致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置与方法

技术领域

本发明涉及油气开采领域中致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置与方法， 能够有效地提高储层采收率并改善储层环境。

背景技术

在钻井、完井、修井及开采作业过程中，在许多情况下都会出现外来相在多孔介质中滞 留的现象。另外一种不相混溶相渗入储层或者多孔介质中原有不相混溶相饱和度增大，都会 损害相对渗透率，使储层渗透率及油气相对渗透度明显降低。在不相混溶相为水相时，这种 现象被称作水锁效应。根据国内外研究显示，水锁损害严重影响气藏开发效果，并已成为低 渗砂岩气藏的主要损害类型之一。水锁损害可以导致多种严重后果，如妨碍气层及时发现和 准确评价、增加作业成本、降低天然气采收率及减缓开发进程、资金回收期延长等。因此， 寻找一种有效解除水锁的方法迫在眉睫。

水锁损害的解除方法有以下几种：利用添加水锁解堵剂解除水锁损害的方法(刘国霖等. 低渗透储层水锁伤害解除技术室内研究.天然气与石油，2012年04期；郑军等.表面活性剂对 煤层储气层损害作用研究.油田化学，2005年03期)，用压裂法解除水锁损害的方法(林光荣 等.低渗气藏水锁伤害及解除方法研究.石油勘探与开发，2003年06期)，注入CO₂气体解除 水锁损害的方法(范徽献等.CO₂吞吐解除反凝析及水锁污染研究.工程建设，2012年02期)。 然而添加水锁解堵剂并不能完全恢复储层渗透率并且可能会对储气层造成二次损害；压裂法 解除水锁损害的方法产生的裂缝容易闭合,而且压裂液也会通过渗析方式沿裂缝两侧的基岩 面侵入地层，增加水相饱和度,堵塞基岩面上的孔隙通道，产生反向吸吮的水锁效应,从而降低 压裂效果,这一现象对低渗储层尤为明显；注入CO₂气体解除水锁损害的方法由于CO₂的使用 受资源的限制，并具一定的腐蚀性，在无气源情况下实施将会受阻。本发明通过电加热解除 水锁损害的方法，能更好恢复岩心渗透率，不会产生反向吸吮的水锁，不受气源限制，不会 腐蚀及损害储层。

中国专利CN102536165A公开了一种通过微波发生装置产生微波，对低渗透致密砂岩层 中的液态水进行加热的方法，但微波穿透能力强使得加热深度深，所需功率大，在井下的狭 小空间内，难以下入大功率微波发生装置，具有较大的局限性。本发明利用高温解除水锁只 需要下入电加热棒，且需求供电要求可以被目前施工所接受，同时装置限制条件较少，可在 室内开展实验，更加快捷、便利。

发明内容

本发明的目的在于提供致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，该装置可以 模拟水锁损害及电加热解除水锁的全过程，实时监控记录水锁损害过程及电加热解除水锁过 程中温度、压力、电阻及分离出的气体流量变化，以确定实现水锁损害及电加热解除水锁。

本发明的另一个目的还在于提供利用该装置对致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁 进行模拟的方法，该方法原理可靠，操作方便，成本低，在实际应用中能有效解决地层水锁 问题，恢复并改善近井区域地层环境。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

本发明通过模拟装置模拟水锁损害过程，提出电加热解除水锁的方法并通过模拟装置模 拟电加热解除水锁的过程，全程通过数据采集系统测量温度、压力、电阻等参数及气体流量 的变化情况，整个模拟水锁损害过程及电加热解除水锁的过程更加直观、清晰，其实验结果 及数据真实有效。

本发明所涉及的实验装置主要由两部分构成，能够实现水锁模拟过程和电加热解除水锁 模拟过程的功能。

致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，主要由岩心、气瓶、减压阀、电阻 探头、压力传感器、温度传感器、循环系统、冷凝管、数据采集系统、气体质量流量计、电 加热棒组成。

所述岩心外层有外壳，上下部分有端盖，均为密封状态，岩心外壳有进气口，该进气口 连接减压阀和气瓶；岩心中央有井眼，所述井眼是在岩心上部端盖中央钻孔，孔深贯穿整个 岩心，但不钻穿下部端盖，在岩心上部端盖以井眼为中心分布5～10个深入岩心的钻孔，每 个钻孔之间依次连线呈旋涡状，该钻孔放置电阻探头，探头上连接温度传感器和压力传感器； 井眼里有循环系统和电加热棒，所述电加热棒、电阻探头、温度传感器和压力传感器均连接 数据采集系统；所述循环系统由泵和模拟油管组成，泵连接井眼，位于井眼中的模拟油管连 接冷凝管，冷凝管连接气体质量流量计。

密封岩心是为了模拟储层密封的环境；打5～10个深入岩心的钻孔并且孔之间依次连线 呈旋涡状，是为了使放入其中的5～10个电阻探头及温度传感器、压力传感器均匀分布于岩 心中，作为探测点，使探测出电阻、温度、压力参数的数据更加合理；循环系统中的泵将模 拟钻井液泵入井眼中以模拟水锁损害过程，并且在电加热解除水锁过程中将井眼中气体通过 模拟油管泵出；冷凝管是为了冷凝泵出的气体中的高温气态钻井液，以保证气体质量流量计 测得的气体流量的准确性。

利用上述装置对致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁进行模拟的方法，依次包括以 下步骤：

(1)通过气瓶持续往岩心外壳的进气口注气，模拟产气过程，通过气体质量流量计观测 到气体流量稳定后，通过数据采集系统记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，作为温度、 压力、电阻的初值，通过气体质量流量计记录此时气体流量，作为气流流量的初值；

(2)向井眼中泵入模拟钻井液，模拟钻井液不断侵入岩心及孔隙中，造成水锁损害，使 岩心及孔隙的含水饱和度不断增大，渗透率不断减小，当气体流量减小直至趋于稳定时，水 锁损害达到最大，通过数据采集系统记录此时岩心的温度、压力、电阻数据，通过气体质量 流量计记录此时气体流量；

(3)通过循环系统泵出井眼中剩余钻井液，在井眼中下入电加热棒对岩心进行加热，加 热的温度范围为300～600℃，高温加热使近井眼区域侵入的模拟钻井液蒸发并流入井眼，再 通过循环系统将井眼中的气体及高温气态模拟钻井液经过模拟油管泵出井眼，进入冷凝管， 冷凝管冷凝模拟钻井液，余下气体进入气体质量流量计。随加热不断进行，岩心及孔隙含水 饱和度逐渐减小，渗透率不断恢复，通过数据采集系统记录此时岩心的温度、压力、电阻数 据，通过气体质量流量计记录此时气体流量，当温度达到600℃时，岩心压力、电阻及气体 流量数据接近于其初值，说明水锁损害已解除(若岩心压力及气体流量数据大于其初值，说 明电加热解除水锁模拟方法产生一些微裂缝，提高了地层的渗流能力)；

(4)关闭气瓶，停止加热并取出电加热棒，整个模拟过程结束。

本发明通过数据采集系统及气体质量流量计记录温度、压力、电阻及气体流量的数据变 化，通过数据前后对比可清晰直观地观测到水锁损害模拟过程及电加热解除水锁模拟过程是 否成功。通过以上模拟装置成功解除水锁，可知在井下的狭小空间内使用电加热棒加热的方 式对近井地带水锁储层进行加热从而解除水锁的方式是切实可行的。由于水锁区域一般存在 于近井地带0～3米范围内，因此电加热棒只需要对近井0～3米的地层加热。所以，采用电加 热方式解除水锁既能够运用目前已有技术的大功率加热装置，又能够满足工程需要的井眼尺 寸的加热棒，解决所需了功率大和装备尺寸小的矛盾问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)、可以快速有效降低低渗透致密砂岩气层井筒周围水锁损害带的含水饱和度，恢复 和改善近井区域地层气相渗透率，实现发生水锁损害气井的产能提高，且不会产生二次损害；

(2)、在电加热过程中岩石的膨胀、水的体积膨胀和汽化以及对井筒周围岩石加热分布 的不均会使周围岩石受力分布不均，从而有助于产生一些微裂缝，提高了地层的渗流能力， 上述缝隙可作为水汽和液态水的排放通道，这样无需通过其它手段去在低渗透致密砂岩层造 缝，从而可降低成本，也可减少对低渗透致密砂岩层结构的损害；

(3)、本发明不仅可用于裸眼完井还可适用于套管射孔完井、筛管完井、尾管完井等多 种采用金属隔离的完井方式；

(4)、本发明直接提出一整套致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟方法与装置， 能快捷、清晰观测水锁损害过程及电加热解除水锁过程的实验结果，便于得出实验数据；

(5)、本发明模拟装置结构简单，原理可靠，操作方便、成本造价低，且需求供电要求 可以被目前施工所接受，因此可以广泛制造并进行使用。

附图说明

图1是致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置的总体结构图。

图2是深入岩心中的钻孔分布俯视图。

图中：1.端盖；2.外壳；3.岩心；4.井眼；5.气瓶；6.减压阀；7.电阻探头；8.压力传感器； 9.温度传感器；10.泵；11.冷凝管；12.气体质量流量计；13.数据采集系统；14.电加热棒；15. 模拟油管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参看图1、图2。

致密砂岩气藏水锁损害及电加热解除水锁模拟装置，主要由岩心3、气瓶5、减压阀6、 电阻探头7、压力传感器8、温度传感器9、循环系统、冷凝管11、气体质量流量计12、数 据采集系统13、电加热棒14组成。

所述岩心3外层有外壳2，上下部分有端盖1，均为密封状态，岩心外壳有进气口，该进 气口连接减压阀6和气瓶5；岩心中央有井眼4，所述井眼4是在岩心上部端盖中央钻孔，孔 深贯穿整个岩心，但不钻穿下部端盖；在岩心上部端盖以井眼4为中心分布5～10个深入岩 心的钻孔，每个钻孔之间依次连线呈旋涡状(图2)，该钻孔放置电阻探头7，该探头连接压 力传感器8和温度传感器9；井眼4里有循环系统和电加热棒14，所述电加热棒14、电阻探 头7、压力传感器8和温度传感器9均连接数据采集系统13；所述循环系统由泵10和模拟油 管15组成，泵10连接井眼4，位于井眼4中的模拟油管15连接冷凝管11，冷凝管连接气体 质量流量计12。

模拟产气过程：通过气瓶5持续往外壳2的进气口注气，通过气体质量流量计12观测到 气体流量稳定后，通过数据采集系统13记录此时岩心3的温度、压力、电阻数据，作为温度、 压力、电阻的初值，通过气体质量流量计12记录此时气体流量，作为气流流量的初值。

模拟产气过程完成后，模拟水锁损害过程：通过循环系统向井眼4中泵入模拟钻井液。 通过气体质量流量计12观测气体流量变化，待气体流量稳定后，用数据采集系统13记录此 时岩心3的温度、压力、电阻数据情况，通过气体质量流量计12记录此时气体流量。

井眼4中泵入模拟钻井液后，模拟钻井液会不断侵入岩心3及孔隙中，造成水锁损害， 此过程为水锁损害模拟过程。由于模拟钻井液不断侵入岩心3使其含水饱和度不断增大，岩 心3及孔隙渗透率不断减小，则通过的气体流量不断减小，视为水锁损害过程中产气量逐渐 减少，同时模拟钻井液会增大电阻。因此可在数据采集系统13中监测到，各个探测点测得的 压力将不断减小，电阻将不断增大，温度保持不变；在气体质量流量计12中监测气体流量不 断减小。当气体流量减小直至趋于稳定时，说明水锁损害达到最大，水锁损害模拟完成。此 时压力、气体流量的值均小于初值，电阻值大于初值。

水锁损害模拟完成后，模拟解除水锁过程：通过循环系统分离出井眼4中剩余钻井液， 往井眼4中下入电加热棒14，打开电加热棒14进行加热，通过数据采集系统13调控电加热 棒14温度。通过在气体质量流量计12观测气体流量变化，待气体流量稳定后，用数据采集 系统13记录此时岩心3的温度、压力、电阻数据情况，通过在气体质量流量计12记录此时 气体流量。

在井眼中下入电加热棒14对岩心3进行加热时，加热的温度范围为300～600℃，利用高 温加热近井眼4区域侵入的模拟钻井液，使之蒸发并流入井眼4再通过循环系统分离出井眼 4，通过冷凝管11去除气态模拟钻井液后，传输给气体质量流量计12，对气体流量进行监测。 由于侵入岩心3的模拟钻井液不断蒸发，则岩心3及孔隙含水饱和度不断减小，渗透率不断 恢复，通过的气体流量不断增加，视为解除水锁损害过程中产气量逐渐恢复。在数据采集系 统13中监测到，各个探测点测得的压力、温度不断增加、电阻不断减少；在气体质量流量计 12中监测到气体流量不断增加。当气体流量逐渐趋于稳定后，此时压力、电阻及气体流量数 据接近于其初值，说明岩心3已解除水锁损害，基本恢复到未被水侵之前的状态，电加热解 除水锁模拟完成。若此时岩心3气体流量数据大于其初值，说明电加热解除水锁模拟方法产 生一些微裂缝，提高了地层的渗流能力。