[發明專利]頁巖儲層壓裂返排模擬系統和方法及返排效率評價方法

在審

• 申請號: 202111193223.0
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN115961931A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 黃山;馬新華;吳建發;張鑒;胡浩然;吳天鵬;謝維揚;伍帥
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267;G01N23/046;G06F17/11
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 何祖斌

本發明屬于頁巖儲層開發技術領域，具體涉及頁巖儲層壓裂返排模擬系統和方法及返排效率評價方法。本發明的系統，包括巖心夾持器，巖心夾持器連接有圍壓泵、軸壓泵、氣體活塞容器、液體活塞容器、返排模擬控制與測量系統和回壓系統；還包括CT掃描裝置。頁巖儲層壓裂返排模擬方法，包括巖心準備、巖心抽空飽和、巖心壓裂、悶井模擬、返排模擬。頁巖儲層壓裂返排效率評價方法，包括：記錄壓裂至悶井階段注入的總液量；測量返排階段不同時刻下裂縫液量和產出液量；由產出液量減去裂縫液量變化量計算基質液量變化量；分別計算總返排率、基質內壓裂液返排率、裂縫內壓裂液返排率。本發明提供了一種頁巖儲層壓裂返排模擬系統和方法及返排效率評價方法。

技術領域

本發明屬于頁巖儲層開發技術領域，具體涉及頁巖儲層壓裂返排模擬系統和方法及返排效率評價方法。

背景技術

頁巖氣藏需要借助水平井體積壓裂技術才能實現經濟有效開發，壓裂過程中大量的壓裂液和支撐劑被注入頁巖地層中。壓裂完成后形成天然裂縫及誘導裂縫和人工縫相互交織的復雜裂縫網絡系統，頁巖儲層中的氣水分布特征十分復雜。明確悶井及返排階段基質裂縫中氣水分布特征，并準確評價氣井返排效率對于合理開發頁巖氣藏十分重要。

室內物理實驗是研究氣井悶井及返排作用機理和評價返排效率的重要手段，然而現有實驗技術仍存在以下幾個問題：

第一、僅能對端面縫或巖心切割縫進行模擬，裂縫的形態通常較為簡單，未考慮縫網復雜性的影響，且無法模擬壓裂過程中裂縫的起裂及擴展過程。

第二、通常未恢復地層原始溫度壓力狀態，無法真實反映地下實際情況。

第三、未考慮儲層非均質性對悶井返排規律的影響。

第四、難以對悶井及返排階段不同時刻的氣水分布特征進行準確獲取。

第五、通常采用壓裂液返排率評價返排效率，評價指標過于單一，無法對基質中壓裂液返排率和裂縫中液體返排率進行定量評價。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種能可靠模擬頁巖儲層壓裂、悶井和返排過程、獲取悶井及返排階段氣水分布特征的頁巖儲層壓裂返排模擬系統和方法及返排效率評價方法。

本發明所采用的技術方案為：

頁巖儲層壓裂返排模擬系統，包括用于放置巖心的巖心夾持器，巖心夾持器的通過管道連接有圍壓泵，巖心夾持器的一端通過管道連接有軸壓泵；巖心夾持器的一端通過管道連接有氣體活塞容器，氣體活塞容器上通過管道連接有氣體增壓系統，巖心夾持器的中部通過管道連接有液體活塞容器；巖心夾持器的中部還通過管道連接有返排模擬控制與測量系統，巖心夾持器的另一端通過管道連接有回壓系統；還包括設置在巖心夾持器周圍的CT掃描裝置。

氣體增壓系統將氣體增壓后，高壓氣體進入氣體活塞容器，注入泵將氣體活塞容器中的高壓氣體從巖心夾持器的一端注入巖心夾持器?；貕合到y用于在巖心夾持器遠離注入端的一端增加一定回壓，并增加圍壓和軸壓，從而保證巖心充分飽和。巖心飽和的情況下，通過液體活塞容器向巖心夾持器中部注入壓裂液時，液體注入巖心所鉆孔眼內后高壓使得巖心被壓裂，模擬真實頁巖儲層壓裂情況。壓裂過程中，CT掃描裝置實時監測裂縫拓展規律以及裂縫內壓裂液飽和度變化。悶井過程中，計算機實時采集巖心夾持器各處的壓力，并利用CT掃描裝置實時監測裂縫內流體飽和度變化規律。返排模擬控制與測量系統能控制生產壓差進行變化，以模擬實際返排過程中油嘴逐漸變大和油嘴逐漸變小的過程。返排過程中利用返排模擬控制與測量系統的流量計和CT掃描裝置實時監測返排過程中產出氣、水量以及巖心中剩余的氣、水量以及氣水分布。綜上，本發明的系統能可靠模地層溫度壓力條件下，巖心壓裂階段、悶井階段與返排階段，從而方便通過監測上述過程中氣水分布特征，也方便通過氣水分布特征數據進行返排效率評價。