页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统的制作方法

本实用新型涉及油气勘探开发技术领域，特别涉及一种页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统。

背景技术：

页岩气是从页岩层中开发出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气在美国和加拿大的开发取得了巨大成功，美国页岩气开发的成功让全世界都兴起了“页岩气热”，我国也不例外。准确评价页岩气储量是一项十分重要的工作，而页岩含气量是计算页岩储量的关键参数。页岩储层与常规储层最大的区别就在于页岩气以吸附气的形式存在，因此，页岩含气量不能像常规储层一样通过测定有效孔隙体积来确定其储量。而在测试页岩含气量的过程中，损失气量的计算有着举足轻重的地位，因此，如何准确地确定损失气量，对于评价页岩气的储量具有十分重要的意义。

现有SY/T 6940-2013《页岩含气量测定方法》详细介绍了现场页岩含气量的测试过程。其中，页岩含气量在实验中是由解吸气量、残余气量和损失气量三部分的总和，解吸气量和残余气量均是通过样品实测可得，损失气量则是通过解吸气量回归所得，在现有技术中损失气量的回归通常采用USBM线性回归法而得到，即以标准状态下累积解吸量为纵坐标，时间的平方根为横坐标作图，在解吸气量与时间的平方根关系图中，反向延长线与纵坐标轴的截距的绝对值为损失气量。

在实现本实用新型的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有技术中的USBM线性回归方法是从煤层气行业借鉴而来，线性回归理论模型的假设来自于呈破碎状的无烟煤，与页岩气钻井取心实际形成的圆柱状页岩岩心的情况有巨大差异，不符合页岩现场的实际情况，不能有效地指导页岩的开采。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提供一种页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统，通过模拟页岩现场取芯过程，计量取芯过程中的损失气量以克服理论推导的局限性，更加符合现场生产的实际情况，以便于指导页岩的实际开采。

一种页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统，所述系统包括：高压气源、环压泵、岩心夹持器、回压控制器、压力传感器和计量装置，其中，

所述岩心夹持器夹持页岩岩心；

所述岩心夹持器开设有气体流通口、围压进入口和传感器接入口，所述压力传感器插入所述传感器接入口，所述环压泵与所述围压进入口连通；

所述高压气源与所述气体流通口之间配置有第一阀门；

所述气体流通口与所述回压控制器之间配置有第二阀门，所述回压控制器与所述计量装置连通。

进一步地，所述高压气源包括：气罐和增压泵，所述气罐与所述增压泵连通，所述增压泵在所述系统被配置为模拟页岩储层环境时与所述气体流通口连通。

进一步地，所述第一阀门设置在所述增压泵与所述气体流通口之间。

进一步地，所述系统还包括：第二阀门，所述第二阀门设置在所述气体流通口与所述回压控制器之间。

进一步地，所述系统还包括：压力表，所述压力表设置在所述第二阀门与所述回压控制器之间。

进一步地，所述系统还包括：第三阀门，所述第三阀门设置在所述回压控制器与所述计量装置之间。

进一步地，所述系统还包括：抽真空装置，所述抽真空装置在所述系统被配置为模拟页岩储层环境之前与所述气体流通口连通。

进一步地，所述系统还包括：第四阀门，所述第四阀门设置在所述抽真空装置与所述气体流通口之间。

进一步地，所述岩心夹持器为温控岩心夹持器。

本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：

本实用新型实施例提供的页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统利用岩心夹持器夹持页岩岩心，通过在岩心夹持器上开设有气体流通口、围压进入口和传感器接入口，压力传感器插入到传感器接入口中测取岩心夹持器内的压力取值，环压泵与围压进入口连通以向页岩岩心施加围压，当系统被配置为模拟页岩储层环境时，打开第一阀门，高压气源与气体流通口连通，岩心夹持器内被注入高压气体，使得页岩岩心模拟实现储层状态；当系统被配置为模拟页岩现场取芯过程时，关闭第一阀门，打开第二阀门，气体流通口与回压控制器连通，回压控制器与计量装置连通，通过控制气体流通口与回压控制器的连通次数和连通时间，分多个时间段来模拟和计量从井底到井口取芯过程的第一损失气量以及从井口出筒到封罐过程的第二损失气量，通过第一损失气量和第二损失气量的加和，得到总损失气量，实现了利用测试方法计算页岩现场取芯过程中的损失气量，以克服理论推导的局限性，更加符合现场生产的实际情况，有利于指导页岩的实际开采。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统的结构示意图。

图中的附图标记分别表示：

1、高压气源；

101、气罐；

102、增压泵；

2、环压泵；

3、岩心夹持器；

301、气体流通口；

302、围压进入口；

303、传感器接入口；

4、回压控制器；

5、压力传感器；

6、计量装置；

7、第一阀门；

8、第二阀门；

9、压力表；

10、第三阀门；

11、抽真空装置；

12、第四阀门。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例提供了一种页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统，其结构示意图如图1所示，包括：高压气源1、环压泵2、岩心夹持器3、回压控制器4、压力传感器5和计量装置6。

其中，岩心夹持器3夹持页岩岩心；

岩心夹持器3开设有气体流通口301、围压进入口302和传感器接入口303，压力传感器5插入传感器接入口303，环压泵2与围压进入口302连通；

高压气源1与气体流通口301之间配置有第一阀门7；

气体流通口301与回压控制器4之间配置有第二阀门8，回压控制器4与计量装置6连通。

因此，本实用新型实施例的页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统利用高压气源1、环压泵2、岩心夹持器3、回压控制器4、压力传感器5和计量装置6，实现当系统被配置为模拟页岩储层环境时，打开第一阀门7，高压气源1与气体流通口301连通，岩心夹持器3内被注入高压气体，使得页岩岩心模拟实现储层状态；当系统被配置为模拟页岩现场取芯过程时，关闭第一阀门7，打开第二阀门8，气体流通口301与回压控制器4连通，回压控制器4与计量装置6连通，通过控制气体流通口301与回压控制器4的连通次数和连通时间，分多个时间段来模拟和计量从井底到井口取芯过程的第一损失气量以及从井口出筒到封罐过程的第二损失气量，通过第一损失气量和第二损失气量的加和，得到总损失气量，实现了利用测试方法计算页岩现场取芯过程中的损失气量，以克服理论推导的局限性，更加符合现场生产的实际情况，有利于指导页岩的实际开采。

需要说明的是，根据SY/T 6940-2013《页岩含气量测定方法》中的规定，损失气量的定义是指一定质量页岩样品从井底开始解吸到封罐之前所解吸出的气体体积，因此，损失气量包括从井底到井口取芯过程中的第一损失气量和从井口出筒到封罐过程的第二损失气量。

基于上述装置，下面对本实用新型实施例的岩心现场取芯过程中损失气量模拟系统进行详细地说明，具体如下：

对于岩心夹持器3而言，岩心夹持器3是本系统的关键部件，可以通过夹持页岩岩心，为页岩岩心提供一个封闭的空间。

具体地，岩心夹持器3可以为上端开口下端封闭的筒体，并设置有盖帽，盖帽可以盖设在筒体的上端，页岩岩心可以通过上端放置到岩心夹持器3内，在页岩岩心放置好后，可以将盖帽盖设到开口端，对岩心夹持器3进行密封，使得页岩岩心处于一个封闭的空间内。

需要说明的是，气体流通口301和传感器接入口303开设在盖帽上，围压进入口302开设在筒体的筒壁上，如图1所示。

本领域技术人员可以理解的是，温度与压力是模拟实际储层状态的基本参数。

本实用新型实施例中，可以利用压力传感器5监测确定页岩岩心压力的取值；岩心夹持器3可以为温控岩心夹持器，岩心夹持器3可以自行加热，且在其外壁上可以直接显示所夹持的页岩岩心的温度，确定页岩岩心的温度取值。

对于高压气源1而言，高压气源1为岩心夹持器3内的页岩岩心提供气源，使得页岩岩心可以模拟处于储层环境中。

具体地，高压气源1包括：气罐101和增压泵102，气罐101与增压泵102连通，增压泵102在系统被配置为模拟页岩储层环境时与气体流通口301连通。

如此设置，通过气罐101提供气体并通入到增压泵102中进入增压，使得增压后的气体可以通过气体流通口301注入到岩心夹持器3中。

需要说明的是，由于页岩气的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外还含有硫化氢、二氧化碳、氮、水气以及微量的惰性气体，如氦和氩等.因此，在本实用新型实施例中，气罐101内可以填充纯甲烷，也就是说，经过增压泵102增压的纯甲烷气体可以通过气体流通口301注入到岩心夹持器3中，并封存到页岩岩心中。

进一步地，为了便于系统切换连接关系，在结构设置上，一方面，高压气源1与气体流通口301之间配置有第一阀门7。

具体地，第一阀门7设置在增压泵102与气体流通口301之间，如图1所示。通过设置第一阀门7，可以控制增压泵102与岩心夹持器3之间的连通性，确保只有在系统被配置为模拟页岩储层环境时，第一阀门7处于开启状态，增压泵102才与岩心夹持器3的气体流通口301连通。

另一方面，气体流通口301与回压控制器4之间配置有第二阀门8，如图1所示。通过设置第二阀门8，可以控制岩心夹持器3与回压控制器4之间的连通性，确保在系统被配置为模拟页岩储层环境时，第二阀门8处于关闭状态，气体不会通过第二阀门8进入到回压控制器4中；在系统被配置为模拟页岩现场取芯过程时，第二阀门8处于打开状态，气体可以通过第二阀门8进入到回压控制器4中，进而进入到计量装置6中，计量得到损失气量。

更进一步地，为了便于观察气体的压力值，在结构设置上，系统还包括：压力表9，压力表9设置在第二阀门8与回压控制器4之间，如图1所示。

如此设置，使得第二阀门8打开，气体流通口301与回压控制器4连通时，便于操作人员监测不同时间段流过的气体的压力，确保在每个时间段内气体的压力在稳定后，再改变环压泵2与回压控制器4上设定的压力值，进入到下一个时间段的模拟过程。

相对应地，系统还包括：第三阀门10，第三阀门10设置在回压控制器4与计量装置6之间。

通过设置第三阀门10，可以控制回压控制器4与计量装置6之间的连通性，使得系统在不同时间段内通过改变环压泵2和回压控制器4上设定的压力值进行模拟时，第三阀门10处于关闭状态，可以避免气体通过回压控制器4进入到计量装置6内，影响损失气量的计量结果。

基于上述，为了便于系统被配置为模拟页岩储层环境，系统还包括：抽真空装置11，抽真空装置11在系统被配置为页岩储层环境之前与气体流通口301连通。

具体地，抽真空装置11包括真空泵，抽真空装置11可以将岩心夹持器3夹持的页岩岩心中的空气全部抽出，使得页岩岩心处于低真空状态，便于系统被配置为模拟页岩储层环境时，高压气体可以填充到页岩岩心的孔隙中，达到储层环境的配置。

相对应地，系统还包括：第四阀门12，第四阀门12设置在抽真空装置11与气体流通口301之间。

通过设置第四阀门12，可以实现在第四阀门12开启时，抽真空装置11与气体流通口301连通，实现对岩心夹持器3内页岩岩心的抽真空；在系统被配置为模拟页岩储层环境或模拟页岩现场取芯过程时，第四阀门12关闭，抽真空装置11与气体流通口301不连通，确保损失气量计量的准确性。

本领域技术人员可以理解的是，系统内的各个部件之间通过管线连接，为了确保损失气量计量的准确性，在连接上，可以按照如图1所示的连接方式进行连接，且保证各个部件之间连接的管线长度足够短，尽可能地减少装置流程中的死体积。

在实际的使用过程中，按照以下几步对本实用新型的页岩现场取芯过程中损失气量模拟系统进行操作：

首先，将页岩岩心放入到岩心夹持器3中，调整环压泵2的压力为储层压力，关闭第一阀门7、第二阀门8和第三阀门10，开启第四阀门12和抽真空装置11，对页岩岩心进行抽真空处理；

其次，将温控岩心夹持器调整到储层温度，关闭第四阀门12、第二阀门8和第三阀门10，打开第一阀门7，通过增压泵102向岩心夹持器3中充入纯甲烷气体，当压力传感器5上的读数恒定在储层压力取值时，停止注入；

再次，关闭第一阀门7、第四阀门12和第三阀门10，打开第二阀门8，分多个时间段，调整环压泵2和回压控制器4的压力和温控岩心夹持器的温度，并每个时间段都维持一段时间后再打开第三阀门10，利用计量装置6分别计量得到每个时间段的第一损失气量；

最后，管壁第一阀门7和第四阀门12，打开第二阀,8和第三阀门10，调整温控岩心夹持器的温度到井口温度、环压泵压力和回压控制器4的压力为大气压，利用计量装置6计量流过的第二损失气量。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。