专利名称：二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种利用仿真手段对煤层气储层采用二氧化碳置换来提高煤层气采收率的装置，尤其涉及一种二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置。
背景技术：
目前，我国进行煤层气提高采收率的机理研究及效果评价主要通过两种途径进行，一种是矿场实验井研究，另一种是储层数值模拟研究。生产实验井研究室是对气井提高采收率效果评价最准确的手段，但是，生产实验井评价的费用较高，同时风险也较大；提高采收率实验若未能对储层的采收率带来正面的
作用，则可能严重影响储层的产能，减少储层的可采储量，因此，实验井研究的选择相对慎
重，被采用的几率较小。储层数值模拟是最经济的产能预测和评价手段，具有良好的可重复性，操作也相对简单，但是，数值模拟的准确程度很难保证；若想得到一个理想的模拟结果，必须要有真实储层数据，储层生产状况，构造最符合真实情况的地质模型以及选择正确的生产制度，可见其存在一定的局限性；首先，对于新井，没有充足的资料来构建一个精确的地质模型以及合理的生产制度，因此，模拟的准确性比较难保证；其次，储层模拟具有多解性，相同的数据可能得出不同的模型，使模拟结果的可信性降低。由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，采用室内实验的方式，有效地模拟二氧化碳置换煤层甲烷的提高采收率过程，能对其置换效果影响因素进行有效分析，该模拟装置能够更接近于现场二氧化碳置换甲烷储层实际情况。本实用新型的另一目的在于提供一种二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，该模拟装置具有较高的可操作性，成本低；它能够模拟多个过程，为二氧化碳置换甲烷的研究提供有效的依据。本实用新型的目的是这样实现的，一种二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，该模拟装置是由注入系统、反应装置和尾气吸收装置构成的；所述反应装置包括设置于恒温箱内的试样夹持器，试样夹持器由围压套和设置在围压套两端的端盖构成，所述围压套的中间内腔构成样品仓；所述一端盖上密封设有流入管线，另一端盖上密封设有流出管线；所述围压套外侧密封连接一给围压套加围压的手动围压泵；所述注入系统包括分别与反应装置的流入管线连通的氮气瓶、甲烷气瓶、二氧化碳气瓶和平流泵；所述尾气吸收装置包括顺序与反应装置的流出管线连通的二氧化碳吸收装置、干燥装置和甲烷吸收装置。[0011]在本实用新型的一较佳实施方式中，所述试样夹持器为普通岩心夹持器。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述试样夹持器的入口端、出口端及围压加注点均安装有压力传感器，压力传感器用信号线与电脑联接。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述平流泵由管线联接于第一控制阀，第一控制阀联接于一六通阀；氮气瓶、甲烷气瓶和二氧化碳气瓶分别通过各自的减压阀再联接于所述六通阀；所述六通阀出口通过第二控制阀联接于反应装置的流入管线。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述二氧化碳吸收装置包括一密封烧杯，密封烧杯中盛有氯化钙水溶液构成的氯化钙水浴，密封烧杯内设有一倒置的漏斗，倒置的漏斗下端口插入氯化钙水浴中；倒置的漏斗顶端通过一第三控制阀与反应装置的流出管线连通。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述干燥装置为一密封容器，密封容器内装有无水硫酸铜；密封容器内密封设有导入管和导出管；导入管连通于密封烧杯顶部；导出 管与甲烷吸收装置连通。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述甲烷吸收装置由一尾气吸收气囊构成。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述试样夹持器整体处于密封状态；样品仓内设有实验样品，实验样品由围压套紧密包裹。在本实用新型的一较佳实施方式中，所述实验样品为煤心。由上所述，本实用新型二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，采用室内实验的方式，有效地模拟二氧化碳置换煤层甲烷的提高采收率过程，能对其置换效果影响因素进行有效分析，该模拟装置能够更接近于现场二氧化碳置换甲烷储层实际情况；它能够模拟多个过程，为二氧化碳置换甲烷的研究提供有效的依据。该模拟装置具有较高的可操作性，且成本低。
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中图I :为本实用新型二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。如图I所示。本实用新型提出一种二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置100，该模拟装置100是由注入系统I、反应装置2和尾气吸收装置3构成的；所述反应装置2包括设置于恒温箱21内的试样夹持器22，所述试样夹持器22为普通岩心夹持器(JHR型)；试样夹持器22由围压套221和设置在围压套221两端的端盖222构成，所述围压套221的中间内腔构成样品仓；所述一端盖222上密封设有流入管线23，另一端盖222上密封设有流出管线24 ;所述围压套221外侧密封连接一给围压套加围压的手动围压泵25 ;试样夹持器22整体处于密封状态，样品仓内设有实验样品，实验样品由围压套221紧密包裹。[0025]所述注入系统I包括分别与反应装置2的流入管线23连通的氮气瓶11、甲烷气瓶12、二氧化碳气瓶13和平流泵14 ;平流泵14用于模拟储层水情况，所述各气瓶均为高压气瓶；平流泵注水过程，是通过其向试件夹持器注入地层水，从而达到模拟储层水分布情况，减少实验与实际情况的差异；上述各个高压气瓶注气过程，即模拟储层成藏过程以及现场二氧化碳置换甲烷的过程，采用不同气体分步注入来实现模拟过程。所述尾气吸收装置3包括顺序与反应装置2的流出管线24连通的二氧化碳吸收装置31、干燥装置32和甲烷吸收装置33 ;能够有效防止有害气体排放，同时准确得出置换出的甲烷气量，计算最终采收率。由上所述，本实用新型二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，采用室内实验的方式，有效地模拟二氧化碳置换煤层甲烷的提高采收率过程，能对其置换效果影响因素进行有效分析，该模拟装置能够更接近于现场二氧化碳置换甲烷储层实际情况；它能够模拟多个过程，为二氧化碳置换甲烷的研究提供有效的依据。该模拟装置具有较高的可操作性，且成本低。 在本实施方式中，所述试样夹持器22的入口端、出口端及围压加注点均安装有压力传感器223，压力传感器223用信号线与电脑26联接，便于压力的控制及读数。在本实施方式中，所述平流泵14由管线联接于第一控制阀15，第一控制阀15联接于一六通阀16 ;氮气瓶11、甲烷气瓶12和二氧化碳气瓶13也分别通过各自的减压阀111、121和131联接于所述六通阀16 ;所述六通阀16出口通过一第二控制阀17联接于反应装置2的流入管线23。模拟过程中，通过控制不同的阀门开关情况，控制不同的模拟情况。在本实施方式中，所述二氧化碳吸收装置31包括一密封烧杯311，密封烧杯311中盛有氯化钙水溶液构成的氯化钙水浴312，密封烧杯311顶部密封设有一倒置的漏斗313，倒置的漏斗313下端口插入氯化钙水浴312中，保证最大面积的吸收二氧化碳；倒置的漏斗313顶端通过一第三控制阀34与反应装置2的流出管线24连通。在本实施方式中，所述干燥装置32为一密封容器，密封容器内装有无水硫酸铜；密封容器内密封设有导入管321和导出管322 ;导入管321连通于密封烧杯311顶部；导出管322与甲烷吸收装置33连通。在本实施方式中，所述甲烷吸收装置33由一尾气吸收气囊构成，便于气体体积的检测。
以下结合附图对利用本实用新型的模拟装置进行相应实验过程做进一步说明。一、气密性检测气密性检测目的是保证整个系统的密闭程度，进而提高实验数据的准确性。具体实验步骤如下(I)将实验仪器按照图I所示连接起来，将六通阀16与氮气高压气瓶11连通；(2)将实验样品(煤心)装入由围压套221构成的样品仓，并将围压套221的两个端盖222拧紧，保证装置稳固；(3)将围压套221上的压力传感器223连接好，并将围压调整至实验条件，然后将围压套221密闭，保证围压稳定；(4)将实验中的所有阀都关闭，然后按照图I所示，将六通阀16和第二控制阀17打开，同时打开氮气高压气瓶11，调整气瓶减压阀111，使注入压力达到IMPa; (5)注入一段引间后，关闭氮气高压气瓶11，使整个实验系统稳定一段时间，观察压力监测系统的变化，若不变化，说明系统气密性较好，若压力降低，说明系统气密性较差，需要进行进一步检测；(6)将第三控制阀34打开，将样品仓中的气体释放掉。[0035]二、模拟储层水分布由于大部分煤层中都存在一定的地层水，地层水的分布与储层的特性有关，通过现场数据以及煤心组分分析，得出储层水含量和基本分布情况。具体实验过程如下(I)清空尾气吸收装置3中的气体；(2)按照图I所示，将六通阀16与平流泵14连通，将第二控制阀17和第三控制阀34打开，同时打开平流泵14，采用较低流速将地层水注入煤心；(3)连续注入2 3个小时以后停泵，将第一控制阀15关闭，稳定6个小时；(4)样品仓压力释放后，关闭第二控制阀17和第三控制阀34。三、甲烷气成藏过程模拟通过注入一定量的甲烷气，使其贮存在煤心多孔介质中，然后静置一段时间后，促使甲烷部分吸附于试样骨架表面，部分处于游离状态。其具体实验过程如下(I)清空尾气吸收装置3中的气体；(2)按照图I所示，将六通阀16与甲烷高压气瓶12连通，将气瓶减压阀121、第二控制阀17和第三控制阀34打开，同时调整气瓶减压阀121，使其注入压力保持IMPa稳定；(3)连续注入数个小时以后，当大型试样夹持器22入口压力和出口压力基本 相同时，将第二控制阀17和第三控制阀34关闭，同时关闭甲烷高压气瓶12 ; (4)将样品仓关闭6个小时，使甲烷气体充分吸附在煤心多孔介质表面；(5)当样品仓的压力不再变化，说明吸附过程基本结束。四、二氧化碳置换甲烷模拟当甲烷气体在试样表面实现吸附成藏以后，注入二氧化碳，首先是将游离的甲烷从多孔介质中驱替出来，而后，通过稳定置换过程，实现二氧化碳置换甲烷过程。具体实验过程如下(I)清空尾气吸收装置3中的气体；(2)按照图I所示，将六通阀16与二氧化碳高压气瓶13连通，将第二控制阀9和第三控制阀34打开，同时调整气瓶减压阀131，使其注入压力保持IMPa稳定；(3)连续注入数个小时以后，当大型试样夹持器22入口压力和出口压力基本相同时，将第二控制阀17和第三控制阀34关闭，同时关闭二氧化碳高压气瓶13 ；
(4)通过尾气吸收装置3，测量二氧化碳流出量以及甲烷气体的驱替量，同时，通过注入压力计算出注入二氧化碳的总量；(5)将样品仓关闭6个小时，使吸附在试样多孔介质表面甲烷气体被二氧化碳充分置换；(6)当样品仓的压力不再波动，说明置换过程基本结束。(7)将二氧化碳高压气瓶13、第二控制阀17和第三控制阀34打开，同时调整气瓶减压阀131，使其注入压力保持IMPa稳定，置换数个小时。当无甲烷流出后，将二氧化碳高压气瓶13关闭。通过计算得出后期驱替二氧化碳注入总量，以及收集到的二氧化碳和甲烷的量；(8)将仪器拆下，清洗后放置好；(9)计算置换过程中二氧化碳的使用量。本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果(I)通过平流泵和三个高压气瓶的并联操作，实现模拟装置的储层水分布模拟、甲烷气成藏过程模拟以及二氧化碳置换甲烷过程模拟。同时通过围压的模拟管路提高系统的气密性，达到储层的围压条件。(2)采用恒温箱条件，有效地保持了实验过程的温度，提高模拟过程中的温度与储层条件温度的近似程度。(3)尾气吸收装置有效地将剩余气分离，同时将二氧化碳气体吸收，甲烷气体经过干燥后收集在装置中，可以测定其含量。(4)该物理模拟装置具有较高的可操作性，同时，成本较低。此外，它能够模拟多个过程，为二氧化碳置换甲烷的研究提供有效的依据。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围 。
权利要求1.一种ニ氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于该模拟装置是由注入系统、反应装置和尾气吸收装置构成的； 所述反应装置包括设置于恒温箱内的试样夹持器，试样夹持器由围压套和设置在围压套两端的端盖构成，所述围压套的中间内腔构成样品仓；所述一端盖上密封设有流入管线，另一端盖上密封设有流出管线；所述围压套外侧密封连接ー给围压套加围压的手动围压栗; 所述注入系统包括分别与反应装置的流入管线连通的氮气瓶、甲烷气瓶、ニ氧化碳气瓶和平流泵； 所述尾气吸收装置包括顺序与反应装置的流出管线连通的ニ氧化碳吸收装置、干燥装置和甲烷吸收装置。
2.如权利要求I所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述试样夹持器为普通岩心夹持器。
3.如权利要求I所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述试样夹持器的入口端、出口端及围压加注点均安装有压カ传感器，压カ传感器用信号线与电脑联接。
4.如权利要求I所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述平流泵由管线联接于第一控制阀，第一控制阀联接于一六通阀；氮气瓶、甲烷气瓶和ニ氧化碳气瓶分别通过各自的减压阀再联接于所述六通阀；所述六通阀出口通过第二控制阀联接于反应装置的流入管线。
5.如权利要求I所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述ニ氧化碳吸收装置包括一密封烧杯，密封烧杯中盛有氯化钙水溶液构成的氯化钙水浴，密封烧杯内设有ー倒置的漏斗，倒置的漏斗下端ロ插入氯化钙水浴中；倒置的漏斗顶端通过ー第三控制阀与反应装置的流出管线连通。
6.如权利要求5所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述干燥装置为ー密封容器，密封容器内装有无水硫酸铜；密封容器内密封设有导入管和导出管；导入管连通于密封烧杯顶部；导出管与甲烷吸收装置连通。
7.如权利要求6所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述甲烷吸收装置由一尾气吸收气囊构成。
8.如权利要求I所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述试样夹持器整体处于密封状态；样品仓内设有实验样品，实验样品由围压套紧密包裏。
9.如权利要求8所述的ニ氧化碳置換煤层甲烷的物理模拟装置，其特征在于所述实验样品为煤心。
专利摘要本实用新型为二氧化碳置换煤层甲烷的物理模拟装置，是由注入系统、反应装置和尾气吸收装置构成的；反应装置包括设置于恒温箱内的试样夹持器，试样夹持器由围压套和设置在围压套两端的端盖构成，围压套的中间内腔构成样品仓；一端盖上密封设有流入管线，另一端盖上密封设有流出管线；围压套外侧密封连接一给围压套加围压的手动围压泵；注入系统包括分别与反应装置的流入管线连通的氮气瓶、甲烷气瓶、二氧化碳气瓶和平流泵；尾气吸收装置包括顺序与反应装置的流出管线连通的二氧化碳吸收装置、干燥装置和甲烷吸收装置。该物理模拟装置可有效地模拟二氧化碳置换煤层甲烷的提高采收率过程，能对其置换效果影响因素进行有效分析，并提供有效的依据。
文档编号E21B43/16GK202628051SQ20122022711
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者裴柏林, 黄婷, 杨玲智 申请人:中国石油大学(北京)