一种气体驱替置换天然气模拟实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种气体驱替置换天然气模拟实验系统，其中包括气体注入装置、岩心夹持器、抽真空装置、轴压回压控制装置、气体计量装置、第二控温箱，其中岩心夹持器放置于第二控温箱中方便调节温度，便于模拟不同地层温度。本实验系统可用于模拟非常规天然气储层岩样对气体的吸附、解析作用，或用于模拟N2或CO2单一气体或者N2和CO2的混合气体驱替置换天然气的过程，同时提高了现有的同类实验装置中注入CO2的计量精度，提高了实验系统末端混合气体的计量精度，改善了实验效果。改善了实验效果。改善了实验效果。

【技术实现步骤摘要】
一种气体驱替置换天然气模拟实验系统


[0001]本技术涉及煤层气、页岩气等非常规天然气开发领域，特别涉及到一种气体驱替置换天然气模拟实验系统。

技术介绍

[0002]我国的页岩气、煤层气等非常规天然气资源丰富，它主要以吸附态或者游离态赋存于非常规天然气储层内。非常规天然气储层一般渗透率普遍偏低，自然产能不高，生产到一定阶段后迫切需要新的增产技术来增加天然气产量。当前，向非常规天然气储层注入CO2或N2驱替置换天然气是一种新兴的增产技术，其原理是通过向非常规天然气储层注入CO2或N2气体后，通过与CH4同储层岩样的竞争吸附作用，降低CH4的有效分压，从而促进非常规天然气储层吸附的CH4解吸，同时驱替游离的CH4气体，从而提高非常规天然气的产量和采收率。
[0003]目前现有公开的专利中存在的主要技术问题：
[0004]1、现有同类实验装置极少、功能单一、操作不便：当前针对非常规天然气储层驱替置换技术的研究，主要关注N2或CO2单一气体的吸附解析规律，用于模拟N2或CO2驱替置换天然气装置、特别是用于模拟N2和CO2混合后驱替置换天然气的实验装置极少，功能单一、操作不便，且普遍存在实验数据计量精度不高的缺陷。
[0005]2、CO2容易发生相变，计量精度不高：由于CO2物理性质等原因，现有的同类实验装置在实验过程中，随着温度和压力等实验条件的变化，CO2容易发生相变，常规的气体计量方法无法准确计量实验过程中注入和排除的CO2量，存在计量精度不高、实验效果不佳的问题。
[0006]3、实验中涉及的多种气体的流量计量困难：当开展多种气体驱替置换实验时，行业内一般采用气相色谱仪计量混合气体组分，无法实时在线计量，给实验操作带来不便。也有个别同类装置采用红外线气体分析仪计量气体流量，但是由于实验气路中压力作用，对红外线气体分析仪计量气体的精度影响巨大，导致实验结果误差较大，实验效果不佳。
[0007]因此，如何提供一种气体驱替置换天然气模拟实验系统，实现N2或CO2单一气体，或者N2和CO2混合气体驱替置换天然气过程的功能是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提供一种N2和CO2气体驱替置换天然气模拟实验系统，本技术可以通过模拟将N2和CO2两种气体按不同比例、流量分别或者同时注入非常规天然气储层，从而实现模拟利用N2或CO2单一气体，或者N2和CO2混合气体驱替置换天然气的过程的功能。
[0009]有鉴于此，根据本技术提出了一种气体驱替置换天然气模拟实验系统，包括
[0010]第二控温箱以及放置于第二控温箱内的岩心夹持器；第二控温箱用于调节岩心夹持器内部岩样的温度；
[0011]气体注入装置；通过第八压力表连接在岩心夹持器入口端；向岩心夹持器内输送气体；
[0012]气体计量装置；连接在岩心夹持器出口端，统计模拟实验系统末端混合气体计量；
[0013]轴压和回压控制装置；分别连接岩心夹持器和气体计量装置，增加轴压或回压；
[0014]抽真空装置；抽真空装置与岩心夹持器连接，将模拟实验系统抽真空。
[0015]根据本技术实施例的模拟实验系统，其中岩心夹持器为耐高压的活塞容器，内部含有若干温度探头，用于监测夹持器内部温度，使得实验更加贴合实际情况。
[0016]根据本技术的一个实施例，气体注入装置包括注入烃类气体即用CH4模拟的第一条支路、注入氮气的第二条支路和注入CO2的第三条支路；第一条支路、第二条支路和第三条支路末端均连接第八压力表。
[0017]根据本技术的一个实施例，第一条支路、第二条支路和第三条支路均设置有依次上下游连接的气瓶、过滤器、气泵、若干阀门和储罐；其中第一条支路和第二条支路上设置流量计连接在储罐下游；第三条支路上设置恒速恒压泵连接在储罐下游；第三条支路上的储罐放置在第一控温箱中。
[0018]根据本技术的一个实施例，其中过滤器和气泵之间上下游依次设置阀门和压力表；气泵和储罐之间上下游依次设置阀门和单向阀；第一条支路和第二条支路上储罐和流量计之间设置单向阀；流量计与第八压力表之间设置阀门；第三条支路储罐和恒速恒压泵之间上下游依次设置单向阀和阀门；恒速恒压泵和第八压力表之间上下游依次设置安全阀和阀门。
[0019]根据本技术的一个实施例，气泵一侧连接空压机；储罐顶部设置压力表和温度计，底部设置放空阀；恒速恒压泵上连接压力表。
[0020]根据本技术的一个实施例，气体计量装置包括上下游依次连接的第四过滤器、第七单向阀、回压阀、高精度减压阀、干燥器、CH4红外线气体分析仪、CO2红外线气体分析仪和气囊；第四过滤器和第七单向阀之间上下游依次设置压力表和阀门；CO2红外线气体分析仪和气囊之间设置流量计；轴压和回压控制装置与回压阀连接。
[0021]有利的，CH4红外线气体分析仪、CO2红外线气体分析仪为在线式CH4红外线气体分析仪、在线式CO2红外线气体分析仪，分别可以实时在线计量。
[0022]根据本技术实施例的模拟实验系统，回压阀具有加热功能，防止由岩心夹持器流出的液态CO2由于压力变化而产生“冰堵”现象，从而导致管路堵塞、仪器损坏。高精度减压阀将从回压阀出来的高压气体减压到常压状态，防止管路中气体压力，影响CH4气体红外线气体分析仪、CO2气体红外线气体分析仪的计量精度；干燥器用于干燥经过岩心夹持器和高精度减压阀排出气体中可能含有的微量水分，防止对CH4红外线气体分析仪、CO2气体红外线气体分析仪计量精度造成干扰。CH4红外线气体分析仪、CO2红外线气体分析仪，分别用于实时在线计量实验系统中干燥器排出的混合气体中CH4、CO2气体体积百分比。气体计量装置上设置的流量计为质量流量计，用于计量末端混合气体的流量。具体为第一流量计，第二流量计和第三流量计均为质量流量计，可以调节气体流量。
[0023]根据本技术的一个实施例，轴压和回压控制装置包括手摇泵和缓冲罐；手摇泵和缓冲罐之间设置阀门；缓冲罐分别通过阀门与回压阀和岩心夹持器连接。
[0024]根据本技术实施例的模拟实验系统，手摇泵将水泵入缓冲罐中，一路可通过
阀门对岩心夹持器施加轴压，使得岩心夹持器内岩样更加紧实，从而调节岩样孔隙度；另一路也可通过另一阀门对回压阀施加一定的压力，从而调节实验所需的出口压力。
[0025]利用上述模拟实验系统进行气体驱替置换天然气模拟实验，步骤如下：
[0026](1)CH4等温吸附、解吸实验：
[0027]a将岩样放入岩心夹持器，利用抽真空装置将模拟实验系统抽真空；
[0028]b利用手摇泵将水注入到岩心夹持器，调节至实验所需的轴压；
[0029]c将回压阀的压力、温度，调节至实验所需；同时调节第二控温箱，将岩心夹持器中岩样调节至实验所需温度；
[0030]d将第一条支路上的CH4注入到岩心夹持本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体驱替置换天然气模拟实验系统，其特征在于，包括第二控温箱以及放置于第二控温箱内的岩心夹持器；气体注入装置；通过第八压力表连接在所述岩心夹持器入口端；向所述岩心夹持器内输送气体；气体计量装置；连接在所述岩心夹持器出口端，用于所述模拟实验系统末端混合气体计量；轴压和回压控制装置；分别连接所述岩心夹持器和所述气体计量装置，调节轴压或回压。2.根据权利要求1所述的模拟实验系统，其特征在于，还包括抽真空装置，所述抽真空装置与所述岩心夹持器连接，将所述模拟实验系统抽真空。3.根据权利要求2所述的模拟实验系统，其特征在于，所述气体注入装置包括注入烃类气体的第一条支路、注入氮气的第二条支路和注入CO2的第三条支路；所述第一条支路、所述第二条支路和所述第三条支路末端均连接所述第八压力表。4.根据权利要求3所述的模拟实验系统，其特征在于，所述第一条支路、所述第二条支路和所述第三条支路均设置有上下游依次连接的气瓶、过滤器、气泵、若干阀门和储罐；其中所述第一条支路和所述第二条支路上设置流量计连接在所述储罐下游；其中所述第三条支路上设置恒速恒压泵连接在所述储罐下游；所述第三条支路上的所述储罐放置在第一控温箱中。5.根据权利要求4所述的模拟实验系统，其特征在于，其中所述过滤器和所述气泵之间上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，赵清泉，李克相，李朝，李贵和，张国祥，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，
类型：新型
国别省市：