CN111289698A - 一种实验模拟co2地质封存可行性的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验模拟CO2地质封存可行性的系统，包括模拟舱、恒温箱、第一加压泵、第一压力传感杆、第二加压泵、第二压力传感杆、第三加压泵、第三压力传感杆、CO2气瓶、CH4气瓶、第一导管、第二导管、第一流量计、第三导管、第一石灰水溶液瓶、第二导管、第一流量计、第三导管、第一石灰水溶液瓶、第四导管、第二流量计、第五导管、第二石灰水溶液瓶、第六导管、第三流量计、第七导管、第三石灰水溶液瓶、第一电子天平、第二电子天平及第三电子天平，该系统能够模拟CO2在不同地质条件下的封存可行性。
Description
技术领域
本发明属于温室气体减排技术领域，涉及一种实验模拟CO2地质封存可行性的系统。
背景技术
CO2作为温室气体，大规模的排放会造成严重的环境破坏，造成气温升高，海平面上升。通过把二氧化碳永久封存在地下储层中是实现CO2减排的重要途径之一，是控制化石燃料燃烧导致气候变化的有效手段。CO2地质封存的原理是将CO2通过管线注入到高孔渗性的沉积层中，由于CO2的密度大于沉积层中孔隙水的密度，加上封存地层周围具有良好的封堵条件，利用此特性，CO2可永久地封存于沉积层中。将二氧化碳地质封存的优势在于：二氧化碳注入到地层中，可以提高地层能量，保护地层的稳定性，还可以提高油气产收率或地层水中稀有金属的开发。随着温室气体减排压力的增加，二氧化碳注入地层，可减少大气中二氧化碳的排放，保护环境，是温室气体减排有效的途径。
目前，全世界有部分二氧化碳地质封存的项目在运行。对二氧化碳在地层中的封存状态多采用数值模拟技术进行预测，对封存的泄露情况常在空气中放置CO2浓度监测仪器进行监测。不同二氧化碳地质封存的场所差别较大，构造形态也不尽相同，如岩层厚度、岩性、地层倾角等，CO2在地层中的封存和逸散的定量评价还有待于进一步研究，缺少直观观察和定量评价的实验仪器。因此，有必要形成一种实验模拟CO2地质封存可行性的装置及系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种实验模拟CO2地质封存可行性的系统，该系统能够模拟CO2在不同地质条件下的封存可行性。
为达到上述目的，本发明所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统包括模拟舱、恒温箱、第一加压泵、第一压力传感杆、第二加压泵、第二压力传感杆、第三加压泵、第三压力传感杆、CO2气瓶、CH4气瓶、第一导管、第二导管、第一流量计、第三导管、第一石灰水溶液瓶、第二导管、第一流量计、第三导管、第一石灰水溶液瓶、第四导管、第二流量计、第五导管、第二石灰水溶液瓶、第六导管、第三流量计、第七导管、第三石灰水溶液瓶、第一电子天平、第二电子天平及第三电子天平；
模拟舱位于恒温箱内，模拟舱内填充有砂体、泥和水，模拟舱顶部的外侧设置有第一压力传感板，模拟舱右侧的外侧设置有第二压力传感板、模拟舱前侧的外侧设置有第三压力传感板；
第一加压泵通过第一压力传感杆与第一压力传感板相连接，第二加压泵通过第二压力传感杆与第二压力传感板相连接，第三加压泵通过第三压力传感杆与第三压力传感板相连接；
CO2气瓶的出口及CH4气瓶的出口经第一导管与模拟舱左侧面上的入口相连通，模拟舱顶部的出口经第二导管、第一流量计及第三导管与第一石灰水溶液瓶相连通；模拟舱右侧面上的出口经第四导管、第二流量计及第五导管与第二石灰水溶液瓶相连通；模拟舱前侧面上的出口经第六导管、第三流量计及第七导管与第三石灰水溶液瓶相连通；
第一石灰水溶液瓶位于第一电子天平上，第二石灰水溶液瓶位于第二电子天平上，第三石灰水溶液瓶位于第三电子天平上。
CO2气瓶的出口处设置有第一阀门，CH4气瓶的出口处设置有第二阀门，CO2气瓶的出口经第八导管与第一导管相连通，第一导管上设置有抽液泵、阀门及第四流量计。
第二导管上设置有第四阀门；第五导管上设置有第六阀门；第六导管上设置有第七阀门。
还包括第九导管、第十导管及第十一导管，其中，第九导管与第一石灰水溶液瓶的顶部出口相连通，第十导管与第二石灰水溶液瓶的顶部出口相连通，第十一导管与第三石灰水溶液瓶的顶部出口相连通，第九导管上设置有第八阀门，第十导管上设置有第九阀门，第十一导管上设置有第十阀门。
恒温箱的底部设置有支架。
还包括气体分析仪，其中，气体分析仪经第十二导管与第四导管相连通，第十二导管上设置有第五流量计及第十一阀门。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统在具体操作时，通过恒温箱、第一加压泵、第二加压泵及第三加压泵模拟不同地层所需的温度及压力条件，根据模拟舱内岩石颗粒的排列组合、排列角度和断裂板分布模拟不同CO2封存地层的地质状态，在模拟舱内布置好符合实际地质条件的地层后，向模拟舱中注入CO2气体，通过CO2气体对模拟舱中的流体进行驱替封存，观察不同方向的石灰水溶液瓶中气泡和沉淀情况，并根据电子天平中质量的变化，定量计算各方向的CO2逸散强度；当模拟天然气藏中的CO2封存情况，则前期通过注入CH4模拟气藏的封存效果，实现模拟CO2在不同地质条件下的封存可行性的目的，结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为水平地层排列示意图；
图3为向斜地层排列示意图；
图4为背斜地层示意图。
其中，1为CO2气瓶、2为CH4气瓶、3为第一阀门、4为第八导管、5为第二阀门、6为抽液泵、7为按阀门、8为第四流量计、9为第一导管、10为恒温箱、11为第一加压泵、12为第一压力传感杆、13为第一压力传感板、14为第二加压泵、15为第二压力传感杆、16为第二压力传感板、17为第三加压泵、18为第三压力传感杆、19为第三压力传感板、20为模拟舱、21为第四阀门、22为第二导管、23为第一流量计、24为第三导管、25为第一石灰水溶液瓶、26为第一电子天平、27为第九导管、28为第八阀门、29为第四导管、30为第二流量计、31为第六阀门、32为第五导管、33为第二石灰水溶液瓶、34为第二电子天平、35为第十导管、36为第九阀门、37为第十二导管、38为第五流量计、39为第十一阀门、40为气体分析仪、41为第六导管、42为第七阀门、43为第三流量计、44为第七导管、45为第三石灰水溶液瓶、46为第三电子天平、47为第十一导管、48为第十阀门、49为支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统包括模拟舱20、恒温箱10、第一加压泵11、第一压力传感杆12、第二加压泵14、第二压力传感杆15、第三加压泵17、第三压力传感杆18、CO2气瓶1、CH4气瓶2、第一导管9、第二导管22、第一流量计23、第三导管24、第一石灰水溶液瓶25、第二导管22、第一流量计23、第三导管24、第一石灰水溶液瓶25、第四导管29、第二流量计30、第五导管32、第二石灰水溶液瓶33、第六导管41、第三流量计43、第七导管44、第三石灰水溶液瓶45、第一电子天平26、第二电子天平34及第三电子天平46；模拟舱20位于恒温箱10内，模拟舱20内填充有砂体、泥和水，模拟舱20顶部的外侧设置有第一压力传感板13，模拟舱20右侧的外侧设置有第二压力传感板16、模拟舱20前侧的外侧设置有第三压力传感板19；第一加压泵11通过第一压力传感杆12与第一压力传感板13相连接，第二加压泵14通过第二压力传感杆15与第二压力传感板16相连接，第三加压泵17通过第三压力传感杆18与第三压力传感板19相连接；CO2气瓶1的出口及CH4气瓶2的出口经第一导管9与模拟舱20左侧面上的入口相连通，模拟舱20顶部的出口经第二导管22、第一流量计23及第三导管24与第一石灰水溶液瓶25相连通；模拟舱20右侧面上的出口经第四导管29、第二流量计30及第五导管32与第二石灰水溶液瓶33相连通；模拟舱20前侧面上的出口经第六导管41、第三流量计43及第七导管44与第三石灰水溶液瓶45相连通；第一石灰水溶液瓶25位于第一电子天平26上，第二石灰水溶液瓶33位于第二电子天平34上，第三石灰水溶液瓶45位于第三电子天平46上。
CO2气瓶1的出口处设置有第一阀门3，CH4气瓶2的出口处设置有第二阀门5，CO2气瓶1的出口经第八导管4与第一导管9相连通，第一导管9上设置有抽液泵6、按阀门7及第四流量计8。
第二导管22上设置有第四阀门21；第五导管32上设置有第六阀门31；第六导管41上设置有第七阀门42。
本发明还包括第九导管27、第十导管35及第十一导管47，其中，第九导管27与第一石灰水溶液瓶25的顶部出口相连通，第十导管35与第二石灰水溶液瓶33的顶部出口相连通，第十一导管47与第三石灰水溶液瓶45的顶部出口相连通，第九导管27上设置有第八阀门28，第十导管35上设置有第九阀门36，第十一导管47上设置有第十阀门48。
恒温箱10的底部设置有支架49；本发明还包括气体分析仪40，其中，气体分析仪40经第十二导管37与第四导管29相连通，第十二导管37上设置有第五流量计38及第十一阀门39。
CO2封存模拟地层侧向采用树脂密封，防止CO2同层侧向逸散；气体分析仪40用于检测模拟舱20的气体状态；第四流量计8的量程均为1000ml/min，精度均为0.1ml/min，耐压均为50MPa；压力传感板的量程为0-50MPa，测量精度均为0.1MPa；电子天平的量程为0.00-3000.00g，测量精度为0.01g。
本发明的具体工作过程为：
1)将不同直径砂岩颗粒和泥按实际地层情况在模拟舱20内排列，可以调整地层倾角情况，形成不同的构造状态和岩性组合情况，地层按实验设计充注不同流体或空层，CO2封存层由树脂密封进行侧向密封；
2)使各石灰水溶液瓶装入石灰水；
3)按实际地质温度及压力，调节恒温箱10、第一加压泵11、第二加压泵14及第三加压泵17，以达到模拟舱20的温度和压力条件；
4)关闭第四阀门21、第六阀门31及第七阀门42，打开第一阀门3、按阀门7及第十一阀门39，通过抽液泵6使CO2充注进模拟舱20，使气体分析仪40检测到CO2气体的逸散；
5)关闭按阀门7及第十一阀门39，打开第四阀门21、第八阀门28、第六阀门31、第九阀门36、第七阀门42及第十阀门48，观察各方向石灰水容量瓶中的气泡逸散速度和液体的浑浊程度，记录各电子天平的变化和时间；
6)CO2驱替天然气藏进行封存时，根据实验设计，关闭第一阀门3、第四阀门21、第六阀门31、第十一阀门39及第六导管41，打开第二阀门5及按阀门7，利用抽液泵6使CH4注入模拟舱20内，形成天然气藏，之后打开第十一阀门39，使气体分析仪40检测到CH4气体的存在；
7)重复步骤5)；
8)通过观察正向各石灰水溶液瓶及电子天平的变化，可以定性和定量地评价CO2在地层中不同方向的逸散情况，进而评价封存的有效性；
8)实验完成后，取出模拟舱20，关闭各阀门，清洗各管路。
Claims (6)
1.一种实验模拟CO2地质封存可行性的系统，其特征在于，包括模拟舱(20)、恒温箱(10)、第一加压泵(11)、第一压力传感杆(12)、第二加压泵(14)、第二压力传感杆(15)、第三加压泵(17)、第三压力传感杆(18)、CO2气瓶(1)、CH4气瓶(2)、第一导管(9)、第二导管(22)、第一流量计(23)、第三导管(24)、第一石灰水溶液瓶(25)、第二导管(22)、第一流量计(23)、第三导管(24)、第一石灰水溶液瓶(25)、第四导管(29)、第二流量计(30)、第五导管(32)、第二石灰水溶液瓶(33)、第六导管(41)、第三流量计(43)、第七导管(44)、第三石灰水溶液瓶(45)、第一电子天平(26)、第二电子天平(34)及第三电子天平(46)；
模拟舱(20)位于恒温箱(10)内，模拟舱(20)内填充有砂体、泥和水，模拟舱(20)顶部的外侧设置有第一压力传感板(13)，模拟舱(20)右侧的外侧设置有第二压力传感板(16)、模拟舱(20)前侧的外侧设置有第三压力传感板(19)；
第一加压泵(11)通过第一压力传感杆(12)与第一压力传感板(13)相连接，第二加压泵(14)通过第二压力传感杆(15)与第二压力传感板(16)相连接，第三加压泵(17)通过第三压力传感杆(18)与第三压力传感板(19)相连接；
CO2气瓶(1)的出口及CH4气瓶(2)的出口经第一导管(9)与模拟舱(20)左侧面上的入口相连通，模拟舱(20)顶部的出口经第二导管(22)、第一流量计(23)及第三导管(24)与第一石灰水溶液瓶(25)相连通；模拟舱(20)右侧面上的出口经第四导管(29)、第二流量计(30)及第五导管(32)与第二石灰水溶液瓶(33)相连通；模拟舱(20)前侧面上的出口经第六导管(41)、第三流量计(43)及第七导管(44)与第三石灰水溶液瓶(45)相连通；
第一石灰水溶液瓶(25)位于第一电子天平(26)上，第二石灰水溶液瓶(33)位于第二电子天平(34)上，第三石灰水溶液瓶(45)位于第三电子天平(46)上。
2.根据权利要求1所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统，其特征在于，CO2气瓶(1)的出口处设置有第一阀门(3)，CH4气瓶(2)的出口处设置有第二阀门(5)，CO2气瓶(1)的出口经第八导管(4)与第一导管(9)相连通，第一导管(9)上设置有抽液泵(6)、按阀门(7)及第四流量计(8)。
3.根据权利要求2所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统，其特征在于，第二导管(22)上设置有第四阀门(21)；第五导管(32)上设置有第六阀门(31)；第六导管(41)上设置有第七阀门(42)。
4.根据权利要求3所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统，其特征在于，还包括第九导管(27)、第十导管(35)及第十一导管(47)，其中，第九导管(27)与第一石灰水溶液瓶(25)的顶部出口相连通，第十导管(35)与第二石灰水溶液瓶(33)的顶部出口相连通，第十一导管(47)与第三石灰水溶液瓶(45)的顶部出口相连通，第九导管(27)上设置有第八阀门(28)，第十导管(35)上设置有第九阀门(36)，第十一导管(47)上设置有第十阀门(48)。
5.根据权利要求1所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统，其特征在于，恒温箱(10)的底部设置有支架(49)。
6.根据权利要求4所述的实验模拟CO2地质封存可行性的系统，其特征在于，还包括气体分析仪(40)，其中，气体分析仪(40)经第十二导管(37)与第四导管(29)相连通，第十二导管(37)上设置有第五流量计(38)及第十一阀门(39)。
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| CN202010239445.0A Pending CN111289698A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种实验模拟co2地质封存可行性的系统 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111579463A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-08-25 | 西南石油大学 | 有水气藏封存二氧化碳物理模拟装置及其模拟方法 |
| CN113740196A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-03 | 太原理工大学 | 一种原位热解有机矿层碳封存量测定的装置和方法 |
| CN114544461A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-05-27 | 中国矿业大学 | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 |
| CN115032337A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-09-09 | 中国石油大学(华东) | 一种最大化co2封存效率的盐水预抽量和回注量计算方法及场地试验验证方法 |
| CN117079533A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 中国石油大学(华东) | 考虑储层应力时变影响的co2水层埋存的实验装置 |
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2020
- 2020-03-30 CN CN202010239445.0A patent/CN111289698A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111579463A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-08-25 | 西南石油大学 | 有水气藏封存二氧化碳物理模拟装置及其模拟方法 |
| CN113740196A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-03 | 太原理工大学 | 一种原位热解有机矿层碳封存量测定的装置和方法 |
| CN113740196B (zh) * | 2021-09-02 | 2024-04-16 | 太原理工大学 | 一种原位热解有机矿层碳封存量测定的装置和方法 |
| CN114544461A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-05-27 | 中国矿业大学 | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 |
| CN114544461B (zh) * | 2022-02-15 | 2023-11-21 | 中国矿业大学 | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 |
| CN115032337A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-09-09 | 中国石油大学(华东) | 一种最大化co2封存效率的盐水预抽量和回注量计算方法及场地试验验证方法 |
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| CN117079533B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-01-19 | 中国石油大学(华东) | 考虑储层应力时变影响的co2水层埋存的实验装置 |
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