CN205483902U - 一种置换及吸附解析模拟测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种置换及吸附解析模拟测试装置，包括第一气瓶和第二气瓶，第一气瓶和第二气瓶的出口均连接至岩心室的输入端，并在连接管路上设置有标定管、真空泵和活塞容器，岩心室的输出端连接至气体样品收集器，并在连接管路上设置有真空泵、标定管和回压控制系统，其中，活塞容器设置有油浴装置、注入泵和压力传感器，岩心室位于恒温箱内，连接有围压泵，岩心室的输入、输出端分别设置有压力传感器，本实用新型可模拟并测试不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果，同时可利用该实验装置进行页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。
Description
技术领域
本实用新型属于CO2开发页岩气技术领域，特别涉及一种置换及吸附解析模拟测试装置。
背景技术
作为一种新的页岩气开发技术——CO2置换页岩气，是目前世界上页岩气开发研究热点之一。CO2置换页岩气主要是利用CO2与页岩的吸附强度高于CH4，CO2能置换吸附在页岩上的CH4，在提高产量和生产速率的同时，不会使页岩层产生粘土膨胀、水锁等效应，实现CO2部分埋存，在技术上和经济上均具有较大优势，将成为未来页岩气高效开发的新技术。
然而，目前关于CO2置换甲烷的测试研究大多是针对煤岩的，针对页岩的研究很少，对于专门模拟测试CO2置换页岩气的系统与设备，现在市场上还没有成熟的产品销售。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种置换及吸附解析模拟测试装置，可以模拟并测试不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果；同时还可以利用该实验装置进行页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种置换及吸附解析模拟测试装置，包括第一气瓶1和第二气瓶7，所述第一气瓶1和第二气瓶7的出口均连接至岩心室24的输入端，并在连接管路上设置有第一标定管14、第一真空泵17和第一活塞容器19，岩心室24的输出端连接至气体样品收集器43，并在连接管路上设置有第二真空泵30、 第二标定管32和回压控制系统44，其中：
所述第一气瓶1依次连接第一阀2、第一过滤器3、第一流量计4、第二阀5和第一单向阀6，第一单向阀6的出口连接第五阀13和第六阀15。
所述第二气瓶7依次连接第二阀5、第二过滤器9、第二流量计10、第四阀11和第二单向阀12，第二单向阀12的出口连接第五阀13和第六阀15。
所述第一标定管14用于标定第一活塞容器19的体积，以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积，第一标定管14的入口连接第一单向阀6和第二单向阀12的出口，且在连接管路上设置有第五阀13，出口连接第六阀15。
所述第一真空泵17连接至第一活塞容器19且连接管路上设置有第七阀16和第一压力传感器18。
所述第一活塞容器19位于油浴装置20中并连接有第一注入泵21，第一活塞容器19连接在第六阀15与第八阀22之间，且连接管路上设置有第一压力传感器18。
所述岩心室24位于恒温箱25内，连接有围压泵26，岩心室24的输入端依次连接第二压力传感器23和第八阀22，输出端依次连接第三压力传感器27和第九阀28。
所述第二真空泵30连接至岩心室24的出口且连接管路上依次连接有第十阀29、第九阀28和第三压力传感器27。
所述第二标定管32用于标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积，第二标定管32连接于第九阀28与回压阀33之间且连接管路上设置有第十一阀31。
所述回压控制系统44包括回压阀33、第二活塞容器36、第二注入泵37和第三气瓶40。所述第三气瓶40，依次连接第十四阀39、第三流量计38、第十三阀35、第二活塞容器36和第二注入泵37，第十三阀35连接回压阀33且连接管路上设置有第十二阀34。
所述气体样品收集器43依次连接第四流量计42、第十五阀41和回压阀33。
本实用新型装置中所有连接管路均采用316L管路，以防CO2对管路的酸性腐蚀；且连接第二阀5和第四阀11到气体样品收集器43之间的所有管路，用保温材料缠绕包裹。
基于本实用新型可以进行CO2置换页岩气及页岩对页岩气或CO2吸附解析模拟测试，其中，CO2置换页岩气模拟测试方法包括如下步骤：
步骤1，按照图1的实验装置图组装实验设备，对恒温箱25和油浴装置20设定实验温度。
步骤2，检测实验装置密封性。
步骤3，标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积。
步骤4，标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积。
步骤5，对装置进行抽真空，设置回压阀33的压力。
步骤6，向页岩岩心中注入CH4气体至饱和。
步骤7，对装置进行抽真空，注CO2置换CH4。
步骤8，收集气体样品，处理实验数据。
步骤9，改变实验设定的温度、压力，重复以上步骤，可以得到压力—采气量之间的关系、温度—采气量之间的关系等，从而研究不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果。
页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，包括如下步骤：
步骤1，按照图1的实验装置图组装实验设备，对恒温箱25和油浴装置20设定实验温度。
步骤2，检测实验装置密封性。
步骤3，标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积。
步骤4，标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积。
步骤5，对装置进行抽真空，设置回压阀33的压力。
步骤6，向页岩岩心注入CH4/CO2至饱和。
步骤7，降压解析，处理实验数据。
步骤8，改变实验设定的温度、压力，重复以上步骤，可得到时间—吸附量/解析量之间的关系，压力—吸附量/解析量之间的关系，温度—吸附量/解析量之间的关系等，从而研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型专用于模拟并测试不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果。同时还可以利用该实验装置进行页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。另外，还可以利用该实验装置模拟CO2压裂或CO2吞吐实验。
(2)第一注入泵22和第二注入泵37，不仅可以为系统管路起到增压的作用，还可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，调节泵的流量。
(3)本实用新型减小测量误差的方法：一是采用适当内径的管线；二是采用标定管标定体积，第一标定管14用于标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积，第二标定管32用于标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积，可以有效减小测量的误差。
(4)本实用新型的恒温箱25和围压泵26可以根据需要控制岩心室24的温度和压力，模拟地层某个深度的温度和压力条件。
(5)本实用新型采用围压泵26控制岩心室24内岩心围压。实验中此围压应始终大于驱替压力。防止围压过低时，不能有效模拟真实的驱替置换过程。
(6)本实用新型的气体样品收集器43可以方便定时定量收集气体样品， 再利用色谱分析仪分析气体样品的成分及比例。
(7)本实用新型装置中所有连接管路均采用316L管路，以防CO2对管路的酸性腐蚀；且连接第二阀5和第四阀11到气体样品收集器43之间的所有管路，用保温材料缠绕包裹，便于防止热量传递、散失等引起的测试误差。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。
如图1所示，本实用新型模拟测试系统，包括第一气瓶1和第二气瓶7，其出口均连接至岩心室24的输入端，并在连接管路上设置有第一标定管14、第一真空泵17和第一活塞容器19，岩心室24的输出端连接至气体样品收集器43，并在连接管路上设置有第二真空泵30、第二标定管32和回压控制系统44，其中：
第一气瓶1能够根据需要灵活选择气瓶接入数量，存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，便于稳定地存储与输出甲烷。第一气瓶1依次连接第一阀2、第一过滤器3、第一流量计4、第二阀5和第一单向阀6。第一过滤器3的作用是除去原始甲烷气体中混杂的水蒸气等杂质，提纯获得高纯度甲烷气体。第一单向阀6可以防止流体倒流，其出口连接第五阀13和第六阀15。
第二气瓶7能够根据需要灵活选择气瓶接入数量，存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，便于稳定地存储与输出CO2。第二气瓶7依次连接第二阀5、第二过滤器9、第二流量计10、第四阀11和第二单向阀12。第二过滤器9的作用是除去原始CO2气体中混杂的水蒸气等杂质，提纯获得高纯度CO2气体。第二单向阀12可以防止流体倒流，其出口连接第五阀13和第六阀15。
第一标定管14用于标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积，第一标定管14的入口连接第一单向阀6和第二单向阀12的出口，且在连接管路上设置有第五阀13，出口连接第六 阀15。
第一真空泵17连接至第一活塞容器19且连接管路上依次连接有第七阀16和第一压力传感器18。
第一活塞容器19位于油浴装置20中并连接有第一注入泵21，第一注入泵21可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，能够调节泵的流量。第一活塞容器19连接在第六阀15与第八阀22之间，且连接管路上设置有第一压力传感器18。
岩心室24位于恒温箱25内，连接有围压泵26，岩心室24的输入端依次连接第二压力传感器23和第八阀22，输出端依次连接第三压力传感器27和第九阀28。恒温箱25和围压泵26可以根据需要控制岩心室24的温度和压力，模拟地层某个深度的温度和压力条件，实验中此围压应始终大于驱替压力，防止围压过低时，不能有效模拟真实的驱替置换过程。
第二真空泵30连接至岩心室24的出口且连接管路上依次连接有第十阀29、第九阀28和第三压力传感器27。
第二标定管32用于标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积，第二标定管32连接于第九阀28与回压阀33之间且连接管路上设置有第十一阀31。
回压控制系统44包括回压阀33、第二活塞容器36、第二注入泵37和第三气瓶40。第三气瓶40，能够根据需要灵活选择气瓶接入数量，存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，便于稳定地存储与输出氦气。第三气瓶40依次连接第十四阀39、第三流量计38、第十三阀35、第二活塞容器36和第二注入泵37。第二注入泵37可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，能够调节泵的流量。第十三阀35连接回压阀33且连接管路上设置有第十二阀34。
气体样品收集器43依次连接第四流量计42、第十五阀41和回压阀33。气体样品收集器43可以方便定时定量收集气体样品，再利用色谱分析仪分析气体样品的成分及比例。
本实用新型中，第一流量计4、第二流量计10、第三流量计38、第一压力传感器18、第二压力传感器23、第三压力传感器27以及恒温箱25均连接数字采集控制卡，可以将采集的压力、温度和流量数据处理生成原始数据报表，分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式以便用户灵活使用。
本实用新型中所有连接管路均采用316L管路，以防CO2对管路的酸性腐蚀；且连接第二阀5和第四阀11到气体样品收集器43之间的所有管路，用保温材料缠绕包裹，便于防止热量传递、散失等引起的测试误差。
本实用新型提供根据前述CO2置换页岩气模拟测试方法，包括以下的步骤：
步骤1，按照图1的实验装置图组装实验设备，对恒温箱25和油浴装置20设定实验温度。
步骤2，检测实验装置密封性。
关闭装置的所有阀门，打开第一阀2、第二阀5和第六阀15，将第一气瓶1的CH4气体转入第一活塞容器19中，用第一注入泵21对第一活塞容器19增压到设定压力。关闭第一阀2、第二阀5和第六阀15，待稳定后，缓慢打开第八阀22，使高压CH4气体缓慢转入岩心室24中，对实验系统进行试压工作，确定其密封性良好。
步骤3，标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积。
打开第六阀15、第七阀16和第八阀22，利用第一真空泵17对第一活塞容器19及管路进行抽真空，关闭第六阀15、第七阀16和第八阀22，读出第一标定管14内液面初始高度，打开第五阀13，第一标定管14内液面高度上升，液面上升体积所要标定的体积V1。关闭第五阀13。
步骤4，标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积。
打开第十阀29，利用第二真空泵30对管路进行抽真空，关闭第十阀29，读出第二标定管32内液面初始高度，打开第十一阀31，第二标定管32内液 面高度上升，液面上升体积即所要标定的管路体积V2。关闭第十一阀31。
步骤5，对装置进行抽真空，设置回压阀的压力。
利用围压泵26加一定的低围压，打开第六阀15、第八阀22和第九阀28，利用第一真空泵17和第二真空泵30对装置进行抽真空，关闭所有阀门，再利用围压泵26增加围压到实验要求。打开第十三阀35、第十四阀39，将第三气瓶40的氦气转入第二活塞容器36中，用第二注入泵37对第二活塞容器36增压到设定压力，待稳定之后，缓慢打开第十二阀34，让气体缓慢充满回压阀33中的腔体，保持回压阀33的压力不变。
步骤6，向页岩岩心中注入CH4气体至饱和。
打开第一阀2、第二阀5和第六阀15，将第一气瓶1的CH4气体转入第一活塞容器19中，用第一注入泵21对第一活塞容器19增压到设定压力。关闭第一阀2、第二阀5和第六阀15，待稳定后，缓慢打开第八阀22，使高压CH4气体缓慢转入岩心室24中，为了让气体得到充分的扩散及吸附，可将围压值设置相对较低，持续注入的时间视岩心大小而定。然后关闭第八阀22，让气体在岩心中得到充分扩散和最大程度的吸附，利用围压泵26增加围压到实验要求。
步骤7，对装置进行抽真空，注CO2置换CH4。
设置油浴装置20的温度达到实验要求，对装置进行抽真空(同步骤5)。打开第三阀8、第四阀11和第六阀15，将第二气瓶7的CO2气体转入第一活塞容器19中，用第一注入泵21对第一活塞容器19增压到设定压力。关闭第三阀8、第四阀11和第六阀15，待稳定后，缓慢打开第八阀22，使CO2流体缓慢转入岩心室24中，注入适量的CO2后，关闭第八阀22。保证CO2在岩心的时间足够长，以达到充分置换CH4的目的。
步骤8，收集气体样品，处理实验数据。
打开第九阀28和第十五阀41，同时调节回压阀33的压力，使回压阀33的压力逐渐降低，且保持回压阀33有一定的降压速率。置换结束后，再次注 入CO2置换剩余CH4，反复置换直至气体样品中CH4的量足够小，且相对稳定。利用气体样品采集器43对采出气体每隔相同的一段时间，定量多次取样，再利用色谱分析仪分析气体样品的成分及比例，加上第二标定管32标定的出口管路体积V2，可以得到不同时间的累积采气量。
CH4/CO2岩心注入质量的计算：将第一标定管14标定的体积V1，和第一活塞容器中活塞前进的体积V3 ，根据气体状态方程换算成CH4/CO2的质量m1和m3，利用第一流量计4/第二流量计10得到CH4/CO2的总注入质量m，(m-m1+m3)即为CH4/CO2的岩心注入质量。
对采集的数据(温度、压力、流量)利用计算机进行处理分析，可得到时间—采出CH4/CO2量之间的关系、时间—CH4采出率之间的关系等，从而分析CO2置换页岩气的效果。
步骤9，改变实验设定的温度、压力，重复以上步骤，可以得到压力—采气量之间的关系、温度—采气量之间的关系等，从而研究不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果。
本实用新型提供根据前述页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析模拟测试方法，包括以下步骤：
步骤1，按照图1的实验装置图组装实验设备，对恒温箱25和油浴装置20设定实验温度。
步骤2，检测实验装置密封性。
关闭装置的所有阀门，打开第一阀2、第二阀5和第六阀15，将第一气瓶1的CH4气体转入第一活塞容器19中，用第一注入泵21对第一活塞容器19增压到设定压力。关闭第一阀2、第二阀5和第六阀15，待稳定后，缓慢打开第八阀22，使高压CH4气体缓慢转入岩心室24中，对实验系统进行试压工作，确定其密封性良好。
步骤3，标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第 八阀22之间的管路体积。
打开第六阀15、第七阀16和第八阀22，利用第一真空泵17对第一活塞容器19及管路进行抽真空，关闭第六阀15、第七阀16和第八阀22，读出第一标定管14内液面初始高度，打开第五阀13，第一标定管14内液面高度上升，液面上升体积所要标定的体积V1。关闭第五阀13。
步骤4，标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积。
打开第十阀29，利用第二真空泵30对管路进行抽真空，关闭第十阀29，读出第二标定管32内液面初始高度，打开第十一阀31，第二标定管32内液面高度上升，液面上升体积即所要标定的管路体积V2。关闭第十一阀31。
步骤5，对装置进行抽真空，设置回压阀的压力。
利用围压泵26加一定的低围压，打开第六阀15、第八阀22和第九阀28，利用第一真空泵17和第二真空泵30对装置进行抽真空，关闭所有阀门，再利用围压泵26增加围压到实验要求。打开第十三阀35、第十四阀39，将第三气瓶40的氦气转入第二活塞容器36中，用第二注入泵37对第二活塞容器36增压到设定压力，待稳定之后，缓慢打开第十二阀34，让气体缓慢充满回压阀33中的腔体，保持回压阀33的压力不变。
步骤6，向页岩岩心注入CH4/CO2至饱和。
注CH4：打开第一阀2、第二阀5和第六阀15，将第一气瓶1的CH4气体转入第一活塞容器19中，用第一注入泵21对第一活塞容器19增压到设定压力。关闭第一阀2、第二阀5和第六阀15，待稳定后，缓慢打开第八阀22，使高压CH4气体缓慢转入岩心室24中。
注CO2：打开第三阀8、第四阀11和第六阀15，将第二气瓶7的CO2气体转入第一活塞容器19中，用第一注入泵21对第一活塞容器19增压到设定压力。关闭第三阀8、第四阀11和第六阀15，待稳定后，缓慢打开第八阀22，使CO2流体缓慢转入岩心室24中。
为了让气体得到充分的扩散及吸附，可将围压值设置相对较低，持续注 入的时间视岩心大小而定。然后关闭第八阀22，让气体在岩心中得到充分扩散和最大程度的吸附，利用围压泵26增加围压到实验要求。
步骤7，降压解析，处理实验数据。
打开第九阀28和第十五阀41，同时调节回压阀33的压力，使回压阀33的压力逐渐降低，且保持回压阀33有一定的降压速率。利用第四流量计42可以得到不同时间的气体解析量。对采集的数据(温度、压力、流量)利用计算机进行处理分析，可得到CH4/CO2对页岩的吸附/解析曲线。
步骤8，改变实验设定的温度、压力，重复以上步骤，可得到时间—吸附量/解析量之间的关系，压力—吸附量/解析量之间的关系，温度—吸附量/解析量之间的关系等，从而研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。
Claims (9)
1.一种置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，包括第一气瓶(1)和第二气瓶(7)，第一气瓶(1)和第二气瓶(7)的出口均连接至岩心室(24)的输入端，并在连接管路上设置有第一标定管(14)、第一真空泵(17)和第一活塞容器(19)，岩心室(24)的输出端连接至气体样品收集器(43)，并在连接管路上设置有第二真空泵(30)、第二标定管(32)和回压控制系统(44)，其中：
所述第一活塞容器(19)位于油浴装置(20)中并连接有第一注入泵(21)，第一活塞容器(19)连接在第六阀(15)与第八阀(22)之间，且连接管路上设置有第一压力传感器(18)；
所述岩心室(24)位于恒温箱(25)内，连接有围压泵(26)，岩心室(24)的输入端依次连接第二压力传感器(23)和第八阀(22)，输出端依次连接第三压力传感器(27)和第九阀(28)；
所述回压控制系统(44)包括回压阀(33)、第二活塞容器(36)、第二注入泵(37)和第三气瓶(40)。
2.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述第一气瓶(1)依次连接第一阀(2)、第一过滤器(3)、第一流量计(4)、第二阀(5)和第一单向阀(6)，第一单向阀(6)的出口连接第五阀(13)和第六阀(15)；所述第二气瓶(7)依次连接第二阀(5)、第二过滤器(9)、第二流量计(10)、第四阀(11)和第二单向阀(12)，第二单向阀(12)的出口连接第五阀(13)和第六阀(15)。
3.根据权利要求2所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述第一标定管(14)用于标定第一活塞容器(19)的体积，以及从第二阀(5)和第四阀(11)至第八阀(22)之间的管路体积，第一标定管(14)的入口连接第一单向阀(6)和第二单向阀(12)的出口，且在连接管路上设置有第 五阀(13)，出口连接第六阀(15)。
4.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述第一真空泵(17)连接至第一活塞容器(19)且连接管路上依次连接有第七阀(16)和第一压力传感器(18)。
5.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述第二真空泵(30)连接至岩心室(24)的出口且连接管路上依次连接有第十阀(29)、第九阀(28)和第三压力传感器(27)。
6.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述第二标定管(32)用于标定从第九阀(28)至第十五阀(41)之间的管路体积，第二标定管(32)连接于第九阀(28)与回压阀(33)之间且连接管路上设置有第十一阀(31)。
7.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述第三气瓶(40)依次连接第十四阀(39)、第三流量计(38)、第十三阀(35)、第二活塞容器(36)和第二注入泵(37)，第十三阀(35)连接回压阀(33)且连接管路上设置有第十二阀(34)。
8.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，所述气体样品收集器(43)依次连接第四流量计(42)、第十五阀(41)和回压阀(33)。
9.根据权利要求1所述置换及吸附解析模拟测试装置，其特征在于，装置中所有连接管路均采用316L管路，以防CO2对管路的酸性腐蚀；且连接第二阀(5)和第四阀(11)到气体样品收集器(43)之间的所有管路，用保温材料缠绕包裹。
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| CN201620219288.6U CN205483902U (zh) | 2016-03-21 | 2016-03-21 | 一种置换及吸附解析模拟测试装置 |
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