一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非常规天然气岩‑气‑热多过程耦合试验系统，由流体控制系统、岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统组成，流体控制系统分别与岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统相连通。本发明专利技术可实现真三轴或假三轴应力加载、温度加载、多组分气体扩散下的煤岩渗透性演化的多场耦合过程测试，实验的温度、组分气体流量以吸附特性全程数据通过软件适时动态存储和处理，可以科学地模拟地层温度、压力和流体介质下岩体非常规气富集成藏、吸附和解吸规律。本系统将为极端复杂的深部资源开采提供科学的实验支持。

【技术实现步骤摘要】
一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统
本专利技术涉及一种测试非常规天然气的耦合试验系统，具体是一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统。
技术介绍
非常规天然气作为一种高效的清洁能源，凭借其巨大的资源潜力和经济效益逐渐日益受到重视。非常规天然气通常包括致密砂岩气、煤层气、页岩气、天然气水合物(可燃冰)等，是指储量大、难以开发，必须依靠大规模增产措施或者特殊的开发方法以及先进勘探开发技术才能以有经济价值产量生产的天然气藏。与常规储层气藏不同，页岩(或煤)既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。页岩(或煤)气藏的储层一般呈低孔、低渗透率的物性特征。页岩(或煤)气多以吸附和游离状态存在于页岩(或煤)基质或有机质孔隙之中。页岩气与煤层气等非常规天然气的开采会导致储层内应力场、吸附化学场、渗流场和温度场之间产生复杂的链式反应，这种链反应通常定义为“耦合过程”，即一个物理过程会影响另一个物理过程的启动和发展。耦合过程出现会显著改变储层的传导性能，具体包括储层基质收缩，孔隙率和渗透率变化。为科学表征以上的耦合过程，国内外学者研发了许多渗流试验设备对储层渗透率演化进行研究。林柏泉等自制煤样瓦斯渗透试验装置，研究在围压恒定条件下，含瓦斯煤的孔隙压力与渗透率、煤样变形之间关系；谭学术等也自制煤样瓦斯渗流装置，分别对在不同应力状态、不同电场、不同温度及变形过程中煤样的渗透率进行研究；胡耀青等研制三轴应力渗透仪，进行了三维应力作用下煤体瓦斯渗透规律的试验；唐巨鹏等自制了三轴瓦斯渗透仪，研究有效应力与煤层气解吸和渗流特性间的关系；隆清明等利用自行研制瓦斯渗透仪，进行了孔隙气压对煤体渗透性影响的试验研究。然而，传统的渗透仪器功能不能充分考虑非常规天然气运移过程以及温度等对储层基质-裂隙相互作用的影响。为此，非常有必要开展真三轴或假三轴应力加载、温度加载、多组分气体扩散下的煤岩渗透性演化的多场耦合过程测试系统，揭示气体运移过程中非常规天然气储层基质与裂隙/气体、裂隙与气体、温度与气体之间的耦合作用机制，为非常规天然气开采提供重要的实验研究手段。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统，能模拟非常规天然气在不同地层温度、压力和地层流体介质条件下的气体富集成藏、吸附和解吸动态过程以及进行煤岩体渗透性演化的实验。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：该种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统，由流体控制系统、岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统组成，流体控制系统分别与岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统相连通。进一步，所述流体控制系统具体为：第二气瓶和第三气瓶分别通过第一阀门和第二阀门与增压泵相连；所述第一阀门和第二阀门与增压泵之间的管路上接有第一压力表和第三阀门；压力表和第三阀门可以分别监测和控制气瓶和气瓶的混合气体流量；所述增压泵一端通过第四阀门和第一减压阀与静音空压机相连；所述第四阀门和第一减压阀之间的管路上连有第二压力表；所述增压泵另一端与第一四通阀相连；所述第一四通阀与第五阀门相连；所述第五阀门与第二四通阀相连；所述第二四通阀与第二减压阀相连；所述第二减压阀与第六阀门相连；第二减压阀与第六阀门之间的管路上连有第五压力表；所述第二四通阀的另外两端分别与第四压力表和第一气体储罐相连；所述第一四通阀的另外两端分别与第七阀门和第八阀门相连；所述第八阀门与第三四通阀相连；所述第三四通阀与第三减压阀相连；所述第三减压阀与第九阀门相连；所述第三减压阀和第九阀门之间的管路上连有第七压力表；所述第三四通阀的另外两端分别连有第六压力表和第二气体储罐。进一步，所述岩芯吸附/解吸及气体分析系统具体为：第六阀门与第九阀门分别与第四四通阀的其中两端相连；所述第四四通阀的另外两端分别与第一气动阀和第十阀门相连；所述第十阀门与第四减压阀连接；所述第四减压阀与第一气瓶连接；所述第四减压阀与第十阀门之间的管路上接有第三压力表和第十一阀门；所述第一气动阀与第五四通阀的一端相连；所述第五四通阀的其中一端与第一三通阀相连；所述第一三通阀与第二气动阀相连；所述第五四通阀的另外两端分别与标准压力室和第三气动阀相连；所述第三气动阀与50ml标准室连接；所述第一三通阀的一端与第四气动阀相连；所述第四气动阀与100ml标准室相连；所述第二气动阀与第六四通阀相连；所述第六四通阀与第五气动阀相连；所述第五气动阀与真三轴夹持器连接；所述真三轴夹持器与第六气动阀相连；所述第六气动阀与第七四通阀相连；所述第七四通阀其中一端与出口压力测量装置相连；所述第六四通阀的另外两端分别与入口压力检测装置和第二三通阀；所述第二三通阀与所述第六四通阀之间的管路上连有第七气动阀；所述第二三通阀与第十二阀门相连；所述第十二阀门与压差检测装置相连；所述压差检测装置与第十三阀门相连；所述压差检测装置还与第十三气动阀并联；所述第十三阀门与第三三通阀相连；所述第二三通阀还与所述第八四通阀相连；所述第三三通阀与第七四通阀相连；所述第七四通阀与回压阀相连；所述回压阀与回压容器相连；所述回压容器与第十四阀门相连；回压容器与第十四阀门之间的管路上装有第八压力表；所述第十四阀门与回压泵相连；所述回压泵与第十五阀门相连；所述回压阀与冷凝器相连；所述冷凝器与气液分离器和第十六阀门相连；所述气液分离器与第四三通阀相连；所述第四三通阀的一端与第八气动阀相连；所述第八气动阀与干燥器相连；所述干燥器与气体流量计相连；所述第四三通阀的另一端与第九气动阀相连；所述第九气动阀与气排水计量装置相连；所述第三三通阀与第十气动阀相连；所述第十气动阀与假三轴夹持器相连；所述假三轴夹持器与第十一气动阀相连；所述第十一气动阀与第八四通阀相连；所述假三轴夹置上装有控温装置、环压检测装置、测温装置、应力应变装置、轴压检测装置和位移检测装置。进一步，所述抽真空系统具体为：第八四通阀与第十二气动阀相连；所述第十二气动阀与缓冲器相连；所述缓冲器与第十七阀门相连；所述缓冲器的底部装有第十八阀门；所述缓冲器与第十七阀门之间的管路上接有第九压力表；所述第十七阀门与干燥管相连；所述干燥管与真空泵相连。进一步，所述水力压裂系统具体为：第八四通阀与第十三气动阀相连；所述第十三气动阀与第一活塞容器相连；所述第一活塞容器与第十四气动阀相连；所述第十四气动阀与第五三通阀相连；所述第八四通阀其中一端与第十五气动阀相连；所述第十五气动阀与第二活塞容器相连；所述第二活塞容器与第十六气动阀相连；所述第十六气动阀与所述第五三通阀相连；所述第五三通阀的另外一端与双缸注入泵相连。特别的，所述吸附/解吸系统和水力压裂系统安置在恒温室中。与现有技术相比，本专利技术的这种结构具有以下优点：(1)采用环压跟踪技术，采用高精度跟踪泵，可保证夹持器环压压力与孔隙压力始终在特定的压力差；(2)关键测量控制部件如气体增压装置、气体减压阀、温控系统、压力传感器、差压传感器、电子天平和气相色谱仪采用精密仪器，保证实验精度；(3)可对真假三轴模型进行不同应力、孔隙压力、地层温度条件下的吸附/解吸量测量，研究吸附量随时间、温度与气压的动态变化过程；进行渗透率测试；(4)传感器组合使用，根据实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非常规天然气岩‑气‑热多过程耦合试验系统，其特征在于，由流体控制系统、岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统组成，流体控制系统分别与岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统相连通。

【技术特征摘要】
1.一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统，其特征在于，由流体控制系统、岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统组成，流体控制系统分别与岩芯吸附/解吸及气体分析系统、抽真空系统和水力压裂系统相连通。2.根据权利要求1所述的一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统，其特征在于，所述流体控制系统具体为：第二气瓶(2)和第三气瓶(3)分别通过第一阀门(5)和第二阀门(6)与增压泵(9)相连；所述第一阀门(5)和第二阀门(6)与增压泵(9)之间的管路上接有第一压力表(7)和第三阀门(8)；所述增压泵(9)一端通过第四阀门(10)和第一减压阀(12)与静音空压机(13)相连；所述第四阀门(10)和第一减压阀(12)之间的管路上连有第二压力表(11)；所述增压泵(9)另一端与第一四通阀(86)相连；所述第一四通阀(86)与第五阀门(18)相连；所述第五阀门(18)与第二四通阀(87)相连；所述第二四通阀(87)与第二减压阀(20)相连；所述第二减压阀(20)与第六阀门(22)相连；第二减压阀(20)与第六阀门(22)之间的管路上连有第五压力表(21)；所述第二四通阀(87)的另外两端分别与第四压力表(19)和第一气体储罐(28)相连；所述第一四通阀(85)的另外两端分别与第七阀门(17)和第八阀门(23)相连；所述第八阀门(23)与第三四通阀(88)相连；所述第三四通阀(88)与第三减压阀(25)相连；所述第三减压阀(25)与第九阀门(27)相连；所述第三减压阀(25)和第九阀门(27)之间的管路上连有第七压力表(26)；所述第三四通阀(88)的另外两端分别连有第六压力表(24)和第二气体储罐(29)。3.根据权利要求1所述的一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统，其特征在于，所述岩芯吸附/解吸及气体分析系统具体为：第六阀门(22)与第九阀门(27)分别与第四四通阀(89)的其中两端相连；所述第四四通阀(89)的另外两端分别与第一气动阀(31)和第十阀门(30)相连；所述第十阀门(30)与第四减压阀(14)连接；所述第四减压阀(14)与第一气瓶(1)连接；所述第四减压阀(14)与第十阀门(31)之间的管路上接有第三压力表(15)和第十一阀门(16)；所述第一气动阀(31)与第五四通阀(90)的一端相连；所述第五四通阀(90)的其中一端与第一三通阀(91)相连；所述第一三通阀(91)与第二气动阀(37)相连；所述第五四通阀(90)的另外两端分别与标准压力室(32)和第三气动阀(33)相连；所述第三气动阀(33)与50ml标准室(34)连接；所述第一三通阀(91)的一端与第四气动阀(35)相连；所述第四气动阀(35)与100ml标准室(36)相连；所述第二气动阀(37)与第六四通阀(92)相连；所述第六四通阀(92)与第五气动阀(38)相连；所述第五气动阀(38)与真三轴夹持器(41)连接；所述真三轴夹持器(41)与第六气动阀(42)相连；所述第六气动阀(42)与第七四通阀(94)相连；所述第七四通阀(94)其中一端与出口压力测量装置(56)相连；所述第六四通阀(92)的另外两端分别与入口压力检测装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏同强，刘春，朱双江，常宏均，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32