【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地质资源勘探、开发及埋存，尤其涉及一种变温条件下气体运移模拟实验装置及方法。
技术介绍
1、开展清洁能源气体高效开发及温室气体埋存等研究，对改善我国能源结构具有重要意义。气体在地下运移是一个非等温过程，例如，在页岩气生产过程中，需要用压裂液或其他流体对页岩基质进行压裂，而压裂液与深部页岩储层之间存在温度差，因此，在压裂液的侵入过程当中必然会产生流体与基质之间的热交换，进而影响流体的流动性质。再如，二氧化碳埋存过程中，地面常温二氧化碳注入较高温度的深部地层的过程中也会存在热交换的过程，这种动态的热交换过程会对气体的流动性质产生影响。
2、然而，截至目前，有关气体运移特性的室内研究基本都是在等温条件下进行，专家学者们通过开展不同温度条件下的室内模拟实验，研究温度变化对气体运移特征的影响规律，相关的实验装置不能直接监测温度动态变化过程对气体运移特性的影响。
3、针对上述问题，本专利技术文件提出了一种变温条件下气体运移模拟实验装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种变温条件下气体运移模拟实验装置及方法，解决了上述提出的问题。
2、本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种变温条件下气体运移模拟实验装置，包括气体充入装置、用于夹持岩心样本的岩心夹持器、分析装置、温度控制系统、围压泵和气体计量管；
4、所述气体充入装置通过管道与岩心夹持器相连接，用于向岩心中充入实验气体，所述岩心夹持器内设置有多组温度探针，且温
5、在一种可能的设计中，所述气体充入装置包括增压泵和气体容器，所述增压泵与气体容器相连通，且气体容器的上方设置有第一压力计，所述围压泵的进气处连接有第二压力计，用于测量围压大小，所述岩心夹持器出口处设置有第三压力计。
6、在一种可能的设计中，所述温度控制系统包括红外加热油浴和电加热水浴，所述红外加热油浴与岩心夹持器相连，用于设定岩心样本实验温度，温度范围为70℃-150℃，所述电加热水浴与气体容器相连，用于设定侵入流体温度，温度范围为20℃-80℃。
7、在一种可能的设计中，所述温度探针设置在轴向上一个平面，根据气体分子扩散原理以及对称原理，模拟整个岩心的气体流动扩散范围以及热交换区域在径向上关于轴心线均匀对称分布，通过控制轴压大小、岩心长度、侵入流体与岩心温度差、岩心样本渗透率等方法确保低温流体在岩心样本中流动的过程当中，模拟不同变温区域下气体流动特性。
8、在一种可能的设计中，所述岩心夹持器包括壳体，所述壳体的左右两端分别设置有进口和出口，所述壳体内设置有用于包裹岩心样本柱面的铅套，所述壳体上开设一个孔洞，所述铅套上及岩心样本上均开设有若干孔洞，且孔洞数量由岩心长度以及变温区段范围决定，所述温度探针一端插岩心样本孔洞内，且岩心样本每个孔洞内置三根所述温度探针，三根所述温度探针径向上从岩心样本表面到岩心样本轴心线均匀分布，且温度探针的另一端穿过铅套上对应的孔洞并通过壳体上的唯一接出孔洞向外部接出。
9、在一种可能的设计中，所述铅套孔洞位置轴向上与岩心样本的孔洞位置一一对应，且岩心样本的孔洞在变温过程较为明显的岩心样本前半段集中布置，在变温过程即将结束或恒温流动开始的岩心样本后半段分散布置。
10、在一种可能的设计中，所述铅套与岩心样本相连通的孔洞内以及所述壳体与所述铅套相连通的孔洞内填充有致密填料，所述壳体外粘接有覆盖孔洞的金属薄层，所述壳体上设置有围压，且围压上开设有放空口，所述岩心样本孔洞内用孔隙度和渗透率与实验岩心样本相似的、导热性能良好的石墨颗粒进行填充。
11、一种变温条件下气体运移模拟实验方法，包括以下步骤：
12、s1、选取有代表性的岩心作为实验样本，并且预先测量岩心物性参数，收集气藏静态特征参数；
13、s2、将岩心装填到岩心夹持器当中，在岩心夹持器内部，入口端管线以及出口端管线布置多根温度探针，实时监测气体与岩心温度的动态变化；
14、s3、通过外接的抽真空装置，将岩心夹持器抽真空至真空压力0.0001pa后关闭抽空装置；
15、s4、设置温度控制系统，将实验的岩心样本以及实验气体分别处于合适的实验温度下；
16、s5、打开气体容器以及增压泵充填气体至饱和，确保模型以及管线被气体充满，然后加压到地层压力，围压为气藏上覆压力；
17、s6、让测试围压压力保持稳定，且增大入口端压力，让气体在页岩中流动，模拟页岩气产出过程；
18、s7、通过岩心夹持器内部的多根温度探针监测气体在不同区段的温度，记录温度的动态变化；
19、s8、通过气体计量仪计量从岩心中产出的气体流量；
20、s9、改变气体温度重复进行实验；
21、s10、通过分析装置根据气体流量与温度的动态变化分析不同温度气体在变温条件下的气体流动能力以及运移性质。
22、在一种可能的设计中，所述步骤s1中，岩心物性参数包括岩心质量、长度、直径、孔隙度、渗透率和有机质含量，且气藏静态特征参数包括气藏地层温度、地层压力和气藏上覆压力，所述岩心样本为采集页岩气藏储层的岩石，需预先烘干岩心样本中水分，所述步骤s3中将岩心夹持器抽真空至真空压力0.0001mpa后关闭抽空装置，去除岩心样本内部的气体，以减少实验中的干扰因素。
23、在一种可能的设计中，所述步骤s4中，将实验的岩心样本以及实验气体分别处于合适的实验温度下，岩心样本实验温度一般为模拟气藏温度，实验温度控制系统为红外加热油浴，温度范围设置在70℃-150℃；实验气体温度逐步增加，气体温度总体设置范围在20℃-80℃，气体实验温度控制系统为电加热水浴。
24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本专利技术。
25、本专利技术通过岩心夹持器内的多根温度探针精确监测温度的变化过程，且计量不同温度的低温流体从岩心中产出的气体流量，能够确定不同温度条件下气体流动能力评价系数，对变温条件下气体流动能力进行分析，便于深入地分析气体在变温条件下的运移规律，明确气体的流动特性，对非常规气体高效开发及二氧化碳有效埋存提供技术引导，有利应用于气体能源的高效开发利用。
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1.一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，包括气体充入装置(1)、用于夹持岩心样本(27)的岩心夹持器(2)、分析装置(5)、温度控制系统(3)、围压泵(7)和气体计量管(4)；
2.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述气体充入装置(1)包括增压泵和气体容器，所述增压泵与气体容器相连通，且气体容器的上方设置有第一压力计(8)，所述围压泵(7)的进气处连接有第二压力计(9)，用于测量围压大小，所述岩心夹持器(2)出口处设置有第三压力计(10)。
3.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述温度控制系统(3)包括红外加热油浴和电加热水浴，所述红外加热油浴与岩心夹持器(2)相连，用于设定岩心样本(27)实验温度，温度范围为70℃-150℃，所述电加热水浴与气体容器相连，用于设定侵入流体温度，温度范围为20℃-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述温度探针(6)设置在轴向上一个平面，根据气体分子扩散原理以及对称原理，模拟整个岩心
5.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器(2)包括壳体(21)，所述壳体(21)的左右两端分别设置有进口和出口，所述壳体(21)内设置有用于包裹岩心样本(27)柱面的铅套(22)，所述壳体(21)上开设一个孔洞，所述铅套(22)上及岩心样本(27)上均开设有若干孔洞，且孔洞数量由岩心长度以及变温区段范围决定，所述温度探针(6)一端插岩心样本(27)孔洞内，且岩心样本(27)每个孔洞内置三根所述温度探针(6)，三根所述温度探针(6)径向上从岩心样本(27)表面到岩心样本(27)轴心线均匀分布，且温度探针(6)的另一端穿过铅套(22)上对应的孔洞并通过壳体(21)上的唯一接出孔洞向外部接出。
6.根据权利要求5所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述铅套(22)孔洞位置轴向上与岩心样本(27)的孔洞位置一一对应，且岩心样本(27)的孔洞在变温过程较为明显的岩心样本(27)前半段集中布置，在变温过程即将结束或恒温流动开始的岩心样本(27)后半段分散布置。
7.根据权利要求5所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述铅套(22)与岩心样本(27)相连通的孔洞内以及所述壳体(21)与所述铅套(22)相连通的孔洞内填充有致密填料(23)，所述壳体(21)外粘接有覆盖孔洞的金属薄层，所述壳体(21)上设置有围压(24)，且围压(24)上开设有放空口(25)，所述岩心样本(27)孔洞内用孔隙度和渗透率与实验岩心样本(27)相似的、导热性能良好的石墨颗粒(28)进行填充。
8.一种变温条件下气体运移模拟实验方法，应用于如权利要求1-7任意一项所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种变温条件下气体运移模拟实验方法，其特征在于，所述步骤S1中，岩心物性参数包括岩心质量、长度、直径、孔隙度、渗透率和有机质含量，且气藏静态特征参数包括气藏地层温度、地层压力和气藏上覆压力，所述岩心样本(27)为采集页岩气藏储层的岩石，需预先烘干岩心样本(27)中水分，所述步骤S3中将岩心夹持器(2)抽真空至真空压力0.0001Mpa后关闭抽空装置，去除岩心样本(27)内部的气体，以减少实验中的干扰因素。
10.根据权利要求8所述的一种变温条件下气体运移模拟实验方法，其特征在于，所述步骤S4中，将实验的岩心样本(27)以及实验气体分别处于合适的实验温度下，岩心样本(27)实验温度一般为模拟气藏温度，实验温度控制系统为红外加热油浴，温度范围设置在70℃-150℃；实验气体温度逐步增加，气体温度总体设置范围在20℃-80℃，气体实验温度控制系统为电加热水浴。
...【技术特征摘要】
1.一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，包括气体充入装置(1)、用于夹持岩心样本(27)的岩心夹持器(2)、分析装置(5)、温度控制系统(3)、围压泵(7)和气体计量管(4)；
2.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述气体充入装置(1)包括增压泵和气体容器，所述增压泵与气体容器相连通，且气体容器的上方设置有第一压力计(8)，所述围压泵(7)的进气处连接有第二压力计(9)，用于测量围压大小，所述岩心夹持器(2)出口处设置有第三压力计(10)。
3.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述温度控制系统(3)包括红外加热油浴和电加热水浴，所述红外加热油浴与岩心夹持器(2)相连，用于设定岩心样本(27)实验温度，温度范围为70℃-150℃，所述电加热水浴与气体容器相连，用于设定侵入流体温度，温度范围为20℃-80℃。
4.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述温度探针(6)设置在轴向上一个平面，根据气体分子扩散原理以及对称原理，模拟整个岩心的气体流动扩散范围以及热交换区域在径向上关于轴心线均匀对称分布，通过控制轴压大小、岩心长度、侵入流体与岩心温度差、岩心样本(27)渗透率等方法确保低温流体在岩心样本(27)中流动的过程当中，模拟不同变温区域下气体流动特性。
5.根据权利要求1所述的一种变温条件下气体运移模拟实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器(2)包括壳体(21)，所述壳体(21)的左右两端分别设置有进口和出口，所述壳体(21)内设置有用于包裹岩心样本(27)柱面的铅套(22)，所述壳体(21)上开设一个孔洞，所述铅套(22)上及岩心样本(27)上均开设有若干孔洞，且孔洞数量由岩心长度以及变温区段范围决定，所述温度探针(6)一端插岩心样本(27)孔洞内，且岩心样本(27)每个孔洞内置三根所述温度探针(6)，三根所述温度探针(6)径向上从岩心样本(27)表面到岩心样本(27)轴心线均匀分布，且温度探针(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：范坤坤，于海洋，孙善凯，纪文娟，宋维强，张伟，田植升，曾青冬，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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