本發(fā)明涉及非常規(guī)天然氣儲(chǔ)氣向斜構(gòu)造盆地地層水溶解氣(簡(jiǎn)稱水溶氣)運(yùn)移能力及水溶氣對(duì)儲(chǔ)層氣體碳同位素分餾機(jī)理模擬裝置，屬于低滲透自生自儲(chǔ)非常規(guī)天然氣(如煤層氣/頁(yè)巖氣)向斜構(gòu)造盆地固、液和氣體三相混合介質(zhì)中水溶氣運(yùn)移規(guī)律及同位素分餾技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，水溶氣對(duì)非常規(guī)天然氣成藏的貢獻(xiàn)開(kāi)始受到重視，地層水中溶解的烴類氣體簡(jiǎn)稱水溶氣，水溶氣實(shí)際上也是非常規(guī)天然氣(包括煤層氣/頁(yè)巖氣)賦存狀態(tài)的重要形式之一。非常規(guī)天然氣生成和運(yùn)移成藏過(guò)程中始終與地層水伴生，地層水可能會(huì)對(duì)非常規(guī)天然氣組分、碳同位素產(chǎn)生分餾作用，這可能也是非常規(guī)天然氣(如煤層氣)碳同位素變輕的一個(gè)原因。但水溶氣如何影響儲(chǔ)層盆地含氣性的分布？流動(dòng)的地層水溶解和搬運(yùn)儲(chǔ)層氣體后，儲(chǔ)層氣體碳同位素分餾的機(jī)理如何？這些問(wèn)題都有待進(jìn)一步研究。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了室內(nèi)物理模擬裝置，模擬非常規(guī)天然氣(煤層氣/頁(yè)巖氣)儲(chǔ)氣向斜構(gòu)造盆地剖面幾何特征和地下水流動(dòng)特點(diǎn)，研究地下水流動(dòng)過(guò)程溶解氣體的能力及對(duì)氣體穩(wěn)定同位素分餾的影響，為煤層氣成藏及成因研究提供數(shù)據(jù)支撐。

非常規(guī)天然氣(煤層氣/頁(yè)巖氣)具有自生自儲(chǔ)的特點(diǎn)，對(duì)其有利的典型地質(zhì)構(gòu)造為向斜構(gòu)造或向斜構(gòu)造的一翼。向斜構(gòu)造的普遍形態(tài)為兩翼翹起，中部相對(duì)平緩。盆地地下水的補(bǔ)給為兩翼含水層露頭，然后沿含水層向盆地中部徑流，并在水頭壓力差的作用下，從含水層露頭相對(duì)標(biāo)高較低的一翼溢出，溢出端稱為排泄區(qū)，相對(duì)較高的一翼稱為補(bǔ)給區(qū)，兩翼水位標(biāo)高連線之間稱為承壓區(qū)。如圖1所示，對(duì)于自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣(包括煤層氣/頁(yè)巖氣)儲(chǔ)層盆地，兩翼可以按儲(chǔ)層傾斜程度劃分類型，一般可劃分為近水平段(α≤5°)、緩傾斜段(5°＜α≤15°)、傾斜段(15°＜α≤35°)、急傾斜段(α＞35°)，并由此計(jì)算每個(gè)劃分段的長(zhǎng)度，確定剖面不同傾斜段之間的組合關(guān)系，提取剖面形態(tài)特征，為室內(nèi)模擬試驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種非常規(guī)天然氣儲(chǔ)氣向斜構(gòu)造盆地地層水溶解氣(簡(jiǎn)稱水溶氣)運(yùn)移能力、水溶氣對(duì)儲(chǔ)層氣體碳同位素分餾影響的模擬裝置，能夠模擬低滲透自生自儲(chǔ)非常規(guī)天然氣(如煤層氣/頁(yè)巖氣)向斜構(gòu)造盆地固、液和氣體三相混合介質(zhì)中水溶氣運(yùn)移規(guī)律、水溶氣對(duì)儲(chǔ)層氣體含氣性分布及氣體同位素分餾作用，同時(shí)本發(fā)明裝置還可以完成氣體溶解能力模擬實(shí)驗(yàn)和三相介質(zhì)的滲流模擬實(shí)驗(yàn)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括：儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)、飽和與抽真空系統(tǒng)、起吊控制系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)及相關(guān)連接管路。儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)包括順序連接的3條空心模擬管路，分別對(duì)應(yīng)于向斜構(gòu)造的兩翼和核心區(qū)域，其長(zhǎng)度和坡度根據(jù)原型盆地剖面形態(tài)按一定的相似比制作，用于模擬低滲透自生自儲(chǔ)非常規(guī)天然氣(如煤層氣/頁(yè)巖氣)向斜構(gòu)造盆地固、液和氣體三相混合介質(zhì)中水溶氣運(yùn)移規(guī)律、水溶氣同位素分餾規(guī)律、氣體溶解能力和三相介質(zhì)的滲流等室內(nèi)模擬試驗(yàn)。模擬管路一端與供水系統(tǒng)連接，同時(shí)引出一條采樣管，供水系統(tǒng)可為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)提供穩(wěn)定的水壓力場(chǎng)和恒定水流；另一端與氣液回收系統(tǒng)連接，同時(shí)也可兼做1條采樣管，氣液回收系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集流出儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的氣體和液體。為了試驗(yàn)前期準(zhǔn)備和中間采樣，在模擬管路中間相互連接部位再設(shè)置2條采樣管，每條采樣管再一分為二，分別連接飽和與抽真空系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)。根據(jù)研究需要也可同時(shí)在兩翼模擬管路坡度變化部位引出采樣管，與樣品采集系統(tǒng)連接。飽和與抽真空系統(tǒng)可使模擬管路內(nèi)樣品形成含氣飽和狀態(tài)，模擬自身自儲(chǔ)含氣飽和儲(chǔ)層，還原原始均勻含氣儲(chǔ)層。樣品采集系統(tǒng)可按設(shè)計(jì)要求對(duì)模擬管路不同采樣點(diǎn)進(jìn)行樣品采集，用于分析模擬過(guò)程中樣品屬性的變化，為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)支撐。起吊控制系統(tǒng)包括固定架和起吊裝置，固定架懸掛在起吊裝置之下，用于固定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的3條模擬管路及部分采樣管路，儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的連接采用軟管柔性連接，便于起吊裝置起吊和降落儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)，使模擬管路浸沒(méi)在恒溫控制系統(tǒng)的恒溫箱液面之下或抬升到液面之上。恒溫控制系統(tǒng)為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)提供恒定的溫度場(chǎng)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，包括：儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)、飽和與抽真空系統(tǒng)、起吊控制系統(tǒng)和恒溫控制系統(tǒng)，其中：

儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)包括模擬管路，模擬管路上設(shè)置有多個(gè)采樣點(diǎn)，該儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)放置在恒溫控制系統(tǒng)中，恒溫控制系統(tǒng)為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)提供預(yù)定的工作溫度；

供水系統(tǒng)與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)通過(guò)管路連接，為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)供水；

氣液回收系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)均與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)通過(guò)管路連接，收集儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)流出的氣體和液體；

飽和與抽真空系統(tǒng)通過(guò)管路與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)連接，對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)中充填的樣品抽真空和進(jìn)行高壓氣體飽和處理；

起吊控制系統(tǒng)用于懸吊儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)，以將其放入恒溫控制系統(tǒng)中或從恒溫控制系統(tǒng)中吊出。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

恒溫控制系統(tǒng)包括恒溫箱和溫度傳感器，恒溫箱中盛有液體。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)包括第一模擬管路、第二模擬管路和第三模擬管路，第一模擬管路和第二模擬管路下端通過(guò)第三模擬管路相互連通，第一模擬管路和第二模擬管路的上端分別設(shè)置第四采樣點(diǎn)和第一采樣點(diǎn)，所述第四采樣點(diǎn)和第一采樣點(diǎn)分別通過(guò)連接管路連接樣品采集系統(tǒng)和氣液回收系統(tǒng)，第四采樣點(diǎn)通過(guò)連接管路連接供水系統(tǒng)；在第一模擬管路與第三模擬管路的連接處以及第二模擬管路與第三模擬管路的連接處分別設(shè)置第三采樣點(diǎn)和第二采樣點(diǎn)，第三采樣點(diǎn)和第二采樣點(diǎn)中的任一個(gè)分別通過(guò)連接管路與樣品采集系統(tǒng)和氣液回收系統(tǒng)連接以及與飽和與抽真空系統(tǒng)連接。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

起吊控制系統(tǒng)包括起吊橫梁、兩個(gè)垂直固定架、一個(gè)水平固定架和起吊裝置，兩個(gè)垂直固定架分別用于固定第一模擬管路和第二模擬管路以及采樣點(diǎn)引出管路，水平固定架用于固定第三模擬管路；兩個(gè)垂直固定架分別懸掛在起吊橫梁兩側(cè)下部，水平固定架在兩個(gè)垂直固定架的底部水平設(shè)置，其兩端分別與該兩個(gè)垂直固定架的底部相連，起吊橫梁被起吊裝置懸掛在起吊裝置的下方。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

供水系統(tǒng)包括供水泵、水壓表、供水閥門、定壓閥和儲(chǔ)水箱；

供水泵與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)通過(guò)供水管路連接，該供水管路與供水泵之間設(shè)置供水閥門和水壓表，儲(chǔ)水箱為供水泵提供水源，定壓閥安裝在連接器與第一采樣點(diǎn)之間的連接管路上，配合供水泵設(shè)定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)壓力。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

供水泵與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的第一模擬管路上端的第四采樣點(diǎn)通過(guò)供水管路連接。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

儲(chǔ)水箱中儲(chǔ)存的液體是：盆地地層水、去離子水或純凈水。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

氣液回收系統(tǒng)包括氣壓表、第一排泄管、閥門、氣液分離器、氣體回收容器、液體回收容器；

所述氣液分離器被其內(nèi)部的豎向中隔板分為氣液分離室和溢流室兩部分，氣液分離室和溢流室在底部連通，溢流室頂部開(kāi)有一個(gè)孔，與液體回收容器通過(guò)管路連接，氣液分離室頂部開(kāi)有兩個(gè)孔，一孔通過(guò)管路與氣體回收容器連通，該管路上設(shè)有閥門，另一孔通過(guò)第一排泄管與連接器的出端口連接，第一排泄管上設(shè)置有閥門，第一排泄管管端插于氣液分離室中距氣液分離室底部不大于氣液分離器的1/2高度，且距離氣液分離室底部的距離不小于2～3倍的中隔板底部距離氣液分離室底部的距離。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的，該模擬裝置還包括連接器；其中：

所述連接器為具有多個(gè)進(jìn)端口和一個(gè)出端口的管路連接裝置，連接器的多個(gè)進(jìn)端口分別通過(guò)管路與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路的多個(gè)采樣點(diǎn)連接；連接器的出端口通過(guò)第一排泄管連接氣液回收系統(tǒng)，第一排泄管管路上設(shè)置有閥門；連接器的出端口還通過(guò)第二排泄管與樣品采集系統(tǒng)相連，第二排泄管管路上設(shè)置有閥門。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的所述第一排泄管和第二排泄管的一端相互連接后再與連接器的出端口連接。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的，樣品采集系統(tǒng)包括樣品采集管路和氣液分離裝置兩部分，其中：

所述樣品采集管路是連接器的進(jìn)端口與模擬管路的采樣點(diǎn)之間的連接管路，每條管路上均設(shè)置氣壓表和閥門，所述樣品采集管路用于采集儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)不同部位的氣液混合樣品，不同采樣點(diǎn)的采集管路匯集至連接器，分別與連接器的對(duì)應(yīng)的進(jìn)端口連接，然后由連接器的出端口通過(guò)第二排泄管路連接到氣液分離裝置；

所述氣液分離裝置包括閥門、氣液分離器、氣體壓力平衡瓶、氣體收集管和溫度傳感器；

所述氣液分離器為在靠近底部的側(cè)面開(kāi)孔和在頂部開(kāi)孔的密閉透明容器，且側(cè)面標(biāo)畫刻度，頂部開(kāi)孔中的一個(gè)孔安裝氣體收集管，氣體收集管上安裝氣體收集閥門，氣體收集管管端與容器頂部齊平；另一個(gè)孔插第二排泄管，第二排泄管上設(shè)置有閥門，第二排泄管管端深插于氣液分離器中液面之下距底部不大于1/3高度處；第三孔安裝溫度傳感器；

所述氣體壓力平衡瓶為側(cè)面開(kāi)2孔的透明敞口容器，一孔靠近上部，為溢流孔，溢流孔下沿高度與氣液分離瓶頂部齊平；另一孔靠近容器底部，開(kāi)孔位置與氣液分離瓶底部側(cè)面開(kāi)孔高度相同，該另一孔與氣體分離瓶底部側(cè)面開(kāi)孔通過(guò)管路連通，氣體壓力平衡瓶?jī)?nèi)放置供水管，供水管另一端連接儲(chǔ)水箱，供水管上設(shè)置閥門。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

工作時(shí)，氣液分離器和氣體壓力平衡瓶中注滿水，水位高度為溢流孔下沿所在位置，氣液分離器頂部不留空隙。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：

飽和與抽真空系統(tǒng)包括真空泵、閥門、高壓供氣源、壓力閥門、減壓閥、氣壓表、供氣質(zhì)量流量計(jì)、三通；

高壓供氣源根據(jù)供氣需要提供不同種類的氣體；

三通第一端與高壓供氣源之間的主供氣管路上設(shè)置有壓力閥門、減壓閥、氣壓表和供氣質(zhì)量流量計(jì)；三通第二端通過(guò)管路與真空泵連接，該管路上也設(shè)有閥門；三通第三端連接供氣管路的一端，該供氣管路另一端分出兩條支路，每條支路分別與第二采樣點(diǎn)和第三采樣點(diǎn)連接，兩條支路上分別設(shè)置有一個(gè)閥門。

所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置，優(yōu)選的：儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)和飽和與抽真空系統(tǒng)之間均采用軟管柔性連接。

一種自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬實(shí)驗(yàn)方法，該方法使用自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中該實(shí)驗(yàn)方法包括模擬實(shí)驗(yàn)步驟，該步驟包括：

1)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前，將模擬裝置的所有閥門關(guān)閉；

2)打開(kāi)真空泵閥門和真空泵，對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)持續(xù)抽真空直到儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)內(nèi)裝樣品不存在殘余氣體，進(jìn)入下一步；

3)打開(kāi)高壓待測(cè)氣瓶的壓力閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，設(shè)定供氣壓力P(供氣壓力P＝(1.2～1.5)p，p為原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力，p＝γh，其中γ為水的重度，確儲(chǔ)層埋深)，持續(xù)供氣直至全部氣壓表讀數(shù)穩(wěn)定，關(guān)閉壓力閥門，進(jìn)入下一步；同時(shí)記錄氣體質(zhì)量流量計(jì)和氣壓表的數(shù)值；

4)打開(kāi)供水閥門，調(diào)節(jié)定壓閥，打開(kāi)供水泵，供水泵以略高于原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力p(p＝γh，其中γ為水的重度，h為儲(chǔ)層埋深)的水平向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路中穩(wěn)定注水，第一排泄管中的液體到達(dá)氣液分離器，在氣液分離器中實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體通過(guò)氣體回收管路上的閥門排出，由回收容器收集，液體流經(jīng)溢流室，由液體回收容器收集；

5)氣樣采集：依次采集多個(gè)采樣點(diǎn)處的氣樣；

6)待到下一次采樣時(shí)間，重復(fù)步驟5)進(jìn)行采樣，如此循環(huán)，直至采樣結(jié)束。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：模擬實(shí)驗(yàn)步驟中的步驟5)包括：根據(jù)試驗(yàn)要求，確定采樣時(shí)間間隔，然后依次采集第一采樣點(diǎn)～第四采樣點(diǎn)處的氣樣，其中，

采集第一采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，關(guān)閉液體回收閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用的時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第一采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第一采樣點(diǎn)采樣完畢；

采集第二采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，打開(kāi)第二采樣管路上的閥門和第一排泄管路上的閥門，使第二采樣點(diǎn)處流出的液體排出一段時(shí)間，關(guān)閉第一排泄管路上的閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第二采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第二采樣點(diǎn)采樣完畢；

采集第三采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，打開(kāi)第三采樣管路上的閥門和第一排泄管路上的閥門，使第三采樣點(diǎn)處流出的液體排出一段時(shí)間，關(guān)閉第一排泄管路上的閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第三采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第三采樣點(diǎn)采樣完畢；

采集第四采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，打開(kāi)第四采樣管路上的閥門和第一排泄管路上的閥門，使第四采樣點(diǎn)處流出的液體排出一段時(shí)間，關(guān)閉第一排泄管路上的閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第四采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第四采樣點(diǎn)采樣完畢。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：模擬實(shí)驗(yàn)步驟還包括步驟7)：改變實(shí)驗(yàn)條件，包括填充樣品的多孔固體介質(zhì)粒度、孔隙度、供氣介質(zhì)、液體介質(zhì)、水壓、水流速度、溫度之一或其組合，重新按實(shí)驗(yàn)步驟1)～6)進(jìn)行試驗(yàn)。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：模擬實(shí)驗(yàn)步驟中的步驟2)具體是：

打開(kāi)真空泵閥門和真空泵，對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)持續(xù)抽真空6～8小時(shí)以上后關(guān)閉，然后靜置3～5小時(shí)以上，檢查第一采樣管路～第四采樣管路上的第一氣壓表～第四氣壓表的讀數(shù)，檢查所有氣壓表讀數(shù)是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定，繼續(xù)抽真空，重新檢查，如此反復(fù)，直到氣壓表讀數(shù)穩(wěn)定，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)下一步。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：模擬實(shí)驗(yàn)步中的步驟3)具體是：

將高壓供氣源換為高壓待測(cè)氣瓶，打開(kāi)主供氣管路上的壓力閥門、打開(kāi)第一供氣支路和第二供氣支路上的供氣閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，設(shè)定供氣壓力P；向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管中充入煤層氣，持續(xù)注入預(yù)定時(shí)間，關(guān)閉主供氣管路上的壓力閥門，靜置一段時(shí)間，連續(xù)觀察所有氣壓表讀數(shù)，如讀數(shù)穩(wěn)定，進(jìn)入下一步；如果任意一個(gè)氣壓表讀數(shù)下降，重新打開(kāi)主供氣管路上的壓力閥門，向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管繼續(xù)充入煤層氣，如此反復(fù)，直至全部氣壓表讀數(shù)穩(wěn)定，關(guān)閉主供氣管路上的壓力閥門，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)下一步，同時(shí)記錄氣體質(zhì)量流量計(jì)和所有氣壓表示數(shù)值，確定系統(tǒng)待測(cè)氣體累計(jì)充入質(zhì)量及平衡后的供氣壓力。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟中的各步驟具體是：

1)根據(jù)地層原型剖面，劃分剖面分段長(zhǎng)度與坡度，確定剖面類型：提取表征剖面特征的主要坡度類型、長(zhǎng)度及組合關(guān)系，確定各主要坡度類型長(zhǎng)度；

2)計(jì)算模擬管路分段長(zhǎng)度、模擬管路間距及組合關(guān)系：確定模擬幾何相似比，由模擬幾何相似比確定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的模擬管路的分段由公式(1)～(3)確定：

s＝l_i/l_原i＝L_i/L_原i＝b/B_原 (1)

sinα_i＝h_i/l_i (2)

sinβ_i＝H_j/L_j (3)

式中：s為模型與原型的幾何相似比；

l_原i、L_原i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段長(zhǎng)度；

b、B_原分別為向斜盆地模型與原型核部近水平段長(zhǎng)度；

α_i、β_i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段坡度統(tǒng)計(jì)中位數(shù)；

h_i、l_i分別為盆地補(bǔ)給側(cè)按相似比確定模擬管路間距和分段長(zhǎng)度；

H_j、L_j為代表盆地排泄側(cè)按相似比確定的模擬管路間距和分段長(zhǎng)度；

i，j為自然數(shù)，分別代表盆地補(bǔ)給側(cè)模擬管路和盆地排泄側(cè)模擬管路的分段數(shù)；

3)制作剖面模擬管路并連接模擬管路：制作完成對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度及坡度的第一模擬管路～第三步模擬管路后，按照剖面類型組合關(guān)系，連接模擬管路，將其分別固定在兩個(gè)垂直固定架和一個(gè)水平固定架上，其中第一模擬管路和第二模擬管路分別固定在兩個(gè)垂直固定架上，第三模擬管路固定在一個(gè)水平固定架上，水平固定架的兩端分別與兩個(gè)垂直固定架的底部連接，將兩個(gè)垂直固定架與起吊橫梁組合后，將起吊橫梁懸掛在起吊裝置上，然后依次把儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接；

4)調(diào)試樣品采集系統(tǒng)和氣液回收系統(tǒng)：打開(kāi)供水管上的閥門，將樣品采集系統(tǒng)氣液分離器和氣體壓力平衡瓶的容器內(nèi)注滿水，氣液分離器充水后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門；在氣液回收系統(tǒng)的氣液分離器中預(yù)先裝滿水，或裝水高度至少淹沒(méi)第一排泄管管端；

5)氣密性檢查：首先在高壓供氣源中選擇氮?dú)?，打開(kāi)供氣閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，設(shè)定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)模擬管路內(nèi)的壓力為測(cè)試壓力W，(測(cè)試壓力W＝(1.5～2)p，系統(tǒng)壓力p按原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力p＝γh，其中γ為水的重度，納儲(chǔ)層埋深)，檢查裝置的密封性；

6)模擬管路裝樣：由起吊裝置把模擬管路起吊至恒溫箱的液面以上，選擇預(yù)先制備好的煤巖樣品，分段充填第一模擬管路、第二模擬管路和第三模擬管路，充填完煤巖樣品后，重新連接模擬管路接口及連接管路，保證密封完好，然后由起吊裝置把第一模擬管路～第三模擬管路全部浸沒(méi)在保溫箱的液面以下，開(kāi)始模擬實(shí)驗(yàn)。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟中的步驟3)中的依次把儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接包括：

第一模擬管路上端連接供水管后連接供水系統(tǒng)，該管路上端同時(shí)作為第四采樣點(diǎn)與連接器的第四進(jìn)端口通過(guò)第四采樣管路連接；第二模擬管路上端作為第一采樣點(diǎn)與連接器的第一進(jìn)端口通過(guò)第一采樣管路連接；第一模擬管路與第三模擬管路連接處作為第三采樣點(diǎn)引出支線管路，該支線管路再一分為二，分別與連接器的第三進(jìn)端口和飽和與抽真空系統(tǒng)連接；第二模擬管路與第三模擬管路連接處作為第二采樣點(diǎn)并引出支線管路，該支線管路再一分為二，分別與連接器的第二進(jìn)端口和飽和與抽真空系統(tǒng)連接；連接器的出端口通過(guò)排泄管連接氣液回收系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：模擬實(shí)驗(yàn)步驟之后還包括樣品測(cè)試和數(shù)據(jù)分析步驟，該樣品測(cè)試和數(shù)據(jù)分析步驟包括：

對(duì)采集的樣品進(jìn)行組分測(cè)試和同位素測(cè)試，研究不同采樣間隔的樣品組分和同位素變化，分析地下水流動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層氣體同位素分餾的影響。

一種模擬水溶氣對(duì)儲(chǔ)層非常規(guī)天然氣同位素分餾的影響的實(shí)驗(yàn)方法，該方法使用如上之一所述的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中該實(shí)驗(yàn)方法包括模擬實(shí)驗(yàn)步驟，該模擬實(shí)驗(yàn)步驟包括：

1)開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前，將模擬裝置的所有閥門關(guān)閉；

2)打開(kāi)真空泵閥門和真空泵，對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)持續(xù)抽真空直到儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)內(nèi)裝樣品不存在殘余氣體，進(jìn)入下一步；

3)打開(kāi)高壓待測(cè)氣瓶的壓力閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，設(shè)定供氣壓力P(供氣壓力P＝(1.2～1.5)p，p為原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力，p＝γh，其中γ為水的重度，h為儲(chǔ)層埋深)，持續(xù)供氣直至全部氣壓表讀數(shù)穩(wěn)定，關(guān)閉壓力閥門，進(jìn)入下一步；同時(shí)記錄氣體質(zhì)量流量計(jì)和氣壓表的數(shù)值；

4)打開(kāi)供水閥門，調(diào)節(jié)定壓閥，打開(kāi)供水泵，供水泵以略高于系統(tǒng)壓力p的水平向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路中穩(wěn)定注水，第一排泄管中的液體到達(dá)氣液分離器，在氣液分離器中實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體通過(guò)氣體回收管路上的閥門排出，由回收容器收集，液體流經(jīng)溢流室，由液體回收容器收集；

5)氣樣采集：依次采集多個(gè)采樣點(diǎn)處的氣樣；

6)待到下一次采樣時(shí)間，重復(fù)步驟5)進(jìn)行采樣，如此循環(huán)，直至采樣結(jié)束。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：模擬實(shí)驗(yàn)步驟中的步驟3)包括：根據(jù)試驗(yàn)要求，確定采樣時(shí)間間隔，然后依次采集第一采樣點(diǎn)～第四采樣點(diǎn)處的氣樣，其中，

采集第一采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，關(guān)閉液體回收閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用的時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第一采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第一采樣點(diǎn)采樣完畢；

采集第二采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，打開(kāi)第二采樣管路上的閥門和第一排泄管路上的閥門，使第二采樣點(diǎn)處流出的液體排出一段時(shí)間，關(guān)閉第一排泄管路上的閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第二采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第二采樣點(diǎn)采樣完畢；

采集第三采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，打開(kāi)第三采樣管路上的閥門和第一排泄管路上的閥門，使第三采樣點(diǎn)處流出的液體排出一段時(shí)間，關(guān)閉第一排泄管路上的閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第三采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第三采樣點(diǎn)采樣完畢；

采集第四采樣點(diǎn)處的樣品時(shí)，打開(kāi)第四采樣管路上的閥門和第一排泄管路上的閥門，使第四采樣點(diǎn)處流出的液體排出一段時(shí)間，關(guān)閉第一排泄管路上的閥門，打開(kāi)第二排泄管路上的閥門，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離瓶側(cè)面刻度，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，記錄溫度傳感器的讀數(shù)，打開(kāi)氣體收集閥門，收集氣體樣品，對(duì)氣體樣品編號(hào)，關(guān)閉第四采樣管路上的閥門和第二排泄管上的閥門，打開(kāi)供水管上的閥門，用液體重新注滿氣液分離器和氣體壓力平衡瓶，使氣液分離器充滿液體后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門，第四采樣點(diǎn)采樣完畢。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的模擬實(shí)驗(yàn)步驟還包括步驟7)：改變實(shí)驗(yàn)條件，如儲(chǔ)層樣品的物理參數(shù)(包括煤質(zhì)、顆粒大小、孔隙率等)、供氣介質(zhì)(純凈甲烷氣)、液體介質(zhì)(取離子水、純凈水)、供水水壓、供水流量、溫度等條件，重新按實(shí)驗(yàn)步驟1)～6)進(jìn)行。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的模擬實(shí)驗(yàn)步驟前還包括實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟，該實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟包括：

1)根據(jù)地層原型剖面，劃分剖面分段長(zhǎng)度與坡度，確定剖面類型；

2)計(jì)算剖面模擬管路分段長(zhǎng)度、模擬管路間距及組合關(guān)系；

3)制作模擬管路并連接模擬管路；

4)調(diào)試樣品采集系統(tǒng)和氣液回收系統(tǒng)；

5)氣密性檢查；

6)模擬管路裝樣。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的：

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟中的各步驟具體是：

1)根據(jù)地層原型剖面，劃分剖面分段長(zhǎng)度與坡度，確定剖面類型：提取表征剖面特征的主要坡度類型、長(zhǎng)度及組合關(guān)系，確定各主要坡度類型長(zhǎng)度；

2)計(jì)算模擬管路分段長(zhǎng)度、模擬管路間距及組合關(guān)系：確定模擬幾何相似比，由模擬幾何相似比確定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的模擬管路的分段坡度，由公式(1)～(3)確定模擬管路長(zhǎng)度及分段長(zhǎng)度和模擬管路間距，具體計(jì)算由公式(1)～(3)確定：

s＝l_i/l_原i＝L_i/L_原i＝b/B_原 (1)

sinα_i＝h_i/l_i (2)

sinβ_i＝H_j/L_j (3)

式中：s為模型與原型的幾何相似比；

1_原i、L_原i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段長(zhǎng)度；

b、B_原分別為向斜盆地模型與原型核部近水平段長(zhǎng)度；

α_i、β_i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段坡度統(tǒng)計(jì)中位數(shù)；

h_i、l_i分別為盆地補(bǔ)給側(cè)按相似比確定模擬管路間距和分段長(zhǎng)度；

H_j、L_j為代表盆地排泄側(cè)按相似比確定的模擬管路間距和分段長(zhǎng)度；

i，j為自然數(shù)，分別代表盆地補(bǔ)給側(cè)模擬管路和盆地排泄側(cè)模擬管路的分段數(shù)；

3)制作剖面模擬管路并連接模擬管路：制作完成對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度及坡度的第一模擬管路～第三步模擬管路后，按照剖面類型組合關(guān)系，連接模擬管路，將其分別固定在兩個(gè)垂直固定架和一個(gè)水平固定架上，其中第一模擬管路和第二模擬管路分別固定在兩個(gè)垂直固定架上，第三模擬管路固定在一個(gè)水平固定架上，水平固定架的兩端分別與兩個(gè)垂直固定架的底部連接，將兩個(gè)垂直固定架與起吊橫梁組合后，將起吊橫梁懸掛在起吊裝置上，然后依次把儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接；

4)調(diào)試樣品采集系統(tǒng)和氣液回收系統(tǒng)：打開(kāi)供水管上的閥門，將樣品采集系統(tǒng)氣液分離器和氣體壓力平衡瓶的容器內(nèi)注滿水，液分離器充水后頂部不留空隙，關(guān)閉供水管閥門；在氣液回收系統(tǒng)的氣液分離器中預(yù)先裝滿水，或裝水高度至少淹沒(méi)第一排泄管管端；

5)氣密性檢查：首先在高壓供氣源中選擇氮?dú)?，打開(kāi)供氣閥門，調(diào)節(jié)減壓閥，設(shè)定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)模擬管路內(nèi)的壓力為測(cè)試壓力W，(測(cè)試壓力W＝(1.5～2)p，系統(tǒng)壓力p按原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力p＝γh，其中γ為水的重度，h為儲(chǔ)層埋深)，檢查裝置的密封性；

6)模擬管路裝樣：由起吊裝置把模擬管路起吊至恒溫箱的液面以上，選擇預(yù)先制備好的煤巖樣品，分段充填第一模擬管路、第二模擬管路和第三模擬管路，充填完煤巖樣品后，重新連接模擬管路接口及連接管路，保證密封完好，然后由起吊裝置把第一模擬管路～第三模擬管路全部浸沒(méi)在保溫箱的液面以下，開(kāi)始模擬實(shí)驗(yàn)。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于：實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備步驟3)中的依次把儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接包括：

第一模擬管路上端連接供水管后連接供水系統(tǒng)，該管路上端同時(shí)作為第四采樣點(diǎn)與連接器的第四進(jìn)端口通過(guò)第四采樣管路連接；第二模擬管路上端作為第一采樣點(diǎn)與連接器的第一進(jìn)端口通過(guò)第一采樣管路連接；第一模擬管路與第三模擬管路連接處作為第三采樣點(diǎn)引出支線管路，該支線管路與連接器的第三進(jìn)端口連接；第二模擬管路與第三模擬管路連接處作為第二采樣點(diǎn)并引出支線管路，該支線管路與連接器的第二進(jìn)端口連接；連接器的出端口通過(guò)排泄管連接氣液回收系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)，管路連接完成后，在第一模擬管路～第三膜及管路中充填新鮮的沒(méi)有解吸煤層氣的原始含氣煤巖樣品，新采集的原始含氣煤巖樣品快速破碎后直接裝入儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路，進(jìn)入下一步。

所述的實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)選的模擬實(shí)驗(yàn)步驟后還包括樣品測(cè)試和數(shù)據(jù)分析步驟，該樣品測(cè)試和數(shù)據(jù)分析步驟包括：

樣品測(cè)試和數(shù)據(jù)分析：對(duì)采集的樣品進(jìn)行組分測(cè)試和同位素測(cè)試，研究不同采樣間隔的樣品組分和同位素變化，研究地下水流動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層氣體同位素分餾的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為非常規(guī)天然氣(煤層氣/頁(yè)巖氣)向斜構(gòu)造盆地形態(tài)及地下水徑流示意圖；

圖2為自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置示意圖；

圖3為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)俯視圖；

圖4為氣液分離器放大圖；

圖5為固定架前視放大圖；

圖6為固定架俯視放大圖。

圖中，1為模擬管路；2為模擬管路；3為模擬管路；4為恒溫箱及控制系統(tǒng)；5為真空泵；6為閥門；7為高壓供氣源；8為閥門；9為減壓閥；10為三通；11為氣壓表；12為供氣質(zhì)量流量計(jì)；13為恒壓恒流供水泵；14為水壓表；15為閥門；16(1)和16(2)為閥門；17為儲(chǔ)水箱；18為固定架；18(1)為水平支撐；18(2)為定位管卡；19(1)～19(4)為氣壓表；20為定壓閥；21為溫度傳感器；22為起吊橫梁；23為固定架；23(1)為豎向支撐；23(2)為定位管卡；23(3)為環(huán)向支撐；23(4)為水平內(nèi)撐；24為閥門；25(1)～25(4)為軟管；26(1)為第一排泄管；26(2)為第二排泄管；27為氣液分離器；28為氣體壓力平衡瓶；29為溢流孔；30為氣體收集管；31為閥門；32為橡膠管；33為閥門；34(1)～34(4)為采樣點(diǎn)；35(1)～35(4)為閥門；36為連接器；36(1)～36(4)為進(jìn)端口；36(e)為出端口；37為溫度傳感器；38為氣液分離器；38(1)為氣液分離室；38(2)為溢流室；38(3)為中隔板；39為氣體回收容器；40為液體回收容器；41(1)和41(2)為閥門，42為刻度。

具體實(shí)施方式

如圖2所示，自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置包括：儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)、飽和與抽真空系統(tǒng)、起吊控制系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)、連接管路系統(tǒng)(包括連接器和與各系統(tǒng)連接的多條連接管路)。

恒溫控制系統(tǒng)包括恒溫箱4和溫度傳感器21，恒溫箱4中盛有液體，如水、煤油等，儲(chǔ)層模擬裝置浸泡在恒溫箱4中的液體內(nèi)。該恒溫控制系統(tǒng)的作用是保證試驗(yàn)過(guò)程中所需的恒定溫度場(chǎng)，溫度傳感器21一端伸入恒溫箱4中監(jiān)測(cè)液體溫度，另一端包括溫度顯示裝置，設(shè)置在恒溫箱外部，用于顯示液體溫度。

儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)包括3條空心模擬管路，分別為模擬管路1、模擬管路2和模擬管路3。模擬管路1用于模擬盆地補(bǔ)給側(cè)所在向斜翼，模擬管路2用于模擬盆地排泄側(cè)所在向斜翼，模擬管路3用于模擬盆地核心部近水平段。模擬管路1和模擬管路2呈環(huán)形盤繞彎曲，其分段長(zhǎng)度由幾何相似比確定，分段坡度按照原型剖面統(tǒng)計(jì)中位數(shù)確定，分段坡度的變化通過(guò)改變模擬環(huán)形管路的管路間距h_i或H_j實(shí)現(xiàn)(i、j為自然數(shù))。模擬管路3為水平蛇形彎曲，其長(zhǎng)度由幾何相似比確定。計(jì)算參數(shù)由公式(1)～(3)確定：

s＝l_i/l_原i＝L_i/L_原i＝b/B_原 (1)

sinα_i＝h_i/l_i (2)

sinβ_i＝H_j/L_j (3)

式中：s為模型與原型的幾何相似比；

l_原i、L_原i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段長(zhǎng)度；

b、B_原分別為向斜盆地模型與原型核部近水平段長(zhǎng)度；

α_i、β_i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段坡度統(tǒng)計(jì)中位數(shù)；

h_i、l_i分別為盆地補(bǔ)給側(cè)按相似比確定模擬管路分段間距和分段長(zhǎng)度；

H_j、L_j分別為盆地排泄側(cè)按相似比確定的模擬管路分段間距和分段長(zhǎng)度。

模擬管路1和模擬管路2下端通過(guò)模擬管路3相互連通，模擬管路1上端連接供水系統(tǒng)，模擬管路2上端連接氣液回收系統(tǒng)，模擬管路1和模擬管路2的上端分別布置第四采樣點(diǎn)34(4)和第一采樣點(diǎn)34(1)，第一采樣點(diǎn)34(1)和第四采樣點(diǎn)34(4)分別連接樣品采集系統(tǒng)。儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)至少還需在以下兩個(gè)地方設(shè)置采樣點(diǎn)：第三采樣點(diǎn)34(3)為模擬管路1與模擬管路3的連接處，第二采樣點(diǎn)34(2)為模擬管路2與模擬管路3的連接處，從采樣點(diǎn)34(2)和34(3)分別設(shè)置三通引出支線管路，支線管路再一分為二，分別與樣品采集系統(tǒng)和飽和與抽真空系統(tǒng)連接。根據(jù)研究需要，同時(shí)也可在模擬管路1和模擬管路2的坡度變化處設(shè)置采樣管路，引出支線管路，分別與樣品采集系統(tǒng)連接。

如圖2、3、5、6所示起吊控制系統(tǒng)包括起吊橫梁22、兩個(gè)垂直固定架23(包括豎向支撐23(1)、定位管卡23(2)、環(huán)向支撐23(3)、水平內(nèi)撐23(4))、水平固定架18(包括水平支撐18(1)和定位管卡18(2))和起吊裝置。兩個(gè)固定架23基本垂直于水平固定架18地設(shè)置，固定架23的構(gòu)造形式為底部和頂部分別設(shè)有環(huán)向支撐23(3)，上下環(huán)向支撐23(3)平面各設(shè)置垂直相交的兩根水平內(nèi)撐23(4)，上下兩根水平內(nèi)撐兩兩相互平行，上下水平內(nèi)撐23(4)與環(huán)向支撐23(3)相交處，設(shè)置四根垂直環(huán)向支撐平面的豎向支撐23(1)，豎向支撐23(1)安裝可上下移動(dòng)的定位管卡23(2)，分別用于固定模擬管路1和模擬管路2以及采樣點(diǎn)引出支管；固定架18為兩根平行的水平支撐18(1)，水平支撐18(1)兩端與固定架23的底面環(huán)向支撐23(3)及水平內(nèi)撐23(4)固定連接，水平支撐18(1)上設(shè)置定位管卡18(2)，用于固定模擬管路3。上述水平支撐18(1)、水平內(nèi)撐23(4)以及豎向支撐23(1)可以是支撐桿、空心支撐柱，材料為鐵、鋼等金屬，上下環(huán)向支撐23(3)可以是實(shí)心或空心圓環(huán)；水平支撐、豎向支撐、環(huán)向支撐互相之間的連接采用焊接或螺栓連接等方式。兩個(gè)固定架23分別懸掛在起吊橫梁22下面兩側(cè)的位置，固定架18在兩個(gè)固定架23的下部呈基本水平的設(shè)置，兩端分別與該兩個(gè)固定架23相連，起吊橫梁22、固定架23和固定架18構(gòu)成一個(gè)完整的固定裝置，懸掛于起吊裝置之下，通過(guò)控制起吊裝置可使儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)沉入保溫箱4的液面以下和抬升到保溫箱4的液面之上。

在儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路1、模擬管路2和模擬管路3中充填有樣品，樣品為多孔含氣介質(zhì)，所含氣體可為純凈甲烷氣、煤層氣、天然氣、頁(yè)巖氣等，含氣飽和度達(dá)85％以上，介質(zhì)可為煤巖樣品、頁(yè)巖、泥巖、活性炭等，未含氣介質(zhì)需預(yù)處理，通過(guò)飽和與抽真空系統(tǒng)對(duì)充填樣品進(jìn)行抽真空，然后對(duì)樣品進(jìn)行飽和充氣處理，使其含氣飽和度達(dá)85％以上。上述模擬管路連接以后，固定在起吊控制系統(tǒng)固定架上，由起吊裝置放入溫度控制系統(tǒng)中的恒溫箱中，由供水系統(tǒng)供水，為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)管路內(nèi)充填樣品提供一個(gè)穩(wěn)定水壓場(chǎng)和穩(wěn)定滲流水流，同時(shí)由恒溫控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。水流流過(guò)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)，在流動(dòng)的過(guò)程中，樣品所含氣體(氣體可為純凈甲烷、煤層氣、頁(yè)巖氣等)溶解于水形成水溶氣，一部分水溶氣隨著水流動(dòng)，氣體被帶到管路其他地方，與煤巖樣品吸附氣通過(guò)解吸與吸附作用發(fā)生交換，一部分被帶出儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)，進(jìn)入氣液回收系統(tǒng)，氣體散失，從而打破煤巖樣品的原來(lái)的含氣性平衡，從而可以實(shí)現(xiàn)模擬低滲透自生自儲(chǔ)非常規(guī)天然氣(如煤層氣/頁(yè)巖氣)向斜構(gòu)造盆地固、液和氣體三相混合介質(zhì)中水溶氣運(yùn)移規(guī)律和水溶氣同位素分餾規(guī)律。模擬管路的材質(zhì)可選用耐高壓、高溫、氣密性質(zhì)材，如玻璃管、鋼管、銅管等，對(duì)空心管路內(nèi)部需鈍化處理。

供水系統(tǒng)包括恒壓恒速供水泵13、水壓表14、供水閥門15、定壓閥20和儲(chǔ)水箱17。供水系統(tǒng)與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路1上端采樣點(diǎn)34(4)通過(guò)軟管25(4)連接。軟管25(4)與恒壓恒速供水泵13之間設(shè)置供水閥門15和水壓表14，儲(chǔ)水箱17通過(guò)管路為恒壓恒速供水泵13提供水源，定壓閥20安裝在進(jìn)端口36(1)與采樣點(diǎn)34(1)之間的連接管路上。供水根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的目的可選擇盆地地層水、去離子水或純凈水等。通過(guò)調(diào)節(jié)供水泵13壓力和定壓閥20可實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的樣品穩(wěn)定供水，同時(shí)為儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)提供一個(gè)恒定的水壓力場(chǎng)和穩(wěn)定水流，試驗(yàn)流量為0.05～1m³/min，供水壓力按原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力p＝γh(γ為水的重度，h為儲(chǔ)層埋深)確定。

氣液回收系統(tǒng)包括氣壓表19(1)、軟管25(1)、第一排泄管26(1)、閥門31、閥門35(1)、氣液分離器38(包括氣液分離室38(1)、溢流室38(2)和中隔板38(3))、氣體回收容器39、液體回收容器40和液體回收閥門41(1)。氣液分離器38為一個(gè)帶豎向中隔板38(3)的容器，中隔板38(3)從上向下把容器豎向一分為二，分為氣液分離室38(1)和溢流室38(2)，中隔板38(3)除了其底邊不與容器底部?jī)?nèi)壁連接外，中隔板38(3)的上邊、兩側(cè)邊均分別與容器頂部?jī)?nèi)壁，側(cè)部?jī)?nèi)壁密閉連接，中隔板38(3)底沿與容器底部很接近，即距離容器底部的距離很小，呈一條縫隙狀，因此容器底部不封閉可使兩邊連通。溢流室38(2)頂部開(kāi)1孔，與液體回收容器40通過(guò)軟管連接。氣液分離室38(1)頂部開(kāi)2孔，一孔通過(guò)氣體回收管路與氣體回收容器39連通，氣體回收管路上有閥門31，另一孔通過(guò)第一排泄管26(1)與連接器36出端口36(e)連接，第一排泄管26(1)上設(shè)置有液體回收閥門41(1)，第一排泄管26(1)管端插于氣液分離室38(1)中距容器底不大于1/2的容器高度，且距容器底部的距離不小于2～3倍的中隔板底沿到容器底部的高度。第一排泄管26(1)通過(guò)管路與連接器36出端口36(e)連接，然后經(jīng)連接器36，由進(jìn)端口36(1)通過(guò)連接管路與軟管25(1)連接，再由軟管25(1)與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路2上端的采樣點(diǎn)34(1)連接，進(jìn)端口36(1)與采樣點(diǎn)34(1)之間的連接管路依次安裝有閥門35(1)、壓力表19(1)和定壓閥20。氣液回收系統(tǒng)可以收集儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)流出的氣體和液體，使模擬系統(tǒng)構(gòu)成完整循環(huán)。

連接器36為具有多個(gè)進(jìn)端口和一個(gè)出端口36(e)的管路連接裝置，連接器36的第一進(jìn)端口～第四進(jìn)端口36(1)～36(4)分別通過(guò)第一采樣管路～第四采樣管路連接軟管25(1)～25(4)，軟管25(1)～25(4)再與模擬管路第一采樣點(diǎn)～第四采樣點(diǎn)34(1)～34(4)連接，用于采集各個(gè)采樣點(diǎn)的樣品，每個(gè)管路上分別設(shè)有閥門35(1)～35(4)，其中端口36(1)與采樣點(diǎn)34(1)之間的連接管路同時(shí)作為氣液回收系統(tǒng)的連接管路。連接器36的出端口36(e)通過(guò)第一排泄管26(1)連接氣液回收系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)，其中第一排泄管26(1)與氣液回收系統(tǒng)相連，管路上設(shè)置樣品回收閥門41(1)；連接器36的端口36(e)還通過(guò)第二排泄管26(2)與樣品采集系統(tǒng)相連，管路上設(shè)置樣品采集閥門41(2)。連接器36的進(jìn)端口可以擴(kuò)充，數(shù)目與儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)采樣點(diǎn)相匹配。

樣品采集系統(tǒng)包括樣品采集管路和氣液分離裝置兩部分，樣品采集管路為連接器36的進(jìn)端口36(1)～36(4)與模擬管路采樣點(diǎn)34(1)～34(4)之間的連接管路，每條管路上均設(shè)置氣壓表19和閥門35。樣品采集管路根據(jù)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)設(shè)置的采樣點(diǎn)34(i)(i為自然數(shù)，＝1，2，…)個(gè)數(shù)和位置配置相應(yīng)的采樣管路，用于采集儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)不同部位的氣液混合樣品，不同采樣點(diǎn)的管路匯集至連接器36，與連接器36的進(jìn)端口36(i，i為自然數(shù)，與采樣點(diǎn)的數(shù)量相同)連接，然后由連接器36的出端口36(e)通過(guò)第二排泄管路26(2)連接氣液分離裝置。連接器36的進(jìn)端口36(i)、管路上氣壓表19(i)、閥門35(i)等構(gòu)件均按照采樣點(diǎn)34(i)數(shù)量和編號(hào)方法設(shè)置，按照“構(gòu)件名+(編號(hào))”命名，如采樣點(diǎn)34(1)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件為進(jìn)端口36(1)、氣壓表19(1)、閥門35(1)，其他依次類推，并依次連接相應(yīng)管路。

氣液分離裝置包括閥門24、第二排泄管26(2)、氣液分離器27、氣體壓力平衡瓶28(該氣體壓力平衡瓶28上部側(cè)壁上設(shè)置有液體溢流孔29)、氣體收集管30、橡膠管32、閥門33和溫度傳感器37。如圖4所示，氣液分離器27為底部側(cè)面和頂面開(kāi)孔的密閉透明容器，且側(cè)面標(biāo)畫刻度42。頂部開(kāi)孔中的一個(gè)孔安裝氣體收集管30，氣體收集管30上安裝有氣體收集閥門33，氣體收集管30管端與容器頂部齊平；另一個(gè)孔插第二排泄管26(2)，第二排泄管26(2)管端深插于氣液分離器27中液面之下距瓶底不大于氣液分離器27的1/3高度處；第三孔安裝溫度傳感器37，所有開(kāi)孔壁與插管(或溫度傳感器)外壁之間密封。氣體壓力平衡瓶28為側(cè)面開(kāi)2孔的透明敞口容器，一孔靠近上部，為溢流孔29，溢流孔29開(kāi)孔下沿高度與氣液分離器27頂部齊平；另一孔靠近容器底部，開(kāi)孔位置與氣液分離器27底部側(cè)面開(kāi)孔高度相同，該另一孔與氣體分離器27底部側(cè)面開(kāi)孔通過(guò)橡膠管32連通。氣體壓力平衡瓶28敞口，其內(nèi)放置供水管，供水管另一端連接儲(chǔ)水箱17，供水管上設(shè)置閥門24。工作時(shí)，氣液分離器27和氣體壓力平衡瓶28中注滿水，水位高度為溢流孔29下沿所在位置，氣液分離器27頂部不留空隙。該樣品采集系統(tǒng)功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)各個(gè)采樣點(diǎn)采集的氣液混合樣品進(jìn)行氣液分離，制備氣體樣品，為后續(xù)測(cè)試提供試驗(yàn)樣品。

飽和與抽真空系統(tǒng)包括真空泵5、真空泵閥門6、高壓供氣源7、壓力閥門8、減壓閥9、三通10、氣壓表11、供氣質(zhì)量流量計(jì)12及其連接管路。飽和與抽真空系統(tǒng)與采樣點(diǎn)34(2)和采樣點(diǎn)34(3)通過(guò)供氣管路連接，采樣點(diǎn)34(2)為模擬管路2與模擬管路3連接處，采樣點(diǎn)34(3)為模擬管路1與模擬管路3的連接處，并在供氣管路上分別設(shè)置供氣閥門16(1)和16(2)。高壓供氣源7可以根據(jù)供氣需要，分別提供純凈的氮?dú)?、純凈的甲烷氣體或模擬盆地儲(chǔ)層氣，如煤層氣、頁(yè)巖氣和純凈甲烷。三通10第一端與高壓供氣源7之間的主供氣管路上設(shè)置壓力閥門8、減壓閥9、氣壓表11和供氣質(zhì)量流量計(jì)12；三通10第二端通過(guò)抽氣管路與真空泵6連接，該抽氣管路上設(shè)有真空泵閥門6；三通10第三端連接供氣管路的一端，該供氣管路另一端分出兩條供氣支路，每條支路分別與采樣點(diǎn)34(2)和采樣點(diǎn)34(3)連接，第一供氣支路和第二供氣支路上分別設(shè)置有第一供氣閥門16(1)和第二供氣閥門16(2)。該飽和與抽真空系統(tǒng)可以對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)中充填的不含氣樣品抽真空，然后設(shè)定供氣壓力P對(duì)樣品進(jìn)行飽和充氣處理，制備高壓含氣樣品，樣品含氣飽和度達(dá)到85％以上，模擬自生自儲(chǔ)含氣儲(chǔ)層，還原原始均勻含氣儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)和飽和與抽真空系統(tǒng)采用軟管25(i，i為自然數(shù)，i＝1，2，3，4)柔性連接，可使儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)方便抬升和降低，利于試驗(yàn)前模擬管路內(nèi)試樣安裝，試驗(yàn)中控制模擬溫度，試驗(yàn)后將模擬管路內(nèi)試樣取出。軟管25(i)為耐高溫、高壓彈性軟管，材質(zhì)可選用不銹鋼或橡膠等。

以下通過(guò)實(shí)施例一、二對(duì)利用本發(fā)明的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置進(jìn)行的水溶氣對(duì)儲(chǔ)層非常規(guī)天然氣(如煤層氣)同位素分餾的影響實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行說(shuō)明：

實(shí)施例一：

如圖2所示，本發(fā)明自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置包括儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)、飽和與抽真空系統(tǒng)、起吊控制系統(tǒng)、恒溫控制系統(tǒng)及相關(guān)連接管路。這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)方法分為實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、模擬實(shí)驗(yàn)和采樣分析。

一、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

1)根據(jù)儲(chǔ)氣向斜構(gòu)造盆地原型剖面，劃分剖面含氣自生自儲(chǔ)儲(chǔ)層分段長(zhǎng)度與坡度，確定剖面類型。由原型向斜盆地，確定盆地儲(chǔ)層剖面，根據(jù)儲(chǔ)層剖面坡度特征，提取表征儲(chǔ)層剖面特征的主要坡度類型、長(zhǎng)度及組合關(guān)系，坡度類型按下列坡度分類原則劃分：近水平段(α≤5°)、緩傾斜段(5°＜α≤15°)、傾斜段(15°＜α≤35°)、急傾斜段(α＞35°)。向斜兩翼一般各劃分不超過(guò)3個(gè)主要坡度類型，確定剖面坡度類型主要組合關(guān)系，如緩傾-傾斜-急傾或緩傾-急傾-傾斜等不同組合關(guān)系，不同地段坡度相同者，其長(zhǎng)度不影響剖面類型組合關(guān)系的次要坡度段，可以歸入決定剖面類型主長(zhǎng)度坡度段，然后確定各主要坡度類型長(zhǎng)度。

2)計(jì)算模擬管路分段長(zhǎng)度、模擬管路分段間距及組合關(guān)系。確定模擬幾何相似比，由模擬幾何相似比確定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)模擬管路1、模擬管路2和模擬管路3的總長(zhǎng)度及分段長(zhǎng)度，模擬管路1和模擬管路2的分段坡度，根據(jù)坡度分類原則劃分和統(tǒng)計(jì)后，按原型盆地各分段坡度統(tǒng)計(jì)中位數(shù)確定，由公式(1)～(3)確定模擬管路長(zhǎng)度及模擬管路分段間距：

s＝l_i/l_原i＝L_i/L_原i＝b/B_原 (1)

sinα_i＝h_i/l_i (2)

sinβ_i＝H_j/L_j (3)

式中：s為模型與原型的幾何相似比；

l_原i、L_原i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段長(zhǎng)度；

b、B_原分別為向斜盆地模型與原型核部近水平段長(zhǎng)度；

α_i、β_i分別為原型盆地補(bǔ)給側(cè)和排泄側(cè)的分段坡度統(tǒng)計(jì)中位數(shù)；

h_i、l_i分別為盆地補(bǔ)給側(cè)按相似比確定模擬管路分段間距和分段長(zhǎng)度；

H_j、L_j為代表盆地排泄側(cè)按相似比確定的模擬管路分段間距和分段長(zhǎng)度。

i，j為自然數(shù)，分別代表盆地補(bǔ)給側(cè)模擬管路和盆地排泄側(cè)模擬管路的分段數(shù)。

3)制作剖面模擬管路，連接系統(tǒng)管路。制作完成對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度及坡度的模擬管路1、模擬管路2和模擬管路3后，按照剖面類型組合關(guān)系，連接模擬管路，將其分別固定在兩個(gè)垂直固定架23和一個(gè)水平固定架18上，其中模擬管路1、模擬管路2分別固定在兩個(gè)垂直固定架23上，并根據(jù)分段間距，調(diào)整管卡23(2)位置逐段固定，模擬管路3固定在水平固定架18上的管卡18(2)上，水平固定架18分別與兩個(gè)垂直固定架23的底部連接，將兩個(gè)垂直固定架23與起吊橫梁22組合后，將起吊橫梁22懸掛在起吊裝置上，然后依次把儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接。

儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)連接方式為：模擬管路1上端連接軟管25(4)后連接供水系統(tǒng)，該管路上端同時(shí)作為采樣點(diǎn)34(4)與進(jìn)端口36(4)通過(guò)采樣管路連接；模擬管路2上端連接軟管25(1)后與氣液回收系統(tǒng)連通，該管路上端同時(shí)作為采樣點(diǎn)34(1)與進(jìn)端口36(1)通過(guò)采樣管路連接；模擬管路1與模擬管路3連接處引出支管作為采樣點(diǎn)34(3)，該支線管路再一分為二，分別與進(jìn)端口36(3)和飽和與抽真空系統(tǒng)連接；模擬管路2與模擬管路3連接處引出支管作為采樣點(diǎn)34(2)，該支線管路再一分為二，分別與進(jìn)端口36(2)和飽和與抽真空系統(tǒng)連接。采樣點(diǎn)34(1)～34(4)通過(guò)采樣管路匯集連接至連接器36的進(jìn)端口36(1)～34(4)，再由連接器36的出端口36(e)連接氣液回收系統(tǒng)和樣品采集系統(tǒng)。

儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、氣液回收系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)和飽和與抽真空系統(tǒng)所有管路連接好后，由起吊控制系統(tǒng)把儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路放置在恒溫控制系統(tǒng)的恒溫箱4的液面以下，與此同時(shí)，設(shè)定恒溫控制系統(tǒng)的溫度，對(duì)恒溫箱中液體溫度加熱至設(shè)定溫度。試驗(yàn)開(kāi)始前模擬裝置所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

4)調(diào)試樣品采集系統(tǒng)和氣液回收系統(tǒng)。打開(kāi)閥門24，將樣品采集系統(tǒng)氣液分離器27和氣體壓力平衡瓶28的容器內(nèi)注滿水，水位高度為溢流孔29下沿所在位置，氣液分離器27充水后頂部不留空隙，關(guān)閉閥門24。在氣液回收系統(tǒng)的氣液分離器38(1)中預(yù)先裝滿水，或裝水高度至少淹沒(méi)第一排泄管26(1)管端。

5)氣密性檢查。首先在高壓供氣源7中選擇氮?dú)?，打開(kāi)供氣閥門8，調(diào)節(jié)減壓閥9，設(shè)定儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)模擬管路內(nèi)的壓力為測(cè)試壓力W，(測(cè)試壓力W＝(1.5～2.0)p，p為原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力，p＝γh，其中γ為水的重度，納儲(chǔ)層埋深)，檢查整個(gè)裝置管路的密封性。

6)模擬管路裝樣。密封性完好的管路系統(tǒng)，由起吊裝置把模擬管路1～模擬管路3起吊至恒溫箱4的液面以上，選擇預(yù)先制備好的新鮮、干燥煤巖樣品，所述煤巖樣品需經(jīng)過(guò)充分解吸，不含有殘余氣，煤巖樣品粒徑為模擬管路內(nèi)徑的1/5～1/10，把破碎后的煤巖樣品分段充填模擬管路1、模擬管路2和模擬管路3，充填完煤樣后，重新連接模擬管路接口及連接管路，保證密封完好，然后由起吊裝置把模擬管路1～模擬管路3全部浸沒(méi)在保溫箱4的液面以下，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。

二、模擬實(shí)驗(yàn)

模擬實(shí)驗(yàn)按照以下步驟進(jìn)行：

1)系統(tǒng)開(kāi)始測(cè)試前，系統(tǒng)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；

2)打開(kāi)真空泵閥門6、供氣閥門16(1)和16(2)和真空泵5，對(duì)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)持續(xù)抽真空6～8h以上后關(guān)閉真空泵5、閥門6、供氣閥門16(1)和16(2)，然后靜置3～5小時(shí)以上，檢查氣壓表19(1)～19(4)讀數(shù)，檢查所有氣壓表讀數(shù)是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定，說(shuō)明儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)內(nèi)裝樣品存在殘余氣體，然后繼續(xù)抽真空，重新檢查，如此反復(fù)，直到氣壓表讀數(shù)穩(wěn)定，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)下一步；

3)將高壓供氣源7換為高壓待測(cè)氣瓶，如煤層氣，打開(kāi)主供氣管路上的閥門8、供氣支路上的供氣閥門16(1)和16(2)，調(diào)節(jié)減壓閥9，設(shè)定供氣壓力P(P＝(1.2～1.5)p，p為原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力，p＝γh，其中γ為水的重度，h為儲(chǔ)層埋深)。向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管中充入煤層氣，注入時(shí)間持續(xù)24h以上，關(guān)閉閥門8、供氣閥門16(1)和16(2)，靜置1小時(shí)以上，連續(xù)觀察氣壓表19(i)(19(1)～19(4))，如讀數(shù)穩(wěn)定，表示模擬管內(nèi)充填樣品吸附和解吸煤層氣達(dá)到平衡，進(jìn)入下一步；如果任意一個(gè)氣壓表19(i)讀數(shù)不穩(wěn)定，重新打開(kāi)閥門8、供氣閥門16(1)和16(2)，向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管繼續(xù)充入煤層氣。如此反復(fù)，直至全部氣壓表19(i)讀數(shù)穩(wěn)定，關(guān)閉閥門8、供氣閥門16(1)和16(2)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)下一步。同時(shí)記錄氣體質(zhì)量流量計(jì)12和氣壓表19(i)示數(shù)值，確定系統(tǒng)待測(cè)氣體累計(jì)充入質(zhì)量及平衡后的供氣壓力。

4)依次打開(kāi)供水閥門15，調(diào)節(jié)定壓閥20，打開(kāi)恒速恒壓泵13，以略高于原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力p的水平向儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)模擬管路1、模擬管路2和模擬管路3中穩(wěn)定注水，試驗(yàn)流量為0.1～0.5m³/min，待水流到達(dá)閥門35(1)時(shí)，依次打開(kāi)閥門35(1)、閥門41(1)和閥門31，管中液體到達(dá)氣液分離器38，在氣液分離器38(1)中實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體通過(guò)閥門31排出，由回收容器39收集，液體流經(jīng)溢流室38(2)，由液體回收容器40收集，按規(guī)定排放或處置。

5)氣樣采集。根據(jù)試驗(yàn)要求，確定采樣時(shí)間間隔，然后依次采集點(diǎn)位34(1)～34(4)處的氣樣。采集采樣點(diǎn)34(1)處的樣品時(shí)，關(guān)閉閥門41(1)，打開(kāi)閥門41(2)，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離器27側(cè)面刻度42，記錄生成一定體積氣體所用的時(shí)間，氣體體積至少10ml以上，記錄溫度傳感器37的讀數(shù)，關(guān)閉閥門35(1)和閥門41(2)，打開(kāi)閥門24，由供水管向氣體壓力平衡瓶28中供水，同時(shí)打開(kāi)閥門33，采用真空集氣瓶或采樣袋收集氣體樣品，采樣完畢關(guān)閉閥門33，對(duì)氣體樣品編號(hào)。待液體重新注滿氣液分離器27和氣體壓力平衡瓶28，氣液分離器27充滿液體后頂部不留空隙時(shí)，關(guān)閉閥門24，采樣點(diǎn)34(1)采樣完畢。

采樣點(diǎn)34(2)處的樣品采集，打開(kāi)閥門35(2)和閥門41(1)，使采樣點(diǎn)34(2)處流出的液體排出一段時(shí)間，以將上一次殘存樣品放出，關(guān)閉閥門41(1)，打開(kāi)閥門41(2)，靜置一定時(shí)間，觀察氣液分離器27側(cè)面刻度42，記錄生成一定體積氣體所用時(shí)間，氣體體積至少10ml以上，記錄溫度傳感器37的讀數(shù)，關(guān)閉閥門35(2)和閥門41(2)，打開(kāi)閥門24，由供水管向氣體壓力平衡瓶28中供水，同時(shí)打開(kāi)閥門33，采用真空集氣瓶或采樣袋收集氣體樣品，采樣完畢關(guān)閉閥門33，對(duì)氣體樣品編號(hào)，待液體重新注滿氣液分離器27和氣體壓力平衡瓶28，氣液分離器27充滿液體后頂部不留空隙時(shí)，關(guān)閉閥門24，采樣點(diǎn)34(2)采樣完畢。

采樣點(diǎn)34(3)和采樣點(diǎn)34(4)處的樣品采集過(guò)程和方法同采樣點(diǎn)34(2)，依次打開(kāi)采樣點(diǎn)所在管路閥門35(3)或閥門35(4)，依次進(jìn)行采樣，對(duì)氣體樣品編號(hào)，采樣完成以后，重新打開(kāi)閥門35(1)和閥門41(1)，使流經(jīng)儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的液體重新流向氣液回收系統(tǒng)。

6)待到下一次采樣時(shí)間，重復(fù)步驟5)進(jìn)行采樣，如此循環(huán)，直至試驗(yàn)結(jié)束。

7)氣體溶解度計(jì)算。氣體溶解度按下式計(jì)算：

C_m＝n/(V_m×ρ) (1)

式中：C_m為一定溫度和1個(gè)大氣壓力下的氣體溶解度，mol/kg；

n為采集的氣體樣品摩爾數(shù)，mol；

V_m為采集氣體樣品排開(kāi)液體的體積，在本實(shí)驗(yàn)中與采集的氣體樣品的體積相等，m³；

ρ為液體的密度，kg/m³。

8)改變實(shí)驗(yàn)條件，如儲(chǔ)層樣品的物理參數(shù)(包括煤質(zhì)、顆粒大小、孔隙率等)、供氣介質(zhì)(純凈甲烷氣)、液體介質(zhì)(取離子水、純凈水)、供水水壓、供水流量、溫度等條件，重新按實(shí)驗(yàn)步驟1)～7)進(jìn)行。

三、樣品測(cè)試，數(shù)據(jù)分析

對(duì)采集的煤層氣樣品進(jìn)行組分分析和穩(wěn)定碳同位素、氫同位素測(cè)試，根據(jù)不同采樣間隔的樣品組分和穩(wěn)定碳同位素、氫同位素變化規(guī)律，預(yù)測(cè)地下水流動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層氣體不同地段含氣量大小與分布的影響，為煤層氣成因、成藏、賦存狀態(tài)研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為非常規(guī)天然氣有效開(kāi)發(fā)提供理論支撐。

實(shí)施案例二：

一、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備與模擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備1)～5)同實(shí)施例一。不同之處在于：

1)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備過(guò)程中，步驟3)中飽和與抽真空系統(tǒng)中三通10第二端不需要連接抽氣管路與真空泵6，僅連接高壓供氣源7所在的管路；步驟6)中，管路連接完成后，向模擬管路1～模擬管路3中充填樣品，所述的樣品選用新鮮沒(méi)有解吸煤層氣的原始含氣煤巖樣品。

模擬實(shí)驗(yàn)中，模擬管路1～模擬管路3充填的樣品為原始含氣煤巖樣品，省略了步驟2)和步驟3)。從步驟4)開(kāi)始執(zhí)行。將新采集的原始含氣煤巖樣品快速破碎后直接裝入儲(chǔ)層模擬系統(tǒng)的模擬管路，連接實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)定定壓閥20的壓力，打開(kāi)進(jìn)水閥門15，按原型盆地儲(chǔ)層靜水壓力p＝γh(γ為水的重度，h為儲(chǔ)層埋深)向模擬管路供水。然后按實(shí)施例一中模擬實(shí)驗(yàn)中的步驟4)～6)進(jìn)行試驗(yàn)和采樣。

二、樣品測(cè)試，數(shù)據(jù)分析

對(duì)采集的煤層氣樣品進(jìn)行組分分析和穩(wěn)定碳同位素、氫同位素測(cè)試，根據(jù)不同采樣間隔的樣品組分和穩(wěn)定碳同位素、氫同位素變化規(guī)律，預(yù)測(cè)地下水流動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層氣體不同地段含氣量大小與分布的影響，為煤層氣成因、成藏、賦存狀態(tài)研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為非常規(guī)天然氣有效開(kāi)發(fā)提供理論支撐。

本發(fā)明的自生自儲(chǔ)向斜構(gòu)造盆地水溶氣運(yùn)移模擬裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)于自生自儲(chǔ)構(gòu)造的盆地地質(zhì)情況的模擬，提供了地下水對(duì)儲(chǔ)層不同地段原始樣品煤層氣含氣量大小和分布的影響的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)試不同地段氣體穩(wěn)定碳同位素和氫同位素的變化規(guī)律、含氣量的變化規(guī)律，通過(guò)建立含氣量與氣體穩(wěn)定同位素之間的變化關(guān)系，數(shù)據(jù)的模擬采集，為煤層氣成因、成藏、賦存狀態(tài)研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，所采用的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，模擬試驗(yàn)方法準(zhǔn)確，簡(jiǎn)單易行，為煤層氣/頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)理論支撐。