CN216117189U - 一种气体溶解度测量装置和封存潜力预测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气体溶解度测量装置和封存潜力预测系统。该气体溶解度测量装置包括能够与气源导通的第一腔体，第一腔体的内部容积为VR；与第一腔体连通的第二腔体；能够控制第一腔体和第二腔体通断的第一阀门；与第一腔体连通的第一真空泵；与第二腔体连通的第二真空泵；用于检测第一腔体的气体压力的第一压力传感器；用于检测第二腔体的气体压力的第二压力传感器；以及能够对岩石样品称重的天平。该气体溶解度测量装置测量能够预测二氧化碳在含水岩石样品中的溶解度，将该溶解度与地层岩石的平均含水量结合在一起，能够减小二氧化碳在地层封存潜力预测中的误差，提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及溶解度测量装置技术领域，尤其涉及一种气体溶解度测量装置和封存潜力预测系统。
背景技术
二氧化碳储层主要为深部咸水层和衰竭的页岩油气藏。由于岩层中的岩石颗粒之间富含大量的纳米孔隙，因此，这些岩层为二氧化碳的地质封存提供充足的储存空间。在地层水的影响下，纳米孔隙含水，因此，被封存的二氧化碳不仅包括在纳米孔隙中以游离态和吸附态的形式存在的二氧化碳，还包括溶解在地层水中的溶解态二氧化碳以及与岩石发生矿化作用形成的碳酸盐等。
目前，二氧化碳的溶解封存量的预测是指预测原始地层水达到二氧化碳饱和时所能溶解的二氧化碳量。在计算溶解量时以体相条件下二氧化碳在水中的溶解度为准。而实际上，纳米孔隙壁面对二氧化碳的吸附作用增强了二氧化碳在地层水中的溶解，二氧化碳在纳米孔隙地层水中的溶解度远高于二氧化碳在体相水中的溶解度；且岩石内部富含纳米孔隙，因此在评价二氧化碳溶解封存潜力时采用体相溶解度预测将大大低估二氧化碳的溶解封存潜力，导致对二氧化碳地质封存潜力的预测产生较大的误差，降低二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
因此，如何提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种气体溶解度测量装置，以提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种气体溶解度测量装置，包括：
能够与气源导通的第一腔体，所述气源包括氦气和待测气体，所述第一腔体的内部容积为VR；
与所述第一腔体连通的第二腔体；
能够控制所述第一腔体和所述第二腔体通断的第一阀门；
与所述第一腔体连通的第一真空泵；
与所述第二腔体连通的第二真空泵；
用于检测所述第一腔体的气体压力的第一压力传感器；
用于检测所述第二腔体的气体压力的第二压力传感器；以及
能够对岩石样品称重的天平。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括能够调节温度的温度调节槽，所述第一腔体和所述第二腔体均位于所述温度调节槽中。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括与所述第一腔体连通的氦气高压气瓶，以及设置于所述氦气高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第一调压阀。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括设置于所述氦气高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第一供气流量计。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括与所述第二腔体连通的待测气体高压气瓶，以及设置于所述待测气体高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第二调压阀。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括设置于所述待测气体高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第二供气流量计。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，所述第一真空泵与所述第一腔体的连通管路上设置有第二阀门，所述第二真空泵与所述第二腔体的连通管路上设置有第三阀门。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括数据采集元件，所述数据采集元件与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接。
优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括与所述第二腔体连通的回收气瓶，以及设置于所述回收气瓶与所述第二腔体之间的第四阀门。
一种气体封存潜力预测系统，包括如上任意一项所述的气体溶解度测量装置。
使用本实用新型所提供的气体溶解度测量装置时，通过天平测量出岩石样品含水前后的质量差值，得到岩石样品的含水量mw；然后将含水岩石样品放入第二腔体，通过第一真空泵对第一腔体抽真空，通过第二真空泵对第二腔体抽真空；再将第一阀门打开，使第一腔体和第二腔体处于导通状态后，使第一腔体与氦气导通，氦气缓慢充入第一腔体和与第一腔体连通的第二腔体中，待第一压力传感器和第二压力传感器的示数显示为第一预设压力值P1时，关闭第一阀门，使得第一腔体与第二腔体处于截断状态；并继续向第一腔体内充入氦气，直至第一压力传感器的示数显示为第二预设压力值P2(P2大于P1)时，停止向第一腔体内充氦气；此时，打开第一阀门，使得第一腔体和第二腔体导通，由于第二预设压力值P2大于第一预设压力值P1，因此，第一腔体中的氦气逐渐向第二腔体内流动，直至，第一腔体和第二腔体中的压力均衡，此时第一压力传感器和第二压力传感器的示数一致，均记为第三预设压力值P3，查阅出氦气在第一预设压力值P1、第二预设压力值P2和第三预设压力值P3时对应的氦气密度分别为ρ1、ρ2、ρ3，由于第一腔体的内部容积为VR，因此由公式
能够计算出第二腔体中放入含水岩石样品后的自由空间体积Vvoid；待计算出第二腔体中放入含水岩石样品后的自由空间体积Vvoid后，通过第一真空泵对第一腔体抽真空，通过第二真空泵对第二腔体抽真空，然后关闭第一阀门，使第一腔体和第二腔体处于截断状态，并使第一腔体与待测气体导通，待测气体缓慢充入第一腔体，第一压力传感器的示数由0MPa逐渐上升至第四预设压力值P4；然后停止向第一腔体充入待测气体，打开第一阀门，使得第一腔体和第二腔体导通，第一腔体中的待测气体逐渐向第二腔体内流动，直至第一压力传感器的示数和第二压力传感器的示数一致，均记为第五预设压力值P5，查阅出待测气体在第四预设压力值P4和第五预设压力值P5时对应的密度分别为ρ4和ρ5，由公式
能计算出由第一腔体进入第二腔体的待测气体的物质的量(其中，VR为第一腔体的内部容积，NA为阿伏伽德罗常数，MCO2为待测气体的摩尔质量)，亦即第二腔体中总的待测气体的物质的量nCO2，由
能计算出第二腔体中岩石样品以外的待测气体的物质的量nCO2,g，由
能够计算出岩石样品中溶解的待测气体的物质的量nCO2,l，最后得到待测气体的溶解度
由此可见，本实用新型所提供的气体溶解度测量装置能够测量待测气体在含水岩石样品中的溶解度，当待测气体为二氧化碳气体时，该气体溶解度测量装置测量的是二氧化碳在含水岩石样品中的溶解度，在预测二氧化碳在地层中的溶解封存量时，将该溶解度与地层岩石的平均含水量结合在一起，能够减小二氧化碳在地层封存潜力预测中的误差，提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例所提供的一种气体溶解度测量装置的结构示意图。
其中，100为第一腔体，101为氦气高压气瓶，102为第一调压阀，103为第一供气流量计，200为第二腔体，201为待测气体高压气瓶，202为第二调压阀，203为第二供气流量计，204为回收气瓶，205为第四阀门，300为第一阀门，400为第一真空泵，401为第二阀门，500为第二真空泵，501为第三阀门，600为第一压力传感器，700为第二压力传感器，800为天平，900为温度调节槽，1000为数据采集元件。
具体实施方式
有鉴于此，本实用新型的核心在于提供一种气体溶解度测量装置，以提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型实施例公开了一种气体溶解度测量装置，包括第一腔体100、第二腔体200、第一阀门300、第一真空泵400、第二真空泵500、第一压力传感器600、第二压力传感器700和天平800。
其中，第一腔体100能够与气源导通，气源包括氦气和待测气体，第一腔体100的内部容积为VR；第二腔体200与第一腔体100连通；第一阀门300能够控制第一腔体100和第二腔体200的通断；第一真空泵400与第一腔体100连通；第二真空泵500与第二腔体200连通；第一压力传感器600用于检测第一腔体100的气体压力；第二压力传感器700用于检测第二腔体200的气体压力；天平800能够对岩石样品称重。
使用本实用新型所提供的气体溶解度测量装置时，通过天平800测量出岩石样品含水前后的质量差值，得到岩石样品的含水量mw；然后将含水岩石样品放入第二腔体200，通过第一真空泵400对第一腔体100抽真空，通过第二真空泵500对第二腔体200抽真空；再将第一阀门300打开，使第一腔体100和第二腔体200处于导通状态后，使第一腔体100与氦气导通，氦气缓慢充入第一腔体100和与第一腔体100连通的第二腔体200中，待第一压力传感器600和第二压力传感器700的示数显示为第一预设压力值P1时，关闭第一阀门300，使得第一腔体100与第二腔体200处于截断状态；并继续向第一腔体100内充入氦气，直至第一压力传感器600的示数显示为第二预设压力值P2(P2大于P1)时，停止向第一腔体100内充氦气；此时，打开第一阀门300，使得第一腔体100和第二腔体200导通，由于第二预设压力值P2大于第一预设压力值P1，因此，第一腔体100中的氦气逐渐向第二腔体200内流动，直至，第一腔体100和第二腔体200中的压力均衡，此时第一压力传感器600和第二压力传感器700的示数一致，均记为第三预设压力值P3，查阅出氦气在第一预设压力值P1、第二预设压力值P2和第三预设压力值P3时对应的氦气密度分别为ρ1、ρ2、ρ3，由于第一腔体100的内部容积为VR，因此由公式
能够计算出第二腔体200中放入含水岩石样品后的自由空间体积Vvoid；待计算出第二腔体200中放入含水岩石样品后的自由空间体积Vvoid后，通过第一真空泵400对第一腔体100抽真空，通过第二真空泵500对第二腔体200抽真空，然后关闭第一阀门300，使第一腔体100和第二腔体200处于截断状态，并使第一腔体100与待测气体导通，待测气体缓慢充入第一腔体100，第一压力传感器600的示数由0MPa逐渐上升至第四预设压力值P4；然后停止向第一腔体100充入待测气体，打开第一阀门300，使得第一腔体100和第二腔体200导通，第一腔体100中的待测气体逐渐向第二腔体200内流动，直至第一压力传感器600的示数和第二压力传感器700的示数一致，均记为第五预设压力值P5，查阅出待测气体在第四预设压力值P4和第五预设压力值P5时对应的密度分别为ρ4和ρ5，由公式
能计算出由第一腔体100进入第二腔体200的待测气体的物质的量(其中，VR为第一腔体100的内部容积，NA为阿伏伽德罗常数，MCO2为待测气体的摩尔质量)，亦即第二腔体200中总的待测气体的物质的量nCO2，由
能计算出第二腔体200中岩石样品以外的待测气体的物质的量nCO2,g，由
能够计算出岩石样品中溶解的待测气体的物质的量nCO2,l，最后得到待测气体的溶解度
由此可见，本实用新型所提供的气体溶解度测量装置能够测量待测气体在含水岩石样品中的溶解度，当待测气体为二氧化碳气体时，该气体溶解度测量装置测量的是二氧化碳在含水岩石样品中的溶解度，在预测二氧化碳在地层中的溶解封存量时，将该溶解度与地层岩石的平均含水量结合在一起，能够减小二氧化碳在地层封存潜力预测中的误差，提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
具体地，计算岩石样品的含水量mw时，首先对岩石样品进行干燥脱气处理，并采用天平800称重，质量为m0；对干燥岩石样品进行水饱和处理得到含水的岩石样品，采用天平800对含水的岩石样品进行称重，质量为m1；根据式mw＝m1-m0计算得到岩石样品的含水量mw。
需要说明的是，上述第一腔体100的内部容积VR可以通过充气法、充水法或者几何计算法等方式得到，只要是能够得到第一腔体100的内部容积VR的方式均属于本实用新型保护范围内。
另外，上述待测气体可以但不仅限于二氧化碳，还可以是氢气或者氧气等类型，实际应用中可以根据实际需求，适应性修改待测气体的种类，只要是能够满足使用要求即可。
并且，上述氦气在第一预设压力值P1、第二预设压力值P2和第三预设压力值P3时对应的氦气密度分别为ρ1、ρ2、ρ3，以及待测气体在第四预设压力值P4和第五预设压力值P5时对应的密度分别为ρ4和ρ5可以直接在NIST CHEMISTRY WEBBOOK或者refprop(全称为Reference Fluid PROperties)等类型的物性参数软件中直接查阅，本实用新型不涉及ρ1、ρ2、ρ3、ρ4和ρ5的查阅方法的改进。
进一步地，上述气体溶解度测量装置还包括能够调节温度的温度调节槽900，第一腔体100和第二腔体200均为与温度调节槽900中，以便于通过温度调节槽900调节第一腔体100和第二腔体200的温度，将第一腔体100和第二腔体200的温度调节至预设地层温度T，进一步提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。
如图1所示，本实用新型所提供的气体溶解度测量装置还包括与第一腔体100连通的氦气高压气瓶101，以及设置于氦气高压气瓶101与第一腔体100之间的连通管路上的第一调压阀102，以便于通过氦气高压气瓶101向第一腔体100内填充氦气，通过第一调压阀102调节氦气的气压，将氦气气压调节至需求压力值。
并且，该气体溶解度测量装置还包括设置于氦气高压气瓶101与第一腔体100之间的连通管路上的第一供气流量计103，以便于通过第一供气流量计103检测由氦气高压气瓶101输出的氦气流量。
另外，本实用新型所提供的气体溶解度测量装置还包括与第二腔体200连通的待测气体高压气瓶201，以及设置于待测气体高压气瓶201与第一腔体100之间的连通管路上的第二调压阀202，以便于通过待测气体高压气瓶201向第一腔体100内导入待测气体，通过第二调压阀202调节待测气体的压力，将待测气体的压力调节至需求压力值。
该气体溶解度测量装置还包括设置于待测气体高压气瓶201与第一腔体100之间的连通管路上的第二供气流量计203，以便于通过第二供气流量计203检测由待测气体高压气瓶201输出的待测气体流量。
进一步地，第一真空泵400与第一腔体100的连通管路上设置有第二阀门401，以便于通过第二阀门401控制第一真空泵400与第一腔体100之间的通断，第二真空泵500与第二腔体200的连通管路上设置有第三阀门501，通过第三阀门501控制第二真空泵500与第二腔体200之间的通断。
本实用新型所提供的气体溶解度测量装置还包括数据采集元件1000，数据采集元件1000与第一压力传感器600和第二压力传感器700电连接，以便于通过数据采集元件1000接收并读取第一压力传感器600和第二压力传感器700检测的压力值，并通过数据采集元件1000输出第一压力传感器600和第二压力传感器700检测的压力值。
并且，该气体溶解度测量装置还包括与第二腔体200连通的回收气瓶204，以及设置于回收气瓶204与第二腔体200之间的第四阀门205，以便于通过回收气瓶204将测量过程中的多余气体进行回收，减少环境污染，通过第四阀门205控制回收气瓶204与第二腔体200之间的通断。
此外，本实用新型还公开了一种气体封存潜力预测系统，包括如上任意一项所述的气体溶解度测量装置，因此兼具了上述气体溶解度测量装置的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种气体溶解度测量装置，其特征在于，包括：
能够与气源导通的第一腔体，所述气源包括氦气和待测气体，所述第一腔体的内部容积为VR；
与所述第一腔体连通的第二腔体；
能够控制所述第一腔体和所述第二腔体通断的第一阀门；
与所述第一腔体连通的第一真空泵；
与所述第二腔体连通的第二真空泵；
用于检测所述第一腔体的气体压力的第一压力传感器；
用于检测所述第二腔体的气体压力的第二压力传感器；以及
能够对岩石样品称重的天平。
2.根据权利要求1所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括能够调节温度的温度调节槽，所述第一腔体和所述第二腔体均位于所述温度调节槽中。
3.根据权利要求1所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括与所述第一腔体连通的氦气高压气瓶，以及设置于所述氦气高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第一调压阀。
4.根据权利要求3所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括设置于所述氦气高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第一供气流量计。
5.根据权利要求1所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括与所述第二腔体连通的待测气体高压气瓶，以及设置于所述待测气体高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第二调压阀。
6.根据权利要求5所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括设置于所述待测气体高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第二供气流量计。
7.根据权利要求1所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，所述第一真空泵与所述第一腔体的连通管路上设置有第二阀门，所述第二真空泵与所述第二腔体的连通管路上设置有第三阀门。
8.根据权利要求1所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括数据采集元件，所述数据采集元件与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连接。
9.根据权利要求1所述的气体溶解度测量装置，其特征在于，还包括与所述第二腔体连通的回收气瓶，以及设置于所述回收气瓶与所述第二腔体之间的第四阀门。
10.一种气体封存潜力预测系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的气体溶解度测量装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023071552A1 (zh) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 气体溶解度测量装置和方法、封存潜力预测系统和方法 |
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2021
- 2021-10-27 CN CN202122603964.3U patent/CN216117189U/zh active Active
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| WO2023071552A1 (zh) * | 2021-10-27 | 2023-05-04 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 气体溶解度测量装置和方法、封存潜力预测系统和方法 |
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