CN111268679B - 非常规天然气开采与co2封存一体装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非常规天然气开采与CO2封存一体装置及应用方法。所述非常规天然气开采与CO2封存一体装置,包括相似模拟系统、注气系统、储气系统和压力温度检测系统。相似模拟系统包括岩石储层、标尺、注气口,注气系统包括补气装置、加压降温装置、压力泵,储气装置包括气体分离器、CO2储存罐、CH4储气罐,压力温度检测系统包括压力温度检测仪。本发明通过相似模拟系统、注气系统、储气系统、压力温度检测系统有序配合,计算循环过程中CO2封存率和CH4抽采率,同时压力温度检测仪实时监测记录数据,最终可实现定量测量非常规天然气采收率和CO2地下封存率的目的,为非常规天然气开采与CO2地下封存一体化技术研究提供有效实验手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置及应用方法。
背景技术
据统计,中国非常规天然气资源量为200×1012~380×1012m3,远远超过了现今的常规天然气储量,预计15~20年后,煤层气和致密砂岩气等非常规天然气将逐渐转化为常规天然气进行开发;30~50年后,页岩气和水溶气将成为常规天然气重要组成部分。我国非常规天然气开发难度大:特低孔隙度、超低渗透率、高黏土含量、埋藏更深,因此探索新型的开采技术和理论对于我国非常规天然气高效开发具有重大意义。
另一方面,CO2封存是指将大型排放源产生的CO2捕获、压缩后运输到指定的地点长期保存,而不是排放到大气中,CO2封存具有时间短、储存量大和效果明显的优势。CO2的封存技术尤其是地质封存正得到越来越多的关注与研究,由于非常规天然气储层岩石为煤岩、页岩或致密砂岩,CO2分子的极化率和电离势均高于甲烷分子,因此CO2分子与储层岩石分子间具有更强的吸附性,如页岩对CO2的吸附能力是甲烷的4-20倍,煤对CO2的吸附能力是甲烷的1.38-2.03倍。综上,申请人提出了“非常规天然气开采与CO2地下封存一体化”的科学技术构想,该技术不仅可以使温室效应气体CO2将甲烷有效置换,还能将其封存于深部储层中,达到“以废置宝”和“一举双效”的目的。
本发明的目的在于针对提出的“非常规天然气开采与CO2地下封存一体化”技术构想及需要开展的实验室试验而研制的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置,该装置能够通过相似模拟系统、注气系统、储气系统、压力温度检测系统互相有序配合,计算出CO2封存率和CH4抽采率。同时通过压力温度检测仪实时监测数据,以记录储层岩体的力学状态变化情况。因此,基于探索解决上述问题的途径,“非常规天然气开采与CO2地下封存一体化技术”的实验装置研制具有重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明公开了一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置及应用方法。所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置,包括相似模拟系统、注气系统、储气系统和压力温度检测系统,相似模拟系统包括岩石试样、标尺、注气口,注气系统包括补气装置、加压降温装置、压力泵,储气装置包括气体分离器、CO2储存罐、CH4储气罐,压力温度检测系统包括压力温度检测仪。该发明通过相似模拟系统、注气系统、储气系统、压力温度检测系统互相配合,计算出CO2封存率和CH4抽采率。并通过压力温度检测仪实时监测数据,最终可实现定量测量非常规天然气采收率和CO2地下封存率的目的,为非常规天然气开采与CO2地下封存一体化技术研究提供有效实验手段。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明公开了一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置及应用方法,其特征在于:所述一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置包括
CO2储气罐、流量计、补气装置、加压降温装置、压力泵、电机、标尺、注气口、压力温度检测仪、气体分离器、CH4储气罐。所述CO2储气罐安有流量计并通过其进气管与导流管道相连,且之间连有单向阀门,所述补气装置通过其入气口与导流管相连,所述加压降温装置通过其进气管与导流管相连且之间连有单向阀门,压力泵下安装有基座固定,与电机通过连接轴相连接,压力泵通过高压软管和导流管道相连之间连单向阀门,所述压力温度检测仪与储层中的压力温度安装孔安装的压力温度传感器相连,所述气体分离器与CO2储气罐在导流管之间连有通过三向阀门,所述CH4储气罐与气体分离器之间通过导流管相连且之间连有单向阀门。
优选地,所述CO2储气罐用来储藏分离出来的CO2将其作为实验气源进行循环使用,同时其内装有流量计。
优选地,所述补气装置用来对实验装置里的CO2进行补充从而使实验有充足的CO2气源,同时装有流量计可以计算CO2封存率。
优选地,所述加压降温装置将温度升高到31.1°、将压力升高到7.38MPa能够使CO2达到超临界化状态。
优选地,所述压力泵是用来将超临界化状态的CO2经注气管道注入储层中进行压裂。
优选地,所述压力温度检测仪用来检测超临界状态下的CO2进行压裂岩体的压力和温度数据。
优选地,所述相似模拟系统包括标尺、注气口、储层(煤岩、页岩、致密砂岩)、底板、顶板和覆岩,通过相似比理论进行铺设以用来模拟实际地层特征。
优选地,所述气体分离器用来分离导流管中混合的CO2和CH4。
优选地,所述CH4储气罐用来储存由分离器分离出来的CH4,其内安有流量计。
本发明还提出了一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置应用方法,应用上述实验装置,其包括以下几个步骤:
a、根据实际地层赋存特征,在相似模拟实验装置上基于相似比依次铺设底板、储层(煤岩、页岩、致密砂岩)、顶板、覆岩,并在铺设储层时等间距埋设压力温度传感器;
b、从储层两端的密封注气口注入CH4约10h,模拟CH4赋存的初始孔隙压力;
c、在储层中进行模拟钻孔和水平钻进,水平钻进管道的四周预留有射流孔;
d、从补气装置处注入一定量的CO2,经加压降温装置进行超临界化,通过压力泵经注气管道注入储层中进行压裂;
e、超临界CO2经过射流孔向周围储层围岩施加高压,产生压裂裂隙,驱替储层中吸附的甲烷气体,并将一部分CO2置换封存在储层岩体中;
f、通过抽采管道抽采渗流和扩散的CH4,其中混合一定量的逸出CO2;
g、抽出的混合气体经过气体分离器进行分离,将分离的CH4气体运输到CH4储气罐中,分离出的CO2传输到CO2储气罐中,各储气罐中安装有流量检测仪,统计气体流量;
h、分别计算统计
,
;
i、CO2储气罐中的气体经管道输送至加压降温装置进行超临界化,循环使用压裂;
j、通过压力、温度监测仪对储层岩体压裂过程中的压力和温度变化数据实时检测;
k、实验结束,拆除实验装置,并妥善保存。
与现有的非常规天然气开采装置相比,本发明具有如下优点:
本发明述及的一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置,其中可以通过加压降温装置将CO2变成超临界状态,注入到储层进行压裂置换CH4,同时将CO2储存于储层中。压力温度检测仪可以实时检测出岩体压裂过程中的压力和温度变化数据。同时用气体分离器将管道中的CO2和CH4分离到相应的储存罐中,CO2储存罐中的CO2可以继续循环使用。本发明通过相似模拟系统、注气系统、储气系统、压力温度检测系统有序配合,计算循环过程中CO2封存率和CH4抽采率,同时压力温度检测仪实时监测记录数据,最终可实现定量测量非常规天然气采收率和CO2地下封存率的目的,为非常规天然气开采与CO2地下封存一体化技术研究提供有效实验手段。
附图说明
图1为本发明实验系统结构示意图
图2为本发明应用方法流程图
附图标记说明:1-压力温度检测仪;2-标尺;3-注气口;4-底板;5-储层;6-顶板;7-覆岩;8-电机;9-阀门;10-压力泵;11-加压降温装置;12-补气装置;13-CO2储气罐;14-气体分离器;15-CH4储气罐。
具体实施方式
本发明的一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置及应用方法,主要运用在开采非常规天然气和CO2地下封存的研究中,以期达到能够高效开采非常规天然气并对CO2封存达到节能减排的最终目的,下面结合附图对本发明的实例作进一步描述。
结合图1,一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置,包括CO2储气罐13、流量计、补气装置12、加压降温装置11、压力泵10、电机8、顶板6、覆岩7、储层5、底板4、标尺2、注气口3、、压力温度检测仪1、气体分离器14、CH4储气罐15、阀门9,所述标尺2与所述注气口3、所述底板4、所述储层6、所述覆岩7组成相似模拟系统模拟实际地层特征,所述压力温度检测仪1与所组成的相似模拟系统相连并实时监测数据,所述CO2储气罐13与所述补气装置12通过导流管相连中间有单向阀门9,所述加压降温装置11通过导流管与所述压力泵10相连且之间安有所述单向阀门9,所述压力泵10与所述电机8通过连接轴相连,所述气体分离器14与所述CO2储气罐13通过导流管相连且之间安有所述三向阀门9,所述气体分离器14与所述CH4储气罐15通过导流管相连,且之间安有所述单向阀门9,所述导流管在储层5铺设的为钢管,其余均为软管。
其实验步骤如下:
a、根据实际地层赋存特征,在相似模拟实验装置上基于相似比依次铺设底板4、储层5、顶板6、覆岩7,并在铺设储层时等间距埋设压力、温度传感器;
b、从储层两端的密封注气口3注入甲烷10h,模拟甲烷赋存的初始孔隙压力;
c、在储层5中进行模拟钻孔和水平钻进,铺设水平管道的四周预留射流孔;
d、从补气装置12处注入一定量的CO2,经加压降温装置11进行超临界化,通过压力泵10经过注气管道注入储层5中进行压裂;
e、超临界CO2经过射流孔向周围储层围岩施加高压,产生压裂裂隙,驱替储层5中吸附的甲烷气体,并将一部分CO2置换封存在储层岩体中;
f、通过抽采管道抽采渗流和扩散的CH4,其中混合一定量的逸出CO2;
g、抽出的混合气体经过气体分离器14进行分离,将分离的CH4气体运输到CH4储气罐15中,分离出的CO2传输到CO2储气罐13中,各储气罐中安装有流量检测仪,统计气体流量;
h、分别计算统计
,
;
i、CO2储气罐13中的气体经管道输送至加压降温装置11,循环使用压裂;
j、通过压力温度监测仪1对储层岩体压裂过程中的压力和温度变化数据实时检测;
k、实验结束,拆除实验装置,并妥善保存。
Claims (8)
1.一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述实验方法采用一种非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验装置,所述实验装置包括
CO2储气罐、流量计、补气装置、加压降温装置、压力泵、电机、标尺、注气口、压力温度检测仪、气体分离器、CH4储气罐;所述CO2储气罐安有流量计并通过其进气管与导流管道相连,且之间连有单向阀门,所述补气装置通过其入气口与导流管相连,所述加压降温装置通过其进气管与导流管相连且之间连有单向阀门,所述压力泵下安装有基座固定,与电机通过连接轴相连接,所述压力泵通过高压软管和导流管道相连之间连单向阀门,所述压力温度检测仪与储层中的压力温度安装孔安装的压力温度传感器相连,所述气体分离器与CO2储气罐在导流管之间连有三向阀门,所述CH4储气罐与气体分离器之间通过导流管相连且之间连有单向阀门;
标尺、注气口、储层、底板、顶板和覆岩组成相似模拟系统,通过相似比理论进行铺设以用来模拟实际地层特征;
所述实验方法,包括如下步骤:
a、根据实际地层赋存特征,在相似模拟实验装置上基于相似比依次铺设底板、储层、顶板、覆岩,并在铺设储层时等间距埋设压力温度传感器;
b、从储层两端的密封注气口注入CH410h,模拟CH4赋存的初始孔隙压力;
c、在储层中进行模拟钻孔和水平钻进,水平钻进管道的四周预留有射流孔;
d、从补气装置处注入一定量的CO2,经加压降温装置进行超临界化,通过压力泵经注气管道注入储层中进行压裂;
e、超临界CO2经过射流孔向周围储层围岩施加高压,产生压裂裂隙,驱替储层中吸附的甲烷气体,并将一部分CO2置换封存在储层岩体中;
f、通过抽采管道抽采渗流和扩散的CH4,其中混合一定量的逸出CO2;
g、抽出的混合气体经过气体分离器进行分离,将分离的CH4气体运输到CH4储气罐中,分离出的CO2传输到CO2储气罐中,各储气罐中安装有流量检测仪,统计气体流量;
h、分别计算统计
i、CO2储气罐中的气体经管道输送至加压降温装置进行超临界化,循环使用压裂;
j、通过压力、温度监测仪对储层岩体压裂过程中的压力和温度变化数据实时检测;
k、实验结束,拆除实验装置,并妥善保存。
2.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述CO2储气罐用来储藏分离出来的CO2将其作为实验气源进行循环使用,同时其内装有流量计。
3.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述补气装置用来对实验装置里的CO2进行补充从而使实验有充足的CO2气源,同时装有流量计计算CO2封存率。
4.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述加压降温装置将温度升高到31.1°、将压力升高到7.38MPa能够使CO2达到超临界化状态。
5.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述压力泵是用来将超临界化状态的CO2经注气管道注入储层中进行压裂。
6.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述压力温度检测仪用来检测超临界状态下的CO2进行压裂岩体的压力和温度数据。
7.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述气体分离器用来分离导流管中混合的CO2和CH4气体。
8.根据权利要求1所述的非常规天然气开采与CO2地下封存一体化实验方法,其特征在于:所述CH4储气罐用来储存由分离器分离出来的CH4,其内安有流量计。
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CN111268679A (zh) | 2020-06-12 |
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