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      競爭吸附測試裝置及其測試方法

      文檔序號:9863559閱讀:841來源:國知局
      競爭吸附測試裝置及其測試方法
      【技術領域】
      [0001]本發(fā)明屬于模擬檢測實驗技術領域,尤其涉及在高溫高壓下,超臨界二氧化碳對頁巖中吸附甲烷氣的解吸置換作用的模擬及檢測技術,用于指導頁巖氣合理高效開采技術的提尚。
      【背景技術】
      [0002]世界頁巖氣資源量巨大,隨北美頁巖氣勘探開發(fā)技術的突破與產(chǎn)量快速增長,頁巖氣已被認為是極具開采價值的非常規(guī)天然氣。了解頁巖氣藏開發(fā)特征和開發(fā)方式,考慮如何實現(xiàn)提高頁巖氣采收率十分重要。在頁巖氣藏中,一般認為天然氣的賦存形式有三種,吸附氣、游離氣與溶解氣。據(jù)一些學者統(tǒng)計,吸附氣含量占據(jù)20%?85%,加強吸附氣的開采對頁巖氣增產(chǎn)尤為重要。
      [0003]根據(jù)⑶2驅替煤層中CH4的成功經(jīng)驗,0)2能夠成功驅替煤層中CH4主要得益于CO2的吸附能力大于CH4,部分學者對頁巖吸附CO2XH4的特性開展了初步工作,結果均表明頁巖對CO2的吸附能力顯著強于CH4。但目前國內外對CO2驅替頁巖中吸附CH4的室內試驗評價還非常少,已開展的實驗大多不能滿足地層高溫高壓等條件,特別是還不能更完整、全面地模擬頁巖實際狀態(tài),從而無法還原實際生產(chǎn)情況,更好地指導頁巖氣合理高效開采,提高效率。

      【發(fā)明內容】

      [0004]本發(fā)明目的在于提供一種適用于實際生產(chǎn)條件的室內試驗檢測裝置及其研究方法。本發(fā)明通過超臨界CO2與頁巖中CH4競爭吸附實驗評價CO2對頁巖中吸附氣的置換效果。實驗在多功能長巖心驅替裝置中完成,該裝置原理可靠,結構合理。
      [0005]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)的:
      [0006]本發(fā)明實現(xiàn)公開了一種超臨界CO2與頁巖中CH4競爭吸附測試裝置,包括:注入栗系統(tǒng)、長巖心夾持器、回壓閥、壓差表、控溫系統(tǒng)、液體餾分收集器、氣量計和氣相色譜儀;其中:
      [0007]長巖心夾持器由長巖心外筒、膠皮套和兩端的軸向連接器組成;長巖心外筒設置于膠皮套內、兩端與軸向連接器連接,膠皮套與軸向連接器構成密閉的反應系統(tǒng);
      [0008]注入栗系統(tǒng)包括入口驅替栗、回壓調節(jié)栗和圍壓控制栗;
      [0009]所述入口驅替栗通過并聯(lián)的中間容器、閥門與入口端軸向連接器聯(lián)通,所述回壓調節(jié)栗通過回壓閥與出口端軸向連接器聯(lián)通,所述圍壓控制栗通過閥門與膠皮套聯(lián)通;回壓閥一支路還通過氣量計與氣相色譜儀聯(lián)通。
      [0010]所述裝置各聯(lián)通管路中均設置有壓差表。
      [0011 ]所述長巖心夾持器入口端和出口端均設置有壓差表。
      [0012]本發(fā)明還提供了一種超臨界CO2與頁巖中CH4競爭吸附測試方法,
      [0013]測試方法采用上述公開的測試裝置;
      [0014]測試方法包括頁巖巖心中CH4單組分氣體評價方法和頁巖巖心中超臨界CO2置換CH4氣體評價方法:
      [0015]CH4單組分氣體評價方法包括:
      [0016](I)選取長度4?6cm,直徑2.5cm頁巖小巖柱,進行基礎物性測定,將所選擇的壓好裂縫的頁巖短巖心按順序排列組合成長巖心,裝入巖心夾持器并抽真空;
      [0017](2)將抽真空后長巖心夾持器放入烘箱,設定烘箱溫度為頁巖所屬地層溫度,設定夾持器圍壓為頁巖所屬地層的上覆地層壓力值,并向密閉的夾持器系統(tǒng)通入甲烷氣體,使甲烷氣體在頁巖中充分吸附飽和,飽和時間為72小時,甲烷飽和壓力為頁巖所屬地層的孔隙壓力值;
      [0018](3)關閉夾持器系統(tǒng)入口端,打開出口端,對系統(tǒng)中甲烷氣體逐級降壓,并記錄降壓時間、出口端產(chǎn)出氣量,且降壓后出口端關閉12小時,使頁巖中的吸附甲烷氣體充分解吸,然后再打開出口端,重復前面降壓、時間與產(chǎn)出氣量記錄、關閉/打開出口端步驟,直至系統(tǒng)中甲烷氣體壓力降低至頁巖所屬氣藏的開發(fā)廢棄壓力為止,計算累計產(chǎn)出氣量;
      [0019]所述超臨界CO2置換CH4氣體評價方法包括:
      [0020](4)沿用CH4單組分氣體評價方法實驗巖樣,對系統(tǒng)抽真空,并重復上述實驗操作;
      [0021](5)打開夾持器入口端與出口端閥門,以35MPa的注入壓力向長巖心注入超臨界CO2,并對該過程出口端氣體進行色譜分析;
      [0022](6)當出口端檢測出的氣體全部為二氧化碳含量時,關閉夾持器系統(tǒng)入口端與出口端閥門72小時,使CO2充分吸附,并置換吸附態(tài)CH4氣體;
      [0023](7)關閉夾持器系統(tǒng)入口端,打開出口端,使系統(tǒng)中混合氣體降壓2MPa,記錄降壓時間,并通過色譜分析記錄產(chǎn)出CH4氣量;降壓后出口端關閉12小時,使頁巖中的CO2充分吸附置換CH4氣體,然后再打開出口端,重復上述降壓、時間與產(chǎn)出氣量記錄、關閉/打開出口端步驟,直至系統(tǒng)中氣體壓力降低至頁巖所屬氣藏的開發(fā)廢棄壓力為止,計算累計產(chǎn)出甲烷氣量;
      [0024](8)對比兩組實驗同一壓降點的甲烷產(chǎn)氣量,評價超臨界CO2競爭吸附頁巖中CH4效果O
      [0025]本發(fā)明測試裝置中約I米長的三軸長巖心夾持器是長巖心驅替裝置中的關鍵部分,主要由長巖心外筒、膠皮套和軸向連接器組成。該套裝置中,巖心中的凝析氣衰竭速度由出口端壓降速度控制,出口端壓降速度由回壓閥的壓降速度控制。
      [0026]本閥門測試方法由兩組實驗對比完成。
      [0027]將短巖心按一定順序排列組合成長巖心,裝入巖心夾持器,洗凈吹干抽真空,再飽和CH4至地層條件,并在該壓力下穩(wěn)定72小時進行兩組實驗。第一組實驗從地層條件開始衰竭,每一級衰竭壓力穩(wěn)定12小時充分解吸,每次衰竭結束記錄相應實驗數(shù)據(jù);對比實驗主要考慮0)2對014的競爭吸附作用,首先通過快速驅替,將基質中的CH4驅替干凈,之后在與第一組同樣的實驗條件下,測定產(chǎn)出氣的組分含量,并與第一組相應試驗點進行實驗效果對比分析。
      [0028]本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有如下有益效果:
      [0029]I)經(jīng)調研發(fā)現(xiàn)目前沒有模擬真實頁巖儲層壓裂條件下,模擬開發(fā)過程中超臨界CO2與CH4競爭吸附實驗測試研究;
      [0030]2)通過使用組合長巖心,使得注氣體積量大,誤差減小,真實還原地層條件;
      [0031]3)裂縫長巖心可模擬真實頁巖儲層條件下超臨界C02壓裂后與CH4競爭吸附過程;
      [0032]4)注入CO2為超臨界態(tài),且實驗采取逐級降壓方式進行,能夠真實模擬地層衰竭開米過程。
      【附圖說明】
      [0033]圖1是本發(fā)明裝置連接結構示意圖。
      [0034]圖中,11是入口驅替栗,12是回壓調節(jié)栗,13是圍壓控制栗,2長巖心夾持器,21是長巖心外筒,22是膠皮套,23是軸向連接器,31是中間容器I,32是中間容器2,4是壓差表,5是閥門,6是回壓閥,7是氣量計,8是氣相色譜儀。
      【具體實施方式】
      [0035]下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述,實施例只用于對本發(fā)明進行進一步的說明,不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制,本領域的技術人員根據(jù)本發(fā)明的內容作出的一些非本質的改進和調整也屬于本發(fā)明保護的范圍。
      [0036]結合圖1。
      [0037]測試裝置
      [0038]如圖1所示,本發(fā)明裝置包括注入栗系統(tǒng)、長巖心夾持器2、回壓閥6、壓差表4、控溫系統(tǒng)、液體餾分收集器、氣量計7和氣相色譜儀8;控溫系統(tǒng)和液體餾分收集器在圖中沒有表示出;其中:
      [0039]長巖心夾持器2由長巖心外筒21、膠皮套22和兩端的軸向連接器23組成;長巖心外筒21設置于膠皮套22內、兩端與軸向連接器23連接,膠皮套22與軸向連接器23構成密閉的反應系統(tǒng);
      [0040]注入栗系統(tǒng)包括入口驅替栗11、回壓調節(jié)栗12和圍壓
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