一種置換及吸附解析模擬測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于CO2開發(fā)頁巖氣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種置換及吸附解析模擬測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種新的頁巖氣開發(fā)技術(shù)--C02置換頁巖氣，是目前世界上頁巖氣開發(fā)研究熱點(diǎn)之一。CO2置換頁巖氣主要是利用CO2與頁巖的吸附強(qiáng)度高于CH4，CO2能置換吸附在頁巖上的CH4，在提高產(chǎn)量和生產(chǎn)速率的同時(shí)，不會(huì)使頁巖層產(chǎn)生粘土膨脹、水鎖等效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO2部分埋存，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均具有較大優(yōu)勢，將成為未來頁巖氣高效開發(fā)的新技術(shù)。
[0003]然而，目前關(guān)于CO2置換甲烷的測試研究大多是針對煤巖的，針對頁巖的研究很少，對于專門模擬測試CO2置換頁巖氣的系統(tǒng)與設(shè)備，現(xiàn)在市場上還沒有成熟的產(chǎn)品銷售。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種置換及吸附解析模擬測試系統(tǒng)及方法，可以模擬并測試不同狀態(tài)的CO2在不同溫度、壓力條件下對頁巖氣的置換效果。同時(shí)還可以利用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行頁巖巖心對頁巖氣或CO2的吸附、解析實(shí)驗(yàn)，研究頁巖巖心在不同溫度、壓力條件下的氣體吸附、解析規(guī)律。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種置換及吸附解析模擬測試系統(tǒng)，包括第一氣瓶I和第二氣瓶7，所述第一氣瓶I和第二氣瓶7的出口均連接至巖心室24的輸入端，并在連接管路上設(shè)置有第一標(biāo)定管14、第一真空栗17和第一活塞容器19，巖心室24的輸出端連接至氣體樣品收集器43，并在連接管路上設(shè)置有第二真空栗30、第二標(biāo)定管32和回壓控制系統(tǒng)44，其中:
[0007]所述第一氣瓶I依次連接第一閥2、第一過濾器3、第一流量計(jì)4、第二閥5和第一單向閥6，第一單向閥6的出口連接第五閥13和第六閥15。
[0008]所述第二氣瓶7依次連接第二閥8、第二過濾器9、第二流量計(jì)10、第四閥11和第二單向閥12，第二單向閥12的出口連接第五閥13和第六閥15。
[0009]所述第一標(biāo)定管14用于標(biāo)定第一活塞容器19的體積，以及從第二閥5和第四閥11至第八閥22之間的管路體積，第一標(biāo)定管14的入口連接第一單向閥6和第二單向閥12的出口，且在連接管路上設(shè)置有第五閥13，出口連接第六閥15。
[0010]所述第一真空栗17連接至第一活塞容器19且連接管路上設(shè)置有第七閥16和第一壓力傳感器18。
[0011]所述第一活塞容器19位于油浴裝置20中并連接有第一注入栗21，第一活塞容器19連接在第六閥15與第八閥22之間，且連接管路上設(shè)置有第一壓力傳感器18。
[0012]所述巖心室24位于恒溫箱25內(nèi)，連接有圍壓栗26，巖心室24的輸入端依次連接第二壓力傳感器23和第八閥22，輸出端依次連接第三壓力傳感器27和第九閥28。
[0013]所述第二真空栗30連接至巖心室24的出口且連接管路上依次連接有第十閥29、第九閥28和第三壓力傳感器27。
[0014]所述第二標(biāo)定管32用于標(biāo)定從第九閥28至第十五閥41之間的管路體積，第二標(biāo)定管32連接于第九閥28與回壓閥33之間且連接管路上設(shè)置有第十一閥31。
[0015]所述回壓控制系統(tǒng)44包括回壓閥33、第二活塞容器36、第二注入栗37和第三氣瓶40。所述第三氣瓶40，依次連接第十四閥39、第三流量計(jì)38、第十三閥35、第二活塞容器36和第二注入栗37，第十三閥35連接回壓閥33且連接管路上設(shè)置有第十二閥34。
[0016]所述氣體樣品收集器43依次連接第四流量計(jì)42、第十五閥41和回壓閥33。
[0017]本發(fā)明裝置中所有連接管路均采用316L管路，以防CO2對管路的酸性腐蝕;且連接第二閥5和第四閥11到氣體樣品收集器43之間的所有管路，用保溫材料纏繞包裹。
[0018]本發(fā)明還提供了基于所述測試系統(tǒng)的CO2置換頁巖氣及頁巖對頁巖氣或CO2吸附解析模擬測試方法，其中，CO2置換頁巖氣模擬測試方法包括如下步驟:
[0019]步驟I，按照圖1的實(shí)驗(yàn)裝置圖組裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對恒溫箱25和油浴裝置20設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度。
[0020]步驟2，檢測實(shí)驗(yàn)裝置密封性。
[0021]步驟3，標(biāo)定第一活塞容器19的體積以及從第二閥5和第四閥11至第八閥22之間的管路體積。
[0022 ]步驟4，標(biāo)定從第九閥28至第十五閥41之間的管路體積。
[0023]步驟5，對裝置進(jìn)行抽真空，設(shè)置回壓閥33的壓力。
[0024]步驟6，向頁巖巖心中注入CH4氣體至飽和。
[0025]步驟7，對裝置進(jìn)行抽真空，注CO2置換CH4。
[0026]步驟8，收集氣體樣品，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0027]步驟9，改變實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度、壓力，重復(fù)以上步驟，可以得到壓力一采氣量之間的關(guān)系、溫度一采氣量之間的關(guān)系等，從而研究不同狀態(tài)的CO2在不同溫度、壓力條件下對頁巖氣的置換效果。
[0028]頁巖巖心對頁巖氣或CO2的吸附、解析實(shí)驗(yàn)，包括如下步驟:
[0029]步驟I，按照圖1的實(shí)驗(yàn)裝置圖組裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對恒溫箱25和油浴裝置20設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度。
[0030]步驟2，檢測實(shí)驗(yàn)裝置密封性。
[0031]步驟3，標(biāo)定第一活塞容器19的體積以及從第二閥5和第四閥11至第八閥22之間的管路體積。
[0032]步驟4，標(biāo)定從第九閥28至第十五閥41之間的管路體積。
[0033]步驟5，對裝置進(jìn)行抽真空，設(shè)置回壓閥33的壓力。
[0034]步驟6，向頁巖巖心注入CH4/C02至飽和。
[0035]步驟7，降壓解析，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0036]步驟8，改變實(shí)驗(yàn)設(shè)定的溫度、壓力，重復(fù)以上步驟，可得到時(shí)間一吸附量/解析量之間的關(guān)系，壓力一吸附量/解析量之間的關(guān)系，溫度一吸附量/解析量之間的關(guān)系等，從而研究頁巖巖心在不同溫度、壓力條件下的氣體吸附、解析規(guī)律。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0038](I)本發(fā)明專用于模擬并測試不同狀態(tài)的CO2在不同溫度、壓力條件下對頁巖氣的置換效果。同時(shí)還可以利用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行頁巖巖心對頁巖氣或CO2的吸附、解析實(shí)驗(yàn)，研究頁巖巖心在不同溫度、壓力條件下的氣體吸附、解析規(guī)律。另外，還可以利用該實(shí)驗(yàn)裝置模擬CO2壓裂或CO2吞吐實(shí)驗(yàn)。
[0039](2)第一注入栗22和第二注入栗37，不僅可以為系統(tǒng)管路起到增壓的作用，還可以根據(jù)需要，選擇適當(dāng)規(guī)格型號(hào)，設(shè)定排量，調(diào)節(jié)栗的流量。
[0040](3)本發(fā)明減小測量誤差的方法:一是采用適當(dāng)內(nèi)徑的管線;二是采用標(biāo)定管標(biāo)定體積，第一標(biāo)定管14用于標(biāo)定第一活塞容器19的體積以及從第二閥5和第四閥11至第八閥22之間的管路體積，第二標(biāo)定管32用于標(biāo)定從第九閥28至第十五閥41之間的管路體積，可以有效減小測量的誤差。
[0041](4)本發(fā)明的恒溫箱25和圍壓栗26可以根據(jù)需要控制巖心室24的溫度和壓力，模擬地層某個(gè)深度的溫度和壓力條件。
[0042](5)本發(fā)明采用圍壓栗26控制巖心室24內(nèi)巖心圍壓。實(shí)驗(yàn)中此圍壓應(yīng)始終大于驅(qū)替壓力。防止圍壓過低時(shí)，不能有效模擬真實(shí)的驅(qū)替置換過程。
[0043](6)本發(fā)明的氣體樣品收集器43可以方便定時(shí)定量收集氣體樣品，再利用色譜分析儀分析氣體樣品的成分及比例。
[0044](7)本發(fā)明裝置中所有連接管路均采用316L管路，以防CO2對管路的酸性腐蝕;且連接第二閥5和第四閥11到氣體樣品收集器43之間的所有管路，用保溫材料纏繞包裹，便于防止熱量傳遞、散失等引起的測試誤差。
【附圖說明】
[0045]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0047]如圖1所示，本發(fā)明模擬測試系統(tǒng)，包括第一氣瓶I和第二氣瓶7，其出口均連接至巖心室24的輸入端，并在連接管路上設(shè)置有第一標(biāo)定管14、第一真空栗17和第一活塞容器19，巖心室24的輸出端連接至氣體樣品收集器43，并在連接管路上設(shè)置有第二真空栗30、第二標(biāo)定管32和回壓控制系統(tǒng)44，其中:
[0048]第一氣瓶I能夠根據(jù)需要靈活選擇氣瓶接入數(shù)量，存放時(shí)應(yīng)將氣瓶瓶口向下傾斜存放，便于穩(wěn)定地存儲(chǔ)與輸出甲烷。第一氣瓶I依次連接第一閥2、第一過濾器3、第一流量計(jì)
4、第二閥5和第一單向閥6。第一過濾器3的作用是除去原始甲烷氣體中混雜的水蒸氣等雜質(zhì)，提純獲得高純度甲烷氣體。第一單向閥6可以防止流體倒流，其出口連接第五閥13和第六閥15。
[0049]第二氣瓶7能夠根據(jù)需要靈活選擇氣瓶接入數(shù)量，存放時(shí)應(yīng)將氣瓶瓶口向下傾斜存放，便