一种页岩饱和水的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种页岩饱和水的装置和方法。该装置包括：用于向饱和设备中注水的注水设备，注水设备包括加热带，用于加热注入水进入饱和设备的管路；用于饱和水的饱和设备，饱和设备包括沙浴锅和设置于沙浴锅内部的样品罐；用于监测饱和设备中的样品罐内的温度和压力的数据采集设备；用于控制饱和设备中的样品罐的压力的抽真空设备。本发明专利技术还提供了利用上述装置完成的页岩饱和水的方法。

Device and method for saturated shale water

The invention provides a device and a method for saturated shale water. The device comprises: a water injection device for injecting water into a saturated device, a water injection device including a heating belt for heating injected water into a pipeline of a saturated device, a saturated device for saturated water, a saturated device including a sand bath pot and a sample pot placed inside a sand bath pot, and a temperature monitoring device in a sample pot in a saturated device. A data acquisition device for degree and pressure; a vacuum device for controlling the pressure of a sample tank in a saturation device. The invention also provides a method for shale saturated water using the above device.

【技术实现步骤摘要】
一种页岩饱和水的装置和方法
本专利技术涉及一种可以时页岩饱和水的方法和装置，属于石油开采

技术介绍
页岩气是以吸附或游离态为主要赋存方式的天然气，其中吸附态页岩气大约占页岩气总量的20％-85％，吸附规律研究是页岩气储量评价的基础。现有研究表明，国内外页岩气藏都不同程度地含水，一方面，有些页岩储层天然含水；另一方面，页岩储层的经济开发常依赖于大型水力压裂技术，但其注入水返排率常低于15％，页岩储层存在大量滞留水。因此，含水页岩吸附规律对页岩气生产开发具有重要指导意义。目前，主要基于平衡水饱和法饱和页岩岩样，进而利用等温吸附实验研究含水页岩吸附机理。然而平衡水饱和法具有饱和时间长、饱和度低、成本高和难以实现定量饱和等缺陷，使得含水页岩吸附实验周期较长，难以研究大饱和度范围和特定含水饱和度下的吸附规律，其实验成本也居高不下。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种保证水分均匀饱和的前提下，具有较高精度的页岩饱和水的装置。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种页岩饱和水的装置，该装置包括：注水设备，用于向饱和设备中注水，其中，注水设备包括加热带，加热带用于加热注入水进入饱和设备的管路；饱和设备，用于饱和水，其中，饱和设备包括沙浴锅和设置于沙浴锅内部的样品罐；数据采集设备，用于监测饱和设备中的样品罐内的温度和压力；抽真空设备，用于控制饱和设备中的样品罐的压力。在本专利技术的装置中，优选地，加热带设置在注水设备与饱和设备的连接管线上。在本专利技术的装置中，优选地，加热带的上部设置有第一阀门。在本专利技术的装置中，优选地，注水设备包括半U型管、橡胶皮管；其中，半U型管嵌入橡胶皮管中，橡胶皮管的底部通过皮管接头与样品罐连通。在本专利技术的装置中，优选地，皮管接头与样品罐的连通管路上设置有第二阀门；更优选地，第二阀门设置在沙浴锅的外部。在本专利技术的装置中，优选地，数据采集设备包括压力传感器、温度传感器和计算机。在本专利技术的装置中，优选地，压力传感器的一端通过第三阀门与样品罐连接，压力传感器的另一端与计算机连接。在本专利技术的装置中，优选地，温度传感器的一端通过第四阀门与样品罐连接，温度传感器的另一端与计算机连接。在本专利技术的装置中，优选地，抽真空设备包括真空泵，真空泵通过第五阀门与样品罐连接。本专利技术还提供了一种页岩饱和水的方法，该方法是通过上述的装置完成的，该方法包括以下步骤：向注水设备中注水，并记录上液面对应的刻度值Vt，单位为mL；通过注水设备向样品罐中注水，直至注水设备的上液面的刻度为(Vt-MsSw)mL，其中，Ms为页岩的干重，单位为g；Sw为页岩需要达到的含水饱和度，％；当压力和温度均稳定时，记录其压力值P，根据获得理论需要饱和水的质量M0，g；如果M0与MsSw近似相等，则实现了页岩的定量饱和；如果M0与MsSw相差较大，则重新饱和(MsSw-M0)g的水，直至M0与MsSw的相对误差小于5％；其中，P为计算机记录的稳定压力，MPa；T为计算机记录的稳定温度，K；V为样品的孔隙体积，mL，V＝Vv-Vs，Vs为样品的骨架体积，mL，Vv为样品罐空罐的体积，mL；Z为P对应压缩因子，无量纲；M为水分子相对分子质量，无量纲；R＝8.314MPa·mL/(mol·K)；ρ0为为稳定压力P、稳定温度T下对应的水的密度，g/mL。在上述方法中，优选地，通过注水设备向样品罐中注水前，通过加热带加热管路中的水。更具体地，抽真空阶段采用加热带加热管路的温度为100℃，保证完全气化；饱和水阶段，加热带加热管路的温度为80℃，使得管壁表面液态水气化，尽量减少壁面液体损失。本专利技术的页岩饱和水的装置，通过沙浴锅使液态水完全转化为气态水，保证了页岩饱和水的均匀性；在保证水分均匀饱和的前提下，通过数据采集设备的对比、微调，使得该页岩饱和水的装置具有较高的精度，相对误差可以保持在5％之内。本专利技术的页岩饱和水的装置可以缩短饱和时间，相比以往的平衡水饱和法对应的饱和时间约为15-30天，本专利技术的方法的饱和时间约为1-2天。本专利技术的页岩饱和水的装置可以实现页岩饱和任意含水饱和度，扩大了饱和范围，比如，可以实现饱和度为80％，也可以实现饱和度为20％等。本专利技术的页岩饱和水的装置可以，降低实验成本。附图说明图1为本专利技术的实施方式中的页岩饱和水的装置的结构示意图。主要附图符号说明1半U型管2橡胶皮管3皮管接头4第一阀门5加热带6第五阀门7第二阀门8第三阀门9第四阀门10压力传感器11温度传感器12信号转换器13计算机14固定支架15支架抓手16平板底座17真空泵18沙浴锅19气孔20接口21样品罐22样品罐固定架具体实施方式需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本说明书所使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”以及类似的表述是基于说明书附图为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，本专利技术实施方式提供了一种页岩饱和水的装置，该装置可以包括：用于向饱和设备中注水的注水设备，其中，注水设备包括加热带5，用于加热注入水进入饱和设备的管路；用于饱和水的饱和设备，其中，饱和设备包括沙浴锅18和设置于沙浴锅18内部的样品罐21；用于监测饱和设备中的样品罐21内的温度和压力的数据采集设备；用于控制饱和设备中的样品罐21的压力的抽真空设备。在本实施方式中，样品罐21置于沙浴锅18的内部，使样品罐21中的样品，比如页岩，受温更加均匀，进而使得页岩饱和水过程更加均匀；且沙浴温度比油浴、水浴、空气浴温度更大，最高温度可达到450℃，加快了分子运动状态，可使样品罐21中的液态水完全气化，进而使页岩饱和水过程更加均匀。在本发一实施方式中，页岩饱和水的装置固定在固定支架14上，固定支架具有支架抓手15和支架底座16。支架抓手15可以根据需要配制多个。比如，可以包括两个支架抓手，分别用于固定半U型管1和加热带5。固定支架14可以保证该页岩饱和水装置的垂直放置，尤其是可以确保注水设备的垂直设置。固定支架14为不锈钢材料，支架底座16采用稳定性较好的平板。如图1所示，在本专利技术实施方式中，加热带5可以设置在注水设备与饱和设备的连接管线上。加热带用于加热管路中管壁上的滞留的水滴，将水滴加热为水蒸气，并随水流注入到饱和设备中，以减少水在流动过程中的损失，使注入结果更准确。或者，可以将管线横穿烘箱，同样可以实现降低中间管线水分损失的目的。在本专利技术实施方式中，加热带5的上部设置有第一阀门4。第一阀门4用于控制半U型管1中的水。在本专利技术实施方式中，注水设备包括半U型管1、橡胶皮管2；其中，半U型管1嵌入橡胶皮管2中，橡胶皮管2的底部通过皮管接头3与样品罐21连通。半U型管1嵌入橡胶皮管2中保持密封性即可，具体可以为旋进或卡扣连接。利用半U型管1可以减缓水的下滑速度，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩饱和水的装置，其特征在于，该装置包括：注水设备，用于向饱和设备中注水，其中，所述注水设备包括加热带，所述加热带用于加热注入水进入饱和设备的管路；饱和设备，用于饱和水，其中，所述饱和设备包括沙浴锅和设置于沙浴锅内部的样品罐；数据采集设备，用于监测所述饱和设备中的样品罐内的温度和压力；抽真空设备，用于控制所述饱和设备中的样品罐的压力。

【技术特征摘要】
1.一种页岩饱和水的装置，其特征在于，该装置包括：注水设备，用于向饱和设备中注水，其中，所述注水设备包括加热带，所述加热带用于加热注入水进入饱和设备的管路；饱和设备，用于饱和水，其中，所述饱和设备包括沙浴锅和设置于沙浴锅内部的样品罐；数据采集设备，用于监测所述饱和设备中的样品罐内的温度和压力；抽真空设备，用于控制所述饱和设备中的样品罐的压力。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热带设置在注水设备与饱和设备的连接管线上。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热带的上部设置有第一阀门。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注水设备包括半U型管、橡胶皮管；优选地，所述半U型管嵌入橡胶皮管中，橡胶皮管的底部通过皮管接头与所述样品罐连通。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述皮管接头与所述样品罐的连通管路上设置有第二阀门；优选地，所述第二阀门设置在沙浴锅的外部。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据采集设备包括压力传感器、温度传感器和计算机。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述压力传感器的一端通过第三阀门与所述样品罐连接，所述压力传感器的另一端与计算机连接；所述温度传感器的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁正福，陈志礼，王庆，齐荣荣，孙逢瑞，黄亮，王金伟，张钰祥，叶洪涛，张文通，孙一丹，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11