一种水溶气藏开发模拟实验系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油天然气开采的物理实验设备领域，具体涉及一种水溶气藏开发模 拟实验系统及方法。
【背景技术】
[0002] 水溶性天然气属于非常规能源，在全世界广泛分布且储量巨大，这是一种非常重 要的、比全世界已探明石油天然气资源量大得多的潜在天然气资源。早在20世纪中叶，国 外就有关于水溶气的研宄，早期的学者主要开展了测定烃类气体在水中的溶解度及其溶解 机理的探索，日本首先正式提出水溶气是一种新的非常规天然气资源。目前关于水溶气的 溶解度特征与溶解机理、水溶气的运移模拟实验、水溶气运移的地球化学指标以及水溶气 聚集成藏的控制因素等国内学者都做了大量的工作。而关于水溶气的开发方式的研宄很 少，对于水溶天然气，通常采用降压法开采，那么研宄压力的变化、地层水特性以及地层水 中的天然气溶解度对水溶气开发效果有何影响是十分有必要的。
[0003] 目前，针对水溶气的实验系统只是测定不同压力温度下天然气在水中的溶解度， 没有实验系统能真实的模拟地层条件下水溶气开发过程。鉴于以上问题，本文介绍了一套 多功能水溶气开发模拟实验系统，以及该系统的使用方法。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种水溶气藏开发模拟实验系统及方 法，用于研宄水溶气的溶解度与温度、压力之间的关系以及降压法开发水溶气情况下压力 对天然气产量的影响作用。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用下述方案：
[0006] 一种水溶气藏开发模拟实验系统及方法：模拟系统共分为四部分：地层水与甲烷 溶解系统，含气地层水中甲烷溶解度测定系统，水溶气开采模拟实验系统以及温度控制系 统；
[0007] 水溶气开发模拟实验方法，包括五个部分：包括实验前准备、地层水和甲烷气的溶 解过程、含气地层水中甲烷溶解度的测定、填砂管含气地层水饱和过程、水溶气的降压开发 模拟过程。
[0008] 进一步的，所述地层水与甲烷溶解系统具体包括：前平流泵、溶解室、含地层水的 中间容器、甲烷储集容器以及相应的控制阀门。
[0009] 进一步的，所述含气地层水中甲烷溶解度测定部分由冷凝器、量水筒、气量计以及 相应的控制阀门组成。
[0010] 进一步的，所述水溶气开采模拟实验部分由溶解室、后平流泵、含甲烷中间容器、 填砂管、储气罐以及相应的控制阀门组成。
[0011] 进一步的，所述实验前准备具体为：按比例混合沙子，充填进填砂管，的填砂模型。 测量填砂管中模型的渗透率和孔隙度。安装装置并将地层水、高压甲烷分别注入相应容器 中，关闭各个控制阀门。
[0012] 进一步的，所述地层水和甲烷气的溶解过程具体为：先后往溶解室中注入地层水 和甲烷气，并模拟地层高温环境，对溶解室进行加温加压，保持并静置6-10h，使甲烷气与地 层水洛解平衡。
[0013] 进一步的，所述含气地层水中甲烷溶解度的测定具体为：启动上平流泵，往溶解室 中加入煤油并排出部分含气地层水，对含气地层水进行冷却降温，使气液分离，分别测得气 液体积，进而计算得出含气地层水中的甲烷含量。
[0014] 进一步的，所述填砂管含气地层水饱和过程具体为：模拟地层高温环境对填沙管 进行加热，是甲烷气在高温下达到饱和，将掺有煤油的含气地下水压入填沙管，当通风橱中 有少量液体溢出时，说明填砂模型已经被含气地层水所饱和。
[0015] 进一步的，所述水溶气的降压开发模拟过程具体为：设置一系列降压值，析出部分 甲烷气至储气罐，读出相应压力值，计算出新增甲烷气体积，最终建立甲烷体积增量与压力 的关系图，分析不同压力下水溶气的产出规律。
[0016] 相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：本发明针能真实的模拟地层条件下 水溶气开发过程，实验模拟过程科学，实验模拟结果准确，为水溶气的开发创造了良好的条 件。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的水溶气藏开发模拟实验系统及方法结构示意图。
[0018] 图2a为溶解室纵向剖面图。
[0019] 图2b为溶解室横向剖面图。
[0020] 图3a为含地层水的中间容器的纵剖面图。
[0021] 图3b为含地层水的中间容器的横向剖面图。
[0022] 图4a为含甲烷中间容器纵向剖面图。
[0023] 图4b为含甲烷中间容器横向剖面图。
[0024] 注：纵向剖面图是平行于纸面的剖面，横向剖面图是垂直于纸面的剖面。
[0025] 图1中：1、平流泵，2、溶解室，3、含地层水的中间容器，4、甲烷储集容器，5、量水 筒，6、气量计，7、填砂管，8、储气罐，9、冷凝器，10、平流泵，11、含甲烷的中间容器，12、通风 橱，13、温度控制系统，14a、第一控制阀门，14b、第二控制阀门，14、第三控制阀门，14d、第四 控制阀门，14e、第五控制阀门，14f、第六控制阀门，14g、第七控制阀门，14h、第九控制阀门， 14i、第十控制阀门，14j、第^^一控制阀门，15a、第一压力表，15b、第二压力表，16a、第一压 力阀，16b、第二压力阀。
【具体实施方式】
[0026] 下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的 技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好 的技术效果。
[0027] 图1为本发明的水溶气藏开发模拟实验系统及方法结构示意图。
[0028] 如图1所示：本模拟系统共分为四部分：地层水与甲烷溶解系统，含气地层水中甲 烷溶解度测定系统，水溶气开采模拟实验系统以及温度控制系统。
[0029] 地层水与甲烷溶解系统，包括：平流泵1、溶解室2、含地层水的中间容器3、甲烷储 集容器4以及相应的控制阀门。
[0030] 平流泵1接两条管线分别为第一管线和第二管线，第一管线由第一控制阀门14a 控制，第二管线由第二控制阀门14b控制。平流泵1用煤油作为驱替介质，产生稳定的压力。
[0031] 图2a为溶解室纵向剖面图，图2b为溶解室横向剖面图。
[0032] 如图2a、图2b所示，溶解室2为内部含有活塞的圆筒状容器，活塞将溶解室2分 成上下两个腔，圆筒形溶解室2 -共设置三个入口、一个出口以及一个压力阀接口。溶解室 2上底面通过流体入口接第一管线，并有第一控制阀门14a控制开关；侧面靠下位置处设置 两个流体入口分别由第六控制阀门和第七控制阀门控制开关；下底面通过流体出口由第八 控制阀门14h控制开关。平流泵1通过管线将煤油泵入活塞上部，推动活塞向下运动，实现 对活塞下部腔室进行加压的过程。
[0033] 平流泵1通过两条管线，第一管线、第二管线分别分别接到溶解室2和含地层水的 中间容器3上，并分别由第一控制阀门14a和第二控制阀门14b控制管路的开闭。含地层 水的中间容器3下游通过耐高压管线接到溶解室2侧面靠下位置处，由第六控制阀门14f 控制管路开闭。甲烷储集容器4上方设置第三控制阀门14c，控制甲烷储集容器的开关，并 通过耐压管线连接到溶解室2的侧面靠下位置处，并设置第七控制阀门14g，第八控制阀门 14g和第三控制阀门14c共同控制管线中甲烷气体的开闭。
[0034] 溶解室2侧面下部接入两条耐压管线和一个压力表14,底部接入一条耐压管线， 分别由相应的控制阀门14f、14g和14h控制管线的开闭，压力表15a测量活塞下部腔室内 压力的值。
[0035] 图3a为含地层水的中间容器的纵剖面图，图3b为含地层水的中间容器的横向剖 面图。
[0036] 如图3所示：含地层水的中间容器3是一个内部含有活塞的圆筒状容器，活塞将中 间容器3分为上下两个腔，活塞下部腔室储存地层水，平流泵1通过管线将煤油泵入活塞上 部，推动活塞向下运动，进而将下部腔室内的地层水压入下游耐压管线内，实现往溶解室2 注入地层水的过程。
[0037] 甲烷储集容器4内储存甲烷气，第二控制阀门14b控制容器的开关。
[0038] 含气地层水中甲烷溶解度测定部分由冷凝器9、量水筒5、气量计6以及相应的控 制阀门组成。这一部分完成水容器中甲烷溶解度的测定工作。从溶解室2底部出来的耐压 管线经过第八控制阀门14h之后分成两路，其中一路连接到冷凝器9,由第九控制阀门14i 控制地层水的开闭。
[0039] 冷凝器9实现对高温高压含气地层水的快速冷凝过程，快速冷凝防止高温高压气 体快速析出过程可能会发生的爆沸现象。分离的液体留在量水筒5内，量水筒壁上有刻度， 可读出分离液体的体积。分离的气体通过气量计6测出体积。
[0040] 水溶气开采模拟实验部分由溶解室2、平流泵10、含甲烷中间容器11、填砂管7、储 气罐8以及相应的控制阀门组成。这一部分是模拟系统的主体部分。上面所述的由溶解室 2出来的耐压管线分成两路，另外一路连接到填砂管7上。平流泵10向下接到含甲烷中间 容器11上，往下通过管线接到填砂管7上，并有压力阀16b控制管线的开闭。由填砂管7 出来的耐压管线经过压力阀16a后分为两条支路：一条支路连接到储气罐8,由第四控制阀 门14d控制；另外一条支路通向通风橱12,由第五控制阀门14e控制。储气罐8上设有压 力计15b，用来检测储气罐的压力值，压力罐的容积已知。
[0041] 图4a为含甲烷中间容器纵向剖面图，图4b为含甲烷中间容器横向剖面图。
[0042] 如图4所示：含甲烷的中间容器11是一个内部含有活塞的圆筒状容器，活塞将中 间容器11分为左右两个腔，活塞右侧腔室储存甲烷气，平流泵10通过管线将煤油泵入活塞 左侧，推动活塞向右运动，进而将右侧腔室内的甲烷气压入填砂管7中，完成对填砂管7饱 和甲烷气的实验前准备。
[0043] 压力阀16a和压力阀16b用来控制和调整压力系统的压力，定压溢流，以