[发明专利]基于动态平衡的页岩吸附解吸及降压开采模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于动态平衡的页岩吸附解吸及降压开采模拟装置，它解决了现有技术中试验装置的功能单一性问题，能够模拟地层条件下页岩取心过程，综合评价页岩物性，测定页岩的含气量；其技术方案包括：用于提供纯气体或混合气体的注气系统，用于增大标准室内气体压力的增压系统、吸附系统、降压开采系统、用于收集降压开采解吸出气体的集气系统和实现试验数据实时精确自动采集的数据采集系统；注气系统包括多个高压气瓶；增压系统包括彼此相连的平流泵和中间容器，中间容器连接至第一六通阀；吸附系统，包括并联的粉末状岩心样品室和块状岩心样品室，二者一端分别通过第二六通阀连接标准室，另一端通过第三六通阀连接起动态平衡作用的平衡室。

技术领域

本发明属于石油与天然气技术领域，尤其涉及一种基于动态平衡的页岩吸附解吸及降压开采模拟装置及方法。

背景技术

页岩气是赋存于页岩中的非常规天然气，其主要成分是甲烷。我国页岩气储藏量高居世界前列，伴随着美国对页岩气开采的巨大成功，我国的页岩气开发进展顺利，涪陵页岩气的开采取得了成功。

页岩含气量是指每吨岩石中所含天然气折算到标准温度和压力条件下的天然气总量。页岩气大部分以吸附状态储存在页岩的孔隙裂缝中，少部分以游离态存在于页岩中，研究页岩的吸附解吸对提高页岩气的产气量具有重要的意义。当前研究页岩气的吸附解吸的实验仪器也很多，通常流程是，将样品置于样品罐内，然后通入气体使样品吸附，根据气体吸附量、解吸量分别对页岩的吸附、解吸能力做出判定。由于相关数据依赖于人为读取和记录，加上计算吸附量时依据的是物质平衡原理和气体状态方程，而这一计算过程中涉及到大量的公式推导和换算，因而导致整个实验过程较为繁琐且易于出现差错。

同时，对于现有装置，被测气体在吸附解吸过程中，要靠气体自身的自然扩散达到混合均匀，而且当气体为多元气体时，气体很难混合均匀，因而进一步导致后续采用色谱仪对气体组分及含量进行定量分析时，极易影响分析结果的准确性和精确性，并且现有的装置都是人为进行吸附解吸、读数和计算，带来繁重的工作；对于页岩气含气量研究而言，目前国外测量页岩含气量的方法很多，主要有美国联邦矿物局直接法、改进的直接法、史密斯-威廉斯法和曲线拟合法等，但使用这些方法获得的页岩含气量的准确性不足，通常只相当于实际的页岩含气量的下限。

除此以外，当前实验装置也存在仪器繁多但功能单一的问题，针对以上问题，亟需发明一种多功能的模拟评价装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于动态平衡的页岩吸附解吸及降压开采模拟装置及方法，其能够模拟地层条件下页岩取心过程，综合研究页岩物性，测定页岩含气量，为页岩气藏的开发提供依据；还可以用来模拟页岩在单、混相气体下的吸附解吸规律。

本发明采用下述技术方案：

基于动态平衡的页岩吸附解吸及降压开采模拟装置，包括：

注气系统，用于提供纯气体或混合气体，包括多个连接至第一六通阀的高压气瓶，第一六通阀与标准室相连；

增压系统，用于增大标准室内气体压力，包括彼此相连的平流泵和中间容器，中间容器连接至所述第一六通阀；

吸附系统，包括并联的粉末状岩心样品室和块状岩心样品室，二者一端分别通过第二六通阀连接标准室，另一端通过第三六通阀连接起动态平衡作用的平衡室；

降压开采系统，通过第四六通阀与平衡室相连，包括回压阀和分别与所述回压阀相连的第一手摇泵、气体流量计；

集气系统，收集降压开采解吸出的气体，包括与气体流量计相连的储气室；

数据采集系统，实现试验数据实时精确自动采集。

进一步的，所述注气系统包括CH₄高压气瓶、CO₂高压气瓶和He高压气瓶，三者分别通过管路连接至第一六通阀的不同接口，且所述管路上均设置减压阀。