[发明专利]自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及非常规天然气储气向斜构造盆地地层水溶解气(简称水溶气)运移能力及水溶气对储层气体碳同位素分馏机理模拟装置，属于低渗透自生自储非常规天然气(如煤层气/页岩气)向斜构造盆地固、液和气体三相混合介质中水溶气运移规律及同位素分馏技术领域。

背景技术

目前，水溶气对非常规天然气成藏的贡献开始受到重视，地层水中溶解的烃类气体简称水溶气，水溶气实际上也是非常规天然气(包括煤层气/页岩气)赋存状态的重要形式之一。非常规天然气生成和运移成藏过程中始终与地层水伴生，地层水可能会对非常规天然气组分、碳同位素产生分馏作用，这可能也是非常规天然气(如煤层气)碳同位素变轻的一个原因。但水溶气如何影响储层盆地含气性的分布？流动的地层水溶解和搬运储层气体后，储层气体碳同位素分馏的机理如何？这些问题都有待进一步研究。为此，本发明设计了室内物理模拟装置，模拟非常规天然气(煤层气/页岩气)储气向斜构造盆地剖面几何特征和地下水流动特点，研究地下水流动过程溶解气体的能力及对气体稳定同位素分馏的影响，为煤层气成藏及成因研究提供数据支撑。

非常规天然气(煤层气/页岩气)具有自生自储的特点，对其有利的典型地质构造为向斜构造或向斜构造的一翼。向斜构造的普遍形态为两翼翘起，中部相对平缓。盆地地下水的补给为两翼含水层露头，然后沿含水层向盆地中部径流，并在水头压力差的作用下，从含水层露头相对标高较低的一翼溢出，溢出端称为排泄区，相对较高的一翼称为补给区，两翼水位标高连线之间称为承压区。如图1所示，对于自生自储的非常规天然气(包括煤层气/页岩气)储层盆地，两翼可以按储层倾斜程度划分类型，一般可划分为近水平段(α≤5°)、缓倾斜段(5°＜α≤15°)、倾斜段(15°＜α≤35°)、急倾斜段(α＞35°)，并由此计算每个划分段的长度，确定剖面不同倾斜段之间的组合关系，提取剖面形态特征，为室内模拟试验提供基础数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非常规天然气储气向斜构造盆地地层水溶解气(简称水溶气)运移能力、水溶气对储层气体碳同位素分馏影响的模拟装置，能够模拟低渗透自生自储非常规天然气(如煤层气/页岩气)向斜构造盆地固、液和气体三相混合介质中水溶气运移规律、水溶气对储层气体含气性分布及气体同位素分馏作用，同时本发明装置还可以完成气体溶解能力模拟实验和三相介质的渗流模拟实验。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包括：储层模拟系统、供水系统、气液回收系统、样品采集系统、饱和与抽真空系统、起吊控制系统、恒温控制系统及相关连接管路。储层模拟系统包括顺序连接的3条空心模拟管路，分别对应于向斜构造的两翼和核心区域，其长度和坡度根据原型盆地剖面形态按一定的相似比制作，用于模拟低渗透自生自储非常规天然气(如煤层气/页岩气)向斜构造盆地固、液和气体三相混合介质中水溶气运移规律、水溶气同位素分馏规律、气体溶解能力和三相介质的渗流等室内模拟试验。模拟管路一端与供水系统连接，同时引出一条采样管，供水系统可为储层模拟系统提供稳定的水压力场和恒定水流；另一端与气液回收系统连接，同时也可兼做1条采样管，气液回收系统负责收集流出储层模拟系统的气体和液体。为了试验前期准备和中间采样，在模拟管路中间相互连接部位再设置2条采样管，每条采样管再一分为二，分别连接饱和与抽真空系统和样品采集系统。根据研究需要也可同时在两翼模拟管路坡度变化部位引出采样管，与样品采集系统连接。饱和与抽真空系统可使模拟管路内样品形成含气饱和状态，模拟自身自储含气饱和储层，还原原始均匀含气储层。样品采集系统可按设计要求对模拟管路不同采样点进行样品采集，用于分析模拟过程中样品属性的变化，为后续研究提供数据支撑。起吊控制系统包括固定架和起吊装置，固定架悬挂在起吊装置之下，用于固定储层模拟系统的3条模拟管路及部分采样管路，储层模拟系统与其他系统的连接采用软管柔性连接，便于起吊装置起吊和降落储层模拟系统，使模拟管路浸没在恒温控制系统的恒温箱液面之下或抬升到液面之上。恒温控制系统为储层模拟系统提供恒定的温度场。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种自生自储向斜构造盆地水溶气运移模拟装置，包括：储层模拟系统、供水系统、气液回收系统、样品采集系统、饱和与抽真空系统、起吊控制系统和恒温控制系统，其中：

储层模拟系统包括模拟管路，模拟管路上设置有多个采样点，该储层模拟系统放置在恒温控制系统中，恒温控制系统为储层模拟系统提供预定的工作温度；

供水系统与储层模拟系统通过管路连接，为储层模拟系统供水；