本发明涉及油气田开发实验领域，更具体地，涉及一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置及方法。
背景技术：
页岩气是典型的非常规天然气，产自极低孔渗、以富有机质页岩为主的储集岩系中。页岩气的形成与富集为自生自储、以游离气和吸附气为主、原位饱和富集于以页岩为主的储集岩系的微纳米级孔隙-裂缝与矿物颗粒表面。
目前页岩气以压裂开发作为主要手段，由于开发初期人工压裂裂缝附近孔缝中的页岩气被较快的开采出来，导致页岩气初产高，但后期气藏深部页岩气(游离气和解吸气)向裂缝中流动缓慢，产量递减迅速，长时间低产稳产。气藏深部基质(微纳米级孔缝)中页岩气与人工压裂裂缝间的流体传质决定了后期页岩气的开发效果，同时评价基质与人工压裂裂缝间的流体传质规律也对页岩气采取增产措施具有重要意义。
页岩气的传质方式为无滑脱渗流、存在滑脱渗流、过渡流动以及分子扩散，气体的传质方式主要受孔隙尺度影响。目前开展页岩气物理模拟多采用岩心样品开展传质实验，岩心样品包括单块基质或裂缝样品及多块基质和裂缝样品“串/并联”两种方式。单块样品方式如杨斌(西南石油大学硕士论文，2015)利用基质岩心开展低速流动实验和压裂前后扩散实验、康毅力(cn201510767852.8，一种页岩气藏气体扩散系数实验测试方法)通过监测恒温封闭体系中一定初始压力的甲烷气体向有效应力条件下的页岩柱塞岩样中的压力衰减数据定量评价了气体(甲烷)在页岩中的扩散传质能力、朱争(cn201420667963.2，一种页岩气扩散系数测试装置)和李武广(cn201420638719.3，一种页岩气扩散能力测试仪)通过普通压差表与精细压差表并联使用及数据采集的改进等方法提高了页岩岩心扩散系数测试的精度、赵春鹏(cn201410075251.6，扩散系数及等温吸附/解吸曲线的测试系统及方法)建立了页岩气的扩散系数及等温吸附/解吸曲线的测试装置及方法、yuwang(spe-180229-ms，2016，anexperimentalinvestigationofdesorptionkineticsandmasstransferinshale)利用页岩岩心开展了解吸和扩散规律研究。多块样品孔缝“串/并联”方式如钟颖(科学技术与工程，2015，15(10)：64-67)，设计基质岩样和含裂缝岩样三种配置关系研究压裂液作用后对页岩气体传质效率。
通过分析，上述研究采用页岩岩心可以真实模拟页岩气藏的流动环境，但是岩心是复杂的多孔介质环境，得到的结果是综合效应，不利于进行单因素评价，无法实现对不同微纳米尺度分别进行判断。因此，需要建立一种对不同微纳米尺度分别进行判断的测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置及方法。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明提出了一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置及方法，其能够建立一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置，利用该装置实现不同微纳米尺度中流体流动规律的研究，获得不同微纳米尺度孔缝对页岩气开发及增产措施的影响。
根据本发明的一方面，提出了一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置，包括：
多根微管，所述微管的一端与高温高压气体活塞容器相连，另一端与耐压管相连；
所述高温高压气体活塞容器的另一端连接至高压柱塞泵，所述高压柱塞泵与进气口相连；
所述耐压管的另一端连接至色谱仪。
优选地，所述装置还包括；
第一控制阀门，所述第一控制阀门设置于所述高温高压气体活塞容器与所述多根微管之间；
第二控制阀门、第三控制阀门，所述第二控制阀门、第三控制阀门设置于所述耐压管的两端。
优选地，所述装置还包括，设置于所述耐压管与所述色谱仪之间的控制阀门。
优选地，所述色谱仪与所述微管的数量相同。
优选地，所述多根微管长度相同，内径不同。
优选地，所述微管是玻璃微管。
优选地，所述耐压管是金属耐压管。
根据本发明的另一方面，提出了一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的方法，包括以下步骤：
通过多根微管和耐压管建立页岩基质与裂缝的物理模型；
将页岩气与气体示踪剂混合充注至已抽真空的高温高压气体活塞容器中；
将所述多根微管分别与所述高温高压气体活塞容器连接，所述耐压管与色谱仪连接；
恒压向所述多根微管中分别注入所述页岩气与气体示踪剂混合气体，通过所述色谱仪实时测试不同所述多根微管中气体流出情况，得到页岩气在不同孔喉尺寸中的流体传质规律。
优选地，所述高温高压气体活塞容器采用高压柱塞泵将气体压力恒定至试验压力，所述试验压力小于所述微管和所述耐压管的最高承载压力。
优选地，在高温实验环境时，将所述物理模型和所述高温高压气体活塞容器放置于烘箱中，将其加热至恒定温度，所述恒定温度低于所述微管和所述耐压管的最高承载温度。
本发明的装置及方法的优点在于：能够实现不同微纳米尺度中流体流动的规律，通过测试出的流动规律能够有助于页岩气的开发及页岩气采收率的提高。
本发明的装置和方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置的示意图。
图2示出了根据本发明的另一个实施例的测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置的示意图。
图3示出了根据本发明的一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的方法的流程图。
附图标记说明：
1、微管；2、耐压管；3、第一高温高压气体活塞容器；
4、第一高压柱塞泵；5、色谱仪；6、第一控制阀门；
7、第二控制阀门；8、第三控制阀门；9、多个控制阀门；
10、第二高温高压气体活塞容器；11、第二高压柱塞泵；
12、第四控制阀门。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提出了一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置，包括：多根微管，微管一端与高温高压气体活塞容器相连，另一端与耐压管相连；高温高压气体活塞容器的另一端连接至高压柱塞泵，高压柱塞泵与进气口相连；耐压管的另一端连接至色谱仪。
其中，多根微管长度相同，内径不同，不同内径的微管模拟不同微纳米尺度的孔缝，由于微管的尺寸已知，因此可以实现不同微纳米尺度孔缝分别进行测试。
测试采用较大内径的耐压管进行模拟，内径根据压裂裂缝的缝宽缝长选择，多根微管和耐压管形成基质与裂缝的物理模型。
当需要了解孔喉尺寸对流动的影响时，可以采用相同长度不同内径的微管组合；当需要了解距离对流动的影响时，可以采用相同内经不同长度的微管组合；模拟不同开发方式可以通过改变流动方向实现。
作为优选方案，微管和耐压管承压不低于10mpa，耐温不低于100℃。
作为优选方案，色谱仪与微管的数量相同。
作为优选方案，装置还包括；
第一控制阀门，第一控制阀门设置于高温高压气体活塞容器与多根微管之间；
第二控制阀门、第三控制阀门，第二控制阀门、第三控制阀门设置于耐压管的两端。
作为优选方案，装置还包括，设置于耐压管与色谱仪之间的控制阀门，且色谱仪与控制阀门的数量相同。
其中，阀门具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压的功能。
作为优选方案，微管是玻璃微管。微管不仅限于玻璃微管，还可以是其它能够实现相同内外径尺寸和承压能力的微管。
作为优选方案，耐压管是金属耐压管。耐压管不仅是金属耐压管，还可以是其它能够实现相同内外径尺寸和承压能力的耐压管。
本发明的装置能够模拟不同微纳米尺度中流体流动，揭示其流动规律。
本发明另一方面提出了一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的方法，包括以下步骤：通过多根微管和耐压管建立页岩基质与裂缝的物理模型；将页岩气与气体示踪剂混合充注至已抽真空的高温高压气体活塞容器中；将多根微管分别与高温高压气体活塞容器连接，耐压管与色谱仪连接；恒压向多根微管中分别注入页岩气与气体示踪剂混合气体，通过色谱仪实时测试不同多根微管中气体流出情况，得到页岩气在不同孔喉尺寸中的流体传质规律。
其中，对于气体流动规律的识别，主要是通过气体示踪剂和色谱仪测试判断，页岩气体中加入一定浓度的气体示踪剂，通过色谱仪对气体实时微量测试，判断页岩气的流动。
作为优选方案，气体示踪剂选择六氟化硫，其优选浓度为1-10×10-3mg/l。
作为优选方案，高温高压气体活塞容器采用高压柱塞泵将气体压力恒定至试验压力，所述试验压力小于微管和耐压管中的最高承载压力。
作为优选方案，在高温实验环境时，将物理模型和高温高压气体活塞容器放置于烘箱中，将其加热至恒定温度，其中，恒定温度为低于微管和耐压管的最高承载温度。
通过上述装置及实验方法能够测试出页岩气的流动规律，有助于页岩气的开发及提高页岩气的采收率。
实施例1
图1示出了根据本发明的一个实施例的测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置的示意图。
实施例1中选择长度相同，内径不同的5根微管1，微管1为玻璃微管，与耐压管2组合建立物理模型，其中，耐压管2为不锈钢耐压管。
5根微管1的内径分别为500nm、1μm、2μm、5μm、10μm，长度均为5cm，耐压管2的内径为3mm，长度为20cm。气体示踪剂选择六氟化硫，将甲烷与浓度为5×10-3mg/l的六氟化硫混合充注至已抽真空的第一高温高压气体活塞容器3中，第一高温高压气体活塞容器3采用第一高压柱塞泵4将气体压力恒定至实验压力8mpa，将5根微管1与第一高温高压气体活塞容器3连接，耐压管2与色谱仪5相连，各连接处设置多个控制阀门6，多个控制阀门6的数量与微管1数量相同，第一高温高压气体活塞容器3与5根微管1之间设置第一控制阀门6，耐压管2两侧分别设置第二控制阀门7和第三控制阀门8，上述各部件组成实验装置。
采用8mpa压力向5根微管1中注入甲烷与六氟化硫混合气体，利用色谱仪5实时测试不同微管1流入耐压管2中气体的情况，进而判断气体在不同孔喉尺寸中的流动规律。
实施例2
图2示出了根据本发明的另一个实施例的测试页岩裂缝与基质间气体传质的装置的示意图。
本实施例主要研究注入co2提高页岩气产量过程中孔喉尺寸对流动的影响。选择相同长度不同内径的5根微管1，微管1为玻璃微管，与耐压管2组合建立物理模型，其中，耐压管2为不锈钢耐压管。
5根玻璃微管内径分别为500nm、1μm、2μm、5μm、10μm，长度均为5cm，不锈钢耐压管内径为3mm，长度为20cm。气体示踪剂选择六氟化硫，将甲烷与浓度为5×10-3mg/l的六氟化硫混合充注至已抽真空的第一高温高压气体活塞容器3中，将，将纯度为99.995％的co2充注至已抽真空的第二高温高压气体活塞容器10中，两个高温高压气体活塞容器分别采用第一高压柱塞泵4和第二高压柱塞泵11将气体压力恒定至8mpa、9mpa，第一控制阀门6和第二控制阀门7设置于耐压管2两侧，第三控制阀门8设置于第一高温高压气体活塞容器3与耐压管2之间，第四控制阀门12设置于第二高温高压气体活塞容器10和耐压管2之间，第一高温高压气体活塞容器3通过第一高压柱塞泵4控制，第二高温高压气体活塞容器10通过第二高压柱塞泵11控制。其余多个控制阀门9设置于微管1与色谱仪5之间，其中，多个控制阀门9、微管1和色谱仪5数量相同，多个控制阀门9关闭，并抽真空，然后向第一高压柱塞泵4进气口注入甲烷与六氟化硫混合物，模型内压力稳定至8mpa，向耐压管2中注入co2，初始压力为9mpa，利用色谱仪5实时测试不同微管1中流出co2的情况，进而判断co2在不同孔喉尺寸中的流动规律。
图3示出了根据本发明的一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的方法的流程图。
如图3所示，一种测试页岩裂缝与基质间气体传质的方法，包括以下步骤：
步骤1，通过多根微管和耐压管建立页岩基质与裂缝的物理模型；
步骤2，将页岩气与气体示踪剂混合充注至已抽真空的高温高压气体活塞容器中；
步骤3，将多根微管分别与高温高压气体活塞容器连接，耐压管与色谱仪连接；
步骤4，恒压向多根微管中分别注入页岩气与气体示踪剂混合气体，通过色谱仪实时测试不同多根微管中气体流出情况，得到页岩气在不同孔喉尺寸中的流体传质规律。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。