本發(fā)明屬于氣田水平井采氣工藝領(lǐng)域，具體而言是應用于水平井堵塞機理分析和治理方法研究的模擬水平井堵塞機理的實驗方法。
背景技術(shù)：
水平井作為川西氣田開采開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，普遍采用“多級多段”大型加砂壓裂儲層改造措施獲得工業(yè)氣流。但由于水平井水平段較長，壓裂級數(shù)較多，加砂壓裂規(guī)模大，入地液量大，而平均返排率只有64.91%，因此有一部分壓裂殘液未被返排出井口而依然滯留于井底。隨著氣井生產(chǎn)時間的增加，井筒中會析出部分凝析油和蠟質(zhì)，它們和壓裂殘液以及壓裂砂混合在一起，導致水平井井筒堵塞。地層中的支撐劑也會在流體的作用下流入水平段，形成堆積堵塞。
目前國內(nèi)關(guān)于水平井堵塞機理的認識未開展模擬實驗，如《多功能水平氣井模擬實驗裝置》，專利號：ZL201210351312.8提及該裝置可模擬水平井空氣、水、砂三相流動規(guī)律，但未明確該裝置模擬水平井空氣、水、砂三相流動的方法，從而缺乏模擬分析水平井堵塞機理的方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述情況，根據(jù)相似性原理，利用水平井模擬結(jié)構(gòu)，采用模擬流動法，模擬分析殘留的壓裂液、泡排劑、壓裂砂按照不同的比例混合所形成的混合物對低壓低產(chǎn)水平井的堵塞過程和堵塞條件和堵塞機理。并針對已經(jīng)形成的堵塞，模擬部分解堵措施，觀察解堵效果，為井底凈化提供技術(shù)依據(jù)。
為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：
一種模擬水平井堵塞機理的實驗方法，其特征在于：包括如下步驟：
步驟一：設(shè)計模擬水平井的實驗裝置：收集氣田不同區(qū)塊水平井的井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)資料，確定實驗模擬結(jié)構(gòu)中水平段的段數(shù)、段長以及段間分布，用于模擬水平井的真實情況；
步驟二：水平段模擬流動介質(zhì)確定：收集水平井壓裂液入井液量、入井液返排液、殘留壓裂液主要成分，并確定模擬流動氣液固配方及其比例；
步驟三：實驗氣量設(shè)計：將井口產(chǎn)量換算成井底產(chǎn)量，并折算為實驗氣量，最終確定實驗的最終氣量。
步驟四：水平段模擬壓差確定：統(tǒng)計水平井井口壓力、井眼軌跡、井深、井口壓力、井眼軌跡、地層壓力、產(chǎn)量、氣液比、含水率，運用水平井井筒壓降模型計算井底流壓，根據(jù)水平段段長，確定模擬流動壓差；應用水平井井筒壓降模型進行計算，該模型包括兩部分，垂直段壓降模型和水平段壓降模型。本實驗，選擇最常用的Duns&Ros模型作為水平井垂直段壓降模型，以及Lockhart&Martinelli模型作為水平井水平段的壓降模型。
步驟五：根據(jù)相似性原理，運用步驟一中的模擬水平井的實驗裝置完成水平段的堵塞和解堵實驗。
所述步驟二中的水平段模擬流動介質(zhì)包括胍膠、殺菌劑、粘土穩(wěn)定劑、助排劑、多功能增效劑、碳酸鈉、基液交聯(lián)劑、稠化劑、殺菌劑、PH調(diào)節(jié)劑、粘土穩(wěn)定劑、助排劑、增效劑、破膠劑中的至少一種。
所述步驟三中按如下方法得到實驗氣量：
1）天然氣的體積系數(shù)
天然氣的體積系數(shù)是指天然氣在地層條件下所占體積與其在地面標準條件下的體積之比，即
——式1
式中Bg——天然氣的體積系數(shù)；
Vsc——天然氣在地面標準條件下的體積，m3；
V——同質(zhì)量天然氣在地層條件下的體積，m3。
將標準條件下的溫度、壓力帶入上式（我國工程標準為20℃、0.1013MPa，物理標準為0℃、0.1013MPa），得到
——式2
式中Bg—天然氣的體積系數(shù)；
—壓力，Pa；
—天然氣的壓縮因子；
—溫度，K。
2）氣相表觀流速
——式3
式中—氣相表觀流速，m/s；
—氣體的體積流量，m3/s；
—過流斷面的面積，m2。
3）液相表觀流速
——式4
式中—液相表觀流速，m/s；
—液體的體積流量，m3/s；
統(tǒng)計地層壓力及溫度，帶入式2求得天然氣體積系數(shù)，根據(jù)式1，已知氣井井口氣體體積流量，可求得井底氣體體積流量，再帶入式3中，可計算得到井底氣相表觀流速，根據(jù)式4可得到井底液相表觀流速，從而確定實驗氣相流速及液相流速。
所述步驟四中由于井筒中只有氣體，井口處于張開狀態(tài)，井口與井底高程差小，模擬流動壓差很小，模擬壓差為1~5Pa。
所述步驟五中采用Φ60有機玻璃管模擬水平井井筒及地層，水平段和地層之間用小直徑軟管連接。
所述步驟一中的模擬水平井的實驗裝置中模擬地層的水平管進氣口與進液口設(shè)置于同一端，并在連接模擬地層與井筒水平段的用于模擬地層壓裂所產(chǎn)生的裂縫及地層流體流動通道小軟管上加裝密度儀。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
1、采用模擬流動法，模擬殘留的壓裂液、泡排劑、壓裂砂，按照比例混合后，在實際的壓差和流速條件下將混合物從地層帶入井筒，模擬分析水平段的堵塞機理，堵塞條件；在完成堵塞模擬后，采用對應的解堵方式對水平段進行解堵模擬，觀察各種措施的解堵效果，為水平段井底凈化提供技術(shù)依據(jù)。
2、運用本方法，可模擬水平井地層流體自地層進入井筒的流動狀態(tài)，從而動態(tài)跟蹤分析水平井堵塞機理?，F(xiàn)有專利ZL201210351312.8《多功能水平氣井模擬實驗裝置》中詳細闡述的是如何模擬氣水兩相的全井筒流動規(guī)律，側(cè)重于裝置的使用方法。并沒有明確指出如何模擬氣、水、砂三相流動規(guī)律，也未說明采用什么技術(shù)方法確定水平井水平段堵塞的臨界流速和臨界壓差。本發(fā)明詳細闡述了如何利用模擬裝置，模擬氣液固三相流動。通過運用軟件及水平井壓降模型設(shè)計實驗氣量及水平段壓差，配置不同粘度的混合物，觀察其在不同氣體流速下的流動狀況，以及對產(chǎn)層的封蓋堵塞作用，最終確定形成堵塞的臨界流速和臨界壓差。
3、本實驗采用的模擬裝置較發(fā)明專利《多功能水平氣井模擬實驗裝置》中裝置的模擬地層部分進行了改進。原有裝置中模擬地層部分的水平管，進氣口與進液口分布于水平管的兩端，存在氣液未充分混合達到實驗所需密度，就通過模擬射孔的軟管進入了井身軌跡中。本實驗采用的水平井模擬實驗裝置，將模擬地層的水平管進氣口與進液口設(shè)置于同一端，利于氣液混合。
附圖說明
圖1為本發(fā)明采用的水平井模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1
一種模擬水平井堵塞機理的實驗方法，步驟一：設(shè)計模擬水平井的實驗裝置：收集氣田不同區(qū)塊水平井的井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)資料，確定實驗模擬結(jié)構(gòu)中水平段的段數(shù)、段長以及段間分布，用于模擬水平井的真實情況；
步驟二：水平段模擬流動介質(zhì)確定：收集水平井壓裂液入井液量、入井液返排液、殘留壓裂液主要成分，并確定模擬流動氣液固配方及其比例；
步驟三：實驗氣量設(shè)計：將井口產(chǎn)量換算成井底產(chǎn)量，并折算為實驗氣量，最終確定實驗的最終氣量。
步驟四：水平段模擬壓差確定：統(tǒng)計水平井井口壓力、井眼軌跡、井深、井口壓力、井眼軌跡、地層壓力、產(chǎn)量、氣液比、含水率，運用水平井井筒壓降模型計算井底流壓，根據(jù)水平段段長，確定模擬流動壓差；應用水平井井筒壓降模型進行計算，該模型包括兩部分，垂直段壓降模型和水平段壓降模型。本實驗，選擇最常用的Duns&Ros模型作為水平井垂直段壓降模型，以及Lockhart&Martinelli模型作為水平井水平段的壓降模型。
步驟五：根據(jù)相似性原理，運用步驟一中的模擬水平井的實驗裝置完成水平段的堵塞和解堵實驗。
本發(fā)明采用模擬流動法，模擬殘留的壓裂液、泡排劑、壓裂砂，按照比例混合后，在實際的壓差和流速條件下將混合物從地層帶入井筒，模擬分析水平段的堵塞機理，堵塞條件；在完成堵塞模擬后，采用對應的解堵方式對水平段進行解堵模擬，觀察各種措施的解堵效果，為水平段井底凈化提供技術(shù)依據(jù)。
實施例2
一種模擬水平井堵塞機理的實驗方法，步驟一：設(shè)計模擬水平井的實驗裝置：收集氣田不同區(qū)塊水平井的井眼軌跡和井身結(jié)構(gòu)資料，確定實驗模擬結(jié)構(gòu)中水平段的段數(shù)、段長以及段間分布，用于模擬水平井的真實情況；
步驟二：水平段模擬流動介質(zhì)確定：收集水平井壓裂液入井液量、入井液返排液、殘留壓裂液主要成分，并確定模擬流動氣液固配方及其比例；
步驟三：將井口產(chǎn)量換算成井底產(chǎn)量，并折算為實驗氣量，最終確定實驗的最終氣量。
步驟四：水平段模擬壓差確定：統(tǒng)計水平井井口壓力、井眼軌跡、井深、井口壓力、井眼軌跡、地層壓力、產(chǎn)量、氣液比、含水率，運用水平井井筒壓降模型計算井底流壓，根據(jù)水平段段長，確定模擬流動壓差；應用水平井井筒壓降模型進行計算，該模型包括兩部分，垂直段壓降模型和水平段壓降模型。本實驗，選擇最常用的Duns&Ros模型作為水平井垂直段壓降模型，以及Lockhart&Martinelli模型作為水平井水平段的壓降模型。
步驟五：根據(jù)相似性原理，運用步驟一中的模擬水平井的實驗裝置完成水平段的堵塞和解堵實驗。
所述步驟二中的水平段模擬流動介質(zhì)包括胍膠、殺菌劑、粘土穩(wěn)定劑、助排劑、多功能增效劑、碳酸鈉、基液交聯(lián)劑、稠化劑、殺菌劑、PH調(diào)節(jié)劑、粘土穩(wěn)定劑、助排劑、增效劑、破膠劑中的至少一種。
所述步驟三中按如下方法得到實驗氣量：
1）天然氣的體積系數(shù)
天然氣的體積系數(shù)是指天然氣在地層條件下所占體積與其在地面標準條件下的體積之比，即
——式1
式中Bg——天然氣的體積系數(shù)；
Vsc——天然氣在地面標準條件下的體積，m3；
V——同質(zhì)量天然氣在地層條件下的體積，m3。
將標準條件下的溫度、壓力帶入上式（我國工程標準為20℃、0.1013MPa，物理標準為0℃、0.1013MPa），得到
——式2
式中Bg—天然氣的體積系數(shù)；
—壓力，Pa；
—天然氣的壓縮因子；
—溫度，K。
2）氣相表觀流速
——式3
式中—氣相表觀流速，m/s；
—氣體的體積流量，m3/s；
—過流斷面的面積，m2。
3）液相表觀流速
——式4
式中—液相表觀流速，m/s；
—液體的體積流量，m3/s；
統(tǒng)計地層壓力及溫度，帶入式2求得天然氣體積系數(shù)，根據(jù)式1，已知氣井井口氣體體積流量，可求得井底氣體體積流量，再帶入式3中，可計算得到井底氣相表觀流速，根據(jù)式4可得到井底液相表觀流速，從而確定實驗氣相流速及液相流速。
所述步驟四中由于井筒中只有氣體，井口處于張開狀態(tài)，井口與井底高程差小，模擬流動壓差很小，模擬壓差為1~5Pa。
所述步驟五中采用Φ60有機玻璃管模擬水平井井筒及地層，水平段和地層之間用小直徑軟管連接。
所述步驟一中的模擬水平井的實驗裝置中模擬地層的水平管進氣口與進液口設(shè)置于同一端，并在連接模擬地層與井筒水平段的用于模擬地層壓裂所產(chǎn)生的裂縫及地層流體流動通道小軟管上加裝密度儀。
本發(fā)明采用模擬流動法，模擬殘留的壓裂液、泡排劑、壓裂砂，按照比例混合后，在實際的壓差和流速條件下將混合物從地層帶入井筒，模擬分析水平段的堵塞機理，堵塞條件；在完成堵塞模擬后，采用對應的解堵方式對水平段進行解堵模擬，觀察各種措施的解堵效果，為水平段井底凈化提供技術(shù)依據(jù)。
運用本方法，可模擬水平井地層流體自地層進入井筒的流動狀態(tài)，從而動態(tài)跟蹤分析水平井堵塞機理?，F(xiàn)有專利ZL201210351312.8《多功能水平氣井模擬實驗裝置》中詳細闡述的是如何模擬氣水兩相的全井筒流動規(guī)律，側(cè)重于裝置的使用方法。并沒有明確指出如何模擬氣、水、砂三相流動規(guī)律，也未說明采用什么技術(shù)方法確定水平井水平段堵塞的臨界流速和臨界壓差。本發(fā)明詳細闡述了如何利用模擬裝置，模擬氣液固三相流動。通過運用軟件及水平井壓降模型設(shè)計實驗氣量及水平段壓差，配置不同粘度的混合物，觀察其在不同氣體流速下的流動狀況，以及對產(chǎn)層的封蓋堵塞作用，最終確定形成堵塞的臨界流速和臨界壓差。
本實驗采用的模擬裝置較發(fā)明專利《多功能水平氣井模擬實驗裝置》中裝置的模擬地層部分進行了改進。原有裝置中模擬地層部分的水平管，進氣口與進液口分布于水平管的兩端，存在氣液未充分混合達到實驗所需密度，就通過模擬射孔的軟管進入了井身軌跡中。本實驗采用的水平井模擬實驗裝置，將模擬地層的水平管進氣口與進液口設(shè)置于同一端，利于氣液混合。
實施例3
在實施例1和實施例2的基礎(chǔ)上，本實驗采用的模擬裝置較發(fā)明專利《多功能水平氣井模擬實驗裝置》中裝置的模擬地層部分進行了改進。原有裝置中模擬地層部分的水平管，進氣口與進液口分布于水平管的兩端，存在氣液未充分混合達到實驗所需密度，就通過模擬射孔的軟管進入了井身軌跡中。本實驗采用的水平井模擬實驗裝置，將模擬地層的水平管進氣口與進液口設(shè)置于同一端，利于氣液混合，并在連接模擬地層與井筒水平段的用于模擬地層壓裂所產(chǎn)生的裂縫及地層流體流動通道小軟管上加裝密度儀，以監(jiān)測氣液混合的密度。
本實驗采用的模擬裝置在井口位置設(shè)置有壓力計和溫度計，與井口相連的豎直管道內(nèi)徑為65mm，在豎直管道內(nèi)設(shè)置有密度儀，水平管道與豎直管道之間通過軟管相連，軟管內(nèi)設(shè)置有密度儀，水平管道處的首位各設(shè)置有壓力計和溫度計，中部設(shè)置有密度儀，水平管道共有四根，并排布置，相鄰兩根水平管道之間的間隔為0.5m，在相鄰的水平管道之間通過內(nèi)徑為5mm的兩根連接管相連，連接管內(nèi)設(shè)置有壓差計和密度儀，第四根水平管道的出口處設(shè)置有氣體流量計和液體流量計。
并進行如下實驗：堵塞模擬實驗總共有3組按不同比例混合的混合物，在每組混合物下，模擬氣量由小到大共3組，即實驗分9組進行模擬分析，并觀察實驗現(xiàn)象。在此選擇第2組混合物的模擬過程對本次堵塞模擬實驗的實驗流程和實驗現(xiàn)象進行介紹和分析。
（1）將配置好的混合物裝入模擬地層的有機玻璃管中。
（2）開始對地層模擬管通氣，并且將氣量逐漸增大。
①在氣量較小的情況下，軟管入口處的疏松砂粒開始隨著流體（包括氣體和液體）流入井筒模擬段，并開始堆積。此時的氣量為2.267m3/h。
②保持氣量不變，砂粒隨流體流動一段時間之后停止流動，而液體繼續(xù)隨著氣體進入井筒中，先前堆積的混合物也被氣體沖開，堆積在兩邊?？偨Y(jié)原因如下：在孔道入口處氣體流速較大，因此疏松砂粒被先帶走。而離入口較遠的砂粒膠結(jié)在一起，小氣量下無法帶動。
③繼續(xù)增大進氣量，砂粒又開始隨流體流入井筒。當氣量達到12.43m3/h后，砂粒勻速穩(wěn)定地流入井筒中，且隨著進氣量的繼續(xù)增大，混合物的運移速度增大，井筒中的堆積速度加快，并逐漸形成堆積堵塞
④將氣量穩(wěn)定在23.79m3/h不變，觀察實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：在混合物穩(wěn)定流動一段時間之后停止流動，或者只有少量的砂粒繼續(xù)隨流體流動。在實驗氣量不變的情況下，砂粒并不是連續(xù)流動，而是疏松顆粒先被帶入井筒，被膠結(jié)的顆粒在氣體的不斷作用下，通過一定的時間積累，外圍的顆粒被剝離出來而被帶入井筒。如此持續(xù)一段時間之后，在軟管的出口兩端形成混合物堆積?？梢灶A測，在足夠長的時間之后，井筒中也會形成堆積。