页岩储层压裂返排模拟系统和方法及返排效率评价方法技术方案

本发明专利技术属于页岩储层开发技术领域，具体涉及页岩储层压裂返排模拟系统和方法及返排效率评价方法。本发明专利技术的系统，包括岩心夹持器，岩心夹持器连接有围压泵、轴压泵、气体活塞容器、液体活塞容器、返排模拟控制与测量系统和回压系统；还包括CT扫描装置。页岩储层压裂返排模拟方法，包括岩心准备、岩心抽空饱和、岩心压裂、闷井模拟、返排模拟。页岩储层压裂返排效率评价方法，包括：记录压裂至闷井阶段注入的总液量；测量返排阶段不同时刻下裂缝液量和产出液量；由产出液量减去裂缝液量变化量计算基质液量变化量；分别计算总返排率、基质内压裂液返排率、裂缝内压裂液返排率。本发明专利技术提供了一种页岩储层压裂返排模拟系统和方法及返排效率评价方法。率评价方法。率评价方法。

【技术实现步骤摘要】
页岩储层压裂返排模拟系统和方法及返排效率评价方法


[0001]本专利技术属于页岩储层开发
，具体涉及页岩储层压裂返排模拟系统和方法及返排效率评价方法。

技术介绍

[0002]页岩气藏需要借助水平井体积压裂技术才能实现经济有效开发，压裂过程中大量的压裂液和支撑剂被注入页岩地层中。压裂完成后形成天然裂缝及诱导裂缝和人工缝相互交织的复杂裂缝网络系统，页岩储层中的气水分布特征十分复杂。明确闷井及返排阶段基质裂缝中气水分布特征，并准确评价气井返排效率对于合理开发页岩气藏十分重要。
[0003]室内物理实验是研究气井闷井及返排作用机理和评价返排效率的重要手段，然而现有实验技术仍存在以下几个问题：
[0004]第一、仅能对端面缝或岩心切割缝进行模拟，裂缝的形态通常较为简单，未考虑缝网复杂性的影响，且无法模拟压裂过程中裂缝的起裂及扩展过程。
[0005]第二、通常未恢复地层原始温度压力状态，无法真实反映地下实际情况。
[0006]第三、未考虑储层非均质性对闷井返排规律的影响。
[0007]第四、难以对闷井及返排阶段不同时刻的气水分布特征进行准确获取。
[0008]第五、通常采用压裂液返排率评价返排效率，评价指标过于单一，无法对基质中压裂液返排率和裂缝中液体返排率进行定量评价。

技术实现思路

[0009]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能可靠模拟页岩储层压裂、闷井和返排过程、获取闷井及返排阶段气水分布特征的页岩储层压裂返排模拟系统和方法及返排效率评价方法。
[0010]本专利技术所采用的技术方案为：
[0011]页岩储层压裂返排模拟系统，包括用于放置岩心的岩心夹持器，岩心夹持器的通过管道连接有围压泵，岩心夹持器的一端通过管道连接有轴压泵；岩心夹持器的一端通过管道连接有气体活塞容器，气体活塞容器上通过管道连接有气体增压系统，岩心夹持器的中部通过管道连接有液体活塞容器；岩心夹持器的中部还通过管道连接有返排模拟控制与测量系统，岩心夹持器的另一端通过管道连接有回压系统；还包括设置在岩心夹持器周围的CT扫描装置。
[0012]气体增压系统将气体增压后，高压气体进入气体活塞容器，注入泵将气体活塞容器中的高压气体从岩心夹持器的一端注入岩心夹持器。回压系统用于在岩心夹持器远离注入端的一端增加一定回压，并增加围压和轴压，从而保证岩心充分饱和。岩心饱和的情况下，通过液体活塞容器向岩心夹持器中部注入压裂液时，液体注入岩心所钻孔眼内后高压使得岩心被压裂，模拟真实页岩储层压裂情况。压裂过程中，CT扫描装置实时监测裂缝拓展规律以及裂缝内压裂液饱和度变化。闷井过程中，计算机实时采集岩心夹持器各处的压力，
并利用CT扫描装置实时监测裂缝内流体饱和度变化规律。返排模拟控制与测量系统能控制生产压差进行变化，以模拟实际返排过程中油嘴逐渐变大和油嘴逐渐变小的过程。返排过程中利用返排模拟控制与测量系统的流量计和CT扫描装置实时监测返排过程中产出气、水量以及岩心中剩余的气、水量以及气水分布。综上，本专利技术的系统能可靠模地层温度压力条件下，岩心压裂阶段、闷井阶段与返排阶段，从而方便通过监测上述过程中气水分布特征，也方便通过气水分布特征数据进行返排效率评价。
[0013]作为本专利技术的优选方案，所述返排模拟控制与测量系统包括通过管道与岩心夹持器中部连接的第一回压阀，第一回压阀分别通过管道连接有第一流量计和第一回压泵。在返排阶段，通过第一回压泵控制第一回压阀的控制压力大小，从而改变岩心夹持器中部与两端之间的压差，用于模拟实际返排过程中油嘴逐渐变大和油嘴逐渐变小的过程。并在此过程中，使用第一流量计监测流量变化。
[0014]作为本专利技术的优选方案，还包括注入泵，注入泵的输出端分别通过管道与气体活塞容器的远离岩芯夹持器的一端、液体活塞容器的远离岩芯夹持器的一端连接。在抽空饱和阶段向岩芯夹持器注入气体和在压裂阶段对岩心夹持器注入压裂液时，均通过注入泵进行操作，方便控制恒定压力。
[0015]作为本专利技术的优选方案，所述回压系统包括第二回压阀，第二回压阀通过管道与岩心夹持器远离连接气体活塞容器的一端连接，第二回压阀上分别通过管道连接有第二流量计和第二回压泵。在抽空饱和阶段，通过第二回压泵向岩心夹持器远离注入端的一端增加一定回压，保证岩心充分饱和。抽空饱和阶段，先将恒温箱温度升高至实验目标地层温度后，再向岩心夹持器内注入气体，第二流量计监测岩心夹持器远离注入端的一端的气体流量，当气流流量不再变化时，关闭该处阀门，提高气体注入压力至目标实验地层压力，继续以定压方式向岩心内注入气体，待夹持器两端压力一致且不在变化时，完成岩心饱和并恢复至地层温度压力条件。
[0016]作为本专利技术的优选方案，所述气体增压系统包括气源，气源通过管道连接有气体增压泵，气体增压泵通过管道连接有高压储罐，高压储罐通过管道与气体活塞容器连接。气体增压泵能对气体进行增压，在通过高压储罐进行储存。高压储罐上连接有安全阀，避免管道内压力过高。通过气体增压系统向气体活塞容器注入高压气体，保证在使用气体活塞容器向岩心夹持器注入气体时气体具有足够压力。
[0017]页岩储层压裂返排模拟方法，包括如下步骤：
[0018]S1：岩心准备：在岩心一端钻孔眼，将岩心放置于岩心夹持器内。
[0019]S2：岩心抽空饱和：从岩心夹持器一端对岩心抽真空；在岩芯夹持器中段加载围压，在岩心夹持器一端加载轴压。加载回压，然后以恒定压力向岩心内注入流体。待出口端流速稳定后，完成岩心饱和，此时关闭出口阀门，提高压力至地层压力继续以定压方式向岩心夹持器注入流体。当岩心夹持器两端压力平衡时，完成地层压力恢复。通过对岩心抽真空再注入气体的方式模拟岩心气体饱和状态，为压裂阶段做准备。
[0020]S3：岩心压裂：将压裂液从岩心夹持器中部注入，岩心破裂后停止注入压裂液；通过CT扫描岩心起裂过程，监测起裂过程中岩芯夹持器两端压力、中部压力、轴压和围压。通过事先对岩心抽空饱和，且增加围压和轴压，则在压裂过程从岩心夹持器中部压裂液时，岩心能可靠模拟起裂过程，避免现有技术仅能对端面缝或岩心切割缝进行模拟、裂缝的形态
通常较为简单且无法模拟压裂过程中裂缝的起裂及扩展过程的情况。
[0021]S4：闷井阶段：保持围压和轴压不变，进行闷井；通过CT扫描实时监测基质、裂缝内流体饱和度变化规律，监测闷井过程中岩芯夹持器两端压力和中部压力。通过监测闷井阶段基质、裂缝内流体饱和度变化，可拟合得到基质渗吸方程的系数，从而可计算矿场尺度下由基质裂缝接触面渗吸入基质的液体量。
[0022]S5：返排阶段：从岩心夹持器中部进行返排，返排过程中调节返排压力；返排过程中监测返排流量和压力，实时监测产出气、水量以及岩心中剩余的气、水量以及气水分布。通过监测返排阶段流量和压力，实时监测产出气水量以及岩心中剩余的气水量以及气水分布，可得到返排阶段气水分布特征，并可用于计算返排效率。
[0023]作为本专利技术的优选方案，在步骤S3中，将压裂液注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.页岩储层压裂返排模拟系统，其特征在于，包括用于放置岩心的岩心夹持器(1)，岩心夹持器(1)的中段通过管道连接有围压泵(2)，岩心夹持器(1)的一端通过管道连接有轴压泵(3)；岩心夹持器(1)的一端通过管道连接有气体活塞容器(4)，气体活塞容器(4)上通过管道连接有气体增压系统(5)，岩心夹持器(1)的中部通过管道连接有液体活塞容器(6)；岩心夹持器(1)的中部还通过管道连接有返排模拟控制与测量系统(7)，岩心夹持器(1)的另一端通过管道连接有回压系统(8)；还包括设置在岩心夹持器(1)周围的CT扫描装置(9)。2.根据权利要求1所述的页岩储层压裂返排模拟系统，其特征在于，所述返排模拟控制与测量系统(7)包括通过管道与岩心夹持器(1)中部连接的第一回压阀(71)，第一回压阀(71)分别通过管道连接有第一流量计(72)和第一回压泵(73)。3.根据权利要求1所述的页岩储层压裂返排模拟系统，其特征在于，还包括注入泵(41)，注入泵(41)的输出端分别通过管道与气体活塞容器(4)的远离岩芯夹持器的一端、液体活塞容器(6)的远离岩芯夹持器的一端连接。4.根据权利要求1所述的页岩储层压裂返排模拟系统，其特征在于，所述回压系统(8)包括第二回压阀(81)，第二回压阀(81)通过管道与岩心夹持器(1)远离连接气体活塞容器(4)的一端连接，第二回压阀(81)上分别通过管道连接有第二流量计(82)和第二回压泵(83)。5.根据权利要求1所述的页岩储层压裂返排模拟系统，其特征在于，所述气体增压系统(5)包括气源(51)，气源(51)通过管道连接有气体增压泵(52)，气体增压泵(52)通过管道连接有高压储罐(53)，高压储罐(53)通过管道与气体活塞容器(4)连接。6.使用权利要求1所述系统的页岩储层压裂返排模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：岩心准备：在岩心一端钻孔眼，将岩心放置于岩心夹持器(1)内；S2：岩心抽空饱和：从岩心夹持器(1)一端对岩心抽真空；从岩心夹持器(1)一端对岩心抽真空；在岩芯夹持器中段加载围压，在岩心夹持器(1)一端加载轴压，以定压注入方式从岩心夹持器(1)一端注入气体至岩心夹持器(1)两端压力平衡；S3：岩心压裂：将压裂液从岩心夹持器(1)注入，岩心破裂后停止注入压裂液；通过CT扫描岩心压裂过程，监测压裂过程中岩芯夹持器两端压力、中部压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄山，马新华，吴建发，张鉴，胡浩然，吴天鹏，谢维扬，伍帅，
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：