測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法。本發(fā)明提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，包括：巖心夾持裝置，氣體供給裝置、進口壓力調(diào)節(jié)裝置、砂處理裝置、測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，較真實的模擬了氣藏氣體通過采氣井的過程，能夠用來測定氣井出砂臨界氣體流速，準確性較高。此外，本發(fā)明提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，還能夠用來測定高壓狀態(tài)下的氣井出砂臨界氣體流速，適用性較廣。
【專利說明】
測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及油氣井開采技術，尤其涉及一種測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及 方法。
【背景技術】
[0002] 疏松砂巖氣藏在開采過程中容易出砂。氣井出砂之后易造成井壁坍塌、套管破損、 地層傷害，甚至砂埋產(chǎn)層等問題；同時，氣井出砂還會對地面設備，生產(chǎn)管線造成磨損和堵 塞。影響氣井出砂的因素有很多，其中，氣體的流速是影響出砂的關鍵因素。對于砂巖氣藏， 一般存在氣井出砂臨界氣體流速，即當氣體流速大于臨界氣體流速時，砂巖結構發(fā)生破壞， 導致出砂。因此，測定氣井出砂臨界氣體流速，對于制定合理的工作制度、選擇合適的完井 方式和防砂方法等工作都十分重要。
[0003] 目前，一般通過數(shù)學模型來計算臨界氣體流速。然而，采用數(shù)學模型計算的臨界氣 體流速，準確性得不到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，以解決采用數(shù)學模型 計算氣井出砂臨界氣體流速時，準確性不高的問題。
[0005] 本發(fā)明一方面提供一種測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置。本發(fā)明提供的測定氣 井出砂臨界氣體流速的裝置，包括:巖心夾持裝置、氣體供給裝置、進口壓力調(diào)節(jié)裝置、砂處 理裝置、測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);其中：
[0006] 上述巖心夾持裝置，包括圍壓栗和壓緊裝置，上述圍壓栗，用于向上述壓緊裝置提 供圍壓，以使上述壓緊裝置將取自于待測氣井儲層的巖心壓緊；
[0007] 上述氣體供給系統(tǒng)，用于向上述巖心提供氣源；
[0008] 上述進口壓力調(diào)節(jié)裝置，設置在上述氣體供給裝置和上述巖心夾持裝置之間，用 于調(diào)節(jié)上述巖心進口處的氣體壓力；
[0009] 上述砂處理裝置，設置在上述巖心夾持裝置之后，用于收集上述巖心產(chǎn)出的砂，并 對上述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理；
[0010] 上述測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于測量上述巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體 壓力、巖心出口端氣體的氣流量以及巖心產(chǎn)出砂的質量，采集進口壓力值、出口壓力值、氣 流量值以及產(chǎn)出砂的質量值，并根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于 預設閾值時的巖心出口端氣體的氣流量值，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。
[0011] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，還包括：出 口壓力調(diào)節(jié)裝置，
[0012] 上述出口壓力調(diào)節(jié)裝置，設置在上述砂處理裝置之后，用于調(diào)節(jié)上述巖心出口處 的氣體壓力。
[0013] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，上述出口 壓力調(diào)節(jié)裝置，包括：回壓閥和回壓栗；
[0014] 上述回壓栗與上述回壓閥連接，上述回壓閥與上述砂處理裝置連接。
[0015] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，上述氣體 供給裝置為氣瓶。
[0016] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，上述進口 壓力調(diào)節(jié)裝置，包括:調(diào)節(jié)閥和增壓栗；
[0017] 上述調(diào)節(jié)閥和上述增壓栗連接，上述調(diào)節(jié)閥的一端與上述氣體供給裝置連接，上 述增壓栗的一端與上述巖心夾持裝置連接。
[0018] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，上述砂處 理裝置，包括:過濾器、清洗器、烘干器；
[0019] 上述過濾器，與上述巖心夾持裝置連接，用于收集上述巖心產(chǎn)出的砂；
[0020] 上述清洗器和上述烘干器，分別用于對上述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理。
[0021] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，上述測量 與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:進口壓力傳感器、出口壓力傳感器、流量計、質量測量計、數(shù)據(jù)采集 器；
[0022] 上述進口壓力傳感器設置在上述壓緊裝置進口端，用于測量巖心進口處的氣體壓 力；
[0023] 上述出口壓力傳感器設置在上述壓緊裝置出口端，用于測量巖心出口處的壓力； [0024] 上述流量計設置在上述砂處理裝置之后，用于測量上述巖心出口端氣體的氣流 量；
[0025 ] 上述質量測量計，用于測量上述巖心產(chǎn)出砂的質量；
[0026] 上述數(shù)據(jù)采集器，分別與上述進口壓力傳感器、上述出口壓力傳感器、上述流量 計、上述質量測量計連接，用于采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值以及產(chǎn)出砂的質量 值，并根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時的巖心出口端 氣體的氣流量值，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。
[0027] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的氣井出砂臨界氣體流速的裝置，上述進口壓力 調(diào)節(jié)裝置，還包括:緩沖裝置；
[0028] 上述緩沖裝置，設置在上述增壓栗之后，用于穩(wěn)定巖心進口處的氣體壓力。
[0029] 本發(fā)明另一方面提供一種測定氣井出砂臨界氣體流速的方法。本發(fā)明提供的測定 氣井出砂臨界氣體流速的方法，包括以下步驟：
[0030] 步驟一:利用圍壓將取自于待測氣井儲層的巖心在壓緊裝置中夾緊；
[0031] 步驟二：向上述巖心提供氣源;將上述巖心進口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值；
[0032] 步驟三:測量上述巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體壓力以及上述巖心出口 端氣體的氣流量，并采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值；
[0033] 步驟四：經(jīng)過預設時間后，停止向上述巖心提供氣源，收集上述巖心產(chǎn)出的砂，并 對上述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理，測量上述巖心產(chǎn)出砂的質量，并采集上述產(chǎn)出砂的質 量值；
[0034] 步驟五:增大巖心進口處氣體壓力的設定值，重復步驟二至步驟四，直至產(chǎn)出砂的 質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時，停止實驗；
[0035] 步驟六:根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時的 巖心出口端氣體的氣流量值，計算上述巖心出砂的臨界氣體流速，上述巖心出砂的臨界氣 體流速與待測氣井出砂臨界氣體流速相等，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。
[0036] 進一步地，本發(fā)明一實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的方法，上述步驟 三之前，還包括：
[0037]將上述巖心出口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值；
[0038] 上述步驟五包括:在增大巖心進口處氣體壓力的設定值時，增大巖心出口處氣體 壓力的設定值，使巖心壓差維持在預設范圍內(nèi)。
[0039] 本發(fā)明提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，較真實的模擬了氣藏氣 體通過采氣井的過程，能夠用來測定氣井出砂臨界氣體流速，并且準確性較高。此外，本發(fā) 明提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，還能夠用來測定高壓狀態(tài)下的氣井出 砂臨界氣體流速，適用性較廣。
【附圖說明】
[0040] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0041] 圖1為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置實施例一的結構示意圖；
[0042] 圖2為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的方法實施例一的流程圖；
[0043] 圖3為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置實施例二的結構示意圖；
[0044] 圖4為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的方法實施例二的流程圖。
[0045] 附圖標記說明：
[0046] 1:巖心夾持裝置；
[0047] 2:氣體供給裝置；
[0048] 3:進口壓力調(diào)節(jié)裝置；
[0049] 4:砂處理裝置；
[0050] 5:測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0051 ] 6:出口壓力調(diào)節(jié)裝置；
[0052] 11:圍壓栗；
[0053] 12:壓緊裝置；
[0054] 31:調(diào)壓閥；
[0055] 32:增壓栗；
[0056] 33:緩沖裝置；
[0057] 41:過濾器；
[0058] 42:清洗器及烘干器；
[0059] 51:進口壓力傳感器；
[0060] 52:出口壓力傳感器；
[0061] 53:流量計；
[0062] 54:質量測量計；
[0063] 55:數(shù)據(jù)采集器；
[0064] 61:回壓閥；
[0065] 62:回壓栗。
【具體實施方式】
[0066] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0067] 本發(fā)明提供一種測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，用以解決現(xiàn)有技術中 采用數(shù)學模型計算氣井出砂臨界氣體流速時，準確性不高的問題。
[0068] 實施例一
[0069] 圖1為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置實施例一的結構示意圖。請參照 圖1，本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，包括:巖心夾持裝置1、氣體供給 裝置2、進口壓力調(diào)節(jié)裝置3、砂處理裝置4、測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5;其中：
[0070] 巖心夾持裝置1，包括圍壓栗11和壓緊裝置12,圍壓栗11，用于向壓緊裝置12提供 圍壓，以使壓緊裝置12將取自于待測氣井儲層的巖心壓緊。
[0071] 具體地，取自于待測氣井儲層的巖心為標準巖心，該巖心軸向方向上具有氣體通 道。
[0072] 更具體地，壓緊裝置12可以為與巖心長度相等的環(huán)形橡膠套管;或者是，與巖心長 度相等的環(huán)形銅管。橡膠套管或銅管的直徑略大于巖心的直徑。將巖心置于壓緊裝置12內(nèi) 時，巖心外壁與壓緊裝置12之間存在間隙。此時，圍壓栗11能夠向橡膠套管或銅管提供圍 壓，以使橡膠套管或銅管與巖心外壁緊密接觸，進而將巖心壓緊。需要說明的是，此處不對 圍壓栗提供的圍壓值進行限定，圍壓栗提供的圍壓值以該圍壓值能夠將巖心緊密夾緊在壓 緊裝置中為準。
[0073] 氣體供給系統(tǒng)2,用于向巖心提供氣源。
[0074] 具體地，氣體供給系統(tǒng)2,用于向巖心提供氣源，這樣，氣體通過巖心軸向方向上的 氣體通道穿過巖心。以模擬氣井中，氣藏氣體穿過采氣井筒的過程。更具體地，氣體供給系 統(tǒng)可以是儲氣罐、氣瓶等，優(yōu)選為氣瓶。
[0075] 進口壓力調(diào)節(jié)裝置3,設置在氣體供給裝置2和巖心夾持裝置1之間，用于調(diào)節(jié)巖心 進口處的氣體壓力。
[0076] 具體地，在測定氣井出砂臨界氣體流速的過程中，可以通過進口壓力調(diào)節(jié)裝置來 調(diào)節(jié)巖心進口處的氣體壓力，以讓具體不同壓力的氣體通過巖心，更準確的測定氣井出砂 的臨界氣體流速。例如，在測定過程中，先將巖心進口處的氣體壓力調(diào)節(jié)的足夠小，通過砂 處理裝置觀察巖心是否出砂，再逐漸增大巖心進口處的氣體壓力，以測定出氣井出砂時的 臨界氣體流速。
[0077] 更具體地，進口壓力調(diào)節(jié)裝置3,包括:調(diào)壓閥31和增壓栗32,調(diào)節(jié)閥31和增壓栗32 連接，調(diào)節(jié)閥31的一端與氣體供給裝置2連接，增壓栗32的一端與巖心夾持裝置1連接。其 中，更具體地，增壓栗32的一端與壓緊裝置12連接。
[0078] 進一步地，本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，進口壓力調(diào)節(jié)裝 置3，還包括:緩沖裝置33，緩沖裝置33，設置在增壓栗32之后，用于穩(wěn)定巖心進口處的氣體 壓力。具體地，緩沖裝置33可以為一個緩沖容器。
[0079] 砂處理裝置4,設置在巖心夾持裝置1之后，用于收集巖心產(chǎn)出的砂，并對產(chǎn)出的砂 進行清洗、烘干處理；
[0080] 具體地，當氣體供給裝置2提供的氣源的流速達到氣井出砂臨界氣體流速時，巖心 將會出砂。此時，采用設置在巖心夾持裝置1之后的砂處理裝置4收集巖心產(chǎn)出的砂，并對砂 進行清洗、烘干處理。
[0081] 更具體地，砂處理裝置4，包括:過濾器41、清洗器及烘干器42，過濾器41具體設置 在壓緊裝置12之后，用于收集巖心產(chǎn)出的砂;清洗器和烘干器42,則分別用于對產(chǎn)出的砂進 行清洗、烘干處理。
[0082]測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5，用于測量巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體壓力、巖 心出口端氣體的氣流量以及巖心產(chǎn)出砂的質量，采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值以 及產(chǎn)出砂的質量值，并根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值 時的巖心出口端氣體的氣流量值，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。
[0083]具體地，預設閾值為0.001g/m3，規(guī)定產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的 比值大于〇. 〇〇 1 g/m3時，對應的氣流量值即為巖心出砂的臨界氣流量值。此時，根據(jù)氣流量 值，結合巖心的尺寸參數(shù)，可得出對應的臨界出砂氣體流速。
[0084]更為具體地，測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5，包括:進口壓力傳感器51、出口壓力傳感器 52、流量計53、質量測量計54、數(shù)據(jù)采集器55。其中，進口壓力傳感器51設置在壓緊裝置12進 口端，用于測量巖心進口處的氣體壓力；出口壓力傳感器52設置在壓緊裝置12出口端，用于 測定巖心出口處的氣體壓力;流量計53設置在砂處理裝置4之后，用于測量巖心出口端氣體 的氣流量；質量測量計54,則用于測量巖心產(chǎn)出砂的質量。需要說明的是，質量測量計優(yōu)選 為電子天平。
[0085] 數(shù)據(jù)采集器55，分別與進口壓力傳感器51、出口壓力傳感器52、流量計53、質量測 量計54連接，用于采集進口壓力傳感器51測量的巖心進口處氣體壓力值，出口壓力傳感器 52測量的巖心出口處的氣體壓力值，流量計53測量的巖心出口端氣體的氣流量值，質量測 量計54測量的產(chǎn)出砂的質量。
[0086]需要說明的是，數(shù)據(jù)采集器55,還用于根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣 流量的比值大于預設閾值時的巖心出口端氣體的氣流量值，得到待測氣井出砂的臨界氣體 流速。
[0087]本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，較真實的模擬了氣藏通過采 氣井的過程，能夠用來測定氣井出砂臨界氣體流速，并且準確性較高。
[0088] 下面結合本實施提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，具體說明采用該裝置 來測定氣井出砂臨界氣體流速的對應方法。圖2本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的方法 實施例一的流程圖。如圖2所示，本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的方法，包括 以下步驟：
[0089] S101、利用圍壓將取自于待測氣井儲層的巖心在壓緊裝置中夾緊。
[0090] 具體地，該步驟中，圍壓的值可以根據(jù)實驗需要具體設定，此處不對圍壓的值進行 限定，圍壓具體的值，以能夠將巖心夾緊為參考。此外，如何利用圍壓將巖心在壓緊裝置中 夾緊，已經(jīng)在對應的裝置實施例中詳細介紹，此處不再贅述。
[0091] 需要說明的是，在步驟S201之前，還可以包括，制備巖心的過程。
[0092] S102:向上述巖心提供氣源;將上述巖心進口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值。
[0093] 具體地，設定值是根據(jù)巖心性質設定的，例如可以為lOMPa。在該步驟中，通過調(diào)壓 閥和增壓栗來調(diào)節(jié)巖心進口處的壓力。調(diào)節(jié)過后，氣體以一定的流速通過巖心。此時，氣體 的流速一般較小，巖心不會出砂。
[0094] S103:測量上述巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體壓力以及上述巖心出口端 氣體的氣流量，并采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值。
[0095] S104:經(jīng)過預設時間后，停止向上述巖心提供氣源，收集上述巖心產(chǎn)出的砂，并對 上述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理，測量上述巖心產(chǎn)出砂的質量，并采集上述產(chǎn)出砂的質量 值。
[0096] 需要說明的是，此處不對預設時間進行具體限定。
[0097] S105:增大巖心進口處氣體壓力的設定值，重復步驟S102至S104,直至產(chǎn)出砂的質 量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時，停止實驗；
[0098]具體地，當巖心進口處氣體壓力的設定值增大至某一值時，在重復步驟S102至 S104的過程中，氣體的流速達到氣井出砂的臨界氣體流速，氣井出砂。
[0099] S10 6:根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時的巖 心出口端氣體的氣流量值，計算上述巖心出砂的臨界氣體流速，上述巖心出砂的臨界氣體 流速與待測氣井出砂臨界氣體流速相等，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。
[0100] 具體地，該步驟中，當產(chǎn)生砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量值的比值大于 0.00lg/m3時，此時的氣流量值對應的氣體流速即為測試巖心臨界出砂氣體流速。相應地， 得到待測氣井的臨界出砂氣體流速。
[0101] 實施例二
[0102] 實施例一提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，雖然能夠用來測定氣井出砂 的臨界氣體流速，但是，上述實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，在測定氣井 出砂的臨界氣體流速時，巖心出口處的氣體壓力為標準大氣壓，巖心進口處的氣體壓力較 低，整個巖心內(nèi)的氣體壓力較低，不能夠用來測定高壓狀態(tài)下氣井出砂臨界氣體流速。本實 施例提供的氣井出砂臨界氣體流速測試裝置，能夠測試高壓狀態(tài)下，氣井出砂的臨界氣體 流速。
[0103] 圖3為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置實施例二的結構示意圖。參照圖 3，本實施例與上一實施例的區(qū)別在于，本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝 置，還包括：出口壓力調(diào)節(jié)裝置6，
[0104] 出口壓力調(diào)節(jié)裝置6,設置在砂處理裝置4之后，具體的設置在過濾器41與流量計 53之間，用于調(diào)節(jié)巖心出口處的氣體壓力。
[0105] 本實施例中，通過設置出口壓力調(diào)節(jié)裝置，可以調(diào)節(jié)巖心出口處的氣體壓力，進而 可以使整個巖心處于高壓狀態(tài)，利用本實施例提供的裝置，可以測定高壓狀態(tài)下的氣井出 砂臨界氣體流速。
[0106] 具體地，出口壓力調(diào)節(jié)裝置6，包括：回壓閥61和回壓栗62，回壓栗62與回壓閥61連 接，回壓閥61與砂處理裝置4連接。更具體地，回壓閥61設置在過濾器41和流量計53之間，回 壓栗62與回壓閥61連接。
[0107]本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，能夠測定高壓狀態(tài)下的氣井 出砂臨界氣體流速，以更好的指導生產(chǎn)實踐。
[0108] 下面結合本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，詳細說明，采用該 裝置測定氣井出砂臨界氣體流速的方法。圖4為本發(fā)明測定氣井出砂臨界氣體流速的方法 實施例二的流程圖，請參照圖4,本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的方法，包括 以下步驟：
[0109] S201、利用圍壓將取自于待測氣井儲層的巖心在壓緊裝置中夾緊；
[0110] S202、向上述巖心提供氣源;將上述巖心進口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值；
[0111] S203、將上述巖心出口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值；
[0112] S204:測量上述巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體壓力以及上述巖心出口端 氣體的氣流量，并采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值；
[0113] S205:經(jīng)過預設時間后，停止向上述巖心提供氣源，收集上述巖心產(chǎn)出的砂，并對 上述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理，測量上述巖心產(chǎn)出砂的質量，并采集上述產(chǎn)出砂的質量 值；
[0114] S206:增大巖心進口處氣體壓力的設定值，在增大巖心進口處氣體壓力的設定值 時，增大巖心出口處氣體壓力的設定值，使巖心壓差維持在預設范圍內(nèi)；重復步驟S202至 S205，直至產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時，停止實驗；
[0115] 在該步驟中，例如，在一種可能的實現(xiàn)方式中，可以將巖心進口處氣體壓力的設定 值依次增加3MPa，在增大巖心進口處氣體壓力的設定值時，同時增大巖心出口處壓力的設 定值，使巖心壓差維持在3MPa。需要說明的是，進口處氣體壓力的設定值、出口處氣體壓力 的設定值以及巖心壓差可以根據(jù)實際需要調(diào)整，此處不對其進行具體限定。例如，表1和表2 分別提供兩種測定氣井出砂臨界氣體流速的實驗安排表，表中不僅對步驟S201中的圍壓、 S202中的巖心進口處氣體壓力的設定值、S203中的巖心出口處氣體壓力的設定值進行了設 定，還對步驟S206中的各項進行了設定，在測定氣井出砂臨界氣體流速時，可以按照表1或 表2提供的實驗安排表來進行實驗，直至產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值 大于預設閾值時，停止實驗。
[0116] 表1測定氣井出砂臨界氣體流速的實驗安排
[0117]
[0118] 表2測定氣井出砂臨界氣體流速的實驗安排
[0120] S207:根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時的巖 心出口端氣體的氣流量值，計算上述巖心出砂的臨界氣體流速，上述巖心出砂的臨界氣體 流速與待測氣井出砂臨界氣體流速相等，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。
[0121 ]例如，產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于0.001g/m3時，流量計 測定的氣流量值記為qb。需要說明的是，該步驟中，在計算巖心出砂的臨界氣體流速時，由 于流量計設置在回壓閥之后。因此，流量計此時測得的氣流量值q b實際是氣體在標準大氣 壓力下(壓力為0 .lOlOMPa)的氣流量值。此時，采用式（1)，得到氣體在巖心出口壓力(巖心 出口壓力可以通過出口壓力傳感器測得）下的氣流量值(記為qs)，該氣流量值對應的氣體 流速就為巖心出砂的臨界氣體流速。
(1.)
[0123]式(1)中各個量所表示的含義：
[0124] qb :流量計測量的巖心出口端氣體的流量值(該流量值為氣體為標準狀態(tài)下的流 量值），單位:m3/min;
[0125] ?^標準狀態(tài)下的壓力值，單位:10^，取0.10110^;
[0126] Zs:實驗條件下氣體壓縮因子(可以通過查表獲得）；
[0127] Ts:實驗溫度，單位:K，其中，Ts = 273.15+t (t:實驗溫度，單位：°C );
[0128] Ta:標準狀態(tài)下的溫度值，單位:K，取273 · 15K;
[0129] Ps:巖心出口處的氣體壓力值(可以通過出口壓力傳感器測得），單位:MPa。
[0130] 這樣，通過式（1)，即可以將流量計測量的氣體在標準狀態(tài)下的氣流量值，轉化為 氣體在實驗條件下的氣流量值，根據(jù)氣流量值，結合巖心的尺寸參數(shù)，即可以得到巖心在實 驗條件下出砂的臨界氣體流速，又由于氣井出砂的臨界氣體流速與取自于該氣井的巖心出 砂的臨界氣體流速相等，因此，得到氣井出砂的臨界氣體流速。
[0131]本實施例提供的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置及方法，通過在巖心夾持裝置 出口處設置回壓閥及回壓栗，可以通過回壓閥和回壓栗來調(diào)節(jié)巖心出口處的氣體壓力值， 進而使整個巖心處于高壓的狀態(tài)，能夠用來測定高壓狀態(tài)下巖心出砂的臨界氣體流速，適 用性較廣，并且能夠用來更好的指導生產(chǎn)實踐。
[0132] 需要說明的是，在生產(chǎn)實踐過程中，在利用本發(fā)明提供的測定氣井出砂臨界氣體 流速的裝置及方法，測定出氣井出砂的臨界氣體流速之后，可以根據(jù)采氣井的具體尺寸參 數(shù)，計算臨界生產(chǎn)壓差和臨界產(chǎn)氣量，以更好的指導生產(chǎn)實踐。
[0133] 最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡 管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依 然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進 行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術 方案的范圍。
【主權項】
1. 一種測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，包括:巖心夾持裝置、氣體供 給裝置、進口壓力調(diào)節(jié)裝置、砂處理裝置、測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);其中： 所述巖心夾持裝置，包括：圍壓栗和壓緊裝置，所述圍壓栗，用于向所述壓緊裝置提供 圍壓，以使所述壓緊裝置將取自于待測氣井儲層的巖心壓緊； 所述氣體供給系統(tǒng)，用于向所述巖心提供氣源； 所述進口壓力調(diào)節(jié)裝置，設置在所述氣體供給裝置和所述巖心夾持裝置之間，用于調(diào) 節(jié)所述巖心進口處的氣體壓力； 所述砂處理裝置，設置在所述巖心夾持裝置之后，用于收集所述巖心產(chǎn)出的砂，并對所 述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理； 所述測量及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于測量所述巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體壓力、 巖心出口端氣體的氣流量以及巖心產(chǎn)出砂的質量，采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值 以及產(chǎn)出砂的質量值，并根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾 值時的巖心出口端氣體的氣流量值，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。2. 根據(jù)權利要求1所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，還包括：出 口壓力調(diào)節(jié)裝置， 所述出口壓力調(diào)節(jié)裝置，設置在所述砂處理裝置之后，用于調(diào)節(jié)所述巖心出口處的氣 體壓力。3. 根據(jù)權利要求2所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，所述出口壓 力調(diào)節(jié)裝置，包括：回壓閥和回壓栗； 所述回壓栗與所述回壓閥連接，所述回壓閥與所述砂處理裝置連接。4. 根據(jù)權利要求1~3任一項所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于， 所述氣體供給裝置為氣瓶。5. 根據(jù)權利要求4所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，所述進口壓 力調(diào)節(jié)裝置，包括:調(diào)節(jié)閥和增壓栗； 所述調(diào)節(jié)閥和所述增壓栗連接，所述調(diào)節(jié)閥的一端與所述氣體供給裝置連接，所述增 壓栗的一端與所述巖心夾持裝置連接。6. 根據(jù)權利要求5所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，所述砂處理 裝置，包括:過濾器、清洗器、烘干器； 所述過濾器，與所述巖心夾持裝置連接，用于收集所述巖心產(chǎn)出的砂； 所述清洗器和所述烘干器，分別用于對所述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理。7. 根據(jù)權利要求6所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，所述測量與 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:進口壓力傳感器、出口壓力傳感器、流量計、質量測量計、數(shù)據(jù)采集器； 所述進口壓力傳感器設置在所述壓緊裝置進口端，用于測量巖心進口處的氣體壓力； 所述出口壓力傳感器設置在所述壓緊裝置出口端，用于測量巖心出口處的氣體壓力； 所述流量計設置在所述砂處理裝置之后，用于測量所述巖心出口端氣體的氣流量； 所述質量測量計，用于測量所述巖心產(chǎn)出砂的質量； 所述數(shù)據(jù)采集器，分別與所述進口壓力傳感器、所述出口壓力傳感器、所述流量計、所 述質量測量計連接，用于采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值以及產(chǎn)出砂的質量值，并 根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時的巖心出口端氣體 的氣流量值，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。8. 根據(jù)權利要求5~7任一項所述的氣井出砂臨界氣體流速的裝置，其特征在于，所述 進口壓力調(diào)節(jié)裝置，還包括:緩沖裝置； 所述緩沖裝置，設置在所述增壓栗之后，用于穩(wěn)定巖心進口處的氣體壓力。9. 一種測定氣井出砂臨界氣體流速的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一:利用圍壓將取自于待測氣井儲層的巖心在壓緊裝置中夾緊； 步驟二：向所述巖心提供氣源;將所述巖心進口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值； 步驟三:測量所述巖心進口處的氣體壓力、出口處的氣體壓力以及所述巖心出口端氣 體的氣流量，并采集進口壓力值、出口壓力值、氣流量值； 步驟四：經(jīng)過預設時間后，停止向所述巖心提供氣源，收集所述巖心產(chǎn)出的砂，并對所 述產(chǎn)出的砂進行清洗、烘干處理，測量所述巖心產(chǎn)出砂的質量，并采集所述產(chǎn)出砂的質量 值； 步驟五:增大巖心進口處氣體壓力的設定值，重復步驟二至步驟四，直至產(chǎn)出砂的質量 與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時，停止實驗； 步驟六:根據(jù)產(chǎn)出砂的質量與巖心出口端氣體的氣流量的比值大于預設閾值時的巖心 出口端氣體的氣流量值，計算所述巖心出砂的臨界氣體流速，所述巖心出砂的臨界氣體流 速與待測氣井出砂臨界氣體流速相等，得到待測氣井出砂的臨界氣體流速。10. 根據(jù)權利要求9所述的測定氣井出砂臨界氣體流速的方法，其特征在于，所述步驟 三之前，還包括： 將所述巖心出口處的氣體壓力調(diào)節(jié)至設定值； 所述步驟五包括:在增大巖心進口處氣體壓力的設定值時，增大巖心出口處氣體壓力 的設定值，使巖心壓差維持在預設范圍內(nèi)。
【文檔編號】G01N33/24GK106018745SQ201610454775
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】楊向同, 孟祥娟, 宋文文, 王浩, 曹繼紅, 匡韶華, 郭韜, 周飛, 張利平, 李瑋, 楊磊
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司