[发明专利]一种气体驱替置换天然气模拟实验系统及方法

说明书

本发明公开了一种气体驱替置换天然气模拟实验系统和方法，其中包括了气体注入装置、岩心夹持器、抽真空装置、轴压回压控制装置、气体计量装置、第二控温箱，其中岩心夹持器放置于第二控温箱中方便调节温度，便于模拟不同地层温度。本实验系统和方法可用于模拟非常规天然气储层岩样对气体的吸附、解析作用，或用于模拟N₂或CO₂单一气体或者N₂和CO₂的混合气体驱替置换天然气的过程，同时提高了现有的同类实验装置中注入CO₂的计量精度，提高了实验系统末端混合气体的计量精度，改善了实验效果。

技术领域

本发明涉及煤层气、页岩气等非常规天然气开发领域，特别涉及到一种气体驱替置换天然气模拟实验系统及方法。

背景技术

我国的页岩气、煤层气等非常规天然气资源丰富，它主要以吸附态或者游离态赋存于非常规天然气储层内。非常规天然气储层一般渗透率普遍偏低，自然产能不高，生产到一定阶段后迫切需要新的增产技术来增加天然气产量。当前，向非常规天然气储层注入CO₂或N₂驱替置换天然气是一种新兴的增产技术，其原理是通过向非常规天然气储层注入CO₂或N₂气体后，通过与CH₄同储层岩样的竞争吸附作用，降低CH₄的有效分压，从而促进非常规天然气储层吸附的CH₄解吸，同时驱替游离的CH₄气体，从而提高非常规天然气的产量和采收率。

目前现有公开的专利中存在的主要技术问题：

1、现有同类实验装置极少、功能单一、操作不便：当前针对非常规天然气储层驱替置换技术的研究，主要关注N₂或CO₂单一气体的吸附解析规律，用于模拟N₂或CO₂驱替置换天然气装置、特别是用于模拟N₂和CO₂混合后驱替置换天然气的实验装置极少，功能单一、操作不便，且普遍存在实验数据计量精度不高的缺陷。

2、CO₂容易发生相变，计量精度不高：由于CO₂物理性质等原因，现有的同类实验装置在实验过程中，随着温度和压力等实验条件的变化，CO₂容易发生相变，常规的气体计量方法无法准确计量实验过程中注入和排除的CO₂量，存在计量精度不高、实验效果不佳的问题。

3、实验中涉及的多种气体的流量计量困难：当开展多种气体驱替置换实验时，行业内一般采用气相色谱仪计量混合气体组分，无法实时在线计量，给实验操作带来不便。也有个别同类装置采用红外线气体分析仪计量气体流量，但是由于实验气路中压力作用，对红外线气体分析仪计量气体的精度影响巨大，导致实验结果误差较大，实验效果不佳。

因此，如何提供一种气体驱替置换天然气模拟实验系统及方法，同时实现N₂或CO₂单一气体，或者N₂和CO₂混合气体驱替置换天然气过程的功能是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提供一种N₂和CO₂气体驱替置换天然气的模拟实验系统及方法，本发明可以通过模拟将N₂和CO₂两种气体按不同比例、流量分别或者同时注入非常规天然气储层，从而实现模拟利用N₂或CO₂单一气体，或者N₂和CO₂混合气体驱替置换天然气过程的功能。

有鉴于此，根据本发明的第一个目的提出了一种气体驱替置换天然气模拟实验系统，包括