注CO2提高浅层气采收率的测试模拟装置的制作方法

本实用新型涉及矿业工程利用模拟实验的技术领域，具体涉及到一种注CO2提高浅层气采收率的测试模拟装置。

背景技术：

目前，我国煤层气资源丰富，但受控于我国复杂的地质条件，储层渗透率普遍较低。浅层气是指埋藏深度比较浅（一般在1500m以内）、储量比较小的各类天然气资源。主要包括生物气、油型气、煤层甲烷气、水溶气等。

浅层气具有以下特点：（1）埋藏浅，成因复杂。浅层气最主要的特点就是埋藏浅，一般从地表以下20m到1500m的各类地层均有分布，而又相对集中在第四系和第三系。个别地区存在于石炭一二叠系，更老的地层因受储盖层条件的限制而分布较少。从气源条件来看，既有生物气，又有煤成气、油型气、水溶气，甚至还有生物降解气和低成熟气等。从分布的地层来看，第四系以生物气为主，第三系以油型气为主，石炭一二叠系含煤地层以煤层气为主。

（2）储量小，丰度低。虽然浅层气类型较多，分布较广，资源量较大，但由于受成藏条件的限制，单个气藏的储量都不大，而且随气藏埋深的减小储量也随之减少。从地质条件来看，埋藏0～150m内的地层不具备形成大气藏的条件，只能形成一些小气包，但可能在平面上大面积展布，单个气藏的储量从几万到百万立方米，只有埋深逾500m的地层在生储盖条件较为优越时才能形成较大规模的气藏。

（3）类型多，分布广。与常规气藏一样，浅层气藏的类型也是多种多样的，除构造圈闭气藏外，还有断层遮挡圈闭气藏、岩性圈闭气藏、水溶性气藏等各种复杂类型的气藏。与常规气藏不同的是，浅层气藏的分布不受含油气区的控制，只与气源条件相关。由于我国有众多的中新生代沉积盆地，浅层气源广泛，因此，浅层气藏的分布范围也很广泛。这为浅层气的勘探开发提供了广阔的前景。

因此，在进行浅层气开采时，需要对开采的方式进行模拟实验。目前对于浅层气井利用二氧化碳驱替浅层气的物理模拟试件制作取得了很多成果，但是其制作方法还存在很多不足，不能准确反映原始含气地层条件。因此，需要设计这样一种更为合理的浅层气二氧化碳驱替的模拟方法，以便于模拟结果更接近实际情况。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种注CO2提高浅层气采收率的测试模拟装置。

为达上述目的，本实用新型的一个实施例中提供了一种注CO2提高浅层气采收率的测试模拟装置，其特征在于，包括：

配置有电磁阀的进网总管和出网总管；

模拟系统，用于在测试模拟装置中模拟形成含有浅层气的地层；模拟系统包括带有温控系统并耐高压的试验箱以及安装在试验箱内的样品热缩管；试验箱上配置有压力安全阀以及分别与样品热缩管两端连接的进入总管和放空管；进入总管上安装有进入总管阀门，放空管上安装有放空阀；进入总管通过第一支管接入进网总管，并在第一支管上配置有电磁阀和压力传感器；放空管通过放空支管接入出网总管，并在放空支管上配置有电磁阀和压力传感器；放空支管还通过一根侧管接入真空泵，该侧管上也配置有电磁阀；放空支管上还配置有气相色谱仪；

试验箱内设置有温度传感器和压力传感器，进入总管上配置有流量传感器；模拟系统配置有稳压气泵，稳压气泵的端口与试验箱连通维持样品热缩管的围压；

试验气注入系统，用于经过进网总管向试验箱的样品热缩管内注入试验气体；试验气注入系统包括配置有二氧化碳支管的二氧化碳高压气瓶、配置有氮气支管的氮气高压气瓶和配置有甲烷支管的甲烷高压气瓶；二氧化碳支管、氮气支管和甲烷支管均配置有气压增压机和电磁阀，并接入进网总管；

排放气处理系统，包括与出网总管连接并配置有电磁阀和流量传感器的排放气支管，排放气支管依次接入二氧化碳吸收装置和甲烷处理装置。

作为本实用新型的优化方案之一，还包括管理系统，管理系统包括集成在控制中心的中央处理器、显示器、输入设备以及报警器；中央处理器与电磁阀、压力传感器、温度传感器、稳压气泵、气体增压机通信连接并控制其工作状态。

作为本实用新型的优化方案之一，二氧化碳支管、氮气支管和甲烷支管上均配置有气压表。

作为本实用新型的优化方案之一，气压增压机通过一个三通阀接入二氧化碳支管、氮气支管和甲烷支管。

作为本实用新型的优化方案之一，二氧化碳吸收装置包括至少两级碱液箱，排放气支管排出的气体依次进入两级碱液箱。

作为本实用新型的优化方案之一，出网总管通过法兰与排放气支管连接。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

本实用新型通过在试验箱内模拟形成含有浅层气的地层，并通过稳压气泵保持试验箱内样品热缩管合适的围压，试验箱内可以根据需要控制试验所需的温度和压力，借助试验气注入系统的配合来进行模拟实验，可以有效的模拟注入二氧化碳驱替地表层中的浅层气的作用以及效果，为项目施工提供有价值的参考，避免出现施工不合理或者资源利用效果低的问题出现。

本实用新型的装置便于模拟结果更接近实际情况，为更深入研究煤层气的高效利用提供支持。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

其中，1、进网总管；2、出网总管；3、试验箱；4、进入总管；5、放空管；6、压力安全阀；7、总管阀门；8、第一支管；9、压力传感器；10、侧管；11、真空泵；12、稳压气泵；13、二氧化碳高压气瓶；14、氮气高压气瓶；15、甲烷高压气瓶；16、二氧化碳支管；17、氮气支管；18、甲烷支管；19、气压增压机；20、样品热缩管；21、气相色谱仪；22、二氧化碳吸收装置；23、甲烷处理装置；24、排放气支管。

具体实施方式

本实用新型提供了一种注CO2提高浅层气采收率的测试模拟装置，包括配置有电磁阀的进网总管1和出网总管2。进网总管1和出网总管2是本装置各个系统相互连接的主要管道，其上配置的电磁阀可以用于在需要的时候关闭相应管路。

模拟系统用于在测试模拟装置中模拟形成含有浅层气的地层。模拟系统包括带有温控系统并耐高压的试验箱3以及安装在试验箱3内的样品热缩管20。试验箱上配置有压力安全阀6以及分别与样品热缩管两端连接的进入总管4和放空管5，进入总管4上安装有进入总管阀门7。试验箱自带温度控制装置，可以控制内部的温度，并可以承受较大的压强。

放空管上安装有放空阀，放空阀用于在实验前通入氮气排出空气或者在其它需要排除试验箱内部气体或者降低气压时使用。压力安全阀用于监控试验箱内的压力，避免因操作失误导致压力失常。放空支管上还配置有气相色谱仪21，可以实时监控样品热缩管内排出的气体成分。

进入总管通过第一支管8接入进网总管，并在第一支管8上配置有电磁阀和压力传感器9。放空管5通过放空支管接入出网总管2，并在放空支管上配置有电磁阀和压力传感器。放空支管还通过一根侧管10接入真空泵11，该侧管上也配置有电磁阀。

试验箱内设置有温度传感器和压力传感器，进入总管上配置有流量传感器；模拟系统配置有稳压气泵12，稳压气泵的端口与试验箱连通维持样品热缩管20的围压。稳压气泵可以向试验箱内通入高压气体，使其内部形成高压，进而使得试验箱内部页岩层的环境与在地底时保持一致。

试验气注入系统用于经过进网总管向试验箱内注入试验气体。试验气注入系统包括配置有二氧化碳支管16的二氧化碳高压气瓶13、配置有氮气支管17的氮气高压气瓶14和配置有甲烷支管18的甲烷高压气瓶15。二氧化碳支管、氮气支管和甲烷支管均配置有气压增压机19和电磁阀，并接入进网总管。因此，在需要通入某种试验气体时，可以关闭其他试验气体支管上的电磁阀，让所需气体增压或者不增压的情况下直接进入试验箱内。试验箱内预先放置有地底岩石结构相似的岩土。

排放气处理系统包括与出网总管连接并配置有电磁阀和流量传感器的排放气支管24，优选出网总管通过法兰与排放气支管连接。排放气支管依次接入二氧化碳吸收装置22和甲烷处理装置23。排放气处理系统主要用于处理排放出的温室气体，避免对环境产生不利影响。

本实用新型还包括管理系统，管理系统包括集成在控制中心的中央处理器、显示器、输入设备以及报警器。中央处理器与电磁阀、压力传感器、温度传感器、稳压气泵、气体增压机通信连接并控制其工作状态。

本实用新型的一个优化实施例之一中，气压增压机通过一个三通阀接入二氧化碳支管、氮气支管和甲烷支管。二氧化碳支管、氮气支管和甲烷支管上均配置有气压表，可以随时观察到气压瓶中的压力。

本实用新型的一个优化实施例之一中，二氧化碳吸收装置包括至少两级碱液箱，排放气支管排出的气体依次进入两级碱液箱。

利用本实用新型进行实验测试的步骤如下：

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：(1)将装置按照图l所示连接起来，将氮气高压气瓶与进网总管连通；(2)将实验样品装入试验箱内，然后将试验箱密闭，保证围压稳定；(3)将实验中相关的电磁阀或者其他类型阀关闭，同时打开氮气高压气瓶，使注入压力达到lMPa；(4)注入一段引间后，关闭氮气高压气瓶，使整个装置系统稳

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；(5)将放空阀打开，开启真空泵将气体释放掉。

二、注入甲烷模拟样品内分散煤层气：

关闭相应的阀门，打开甲烷高压气瓶向试验箱的样品热缩管内注入一定量的甲烷气，在注入之前样品热缩管内已经填充有样品，使甲烷气体贮存在岩土层介质中，然后静置一段时间后，甲烷气体处于游离状态，分布在样品的孔隙中；并检测样品热缩管和试验箱的压力值，通过稳压气泵让围压维持在实验的设计压力上，同时调节温度控制器，使得试验箱内的温度也达到所需温度。同时通过调节甲烷气体的注入压力和注入量使热缩管内的压力达到实验所需的压力并保持恒定；当试验箱的压力不再变化时注入过程结束。

三、二氧化碳驱替甲烷模拟过程：

当甲烷气体在岩土层介质样品表面和孔隙中分散形成模拟系统后，注入二氧化碳，将甲烷从多孔介质中驱替出来，而后通过稳定驱替过程，实现二氧化碳完全驱替甲烷过程。具体实验过程如下：清空排放气处理系统中的气体；打开二氧化碳高压气瓶的阀门，注入压力保持稳定；用气相色谱仪检测产出气体的组分变化，启动管理系统的控制软件自动采集工作时间、压力、温度等相关数据；当气相色谱仪的分析结果达到实验设计的数值时，关闭二氧化碳高压气瓶。

四、排放气处理系统

通过排放气处理系统，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。将二氧化碳高压气瓶打开使其注入压力保持稳定，驱替数个小时。当无甲烷流出后，将二氧化碳高压气瓶关闭。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；计算驱替过程中二氧化碳的使用量。

五、试验系统清理

试验结束后，打开真空泵以及进入总管上的阀门，同时关闭出网总管和注入系统上的阀门，将样品热缩管内的气体慢慢泄放；同时，打开安全阀让试验箱内的压力缓慢释放。最后解除气路连接，冷却降温取出样品。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。