CN105784939A - 一种地下储气库模拟实验装置及实验方法 - Google Patents
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Abstract
一种地下储气库模拟实验装置及实验方法，可解决传统的储气库模拟实验装置不能很好地分析储气库的运行及混气机理的技术问题；包括气体容器和气体增压泵，气体容器和气体增压泵之间通过管线连接，还包括可视化砂岩孔隙模型，可视化砂岩孔隙模型设置在恒温箱里，可视化砂岩孔隙模型通过管线与气体增压泵连接，所述可视化砂岩孔隙模型的上方设置摄像机，还包括分离器，分离器通过管线与可视化砂岩孔隙模型连接；本发明结合摄像机与计算机的数据监测结果，可通过模拟储气库建库、注采及混气过程，直观地观察相关渗流现象，有效地分析各过程中的驱替及混合机理，并准确地计算孔隙介质的分形维数和扩散系数。
Description
技术领域
本发明属于地下储气库建设领域，尤其涉及一种地下储气库模拟实验装置及实验方法
背景技术
天然气是国家的战略性资源，为保证国家能源安全，世界各国建立起了地下储气库。目前，各国对储气库建库、运行机理、混气机理的研究从未停止，特别是这几年，在世界石油供应紧张、油价动荡起伏的国际背景下，天然气在国民经济发展中的战略地位日渐显著。天然气在其生产、运输和使用过程中，存在着用气需求的波动性和储存的特殊性，随着时段、季节的不同，会出现用气高峰与低峰，采用建设与长输管线、用户市场相配套的天然气地下储气库的方式来运输天然气可保障经济、安全、高效地供气。现有的储气库模拟实验方法大多依托非可视的实验装置且多用于建库方法研究、渗透率测试及库容量的获取，不能直观地观察储气库建库、运行、混气现象，从而不能很好地分析储气库的运行机理及混气机理。
发明内容
本发明提出的一种地下储气库模拟实验装置及实验方法，可解决传统的储气库模拟实验装置不能直观地观察储气库建库、运行、混气现象，从而不能很好地分析储气库的运行机理及混气机理的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种地下储气库模拟实验装置，包括气体容器和气体增压泵，气体容器和气体增压泵之间通过管线连接，还包括可视化砂岩孔隙模型，所述可视化砂岩孔隙模型是采用光学玻璃夹砂制成，可视化砂岩孔隙模型设置在恒温箱里，可视化砂岩孔隙模型通过管线与气体增压泵连接，所述可视化砂岩孔隙模型的上方设置摄像机，还包括分离器，分离器通过管线与可视化砂岩孔隙模型连接。
进一步的，还包括中间容器一、中间容器二及恒速恒压泵，所述中间容器一、中间容器二的一端分别通过管线与可视化砂岩孔隙模型连接，所述中间容器一及中间容器二的另一端分别通过管线与恒速恒压泵连接。
进一步的，还包括计算机，所述可视化砂岩孔隙模型及摄像机分别与计算机连接。
进一步的，还包括依次通过管线连接的回压阀、缓冲容器及回压泵，所述回压阀还与可视化砂岩孔隙模型通过管线连接。
进一步的，所述气体增压泵与可视化砂岩孔隙模型之间设置缓冲容器。
进一步的，所述气体容器与气体增压泵之间、所述气体增压泵与可视化砂岩孔隙模型之间、所述回压阀与缓冲容器之间的管线上分别设置压力表。
进一步的，所述可视化砂岩孔隙模型与计算机之间设置压差传感器。
进一步的，所述气体增压泵与可视化砂岩孔隙模型之间还设置调压阀。
进一步的，所述气体增压泵、中间容器一、中间容器二与可视化砂岩孔隙模型之间的管线上分别设置单向阀。
进一步的，所述分离器与计算机连接，分离器与计算机之间还设置气体计量计。
上述所述一种地下储气库模拟实验装置的实验方法包括以下步骤：
1)根据具体实验要求，制作可视化砂岩孔隙模型，并检查连接各设备；
2)把气体容器、中间容器一及中间容器二里装入相应的实验流体；
3)从可视化砂岩孔隙模型入口端恒速注水，模型饱和水，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
4)可视化砂岩孔隙模型入口端恒速注入油驱替水，建立束缚水系统，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
5)可视化砂岩孔隙模型入口端恒速注入水驱替油，建立残余油系统，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
6)计算机分析图形、压力、流量动态数据，研究储气库驱替机理并计算孔隙模型分形维数；
7)计算机分析图形、压力、流量等动态数据，计算孔隙模型扩散系数。
进一步的，所述步骤2)还包括：往气体容器、中间容器一及中间容器二里添加不同染色剂。
进一步的，所述步骤5)还包括：所述惰性气体为二氧化碳气体。
进一步的，上述所述一种地下储气库模拟实验装置的实验方法包括以下步骤：
1)根据实验要求，制作可视化砂岩孔隙模型，并检查连接各设备；
2)把气体容器、中间容器一及中间容器二里装入相应的实验流体，同时往气体容器、中间容器一及中间容器二里添加不同染色剂；
3)从可视化砂岩孔隙模型入口端恒速注水，模型饱和水，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
4)可视化砂岩孔隙模型入口端恒速注入油驱替水，建立束缚水系统，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
5)可视化砂岩孔隙模型入口端恒速注入水驱替油，建立残余油系统，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
6)可视化砂岩孔隙模型入口端注入天然气，模拟建库过程，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
7)调节不同注入压力注入天然气，设置回压阀，模拟储气库多周期运行，观察可视化砂岩孔隙模型中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
8)计算机分析图形、压力、流量动态数据，分析水驱油、油驱水、气液互驱的驱替机理；
9)根据实验要求，制作非均质可视化模型、背斜可视化模型，重复以上步骤，研究储层非均质性及储层结构对储气库建库及运行的影响。
由上述技术方案可知，本发明的地下储气库模拟实验方法具有以下有益效果：
本发明利用所述的实验系统进行实验模拟，结合图像与数据监测结果，可直观地观察储气库建库、注采及混气过程中的渗流现象，有效地分析各过程中的驱替及混合机理，并有效计算孔隙介质的分形维数和扩散系数。
采用本发明的一种地下储气库模拟实验装置的实验方法，可根据需要作出许多相关实验，可用于储气库多周期运行最优控制、多周期注采渗流特征、多周期注采库容变化、垫层气与工作气混气机理等多项课题研究。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例所述的地下储气库模拟实验装置，包括气体容器1和气体增压泵2，气体容器1和气体增压泵2之间通过管线连接，还包括可视化砂岩孔隙模型7，可视化砂岩孔隙模型7设置在恒温箱15里，可视化砂岩孔隙模型7通过管线与气体增压泵2连接，所述可视化砂岩孔隙模型7的上方设置摄像机8，还包括分离器13，分离器13通过管线与可视化砂岩孔隙模型7连接；所述气体容器1用于装气体，所述的气体增压泵2适用于为空气、氦气、氩气、氮气、二氧化碳等气体的增压，所述可视化砂岩孔隙模型7是用耐温、耐压的光学玻璃夹砂制成，它不仅保持了真实岩芯的性质，还具有很好的透光性，可制作成均质模型、非均质模型、背斜模型、复合韵律模型，根据实验要求采用水平或竖直方式放置，用于分析微观孔隙结构对储气库渗流机理的影响；所述恒温箱15用于设置恒定温度，把可视化砂岩孔隙模型7设置在恒温箱15里为实验提供所需的恒温环境，用于模拟储气库地层温度，具体恒温箱15控温精度为0.3级，采用PID自动控制并调节温度；所述摄像机8用于拍摄可视化模型中流体的流动动态，所述分离器13用于存储可视化砂岩孔隙模型7排出的气体或流体，并将气液分开放置。
还包括中间容器一5、中间容器二6及恒速恒压泵4，所述中间容器一5、中间容器二6的一端分别通过管线与可视化砂岩孔隙模型7连接，所述中间容器一5及中间容器二6的另一端分别通过管线与恒速恒压泵4连接；所述中间容器一5、中间容器二6分别用于装水、油两种流体，所述的恒速恒压泵4可实现连续无脉冲、恒速、恒压运行，计量准确，精度高，具有压力保护及位置上下限保护的功能。
还包括计算机9，所述可视化砂岩孔隙模型7及摄像机8分别与计算机9连接；所述计算机安装专业实验软件，用于控制实验及接受实验测量装置返回的数据比如流量、压力、图像数据。
还包括依次通过管线连接的回压阀10、缓冲容器11及回压泵12，所述回压阀10还与可视化砂岩孔隙模型7通过管线连接；所述回压阀10用于稳压控制、过载压力控制和高压安全释放，以实现按地层条件实验和安全控制，相当于设定地层压力，当注入压力大于此压力流体才能流动，缓冲容器11用于缓冲控制回压的流体，保证安全，回压泵12用于施加回压时提供动力源。
所述气体增压泵2与可视化砂岩孔隙模型7之间设置缓冲容器3；缓冲容器3用于缓冲注入气体，防止气压过大有安全隐患。
所述气体容器1与气体增压泵2之间、所述气体增压泵2与可视化砂岩孔隙模型7之间、所述回压阀10与缓冲容器11之间的管线上分别设置压力表16；压力表16用于显示管线中的压力，便于实验时读出所需要的具体压力参数。
所述可视化砂岩孔隙模型7与计算机9之间设置压差传感器20，压差传感器20用于把可视化砂岩孔隙模型7的相关模拟量转换成数字量传送给计算机9。
上述管线上分别设置调节阀17，所述气体增压泵2与可视化砂岩孔隙模型7之间还设置调压阀18，便于实验控制。
所述气体增压泵2、中间容器一5、中间容器二6与可视化砂岩孔隙模型7之间的管线上分别设置单向阀19，防止用于实验的输入物质倒流，影响实验效果。
所述分离器13与计算机9连接，分离器13与计算机9之间还设置气体计量计14；气体计量计14用于计量流出气体流量，用于实验所需参数。
上述所述的地下储气库模拟实验装置的实验方法，包括以下步骤：
1)根据具体实验要求，制作可视化砂岩孔隙模型，并检查连接各设备；
2)把气体容器1、中间容器一5及中间容器二6里装入相应的实验流体，同时往气体容器1、中间容器一5及中间容器二6里添加不同染色剂，便于在可视化砂岩孔隙模型7中观测各流体的渗流及混合现象；
3)从可视化砂岩孔隙模型7入口端恒速注水，模型饱和水，然后注入天然气驱水建立束缚水，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
4)从可视化砂岩孔隙模型7注入端注入水驱替天然气，模拟气田开发，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
5)注惰性气体具体为二氧化碳气体模拟垫层气及混合带形成，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
6)计算机分析图形、压力、流量动态数据，研究储气库驱替机理并计算孔隙模型分形维数；
7)计算机分析图形、压力、流量等动态数据，计算孔隙模型扩散系数。
上述所述一种地下储气库模拟实验装置的实验方法，还包括以下步骤：
1)根据实验要求，制作可视化砂岩孔隙模型7，并检查连接各设备；
2)把气体容器1、中间容器一5及中间容器二6里装入相应的实验流体，同时往气体容器1、中间容器一5及中间容器二6里添加不同染色剂，便于在可视化砂岩孔隙模型7中观测各流体的渗流及混合现象；
3)从可视化砂岩孔隙模型7入口端恒速注水，模型饱和水，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
4)可视化砂岩孔隙模型7入口端恒速注入油驱替水，建立束缚水系统，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
5)可视化砂岩孔隙模型7入口端恒速注入水驱替油，建立残余油系统，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
6)可视化砂岩孔隙模型7入口端注入天然气，模拟建库过程，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
7)调节不同注入压力注入天然气，设置回压阀10，模拟储气库多周期运行，观察可视化砂岩孔隙模型7中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
8)计算机分析图形、压力、流量动态数据，分析水驱油、油驱水、气液互驱的驱替机理；
9)根据实验要求，制作非均质可视化模型、背斜可视化模型，重复以上步骤，研究储层非均质性及储层结构对储气库建库及运行的影响。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种地下储气库模拟实验装置，包括气体容器(1)和气体增压泵(2)，其特征在于：还包括可视化砂岩孔隙模型(7)，所述气体容器(1)、气体增压泵(2)及可视化砂岩孔隙模型(7)依次连接，所述气体增压泵(2)与可视化砂岩孔隙模型(7)之间设置缓冲容器(3)，所述可视化砂岩孔隙模型(7)是采用光学玻璃夹砂制成，所述可视化砂岩孔隙模型(7)设置在恒温箱(15)里，所述可视化砂岩孔隙模型(7)的上方设置摄像机(8)，还包括分离器(13)，分离器(13)与可视化砂岩孔隙模型(7)连接。
2.根据权利要求1所述的地下储气库模拟实验装置，其特征在于：还包括中间容器一(5)、中间容器二(6)及恒速恒压泵(4)，所述中间容器一(5)、中间容器二(6)的一端分别与可视化砂岩孔隙模型(7)连接，所述中间容器一(5)及中间容器二(6)的另一端分别与恒速恒压泵(4)连接。
3.根据权利要求1或2所述的地下储气库模拟实验装置，其特征在于：还包括计算机(9)，所述可视化砂岩孔隙模型(7)及摄像机(8)分别与计算机(9)连接,所述可视化砂岩孔隙模型(7)与计算机(9)之间设置压差传感器(20)。
4.根据权利要求3所述的地下储气库模拟实验装置，其特征在于：还包括依次通过管线连接的回压阀(10)、缓冲容器(11)及回压泵(12)，所述回压阀(10)还与可视化砂岩孔隙模型(7)通过管线连接。
5.根据权利要求4所述的地下储气库模拟实验装置，其特征在于：所述气体容器(1)与气体增压泵(2)之间、所述气体增压泵(2)与可视化砂岩孔隙模型(7)之间、所述回压阀(10)与缓冲容器(11)之间的管线上分别设置压力表(16)。
6.根据权利要求5所述的地下储气库模拟实验装置，其特征在于：所述分离器(13)与计算机(9)连接，分离器(13)与计算机(9)之间还设置气体计量计(14)。
7.根据权利要求6所述的地下储气库模拟实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据具体实验要求，制作可视化砂岩孔隙模型，并检查连接各设备；
2)把气体容器(1)、中间容器一(5)及中间容器二(6)里装入相应的实验流体；
3)从可视化砂岩孔隙模型(7)入口端恒速注水，模型饱和水，然后注入天然气驱水建立束缚水，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
4)从可视化砂岩孔隙模型(7)注入端注入水驱替天然气，模拟气田开发，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
5)注惰性气体模拟垫层气及混合带形成，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
6)计算机分析图形、压力、流量动态数据，研究储气库驱替机理并计算孔隙模型分形维数；
7)计算机分析图形、压力、流量等动态数据，计算孔隙模型扩散系数。
8.根据权利要求7所述的地下储气库模拟实验装置的实验方法，其特征在于：所述步骤2)还包括：往气体容器(1)、中间容器一(5)及中间容器二(6)里添加不同染色剂。
9.根据权利要求7所述的地下储气库模拟实验装置的实验方法，其特征在于：所述步骤5)还包括：所述惰性气体为二氧化碳气体。
10.根据权利要求6所述的地下储气库模拟实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据实验要求，制作可视化砂岩孔隙模型(7)，并检查连接各设备；
2)把气体容器(1)、中间容器一(5)及中间容器二(6)里装入相应的实验流体，同时往气体容器(1)、中间容器一(5)及中间容器二(6)里添加不同染色剂；
3)从可视化砂岩孔隙模型(7)入口端恒速注水，模型饱和水，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
4)可视化砂岩孔隙模型(7)入口端恒速注入油驱替水，建立束缚水系统，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
5)可视化砂岩孔隙模型(7)入口端恒速注入水驱替油，建立残余油系统，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
6)可视化砂岩孔隙模型(7)入口端注入天然气，模拟建库过程，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
7)调节不同注入压力注入天然气，设置回压阀(10)，模拟储气库多周期运行，观察可视化砂岩孔隙模型(7)中流体渗流状况，拍摄图像，记录流体流量和驱替压差；
8)计算机分析图形、压力、流量动态数据，分析水驱油、油驱水、气液互驱的驱替机理；
9)根据实验要求，制作非均质可视化模型、背斜可视化模型，重复以上步骤，研究储层非均质性及储层结构对储气库建库及运行的影响。
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