多相态CO₂及混合气驱替吸附储层中CH₄的实验装置的制作方法

专利名称：多相态CO₂及混合气驱替吸附储层中CH₄的实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体驱替吸附储层中CH4的实验装置，特别涉及一种多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置。
背景技术：
国民经济建设过程中排放的大量二氧化碳所产生的温室效应，已经严重威胁到整个自然的生态和生命安全，二氧化碳减排已成为全人类必须共同面对并急需解决的重大问题。在诸多二氧化碳减排的方法中，CO2地下永久封存是最有效最现实的方法之一。用于二氧化碳的地下封存场所主要有油气田、不可采煤层、深部盐水层和页岩气储层等。将二氧化碳注入油气田，其主要以提高采收率为目的，大部分CO2会随油气重返地面，封存潜力有限；将二氧化碳封存于深部盐水层，成本昂贵；将二氧化碳封存于不可采煤层，可以在封存的同时提高煤层气采收率，获取附加经济效益；对于页岩而言，页岩本身既是烃源岩又是储层、 甚至盖层，结构致密，渗透率极低，并且页岩体对CO2的吸附能力远远大于对CH4的吸附，因此页岩层也非常有利于二氧化碳长期地下封存，并且在CO2封存的同时能提高页岩气的采收率，产生附加经济效益，实现CO2资源化利用与地下封存的最佳结合，具有社会、经济和环境上的多重效益。另外，我国页岩气储量丰富，分布广泛，具备大规模封存CO2的潜力，因此，将CO2注入页岩层进行规模化封存与资源化利用是国家实现CO2减排战略目标的重要举措。现有资料表明，已进行了一些CO2驱替吸附储层(煤层、页岩气储层)中CH4的试验研究，梁卫国等(“C02驱替煤层CH4试验研究”，岩石力学与工程学报，第29卷第4期665-673，2010年4月)设计出一种三轴室试验装置(参见其图2)，采用100 mmXIOOmmX 200mm的立方体大尺寸煤样试件，利用该装置在给定压力及驱替压力条件下进行注CO2驱替煤层CH4试验。研究发现，当CO2的温度和压力分别处于31. 1°C和7. 38 MPa以上时，CO2将达到超临界状态(简称SC- CO2),超临界CO2的性质介于气体与液体之间，既有气体的低粘度和易扩散性，也有液体的高密度和溶解性好的特点，具有超强的流动、渗透和传递性能；通过改变压力和温度使从工业排放源捕集到的二氧化碳处于介于气态与液态之间的超临界状态，再将其用于驱替吸附储层中CH4,已经逐渐成为研究的热点。而现有的实验装置仅能进行注CO2气体驱替吸附储层中CH4实验，不能有效控制CO2相态，特别是不能进行超临界CO2驱替吸附储层中CH4的实验研究，大大制约了相关技术的研究进展。另外，采用CO2与N2等混合气体驱替吸附储层中CH4的研究，由于能够减少CO2的分离成本也逐渐受到重视，但是现有的实验装置缺乏相应的混合配气装置，因此不能方便快捷的进行相关实验。

发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，该装置能够模拟不同相态CO2 (超临界态、气态)驱替吸附储层中CH4的过程，并且还能够模拟不同混合气体驱替吸附储层中CH4的过程。
本发明的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，包括气源供应系统、液态CO2供应系统、增压装置、油浴加热槽、配气罐、三轴室、气体收集分析系统和抽真空系统，所述气源供应系统直接与配气罐连通，所述液态CO2供应系统通过增压装置与配气罐连通，所述配气罐与三轴室的注气口连通，三轴室的出气口分别与气体收集分析系统和抽真空系统连通，所述配气罐和三轴室均置于油浴加热槽内。进一步，所述气源供应系统包括并联的CO2气瓶、CH4气瓶、He气瓶和N2气瓶。进一步，所述液态CO2供应系统包括液态CO2瓶。
进一步，所述增压装置包括增压器和增压泵。进一步，所述配气罐的数量为两个，两个配气罐并联。进一步，所述抽真空系统包括真空泵。进一步，所述气体收集分析系统包括流量计和气相色谱分析仪。本发明的有益效果在于
本发明增设了气源供应系统、液态CO2供应系统、增压装置和配气罐，并且将配气罐和三轴室置于油浴加热槽内恒温油浴加热；液态CO2通过增压装置升压再通入配气罐内经过恒温油浴升温，能得到超临界CO2，因此本发明能够模拟不同温度、压力、应力条件下超临界CO2驱替吸附储层中CH4的过程；而气源供应系统一方面能提供单组分CO2气体，从而能够进行CO2气体驱替吸附储层中CH4实验，另一方面也能提供其它气体，通过在配气罐内的配比混合，得到混合气体，从而能够进行混合气体驱替吸附储层中CH4实验。综上所述，本发明能够模拟多场耦合作用下不同相态CO2 (超临界态、气态)驱替吸附储层(煤层、页岩气储层)中CH4的过程，并且还能够模拟不同混合气体驱替吸附储层中CH4的过程，为相关实验、机理研究提供实验平台。


为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中
图I为本发明的结构示意图。
具体实施例方式以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。图I为本发明的结构示意图，如图所示，本发明的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，包括气源供应系统、液态CO2供应系统、增压装置、油浴加热槽6、配气罐7、三轴室8、气体收集分析系统和抽真空系统，所述气源供应系统直接与配气罐7连通，所述液态CO2供应系统通过增压装置与配气罐7连通，所述配气罐7与三轴室8的注气口连通，三轴室8的出气口分别与气体收集分析系统和抽真空系统连通，所述配气罐7和三轴室8均置于油浴加热槽6内。本实施例中，所述气源供应系统包括并联的CO2气瓶UCH4气瓶2、He气瓶3和N2气瓶4;当然，根据实验需要，还可以设置其它气瓶。本实施例中，所述液态CO2供应系统包括液态CO2瓶5。本实施例中，所述增压装置包括增压器9和增压泵10。
本实施例中，所述配气罐7的数量为两个，两个配气罐7并联；在驱替过程为了保持注入压力，因此多设置一个配气罐备用替换。本实施例中，所述抽真空系统包括真空泵11。本实施例中，所述气体收集分析系统包括流量计12和气相色谱分析仪13 ;气相色谱分析仪(GC)可以实时分析产出气体中C02、CH4等各组分的浓度变化。本发明的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置的操作方法如下
I.超临界CO2驱替吸附储层中CH4实验
(1)将试件封装在三轴室8中，加载轴压与围压；
(2)打开阀门14、16，关闭阀门15、17，通过CH4气瓶2向将配气罐7中充入实验要求所需一定压力、体积的CH4气体；
(3)关闭阀门16、18，打开阀门17，将配气罐7与三轴室8连通使得试件进行CH4吸附；通过压力表记录的配气罐7的初始压力和吸附平衡时的压力即可计算得到试件吸附的CH4量;
(4)打开阀门15、16，关闭阀门14、17，通过增压装置对液态CO2升压再通入配气罐7内经过恒温油浴升温，得到超临界CO2 ；
(5)关闭阀门16、18，打开阀门17，将配气罐7与三轴室8连通向试件内通入超临界CO2让其在三轴室8内充分进行竞争吸附，达到平衡后，打开阀门18，对气体进行取样，气相色谱分析仪13分析产出气体中的组分，可以得到不同气体的穿透曲线；通过压力表记录的配气罐7的初始压力和吸附平衡时的压力即可计算得到试件吸附的CO2量；通过试件吸附的CH4, CO2量与出气端产出的CH4、CO2累积量的差值，即可得到超临界CO2驱替CH4的效果。2. CO2气体驱替吸附储层中CH4实验
步骤(I)、(2)、(3)与方法I.的步骤(I)、(2)、(3)相同；
(4)打开阀门14、16，关闭阀门15、17，通过CO2气瓶I向将配气罐7中充入实验要求所需一定压力、体积的CO2气体；
(5)关闭阀门16、18，打开阀门17，将配气罐7与三轴室8连通向试件内通入CO2气体，让其在三轴室8内充分进行竞争吸附，达到平衡后，打开阀门18，对气体进行取样，气相色谱分析仪13分析产出气体中的组分，可以得到不同气体的穿透曲线；通过压力表记录的配气罐7的初始压力和吸附平衡时的压力即可计算得到试件吸附的CO2量；通过试件吸附的CH4, CO2量与出气端产出的CH4、CO2累积量的差值，即可得到CO2气体驱替CH4的效果。3.混合气体驱替吸附储层中CH4实验
步骤(I)、(2)、(3)与方法I.的步骤(I)、(2)、(3)相同；
(4)打开阀门14、16，关闭阀门15、17，采用压力法进行C02/N2混合气的配备，先开启N2气瓶4向将配气罐7中充入预定压力的N2气，再关闭N2气瓶4，开启CO2气瓶I向配气罐7中充入CO2气，使其达到预定的总的压力，即可得到一定配比的混合气体；
(5)关闭阀门16、18，打开阀门17，将配气罐7与三轴室8连通向试件内通入混合气体，让其在三轴室8内充分进行竞争吸附，达到平衡后，打开阀门18，对气体进行取样，气相色谱分析仪13分析产出气体中的组分，可以得到不同气体的穿透曲线；通过压力表记录的配气罐7的初始压力和吸附平衡时的压力即可计算得到试件吸附的混合气体量；通过试件吸附的CH4、混合气体量与出气端产出的CH4、混合气体累积量的差值，即可得到混合气体驱替CH4的效果。综上所述，本发明能够模拟多场耦合作用下不同相态CO2 (超临界态、气态)驱替吸附储层(煤层、页岩气储层)中CH4的过程，并且还能够模拟不同混合气体驱替吸附储层中CH4的过程，为相关实验、机理研究提供实验平台。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于包括气源供应系统、液态CO2供应系统、增压装置、油浴加热槽、配气罐、三轴室、气体收集分析系统和抽真空系统，所述气源供应系统直接与配气罐连通，所述液态CO2供应系统通过增压装置与配气罐连通，所述配气罐与三轴室的注气口连通，三轴室的出气口分别与气体收集分析系统和抽真空系统连通，所述配气罐和三轴室均置于油浴加热槽内。
2.根据权利要求I所述的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于所述气源供应系统包括并联的CO2气瓶、CH4气瓶、He气瓶和N2气瓶。
3.根据权利要求I所述的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于所述液态CO2供应系统包括液态CO2瓶。
4.根据权利要求I所述的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于所述增压装置包括增压器和增压泵。
5.根据权利要求I所述的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于所述配气罐的数量为两个，两个配气罐并联。
6.根据权利要求I所述的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于所述抽真空系统包括真空泵。
7.根据权利要求I所述的多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，其特征在于所述气体收集分析系统包括流量计和气相色谱分析仪。
全文摘要
本发明公开了一种多相态CO2及混合气驱替吸附储层中CH4的实验装置，包括气源供应系统、液态CO2供应系统、增压装置、油浴加热槽、配气罐、三轴室、气体收集分析系统和抽真空系统，所述气源供应系统直接与配气罐连通，所述液态CO2供应系统通过增压装置与配气罐连通，所述配气罐与三轴室的注气口连通，三轴室的出气口分别与气体收集分析系统和抽真空系统连通，所述配气罐和三轴室均置于油浴加热槽内。本发明能够模拟多场耦合作用下不同相态CO2(超临界态、气态)驱替吸附储层(煤层、页岩气储层)中CH4的过程，并且还能够模拟不同混合气体驱替吸附储层中CH4的过程，为相关实验、机理研究提供实验平台。
文档编号G01N7/04GK102967525SQ20121051883
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者姜永东, 周军平, 辜敏, 鲜学福, 王维忠, 刘国军, 张树文, 刘浩, 郭擎, 段硕, 崔悦震, 徐程峙 申请人:重庆大学