基质-裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基质

【技术实现步骤摘要】
基质
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裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置


[0001]本专利技术属于页岩气开发实验
，特别涉及一种基质
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裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定方法及装置。

技术介绍

[0002]页岩气藏通常无自然产能，需要借助体积压裂等技术手段才能实现经济有效开发，压裂后形成天然裂缝、诱导裂缝及人工缝相互交织的复杂裂缝网络系统。开发过程中，随着复杂缝网中的游离气逐渐被采出，页岩基质中的吸附气会逐渐解吸，并沿着压力梯度从高到低的方向从基质中逐渐向裂缝扩散，并通过裂缝流向井筒。准确表征页岩储层基质
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裂缝间的传质效率对于页岩气井产量递减分析和数值模拟尤为重要。在页岩气的试井和数值模型中，多重介质理论被广泛应用于表征页岩储层的复杂缝网系统，此时基质
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裂缝间的传质效率可以利用窜流方程进行计算，而窜流方程的核心就是形状因子。由于页岩储层十分致密，渗透率极低，导致生产初期基质
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裂缝间的质量传递过程表现出非稳态特征，此时基于拟稳态假设的常量形状因子不再适用，需要采用时变形状因子。目前，时变形状因子的确定通常基于理论推导和数值模拟，基质中流体的流动仍假设服从达西定律，未考虑页岩储层中复杂流动机理的影响，无法真实反映基质
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裂缝间流体的传质规律。在物理实验方面，仅有雷鹏和朱超凡等人开展过相关研究。雷鹏针对常规裂缝性油藏开展了窜流实验，其实验测试及计算方法只能得到拟稳态下的常量形状因子。朱超凡等人针对裂缝性致密砂岩气藏，开展实验研究了时变形状因子的变化规律，但其实验方法只能针对小尺度岩心开展低压力下的模拟，无法得到不同时间基质岩块的压力分布，且不适用于高压条件。针对页岩储层基质
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裂缝间的非稳态传质效率，目前还缺乏准确有效的实验测试方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的提供一种适用于基质
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裂缝间非稳态传质效率及形状因子确定的基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置，该模拟实验装置能够用于进行高温高压下基质
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裂缝岩心样品非稳态传质过程模拟实验，从而获取地层温度压力下基质
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裂缝岩心样品非稳态传质过程中不同时刻的基质压力、不同时刻的裂缝压力。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种能够确定页岩气储层基质
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裂缝间非稳态传质的形状因子的方法；该方法确定的形状因子为时变形状因子，解决了传统形状因子未考虑非稳态传质特征及非线性流动规律的不足。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种能够确定页岩气储层基质
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裂缝间的非稳态传质效率的方法，为页岩气储层试井解释、数值模拟以及产量递减分析提供依据。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置，其中，该基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置包括：
[0007]岩心夹持器、流体注入系统、围压注入系统、裂缝压力控制系统、恒温控制系统和压力采集系统；
[0008]其中，所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口，岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有测压点；在使用所述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行非稳态传质过程中，基质
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裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口；
[0009]流体注入系统与岩心夹持器进口连接用以向岩心夹持器内加持的基质
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裂缝岩心样品注入流体；围压注入系统与岩心夹持器的围压施加部连接，用以实现岩心夹持器的围压施加；所述裂缝压力控制系统与压力扰动泄压口连接，用以向压力扰动泄压口施压；恒温控制系统用于提供模拟温度环境；所述压力采集系统用于采集压力扰动泄压口的压力和岩心夹持器的测压点的压力。
[0010]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，所述裂缝压力控制系统包括依次连接的回压泵、回压容器和回压阀，回压阀与压力扰动泄压口连接。更优选地，所述回压阀进一步与岩心夹持器出口连接。
[0011]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，所述流体注入系统包括中间容器以及与中间容器连接的流体存储设备和流体输送设备。更优选地，所述流体存储设备包括气源、与气源连接的气体增压泵和与气体增压泵连接的高压气体储罐。进一步优选地，高压气体储罐设置有安全保护部。其中，安全保护部优选使用安全阀；当高压气体储罐压力高于安全控制压力时，安全阀会自动打开对储罐进行泄压。其中，流体输送设备优选使用恒速恒压泵，例如微流量压泵。
[0012]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，该基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括真空系统，真空系统与岩心夹持器连接用于对岩心夹持器进行抽真空。更优选地，所述真空系统包括真空泵、真空表和真空缓冲容器。
[0013]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，该基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括气体增压系统，所述气体增压系统用于为基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中的泵提供带压气体；在一具体实施方式中，气体增压系统包括空气压缩机，用于对空气进行压缩，增压的空气一方面用于开启恒速恒压泵的气动阀，另一方面用于气体增压泵的动力。
[0014]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，该装置进一步包括金属渗透垫片，所述金属渗透垫片设置于岩心加持器中，金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口；所述金属渗透垫片用于将置于岩心加持器的两块岩心隔开从而形成模拟裂缝，金属渗透垫片的宽度即为实验中模拟裂缝宽度。可以选用不同厚度的金属渗透垫片实现不同宽度裂缝的模拟。
[0015]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，该装置进一步包括带通孔的金属垫块，通过将不同长度的岩心与不同长度的带通孔的金属垫块进行组合，可以对不同基质特征长度下基质
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裂缝间的窜流规律进行模拟，基质特征长度代表了地下缝网密度，特征长度越小，缝网密度越大。
[0016]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，通过在裂缝处加入不同量的支撑剂可以实现模拟不同支撑剂浓度、不同开度的裂缝。
[0017]在上述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中，优选地，岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点；更优选地，在进口端与出口端
之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点中，离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大。采用不等距排列测压点，主要是考虑到离裂缝越近处基质压力变化越快，达到拟稳态所需要的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置，其中，该装置包括：岩心夹持器、流体注入系统、围压注入系统、裂缝压力控制系统、恒温控制系统和压力采集系统；其中，所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口，岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有测压点；流体注入系统与岩心夹持器进口连接；围压注入系统与岩心夹持器的围压施加部连接；所述裂缝压力控制系统与压力扰动泄压口连接；恒温控制系统用于提供模拟温度环境；所述压力采集系统用于采集压力扰动泄压口的压力和岩心夹持器的测压点的压力。2.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，该装置进一步包括金属渗透垫片，所述金属渗透垫片设置于岩心加持器中，金属渗透垫片位置对准压力扰动泄压口；所述金属渗透垫片用于将置于岩心加持器的两块岩心隔开从而形成模拟裂缝，金属渗透垫片的宽度即为实验中模拟裂缝宽度。3.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，所述裂缝压力控制系统包括依次连接的回压泵、回压容器和回压阀，回压阀与压力扰动泄压口连接。4.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，所述流体注入系统包括中间容器以及与中间容器连接的流体存储设备和流体输送设备。5.根据权利要求4所述的模拟实验装置，其中，所述流体存储设备包括气源、与气源连接的气体增压泵和与气体增压泵连接的高压气体储罐；优选地，高压气体储罐设置有安全保护部。6.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，所述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括真空系统，真空系统与岩心夹持器连接用于对岩心夹持器进行抽真空；所述真空系统包括真空泵、真空表和真空缓冲容器。7.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，所述基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置进一步包括气体增压系统，所述气体增压系统用于为基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置中的泵提供带压气体。8.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点；优选地，在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的设置的各测压点中，离裂缝越近处测压点间距越小、离裂缝越远处测压点间距越大。9.根据权利要求1所述的模拟实验装置，其中，岩心加持器为长岩心夹持器，长岩心夹持器的内部长度不低于200mm。10.一种基质
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裂缝间非稳态传质的形状因子的确定方法，其中，该方法包括：获取一定温度围压下基质
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裂缝岩心样品基质
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裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率和基质导压系数；基于所述基质导压系数、所述基质压力随时间变化的关系式、所述裂缝压力随时间变化的关系式和不同时刻的基质压力变化速率，确定不同时刻的形状因子。11.根据权利要求10所述的确定方法，其中，获取一定温度围压下基质
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裂缝岩心样品基质
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裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变
化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率包括：在一定温度围压下，将基质
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裂缝岩心样品在岩心夹持器中饱和流体；其中，所述岩心夹持器在进口端与出口端之间设有压力扰动泄压口，基质
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裂缝岩心样品的裂缝位置对准压力扰动泄压口，岩心夹持器在进口端与出口端之间与压力扰动泄压口相对的一侧设有多个测压点；基质
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裂缝岩心样品由两块间隔开的岩心组成，两块岩心之间的间隔用以模拟裂缝，两块岩心用以模拟基质；其中，各测压点的压力代表基质
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裂缝岩心样品基质不同位置的压力，扰动泄压口压力代表裂缝压力；对饱和流体后基质
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裂缝岩心样品加压至目标饱和流体压力，待基质
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裂缝岩心样品基质压力以及裂缝压力稳定后，记录初始平衡压力；降低岩心夹持器在压力扰动泄压口管线端的压力至实验停止压力，在所述基质
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裂缝岩心样品中产生压力差值，记录不同时刻的基质
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裂缝岩心样品基质压力值和基质
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裂缝岩心样品裂缝压力值，直至基质
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裂缝岩心样品基质压力值降低至实验停止压力；基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质
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裂缝岩心样品基质压力值，拟合得到地层模拟温度下基质
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裂缝岩心样品非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式；基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质
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裂缝岩心样品基质压力值，确定不同时刻的基质压力变化速率；基于所述初始平衡压力以及不同时刻的基质
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裂缝岩心样品裂缝压力值，拟合得到地层模拟温度下基质
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裂缝岩心样品非稳态传质过程中裂缝压力随时间变化的关系式。12.根据权利要求11所述的确定方法，其中，获取一定温度围压下基质
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裂缝岩心样品基质
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裂缝间的流体非稳态传质过程中基质压力随时间变化的关系式、裂缝压力随时间变化的关系式、不同时刻的基质压力变化速率使用权利要求1
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9任一项所述的基质
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裂缝间非稳态传质模拟实验装置进行。13.根据权利要求10
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12任一项所述的确定方法，其中，所述基质压力随时间变化的关系式为：式中，为t时刻的基质压力，MPa；p
∞
为基质
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裂缝岩心样品非稳态传质结束后基质裂缝内的平衡压力，MPa；p0为基质
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裂缝岩心样品非稳态传质初始时刻基质裂缝内的平衡压力，MPa；κ
m
为基质压力递减系数。14.根据权利要求10
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12任一项所述的确定方法，其中，所述裂缝压力随时间变化的关系式为：式中，p
f
(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄山，马新华，杨洪志，吴建发，张鉴，常程，谢维扬，朱怡晖，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：