一种模拟地下储气库垫层气的实验装置及方法与流程

本发明涉及一种模拟地下储气库垫层气的实验装置及方法，属于储气库工程技术领域。

背景技术

地下储气库是大量储存天然气的主要手段。目前，国内外油田普遍将惰性气体先注入地下，作为地下储气库的垫层气，从而防止天然气注入地下后发生的逸散流失。在工程实施之前，储气库项目需要在实验室内进行相关的地层垫层气模拟实验，研究地层真实生产状况下，不同压力温度条件以及不同深度注入条件，垫层气与工作气混合程度与浓度分布，从而对比不同垫层气的混气效果与储能效果。

一般选用的实验设备需要满足一下几点要求：1、可以承受地层高温高压的状态；2、容器中须有砂砾填充以模拟真实地层的情况；3、可以实时监测容器内压力温度变化；4、可以检测容器中不同深度的气体浓度变化；5、可以模拟在不同深度地层进行循环注采的要求。

目前，市面上针对储气库模拟实验装置较多采用常规的石油与天然气工程领域的装置与设备，例如填砂管等设备，类似的设备只适合研究气体间的驱替现象，无法研究气体之间的静置混气现象及浓度分层的变化，不能满足储气库领域的研究需要。

技术实现要素：

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种远程监控和自动测量饱和度变化的厚层模型驱替装置及方法，本发明可以满足储气库领域垫层气实验的大部分需要，可以研究不同垫层气在不同压力、温度、注入速度下，与工作气的混合状况与浓度分布。实验结果可以通过气相色谱仪准确研究气体的浓度分布，也可以通过观察窗直接观察到气体的混气过程。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种模拟地下储气库垫层气的实验装置，包括工作气瓶、垫层气瓶、工作气增压泵、垫层气增压泵、工作气中间容器、垫层气中间容器、恒温箱、混气容器、活塞中间容器、回压泵、气相色谱仪；

所述混气容器上端设有工作气入口，下端设有垫层气入口，侧面设有出口；

所述工作气瓶、工作气增压泵、工作气中间容器、混气容器的工作气入口依次通过管路连接相通，所述垫层气瓶、垫层气增压泵、垫层气中间容器、混气容器的垫层气入口依次连接通过管路连接相通；

所述活塞中间容器左端与混气容器的出口通过管路连接相通，所述回压泵连接在活塞中间容器的右端上，所述气相色谱仪连接在活塞中间容器的上端上；

所述工作气瓶与工作气增压泵之间、工作气增压泵与工作气中间容器之间、垫层气瓶与垫层气增压泵之间、垫层气增压泵与垫层气中间容器之间、回压泵与活塞中间容器之间均设有压力表，所述气相色谱仪与活塞中间容器之间设有流量计；

所述混气容器、活塞中间容器安装在恒温箱内。

进一步的实施方案是，所述混气容器包括混气筒体和安装在混气筒体的旋盖，所述混气筒体从上到下依次设有上筛网、上砂砾层、中筛网、下砂砾层、下筛网。

进一步的实施方案是，所述混气筒体上设有耐高压玻璃观察窗口。

进一步的实施方案是，所述出口包括上出口、中出口、下出口。

进一步的实施方案是，所述工作气增压泵与工作气中间容器之间、垫层气增压泵与垫层气中间容器之间还均设有单向阀。

进一步的实施方案是，所述气相色谱仪与流量计之间设有气体缓冲容器。

进一步的实施方案是，所述回压泵与活塞中间容器之间还设有回压缓冲容器。

进一步的实施方案是，所述恒温箱上设有温度传感器。

一种模拟地下储气库垫层气的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实验所选地层参数，对混气容器进行填砂，并选择合适的气体与染色剂；

步骤2、连接容器、气瓶，检查气密性，气相色谱仪开机，恒温箱调整至实验温度；

步骤3、分别调节工作气增压泵、垫层气增压泵压力，将垫层气与工作气注入混气容器内，静置若干时间，从耐高压玻璃观察窗观测气体的混气现象并记录；

步骤4、打开回压泵，根据要求采气速度调整回压泵压力，分别从混气容器的上出气阀门取少量气体样品，记录气体流量计数据与气相色谱仪数据；

步骤5、重复上述操作，分别从混气容器的中、下出气阀门取样进行实验。

发明的有益效果是：1、本实验装置在混气容器侧面上中下设有三个出气阀门，可以测试容器不同深度气体浓度的变化；2、容器内部阀门处设有筛网，分段填砂，防止气体取样时把容器内砂砾一同带出，堵塞阀门；3、混气容器取样阀门外设置取样中间容器，内置活塞，可以连接回压泵，从而控制取样速度，防止取样气体速度过快导致实验不准；4、通过本装置，可直接从混气容器的上中下三个位置取气体样品，通入气相色谱仪中进行检测；5、在中间容器中可放置气体染色剂，从而可以通过混气容器上的观测窗，直观观测到气体的分布与混合的过程；6、混气容器上盖可以打开，可根据不同条件重新填砂，进行多次实验。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例中混气容器的结构示意图。

图中所示：1-工作气瓶、2-垫层气瓶、3-工作气增压泵、4-垫层气增压泵、5-工作气中间容器、6-垫层气中间容器、7-恒温箱、8-混气容器、81-工作气入口、82-垫层气入口、83-出口、84-混气筒体、85-旋盖、86-上筛网、87-中筛网、88-下筛网、9-活塞中间容器、10-回压泵、11-气相色谱仪、12-压力表、13-流量计、14-单向阀、15-气体缓冲容器、16-回压缓冲容器、17-耐高压玻璃观察窗、18-温度传感器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种模拟地下储气库垫层气的实验装置，包括工作气瓶1、垫层气瓶2、工作气增压泵3、垫层气增压泵4、工作气中间容器5、垫层气中间容器6、恒温箱7、混气容器8、活塞中间容器9、回压泵10、气相色谱仪11；所述混气容器8上端设有工作气入口81，下端设有垫层气入口82，侧面设有出口83；所述工作气瓶1、工作气增压泵3、工作气中间容器5、混气容器8的工作气入口81依次通过管路连接相通，所述垫层气瓶2、垫层气增压泵4、垫层气中间容器6、混气容器8的垫层气入口82依次连接通过管路连接相通；所述活塞中间容器9左端与混气容器8的出口83通过管路连接相通，所述回压泵10连接在活塞中间容器9的右端上，所述气相色谱仪11连接在活塞中间容器9的上端上；所述工作气瓶1与工作气增压泵3之间、工作气增压泵3与工作气中间容器5之间、垫层气瓶2与垫层气增压泵4之间、垫层气增压泵4与垫层气中间容器6之间、回压泵10与活塞中间容器9之间均设有压力表12，所述气相色谱仪11与活塞中间容器9之间设有流量计13；所述混气容器8、活塞中间容器9安装在恒温箱7内。

本发明可以满足储气库领域垫层气实验的大部分需要，可以研究不同垫层气在不同压力、温度、注入速度下，与工作气的混合状况与浓度分布。实验结果可以通过气相色谱仪准确研究气体的浓度分布，也可以通过观察窗直接观察到气体的混气过程。

如图2所示，本实施例中混气容器8的具体结构为：所述混气容器8包括混气筒体84和安装在混气筒体84的旋盖85，所述混气筒体84从上到下依次设有上筛网86、上砂砾层、中筛网87、下砂砾层、下筛网88。

为了便于观察工作气和垫层气在混合容器8中的混合过程，优选的实施方式是，所述混气筒体84上设有耐高压玻璃观察窗17。

可以测试容器不同深度气体浓度的变化，优选的实施方式，所述出口83包括上出口、中出口、下出口，所述上出口、中出口、下出口上均设有出气阀门，用出气阀门控制各个出口的出气。

为了避免气体回流，优选的实施方式是，所述工作气增压泵3与工作气中间容器5之间、垫层气增压泵4与垫层气中间容器6之间还均设有单向阀14。

本实施例中，所述气相色谱仪11与流量计13之间设有气体缓冲容器15，所述回压泵10与活塞中间容器9之间还设有回压缓冲容器16，所述恒温箱7上设有温度传感器18。

一种模拟地下储气库垫层气的实验方法，包括以下步骤：

步骤1、根据实验所选地层参数，对混气容器8进行填砂，并选择合适的气体与染色剂；

步骤2、连接容器、气瓶，检查气密性，气相色谱仪11开机，恒温箱7调整至实验温度；

步骤3、分别调节工作气增压泵3、垫层气增压泵4压力，将垫层气与工作气注入混气容器8内，静置若干时间，从耐高压玻璃观察窗17观测气体的混气现象并记录；

步骤4、打开回压泵10，根据要求采气速度调整回压泵压力，分别从混气容器的上出气阀门取少量气体样品，记录气体流量计数据与气相色谱仪数据；

步骤5、重复上述操作，分别从混气容器8的中、下出气阀门取样进行实验。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。