CN108760602A - 利用超临界co2增透超低渗致密页岩的试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统及方法，系统包括CO₂气瓶、稳压罐、岩心夹持器、水力加压泵、CO₂回收罐、页岩气采集釜及水浴箱；岩心夹持器内密封装夹有超低渗致密页岩试样，试样通过水力加压泵施加围压；CO₂气瓶依次通过稳压罐、岩心夹持器及CO₂回收罐与页岩气采集釜连通，稳压罐及岩心夹持器位于水浴箱中。方法为：启动水浴箱，将水浴温度控制在33℃；向稳压罐中充入CO₂气体，直至达到超临界状态；对试样施加围压，再将超临界CO₂通入岩心夹持器内对试样进行增透，页岩气将溶解于超临界CO₂中；待增透状态稳定后，使溶解有页岩气的超临界CO₂导入CO₂回收罐内，CO₂被吸附掉并使页岩气析出，析出后的页岩气直接进入页岩气采集釜中进行收集。

Description

利用超临界CO2增透超低渗致密页岩的试验系统及方法

技术领域

本发明属于页岩气开采技术领域，特别是涉及一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统及方法。

背景技术

随着石油、常规天然气、煤炭等不可再生资源的日渐枯竭，页岩气资源因丰富的储量越来越受到重视，页岩气主要成分是甲烷，属于非常规天然气，但页岩气的开采与常规天然气相比却更加困难。

目前，美国是全世界最早开展页岩气开采的国家，开采历史已有80多年，仅2010年美国的页岩气产量就已经到达1379.2亿立方米，而2011年页岩气产量便已经超过1700亿立方米，同时期中国的常规天然气年产量才为1011.15亿立方米。

当前最主流的页岩气开采方式为水力压裂法，但水力压裂法的操作过程复杂，水资源浪费严重，且页岩气产量的递减率较高。而在其他压裂技术中，对于套管固井双封单卡分段压裂技术来说，由于双封单卡分段压裂管柱需要卡瓦锚定，每段压裂结束后，就需要上提管柱再进行上段压裂，因此存在作业工序相对复杂、分段越多卡瓦工具越容易遇卡、砂堵以及洗井困难等不足，同时对深井的适应性较差；对于水力喷射分段压裂技术来说，每趟管柱压裂2～3段，存在施工周期长、摩擦阻力大、井口施工压力高的缺点；对于油管喷砂压裂来说，由于管径的原因，其排量受到限制，且压裂规模也受限，如果采用环空压裂，则对套管损伤较大，且深井应用也受到一定限制；对于连续油管水力喷砂分段压裂技术来说，压裂工艺对套管、套管头抗压及井场规模都有要求，且作业时还要配备连续油管车和配套的带压作业井口，开采成本较高；对于裸眼封隔器加滑套分段压裂技来说，其只能用于裸眼井中，采用不动管柱，裂缝起裂位置无法控制，不适合后期二次作业；对于多级可快速钻塞分段压裂技术来说，只能应用于套管完井，同时对套管头抗压要求高，施工动用设备多，费用较高。

因此，面对现阶段主流页岩气开采技术存在的不足，为进一步提高页岩气产量和开采效率以及降低开采成本，寻找一种全新的页岩气开采思路势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统及方法，可以为页岩气开采提供一种全新的思路，为进一步提高页岩气产量和开采效率以及降低开采成本提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统，包括CO₂气瓶、稳压罐、岩心夹持器、水力加压泵、CO₂回收罐、页岩气采集釜及水浴箱；所述CO₂气瓶的出气口与稳压罐的进气口相连通，所述岩心夹持器内密封装夹有超低渗致密页岩试样，在岩心夹持器上设有围压加载口，所述水力加压泵通过围压加载口对岩心夹持器内的超低渗致密页岩试样施加围压；在所述岩心夹持器上还分别设有增透气体进入口和页岩气排出口，所述稳压罐的出气口与增透气体进入口相连通，页岩气排出口与CO₂回收罐的进气口相连通，CO₂回收罐的出气口与页岩气采集釜的进气口相连通，在CO₂回收罐内装有CO₂吸附剂；所述稳压罐和岩心夹持器均位于水浴箱内。

在所述CO₂气瓶的出气口与稳压罐的进气口之间管路上分别安装有第一截止阀和第一压力表，在稳压罐的出气口与岩心夹持器的增透气体进入口之间管路上安装有第二截止阀，在岩心夹持器的页岩气排出口与CO₂回收罐的进气口之间管路上安装有第三截止阀，在CO₂回收罐的出气口与页岩气采集釜的进气口之间管路上分别安装有第四截止阀和第二压力表；在所述岩心夹持器的围压加载口与水力加压泵之间的管路上分别安装有第五截止阀和第三压力表；在所述稳压罐上安装有温度计，通过温度计测量稳压罐内CO₂气体的实时温度。

一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验方法，采用了所述的利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验装置，包括如下步骤：

步骤一：启动水浴箱，将水浴温度控制在33℃，且第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀及第五截止阀均处于闭合状态；

步骤二：打开CO₂气瓶的阀门，同时开启第一截止阀，将CO₂气瓶中的CO₂气体充入稳压罐中，直到CO₂气体在稳压罐中达到超临界状态；

步骤三：开启第五截止阀，通过水力加压泵对岩心夹持器的超低渗致密页岩试样施加围压，且围压不小于9MPa；

步骤四：关闭第五截止阀，开启第二截止阀，稳压罐中的超临界CO₂将进入岩心夹持器内对超低渗致密页岩试样进行增透，超低渗致密页岩试样内的页岩气将溶解于超临界CO₂中；

步骤五：待增透状态稳定后，开启第三截止阀，并保持水浴温度和围压的稳定，使增透持续进行，而溶解有页岩气的超临界CO₂将进入CO₂回收罐内；

步骤六：开启第四截止阀，超临界CO₂会被CO₂回收罐中的CO₂吸附剂所吸收，同时溶解状态的页岩气完成析出，而析出后的页岩气将进入页岩气采集釜进行收集。

本发明的有益效果：

本发明的利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统及方法，为页岩气开采提供了一种全新的思路，为进一步提高页岩气产量和开采效率以及降低开采成本提供了理论依据。

附图说明

图1为本发明的一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统的结构示意图；

图中，1—CO₂气瓶，2—稳压罐，3—岩心夹持器，4—水力加压泵，5—CO₂回收罐，6—页岩气采集釜，7—第一截止阀，8—第一压力表，9—第二截止阀，10—第三截止阀，11—第四截止阀，12—第二压力表，13—第五截止阀，14—第三压力表，15—温度计，16—水浴箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统，包括CO₂气瓶1、稳压罐2、岩心夹持器3、水力加压泵4、CO₂回收罐5、页岩气采集釜6及水浴箱16；所述CO₂气瓶1的出气口与稳压罐2的进气口相连通，所述岩心夹持器3内密封装夹有超低渗致密页岩试样，在岩心夹持器3上设有围压加载口，所述水力加压泵4通过围压加载口对岩心夹持器3内的超低渗致密页岩试样施加围压；在所述岩心夹持器3上还分别设有增透气体进入口和页岩气排出口，所述稳压罐2的出气口与增透气体进入口相连通，页岩气排出口与CO₂回收罐5的进气口相连通，CO₂回收罐5的出气口与页岩气采集釜6的进气口相连通，在CO₂回收罐5内装有CO₂吸附剂；所述稳压罐2和岩心夹持器3均位于水浴箱16内。

在所述CO₂气瓶1的出气口与稳压罐2的进气口之间管路上分别安装有第一截止阀7和第一压力表8，在稳压罐2的出气口与岩心夹持器3的增透气体进入口之间管路上安装有第二截止阀9，在岩心夹持器3的页岩气排出口与CO₂回收罐5的进气口之间管路上安装有第三截止阀10，在CO₂回收罐5的出气口与页岩气采集釜6的进气口之间管路上分别安装有第四截止阀11和第二压力表12；在所述岩心夹持器3的围压加载口与水力加压泵4之间的管路上分别安装有第五截止阀13和第三压力表14；在所述稳压罐2上安装有温度计15，通过温度计15测量稳压罐2内CO₂气体的实时温度。

一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验方法，采用了所述的利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验装置，包括如下步骤：

步骤一：启动水浴箱16，将水浴温度控制在33℃(由于CO₂的临界温度为31.265℃，因此使水浴温度稍高于临界温度即可)，且第一截止阀7、第二截止阀9、第三截止阀10、第四截止阀11及第五截止阀13均处于闭合状态；

步骤二：打开CO₂气瓶1的阀门，同时开启第一截止阀7，将CO₂气瓶1中的CO₂气体充入稳压罐2中，直到CO₂气体在稳压罐2中达到超临界状态；

步骤三：开启第五截止阀13，通过水力加压泵4对岩心夹持器3的超低渗致密页岩试样施加围压，且围压不小于9MPa；

步骤四：关闭第五截止阀13，开启第二截止阀9，稳压罐2中的超临界CO₂将进入岩心夹持器3内对超低渗致密页岩试样进行增透，超低渗致密页岩试样内的页岩气将溶解于超临界CO₂中；

步骤五：待增透状态稳定后，开启第三截止阀10，并保持水浴温度和围压的稳定，使增透持续进行，而溶解有页岩气的超临界CO₂将进入CO₂回收罐5内；

步骤六：开启第四截止阀11，超临界CO₂会被CO₂回收罐5中的CO₂吸附剂所吸收，同时溶解状态的页岩气完成析出，而析出后的页岩气将进入页岩气采集釜6进行收集。

本发明为实际页岩气开采提供了全新的设计思路，无需压裂过程，只需利用超临界CO₂直接溶解超低渗致密页岩中的页岩气，再通过超临界CO₂将溶解于其内的页岩气带离岩层，最后再脱去CO₂而留下页岩气，便完成了页岩气的开采，对于低渗致密页岩气开采来说，使进一步提高页岩气产量和开采效率以及降低开采成本成为了可能。

再有，超临界CO₂拥有很好的溶解能力，而且表面张力为零，更容易渗透扩散到页岩的微孔内，可以增加页岩内页岩气的流动通道，提高页岩的渗透能力，并且超临界CO₂可以对页岩孔壁进行部分溶解，以对页岩孔道中的杂质进行部分溶解，而未被溶解的杂质也可以随超临界CO₂的流动而导出页岩，从而拓宽了页岩孔道，也实现了页岩孔道中杂质的清理，从而为页岩气的流动提供了更大的通道。

当超临界CO₂被吸附后，可使出口端的压力下降，也利于页岩气的不断导出，而吸收掉的超临界CO₂也不用直排入大气中，降低对大气环境的影响。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统，其特征在于：包括CO₂气瓶、稳压罐、岩心夹持器、水力加压泵、CO₂回收罐、页岩气采集釜及水浴箱；所述CO₂气瓶的出气口与稳压罐的进气口相连通，所述岩心夹持器内密封装夹有超低渗致密页岩试样，在岩心夹持器上设有围压加载口，所述水力加压泵通过围压加载口对岩心夹持器内的超低渗致密页岩试样施加围压；在所述岩心夹持器上还分别设有增透气体进入口和页岩气排出口，所述稳压罐的出气口与增透气体进入口相连通，页岩气排出口与CO₂回收罐的进气口相连通，CO₂回收罐的出气口与页岩气采集釜的进气口相连通，在CO₂回收罐内装有CO₂吸附剂；所述稳压罐和岩心夹持器均位于水浴箱内。

2.根据权利要求1所述的一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统，其特征在于：在所述CO₂气瓶的出气口与稳压罐的进气口之间管路上分别安装有第一截止阀和第一压力表，在稳压罐的出气口与岩心夹持器的增透气体进入口之间管路上安装有第二截止阀，在岩心夹持器的页岩气排出口与CO₂回收罐的进气口之间管路上安装有第三截止阀，在CO₂回收罐的出气口与页岩气采集釜的进气口之间管路上分别安装有第四截止阀和第二压力表；在所述岩心夹持器的围压加载口与水力加压泵之间的管路上分别安装有第五截止阀和第三压力表；在所述稳压罐上安装有温度计，通过温度计测量稳压罐内CO₂气体的实时温度。

3.一种利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验方法，采用了权利要求1所述的利用超临界CO₂增透超低渗致密页岩的试验系统，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：启动水浴箱，将水浴温度控制在33℃，且第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀及第五截止阀均处于闭合状态；

步骤二：打开CO₂气瓶的阀门，同时开启第一截止阀，将CO₂气瓶中的CO₂气体充入稳压罐中，直到CO₂气体在稳压罐中达到超临界状态；

步骤三：开启第五截止阀，通过水力加压泵对岩心夹持器的超低渗致密页岩试样施加围压，且围压不小于9MPa；

步骤四：关闭第五截止阀，开启第二截止阀，稳压罐中的超临界CO₂将进入岩心夹持器内对超低渗致密页岩试样进行增透，超低渗致密页岩试样内的页岩气将溶解于超临界CO₂中；

步骤五：待增透状态稳定后，开启第三截止阀，并保持水浴温度和围压的稳定，使增透持续进行，而溶解有页岩气的超临界CO₂将进入CO₂回收罐内；

步骤六：开启第四截止阀，超临界CO₂会被CO₂回收罐中的CO₂吸附剂所吸收，同时溶解状态的页岩气完成析出，而析出后的页岩气将进入页岩气采集釜进行收集。