一种水溶气运移模拟实验方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶气运移模拟实验方法，该方法使用自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟装置进行模拟实验，模拟实验步骤包括：1)开始实验前，将模拟装置的所有阀门关闭；2)打开真空泵阀门和真空泵，对储层模拟系统持续抽真空直到储层模拟系统内装样品不存在残余气体；3)打开高压待测气瓶的压力阀门，调节减压阀，设定供气压力，持续供气直至全部气压表读数稳定，关闭压力阀门；4)向储层模拟系统的模拟管路中稳定注水，第一排泄管中的液体到达气液分离器，在气液分离器中实现气液分离；5)气样采集：依次采集多个采样点处的气样；6)待到下一次采样时间，重复步骤5)进行采样，如此循环，直至采样结束。本发明专利技术所采用模拟试验方法准确，简单易行，为煤层气/页岩气的开发提供了基础理论支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶气运移模拟实验方法本申请是申请号为“201610579573.3”、申请日为2016年7月21日、专利技术名称为“自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟实验方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及水溶气运移模拟实验方法，具体来说涉及非常规天然气储气向斜构造盆地地层水溶解气(简称水溶气)运移能力及水溶气对储层气体碳同位素分馏机理模拟实验方法，属于低渗透自生自储非常规天然气(如煤层气/页岩气)向斜构造盆地固、液和气体三相混合介质中水溶气运移规律及同位素分馏

技术介绍
目前，水溶气对非常规天然气成藏的贡献开始受到重视，地层水中溶解的烃类气体简称水溶气，水溶气实际上也是非常规天然气(包括煤层气/页岩气)赋存状态的重要形式之一。非常规天然气生成和运移成藏过程中始终与地层水伴生，地层水可能会对非常规天然气组分、碳同位素产生分馏作用，这可能也是非常规天然气(如煤层气)碳同位素变轻的一个原因。但水溶气如何影响储层盆地含气性的分布？流动的地层水溶解和搬运储层气体后，储层气体碳同位素分馏的机理如何？这些问题都有待进一步研究。为此，本专利技术设计了室内物理模拟装置，模拟非常规天然气(煤层气/页岩气)储气向斜构造盆地剖面几何特征和地下水流动特点，研究地下水流动过程溶解气体的能力及对气体稳定同位素分馏的影响，为煤层气成藏及成因研究提供数据支撑。非常规天然气(煤层气/页岩气)具有自生自储的特点，对其有利的典型地质构造为向斜构造或向斜构造的一翼。向斜构造的普遍形态为两翼翘起，中部相对平缓。盆地地下水的补给为两翼含水层露头，然后沿含水层向盆地中部径流，并在水头压力差的作用下，从含水层露头相对标高较低的一翼溢出，溢出端称为排泄区，相对较高的一翼称为补给区，两翼水位标高连线之间称为承压区。如图1所示，对于自生自储的非常规天然气(包括煤层气/页岩气)储层盆地，两翼可以按储层倾斜程度划分类型，一般可划分为近水平段(α≤5°)、缓倾斜段(5°＜α≤15°)、倾斜段(15°＜α≤35°)、急倾斜段(α＞35°)，并由此计算每个划分段的长度，确定剖面不同倾斜段之间的组合关系，提取剖面形态特征，为室内模拟试验提供基础数据。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种非常规天然气储气向斜构造盆地地层水溶解气(简称水溶气)运移能力、水溶气对储层气体碳同位素分馏影响的模拟装置或研究方法，能够模拟低渗透自生自储非常规天然气(如煤层气/页岩气)向斜构造盆地固、液和气体三相混合介质中水溶气运移规律、水溶气对储层气体含气性分布及气体同位素分馏作用，同时本专利技术还可以完成气体溶解能力模拟实验和三相介质的渗流模拟实验。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案包括：储层模拟系统、供水系统、气液回收系统、样品采集系统、饱和与抽真空系统、起吊控制系统、恒温控制系统及相关连接管路。储层模拟系统包括顺序连接的3条空心模拟管路，分别对应于向斜构造的两翼和核心区域，其长度和坡度根据原型盆地剖面形态按一定的相似比制作，用于模拟低渗透自生自储非常规天然气(如煤层气/页岩气)向斜构造盆地固、液和气体三相混合介质中水溶气运移规律、水溶气同位素分馏规律、气体溶解能力和三相介质的渗流等室内模拟试验。模拟管路一端与供水系统连接，同时引出一条采样管，供水系统可为储层模拟系统提供稳定的水压力场和恒定水流；另一端与气液回收系统连接，同时也可兼做1条采样管，气液回收系统负责收集流出储层模拟系统的气体和液体。为了试验前期准备和中间采样，在模拟管路中间相互连接部位再设置2条采样管，每条采样管再一分为二，分别连接饱和与抽真空系统和样品采集系统。根据研究需要也可同时在两翼模拟管路坡度变化部位引出采样管，与样品采集系统连接。饱和与抽真空系统可使模拟管路内样品形成含气饱和状态，模拟自生自储含气饱和储层，还原原始均匀含气储层。样品采集系统可按设计要求对模拟管路不同采样点进行样品采集，用于分析模拟过程中样品属性的变化，为后续研究提供数据支撑。起吊控制系统包括固定架和起吊装置，固定架悬挂在起吊装置之下，用于固定储层模拟系统的3条模拟管路及部分采样管路，储层模拟系统与其他系统的连接采用软管柔性连接，便于起吊装置起吊和降落储层模拟系统，使模拟管路浸没在恒温控制系统的恒温箱液面之下或抬升到液面之上。恒温控制系统为储层模拟系统提供恒定的温度场。为实现本专利技术之目的，采用以下技术方案予以实现：一种水溶气运移模拟实验方法，该方法使用自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟装置进行实验，其中该实验方法包括模拟实验步骤，该步骤包括：1)开始实验前，将模拟装置的所有阀门关闭；2)打开真空泵阀门和真空泵，对储层模拟系统持续抽真空直到储层模拟系统内装样品不存在残余气体，进入下一步；3)打开高压待测气瓶的压力阀门，调节减压阀，设定供气压力P(供气压力P＝(1.2～1.5)p，p为原型盆地储层静水压力，p＝γh，其中γ为水的重度，h为储层埋深)，持续供气直至全部气压表读数稳定，关闭压力阀门，进入下一步；同时记录气体质量流量计和气压表的数值；4)打开供水阀门，调节定压阀，打开供水泵，供水泵以略高于原型盆地储层静水压力p(p＝γh，其中γ为水的重度，h为储层埋深)的水平向储层模拟系统的模拟管路中稳定注水，第一排泄管中的液体到达气液分离器，在气液分离器中实现气液分离，气体通过气体回收管路上的阀门排出，由回收容器收集，液体流经溢流室，由液体回收容器收集；5)气样采集：依次采集多个采样点处的气样；6)待到下一次采样时间，重复步骤5)进行采样，如此循环，直至采样结束。所述的实验方法，优选的：模拟实验步骤中的步骤5)包括：根据试验要求，确定采样时间间隔，然后依次采集第一采样点～第四采样点处的气样，其中，采集第一采样点处的样品时，关闭液体回收阀门，打开第二排泄管路上的阀门，静置一定时间，观察气液分离瓶侧面刻度，记录生成一定体积气体所用的时间，记录温度传感器的读数，打开气体收集阀门，收集气体样品，对气体样品编号，关闭第一采样管路上的阀门和第二排泄管上的阀门，打开供水管上的阀门，用液体重新注满气液分离器和气体压力平衡瓶，使气液分离器充满液体后顶部不留空隙，关闭供水管阀门，第一采样点采样完毕；采集第二采样点处的样品时，打开第二采样管路上的阀门和第一排泄管路上的阀门，使第二采样点处流出的液体排出一段时间，关闭第一排泄管路上的阀门，打开第二排泄管路上的阀门，静置一定时间，观察气液分离瓶侧面刻度，记录生成一定体积气体所用时间，记录温度传感器的读数，打开气体收集阀门，收集气体样品，对气体样品编号，关闭第二采样管路上的阀门和第二排泄管上的阀门，打开供水管上的阀门，用液体重新注满气液分离器和气体压力平衡瓶，使气液分离器充满液体后顶部不留空隙，关闭供水管阀门，第二采样点采样完毕；采集第三采样点处的样品时，打开第三采样管路上的阀门和第一排泄管路上的阀门，使第三采样点处流出的液体排出一段时间，关闭第一排泄管路上的阀门，打开第二排泄管路上的阀门，静置一定时间，观察气液分离瓶侧面刻度，记录生成一定体积气体所用时间，记录温度传感器的读数，打开气体收集阀门，收集气体样品，对气体样品编号，关闭第三采样管路上的阀门和第二排泄管上的阀门，打开供水管上的阀门，用液体重新注满气液分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶气运移模拟实验方法，该方法使用自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟装置进行实验，其特征在于该实验方法包括模拟实验步骤，该步骤包括：1)开始实验前，将模拟装置的所有阀门关闭；2)打开真空泵阀门和真空泵，对储层模拟系统持续抽真空直到储层模拟系统内装样品不存在残余气体，进入下一步；3)打开高压待测气瓶的压力阀门，调节减压阀，设定供气压力P，持续供气直至全部气压表读数稳定，关闭压力阀门，进入下一步；同时记录气体质量流量计和气压表的数值；4)打开供水阀门，调节定压阀，打开供水泵，供水泵以略高于原型盆地储层静水压力p的水平向储层模拟系统的模拟管路中稳定注水，第一排泄管中的液体到达气液分离器，在气液分离器中实现气液分离，气体通过气体回收管路上的阀门排出，由回收容器收集，液体流经溢流室，由液体回收容器收集；5)气样采集：依次采集多个采样点处的气样；6)待到下一次采样时间，重复步骤5)进行采样，如此循环，直至采样结束。

【技术特征摘要】
1.一种水溶气运移模拟实验方法，该方法使用自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟装置进行实验，其特征在于该实验方法包括模拟实验步骤，该步骤包括：1)开始实验前，将模拟装置的所有阀门关闭；2)打开真空泵阀门和真空泵，对储层模拟系统持续抽真空直到储层模拟系统内装样品不存在残余气体，进入下一步；3)打开高压待测气瓶的压力阀门，调节减压阀，设定供气压力P，持续供气直至全部气压表读数稳定，关闭压力阀门，进入下一步；同时记录气体质量流量计和气压表的数值；4)打开供水阀门，调节定压阀，打开供水泵，供水泵以略高于原型盆地储层静水压力p的水平向储层模拟系统的模拟管路中稳定注水，第一排泄管中的液体到达气液分离器，在气液分离器中实现气液分离，气体通过气体回收管路上的阀门排出，由回收容器收集，液体流经溢流室，由液体回收容器收集；5)气样采集：依次采集多个采样点处的气样；6)待到下一次采样时间，重复步骤5)进行采样，如此循环，直至采样结束。2.根据权利要求1所述的实验方法，其特征在于：该方法还包括实验前准备步骤，所述实验前准备步骤包括：1)根据地层原型剖面，划分剖面分段长度与坡度，确定剖面类型；2)计算模拟管路分段长度、模拟管路分段间距及组合关系；3)制作模拟管路并连接模拟管路；4)调试样品采集系统和气液回收系统；5)气密性检查；6)模拟管路装样。3.根据权利要求2所述的实验方法，其特征在于：实验前准备步骤中的各步骤具体是：1)根据地层原型剖面，划分剖面分段长度与坡度，确定剖面类型：提取表征剖面特征的主要坡度类型、长度及组合关系，确定各主要坡度类型长度；2)计算模拟管路分段长度、模拟管路间距及组合关系：确定模拟几何相似比，由模拟几何相似比确定储层模拟系统相对应的模拟管路的分段长度和模拟管路间距，具体计算由公式(1)～(3)确定：s＝li/l原i＝Li/L原i＝b/B原(1)sinαi＝hi/li(2)sinβi＝Hj/Lj(3)式中：s为模型与原型的几何相似比；l原i、L原i分别为原型盆地补给侧和排泄侧的分段长度；b、B原分别为向斜盆地模型与原型核部近水平段长度；αi、βi分别为原型盆地补给侧和排泄侧的分段坡度统计中位数；hi、li分别为盆地补给侧按相似比确定模拟管路间距和分段长度；Hj、Lj为代表盆地排泄侧按相似比确定的模拟管路间距和分段长度；i，j为自然数，分别代表盆地补给侧模拟管路和盆地排泄侧模拟管路的分段数；3)制作剖面模拟管路并连接模拟管路：制作完成对应长度及坡度的第一模拟管路～第三步模拟管路后，按照剖面类型组合关系，连接模拟管路，将其分别固定在两个垂直固定架和一个水平固定架上，其中第一模拟管路和第二模拟管路分别固定在两个垂直固定架上，第三模拟管路固定在一个水平固定架上，水平固定架的两端分别与两个垂直固定架的底部连接，将两个垂直固定架与起吊横梁组合后，将起吊横梁悬挂在起吊装置上，然后依次把储层模拟系统与其他系统连接；4)调试样品采集系统和气液回收系统:打开供水管上的阀门，将样品采集系统气液分离器和气体压力平衡瓶的容器内注满水，气液分离器充水后顶部不留空隙，关闭供水管阀门；在气液回收系统的气液分离器中预先装满水，或装水高度至少淹没第一排泄管管端；5)气密性检查：首先在高压供气源中选择氮气，打开供气阀门，调节减压阀，设定储层模拟系统模拟管路内的压力为测试压力W(测试压力W＝(1.5～2)p，系统压力p按原型盆地储层静水压力p＝γh，其中γ为水的重度，h为储层埋深)，检查装置的密封性；6)模拟管路装样：由起吊装置把模拟管路起吊至恒温箱的液面以上，选择预先制备好的煤岩样品，分段充填第一模拟管路、第二模拟管路和第三模拟管路，充填完煤岩样品后，重新连接模拟管路接口及连接管路，保证密封完好，然后由起吊装置把第一模拟管路～第三模拟管路全部浸没在保温箱的液面以下，开始模拟实验。4.根据权利要求1-3之一所述的实验方法，其特征在于：模拟实验步骤还包括步骤7)：改变实验条件，包括储层样品的物理参数、供气介质、液体介质、供水水压、供水流量、温度之一或其组合。5.根据权利要求1-3之一所述的实验方法，其特征在于：模拟实验步骤中的步骤2)具体是：打开真空泵阀门和真空泵，对储层模拟系统持续抽真空6～8小时以上后关闭，然后静置3～5小时以上，检查第一采样管路～第四采样管路上的第一气压表～第四气压表的读数，检查所有气压表读数是否稳定，如果不稳定，继续抽真空，重新检查，如此反复，直到气压表读数稳定，进入实验下一步。6.根据权利要求1-3之一所述的实验方法，其特征在于：模拟实验步骤中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军龙，李建军，
申请(专利权)人：张军龙，李建军，
类型：发明
国别省市：北京,11