一种置换及吸附解析模拟测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于CO2开发页岩气技术领域，特别涉及一种置换及吸附解析模拟测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]作为一种新的页岩气开发技术--C02置换页岩气，是目前世界上页岩气开发研究热点之一。CO2置换页岩气主要是利用CO2与页岩的吸附强度高于CH4，CO2能置换吸附在页岩上的CH4，在提高产量和生产速率的同时，不会使页岩层产生粘土膨胀、水锁等效应，实现CO2部分埋存，在技术上和经济上均具有较大优势，将成为未来页岩气高效开发的新技术。
[0003]然而，目前关于CO2置换甲烷的测试研究大多是针对煤岩的，针对页岩的研究很少，对于专门模拟测试CO2置换页岩气的系统与设备，现在市场上还没有成熟的产品销售。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种置换及吸附解析模拟测试系统及方法，可以模拟并测试不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果。同时还可以利用该实验装置进行页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0006]—种置换及吸附解析模拟测试系统，包括第一气瓶I和第二气瓶7，所述第一气瓶I和第二气瓶7的出口均连接至岩心室24的输入端，并在连接管路上设置有第一标定管14、第一真空栗17和第一活塞容器19，岩心室24的输出端连接至气体样品收集器43，并在连接管路上设置有第二真空栗30、第二标定管32和回压控制系统44，其中:
[0007]所述第一气瓶I依次连接第一阀2、第一过滤器3、第一流量计4、第二阀5和第一单向阀6，第一单向阀6的出口连接第五阀13和第六阀15。
[0008]所述第二气瓶7依次连接第二阀8、第二过滤器9、第二流量计10、第四阀11和第二单向阀12，第二单向阀12的出口连接第五阀13和第六阀15。
[0009]所述第一标定管14用于标定第一活塞容器19的体积，以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积，第一标定管14的入口连接第一单向阀6和第二单向阀12的出口，且在连接管路上设置有第五阀13，出口连接第六阀15。
[0010]所述第一真空栗17连接至第一活塞容器19且连接管路上设置有第七阀16和第一压力传感器18。
[0011]所述第一活塞容器19位于油浴装置20中并连接有第一注入栗21，第一活塞容器19连接在第六阀15与第八阀22之间，且连接管路上设置有第一压力传感器18。
[0012]所述岩心室24位于恒温箱25内，连接有围压栗26，岩心室24的输入端依次连接第二压力传感器23和第八阀22，输出端依次连接第三压力传感器27和第九阀28。
[0013]所述第二真空栗30连接至岩心室24的出口且连接管路上依次连接有第十阀29、第九阀28和第三压力传感器27。
[0014]所述第二标定管32用于标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积，第二标定管32连接于第九阀28与回压阀33之间且连接管路上设置有第十一阀31。
[0015]所述回压控制系统44包括回压阀33、第二活塞容器36、第二注入栗37和第三气瓶40。所述第三气瓶40，依次连接第十四阀39、第三流量计38、第十三阀35、第二活塞容器36和第二注入栗37，第十三阀35连接回压阀33且连接管路上设置有第十二阀34。
[0016]所述气体样品收集器43依次连接第四流量计42、第十五阀41和回压阀33。
[0017]本发明装置中所有连接管路均采用316L管路，以防CO2对管路的酸性腐蚀;且连接第二阀5和第四阀11到气体样品收集器43之间的所有管路，用保温材料缠绕包裹。
[0018]本发明还提供了基于所述测试系统的CO2置换页岩气及页岩对页岩气或CO2吸附解析模拟测试方法，其中，CO2置换页岩气模拟测试方法包括如下步骤:
[0019]步骤I，按照图1的实验装置图组装实验设备，对恒温箱25和油浴装置20设定实验温度。
[0020]步骤2，检测实验装置密封性。
[0021]步骤3，标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积。
[0022 ]步骤4，标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积。
[0023]步骤5，对装置进行抽真空，设置回压阀33的压力。
[0024]步骤6，向页岩岩心中注入CH4气体至饱和。
[0025]步骤7，对装置进行抽真空，注CO2置换CH4。
[0026]步骤8，收集气体样品，处理实验数据。
[0027]步骤9，改变实验设定的温度、压力，重复以上步骤，可以得到压力一采气量之间的关系、温度一采气量之间的关系等，从而研究不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果。
[0028]页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，包括如下步骤:
[0029]步骤I，按照图1的实验装置图组装实验设备，对恒温箱25和油浴装置20设定实验温度。
[0030]步骤2，检测实验装置密封性。
[0031]步骤3，标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积。
[0032]步骤4，标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积。
[0033]步骤5，对装置进行抽真空，设置回压阀33的压力。
[0034]步骤6，向页岩岩心注入CH4/C02至饱和。
[0035]步骤7，降压解析，处理实验数据。
[0036]步骤8，改变实验设定的温度、压力，重复以上步骤，可得到时间一吸附量/解析量之间的关系，压力一吸附量/解析量之间的关系，温度一吸附量/解析量之间的关系等，从而研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。
[0037]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0038](I)本发明专用于模拟并测试不同状态的CO2在不同温度、压力条件下对页岩气的置换效果。同时还可以利用该实验装置进行页岩岩心对页岩气或CO2的吸附、解析实验，研究页岩岩心在不同温度、压力条件下的气体吸附、解析规律。另外，还可以利用该实验装置模拟CO2压裂或CO2吞吐实验。
[0039](2)第一注入栗22和第二注入栗37，不仅可以为系统管路起到增压的作用，还可以根据需要，选择适当规格型号，设定排量，调节栗的流量。
[0040](3)本发明减小测量误差的方法:一是采用适当内径的管线;二是采用标定管标定体积，第一标定管14用于标定第一活塞容器19的体积以及从第二阀5和第四阀11至第八阀22之间的管路体积，第二标定管32用于标定从第九阀28至第十五阀41之间的管路体积，可以有效减小测量的误差。
[0041](4)本发明的恒温箱25和围压栗26可以根据需要控制岩心室24的温度和压力，模拟地层某个深度的温度和压力条件。
[0042](5)本发明采用围压栗26控制岩心室24内岩心围压。实验中此围压应始终大于驱替压力。防止围压过低时，不能有效模拟真实的驱替置换过程。
[0043](6)本发明的气体样品收集器43可以方便定时定量收集气体样品，再利用色谱分析仪分析气体样品的成分及比例。
[0044](7)本发明装置中所有连接管路均采用316L管路，以防CO2对管路的酸性腐蚀;且连接第二阀5和第四阀11到气体样品收集器43之间的所有管路，用保温材料缠绕包裹，便于防止热量传递、散失等引起的测试误差。
【附图说明】
[0045]图1是本发明结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0047]如图1所示，本发明模拟测试系统，包括第一气瓶I和第二气瓶7，其出口均连接至岩心室24的输入端，并在连接管路上设置有第一标定管14、第一真空栗17和第一活塞容器19，岩心室24的输出端连接至气体样品收集器43，并在连接管路上设置有第二真空栗30、第二标定管32和回压控制系统44，其中:
[0048]第一气瓶I能够根据需要灵活选择气瓶接入数量，存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，便于稳定地存储与输出甲烷。第一气瓶I依次连接第一阀2、第一过滤器3、第一流量计
4、第二阀5和第一单向阀6。第一过滤器3的作用是除去原始甲烷气体中混杂的水蒸气等杂质，提纯获得高纯度甲烷气体。第一单向阀6可以防止流体倒流，其出口连接第五阀13和第六阀15。
[0049]第二气瓶7能够根据需要灵活选择气瓶接入数量，存放时应将气瓶瓶口向下倾斜存放，便