
[0080]
k
3-常数，其值为0.555917
×
10-1
；
[0081]
k
4-常数，其值为0.350709
×
10-6
；
[0082]
k
5-常数，其值为0.993080
×
10-5
；
[0083]
k
6-常数，其值为0.166979
×
10-1
；
[0084]-第n个轮次第m个压力点的压力(即孔隙压力)，单位为mpa；
[0085]
c
1-nacl溶液浓度的数值，单位为mg/l。
[0086]
岩心处理：选取待测岩心，进行洗油、烘干处理。然后采用模拟地层水抽空饱和岩心，根据岩心饱和前后的质量差及其密度，计算岩心的孔隙体积。
[0087]
测量所述岩心的孔隙体积，采用饱和盐水称重法测量其常压下的孔隙体积v
p
，测量所述岩心饱和所述盐水前后的岩样的质量差，利用盐水的密度计算得到岩样的有效孔隙体积v
p
。
[0088]
2、实验系统的安装
[0089]
连接管线，采用较短的管线，较少的阀门将实验系统的各个组成部分连接起来。
[0090]
3、实验系统的校正
[0091]
首先通过三轴向加压系统将夹持器系统的围(轴)下腔体排空后充满蒸馏水，压力为大气压。将储层温度模拟系统的温度设置为储气库储层的温度，待温度恒定后。在不放置岩心的情况下，通过该三轴向加压系统，将围(轴)压升至模拟地层上覆压力p，通过该注入系统控制注入压力在储气库运行压力范围内，在储气库运行压力上限和下限之间设置至少5个压力点，反复升降注入压力，压力每升降一次作为一个轮次，实验模拟储气库几个轮次
的注采过程便进行几个轮次的空载实验，通过该数据采集系统记录升压过程中第n个轮次第m个压力点的压力对应的泵的注入体积为降压过程中，第n个轮次第m个压力点的压力为对应的泵的注入体积为
[0092]
4、多轮次注采实验
[0093]
将所述预处理的岩心装入空载校准完后的实验系统的夹持器系统中，利用该注入系统和三轴向加压系统，在保证轴压和围压比注入压力大1.38mpa的条件下，逐渐增加注入压力，直至注入压力达到储气库运行压力的上限，继续增加轴压和围压至储气库储层的上覆压力。
[0094]
根据储气库运行的压力范围，阶梯式降低该注入系统中高精度泵的注入压力至每个设计的压力点值，直至注入压力为储气库运行压力的下限。该注入系统中数据采集系统记录升压过程中第n个轮次第m个压力点的压力对应的泵的注入体积为降压过程中，第n个轮次第m个压力点的压力为对应的泵的注入体积为
[0095]
计算该注入系统注入压力循环升降过程中，不同压力条件岩心的孔隙体积。该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0096][0097]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0098][0099]
计算岩心孔隙体积压缩系数，岩石孔隙压缩系数是指改变单位压力时，单位孔隙体积的变化值，注入系统注入压力循环升降过程中，不同压力条件岩心的孔隙体积。该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力占对应的孔隙体积压缩系数为：
[0100][0101]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积压缩系数为：
[0102][0103]
式(6)和(7)中：和为岩心孔隙体积压缩系数，单位为mpa-1
，和为单位压力变化时孔隙体积的变化，单位为cm3/mpa，和为对应压力为时岩心的孔隙体积，单位为cm3。
[0104]
5、不同孔隙压力条件下孔隙体积的计算
[0105]
该注入系统注入压力循环升降过程中，不同压力条件岩心的孔隙体积：
[0106]
该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0107]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积为：
[0108]
6、多轮次注采过程中岩石压缩系数的计算
[0109]
该注入系统升压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积压缩系数为：
[0110]
该注入系统降压过程中，第n个轮次第m个压力点对应的孔隙体积压缩系数为：
[0111]
和为岩心孔隙体积压缩系数，单位为mpa-1，和为单位压力变化时孔隙体积的变化，单位为cm3/mpa，和为对应压力为时岩心的孔隙体积，单位为cm3。
[0112]
7、绘制多轮次注采过程中岩石压缩系数曲线图
[0113]
求取水淹气藏改建储气库水淹带多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定的实验系统在储气库运行压力范围内多轮次上降压过程中升压和降压时各个压力点对应的岩石压缩系数，绘制压缩系数与其对应压力的曲线，从而研究岩石压缩系数在水淹气藏改建储气库水淹带多轮次注采过程中的变化规律。
[0114]
本发明实施例的储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法，能够完成气藏多轮次注采过程中不同净上覆压力条件下孔隙体积的测定和岩石压缩系数的计算，从而研究储气库多轮次注采过程中岩石孔隙度和压缩系数的变化规律。以上所述的具体实施例，对于本发明的目的、技术方案进行了进一步详细说明。经过多次验证和改进，本套储气库多轮次注采过程储层岩石压缩系数测定实验系统及实验方法，可以进行模拟储气库多轮次注采过程岩石孔隙度和压缩系数测定实验，进行多轮次注采过程孔隙度和压缩系数变化规律研究，为储气库扩容及动态产能预测提供依据。