競(jìng)爭(zhēng)吸附測(cè)試裝置及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模擬檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在高溫高壓下，超臨界二氧化碳對(duì)頁(yè)巖中吸附甲烷氣的解吸置換作用的模擬及檢測(cè)技術(shù)，用于指導(dǎo)頁(yè)巖氣合理高效開(kāi)采技術(shù)的提尚。
【背景技術(shù)】
[0002]世界頁(yè)巖氣資源量巨大，隨北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的突破與產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，頁(yè)巖氣已被認(rèn)為是極具開(kāi)采價(jià)值的非常規(guī)天然氣。了解頁(yè)巖氣藏開(kāi)發(fā)特征和開(kāi)發(fā)方式，考慮如何實(shí)現(xiàn)提高頁(yè)巖氣采收率十分重要。在頁(yè)巖氣藏中，一般認(rèn)為天然氣的賦存形式有三種，吸附氣、游離氣與溶解氣。據(jù)一些學(xué)者統(tǒng)計(jì)，吸附氣含量占據(jù)20%?85%，加強(qiáng)吸附氣的開(kāi)采對(duì)頁(yè)巖氣增產(chǎn)尤為重要。
[0003]根據(jù)⑶2驅(qū)替煤層中CH4的成功經(jīng)驗(yàn)，0)2能夠成功驅(qū)替煤層中CH4主要得益于CO2的吸附能力大于CH4,部分學(xué)者對(duì)頁(yè)巖吸附CO2XH4的特性開(kāi)展了初步工作，結(jié)果均表明頁(yè)巖對(duì)CO2的吸附能力顯著強(qiáng)于CH4。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)CO2驅(qū)替頁(yè)巖中吸附CH4的室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)還非常少，已開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)大多不能滿足地層高溫高壓等條件，特別是還不能更完整、全面地模擬頁(yè)巖實(shí)際狀態(tài)，從而無(wú)法還原實(shí)際生產(chǎn)情況，更好地指導(dǎo)頁(yè)巖氣合理高效開(kāi)采，提高效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種適用于實(shí)際生產(chǎn)條件的室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)裝置及其研究方法。本發(fā)明通過(guò)超臨界CO2與頁(yè)巖中CH4競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)CO2對(duì)頁(yè)巖中吸附氣的置換效果。實(shí)驗(yàn)在多功能長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置中完成，該裝置原理可靠，結(jié)構(gòu)合理。
[0005]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)公開(kāi)了一種超臨界CO2與頁(yè)巖中CH4競(jìng)爭(zhēng)吸附測(cè)試裝置，包括:注入栗系統(tǒng)、長(zhǎng)巖心夾持器、回壓閥、壓差表、控溫系統(tǒng)、液體餾分收集器、氣量計(jì)和氣相色譜儀;其中:
[0007]長(zhǎng)巖心夾持器由長(zhǎng)巖心外筒、膠皮套和兩端的軸向連接器組成；長(zhǎng)巖心外筒設(shè)置于膠皮套內(nèi)、兩端與軸向連接器連接，膠皮套與軸向連接器構(gòu)成密閉的反應(yīng)系統(tǒng)；
[0008]注入栗系統(tǒng)包括入口驅(qū)替栗、回壓調(diào)節(jié)栗和圍壓控制栗；
[0009]所述入口驅(qū)替栗通過(guò)并聯(lián)的中間容器、閥門(mén)與入口端軸向連接器聯(lián)通，所述回壓調(diào)節(jié)栗通過(guò)回壓閥與出口端軸向連接器聯(lián)通，所述圍壓控制栗通過(guò)閥門(mén)與膠皮套聯(lián)通；回壓閥一支路還通過(guò)氣量計(jì)與氣相色譜儀聯(lián)通。
[0010]所述裝置各聯(lián)通管路中均設(shè)置有壓差表。
[0011 ]所述長(zhǎng)巖心夾持器入口端和出口端均設(shè)置有壓差表。
[0012]本發(fā)明還提供了一種超臨界CO2與頁(yè)巖中CH4競(jìng)爭(zhēng)吸附測(cè)試方法，
[0013]測(cè)試方法采用上述公開(kāi)的測(cè)試裝置；
[0014]測(cè)試方法包括頁(yè)巖巖心中CH4單組分氣體評(píng)價(jià)方法和頁(yè)巖巖心中超臨界CO2置換CH4氣體評(píng)價(jià)方法:
[0015]CH4單組分氣體評(píng)價(jià)方法包括:
[0016](I)選取長(zhǎng)度4?6cm，直徑2.5cm頁(yè)巖小巖柱，進(jìn)行基礎(chǔ)物性測(cè)定，將所選擇的壓好裂縫的頁(yè)巖短巖心按順序排列組合成長(zhǎng)巖心，裝入巖心夾持器并抽真空；
[0017](2)將抽真空后長(zhǎng)巖心夾持器放入烘箱，設(shè)定烘箱溫度為頁(yè)巖所屬地層溫度，設(shè)定夾持器圍壓為頁(yè)巖所屬地層的上覆地層壓力值，并向密閉的夾持器系統(tǒng)通入甲烷氣體，使甲烷氣體在頁(yè)巖中充分吸附飽和，飽和時(shí)間為72小時(shí)，甲烷飽和壓力為頁(yè)巖所屬地層的孔隙壓力值；
[0018](3)關(guān)閉夾持器系統(tǒng)入口端，打開(kāi)出口端，對(duì)系統(tǒng)中甲烷氣體逐級(jí)降壓，并記錄降壓時(shí)間、出口端產(chǎn)出氣量，且降壓后出口端關(guān)閉12小時(shí)，使頁(yè)巖中的吸附甲烷氣體充分解吸，然后再打開(kāi)出口端，重復(fù)前面降壓、時(shí)間與產(chǎn)出氣量記錄、關(guān)閉/打開(kāi)出口端步驟，直至系統(tǒng)中甲烷氣體壓力降低至頁(yè)巖所屬氣藏的開(kāi)發(fā)廢棄壓力為止，計(jì)算累計(jì)產(chǎn)出氣量；
[0019]所述超臨界CO2置換CH4氣體評(píng)價(jià)方法包括:
[0020](4)沿用CH4單組分氣體評(píng)價(jià)方法實(shí)驗(yàn)巖樣，對(duì)系統(tǒng)抽真空，并重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作；
[0021](5)打開(kāi)夾持器入口端與出口端閥門(mén)，以35MPa的注入壓力向長(zhǎng)巖心注入超臨界CO2，并對(duì)該過(guò)程出口端氣體進(jìn)行色譜分析；
[0022](6)當(dāng)出口端檢測(cè)出的氣體全部為二氧化碳含量時(shí)，關(guān)閉夾持器系統(tǒng)入口端與出口端閥門(mén)72小時(shí)，使CO2充分吸附，并置換吸附態(tài)CH4氣體；
[0023](7)關(guān)閉夾持器系統(tǒng)入口端，打開(kāi)出口端，使系統(tǒng)中混合氣體降壓2MPa，記錄降壓時(shí)間，并通過(guò)色譜分析記錄產(chǎn)出CH4氣量;降壓后出口端關(guān)閉12小時(shí)，使頁(yè)巖中的CO2充分吸附置換CH4氣體，然后再打開(kāi)出口端，重復(fù)上述降壓、時(shí)間與產(chǎn)出氣量記錄、關(guān)閉/打開(kāi)出口端步驟，直至系統(tǒng)中氣體壓力降低至頁(yè)巖所屬氣藏的開(kāi)發(fā)廢棄壓力為止，計(jì)算累計(jì)產(chǎn)出甲烷氣量；
[0024](8)對(duì)比兩組實(shí)驗(yàn)同一壓降點(diǎn)的甲烷產(chǎn)氣量，評(píng)價(jià)超臨界CO2競(jìng)爭(zhēng)吸附頁(yè)巖中CH4效果O
[0025]本發(fā)明測(cè)試裝置中約I米長(zhǎng)的三軸長(zhǎng)巖心夾持器是長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置中的關(guān)鍵部分，主要由長(zhǎng)巖心外筒、膠皮套和軸向連接器組成。該套裝置中，巖心中的凝析氣衰竭速度由出口端壓降速度控制，出口端壓降速度由回壓閥的壓降速度控制。
[0026]本閥門(mén)測(cè)試方法由兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)比完成。
[0027]將短巖心按一定順序排列組合成長(zhǎng)巖心，裝入巖心夾持器，洗凈吹干抽真空，再飽和CH4至地層條件，并在該壓力下穩(wěn)定72小時(shí)進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)。第一組實(shí)驗(yàn)從地層條件開(kāi)始衰竭，每一級(jí)衰竭壓力穩(wěn)定12小時(shí)充分解吸，每次衰竭結(jié)束記錄相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);對(duì)比實(shí)驗(yàn)主要考慮0)2對(duì)014的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用，首先通過(guò)快速驅(qū)替，將基質(zhì)中的CH4驅(qū)替干凈，之后在與第一組同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定產(chǎn)出氣的組分含量，并與第一組相應(yīng)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果對(duì)比分析。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有如下有益效果:
[0029]I)經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前沒(méi)有模擬真實(shí)頁(yè)巖儲(chǔ)層壓裂條件下，模擬開(kāi)發(fā)過(guò)程中超臨界CO2與CH4競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究；
[0030]2)通過(guò)使用組合長(zhǎng)巖心，使得注氣體積量大，誤差減小，真實(shí)還原地層條件；
[0031]3)裂縫長(zhǎng)巖心可模擬真實(shí)頁(yè)巖儲(chǔ)層條件下超臨界C02壓裂后與CH4競(jìng)爭(zhēng)吸附過(guò)程；
[0032]4)注入CO2為超臨界態(tài)，且實(shí)驗(yàn)采取逐級(jí)降壓方式進(jìn)行，能夠真實(shí)模擬地層衰竭開(kāi)米過(guò)程。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖中，11是入口驅(qū)替栗，12是回壓調(diào)節(jié)栗，13是圍壓控制栗，2長(zhǎng)巖心夾持器，21是長(zhǎng)巖心外筒，22是膠皮套，23是軸向連接器，31是中間容器I，32是中間容器2，4是壓差表，5是閥門(mén)，6是回壓閥，7是氣量計(jì)，8是氣相色譜儀。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整也屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0036]結(jié)合圖1。
[0037]測(cè)試裝置
[0038]如圖1所示，本發(fā)明裝置包括注入栗系統(tǒng)、長(zhǎng)巖心夾持器2、回壓閥6、壓差表4、控溫系統(tǒng)、液體餾分收集器、氣量計(jì)7和氣相色譜儀8;控溫系統(tǒng)和液體餾分收集器在圖中沒(méi)有表示出；其中:
[0039]長(zhǎng)巖心夾持器2由長(zhǎng)巖心外筒21、膠皮套22和兩端的軸向連接器23組成;長(zhǎng)巖心外筒21設(shè)置于膠皮套22內(nèi)、兩端與軸向連接器23連接，膠皮套22與軸向連接器23構(gòu)成密閉的反應(yīng)系統(tǒng)；
[0040]注入栗系統(tǒng)包括入口驅(qū)替栗11、回壓調(diào)節(jié)栗12和圍壓