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CN112378812B - 一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置及方法 - Google Patents

一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置及方法，包括气罐、增压泵、岩心室、气体测定装置；所述气罐的上端分别与气体测定装置的左右两端、岩心室的上端连通，其下端依次与增压泵、岩心室的下端连通，所述岩心室的上端还与气体测定装置的左端连通。本发明的有益效果：该发明装置能够模拟不同温度压力下的地层环境，准确控制温度压力参数，实时监测记录数据并进行实时计算，计算结果准确性高。

Description

一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置及方法
技术领域
本发明属于油气田开发研究技术领域，具体涉及一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置及方法。
背景技术
页岩气高效开发不仅是对能源的补充，更是天然气工业技术的进步，吸附型页岩储层中，气体在页岩孔隙中的赋存状态分为游离、溶解和吸附三种形态，吸附气以吸附形式吸附在基岩孔隙有机质表面，游离气存在于基质孔隙中和裂缝中，溶解气溶解于水、干酪根、沥青质、液态烃等中。自生自储是页岩气藏的特点之一，页岩储层中气体的运移是多尺度流动，运移时有游离和吸附两种状态，吸附型页岩气藏中降压开采过程中，气体的解吸规律不仅对页岩气的渗流规律有很大的影响，而且解吸规律同样会影响气藏产量的递减速率。吸附气在页岩储量中占有重要比例，同样吸附气的采出在页岩开发中具有很大的经济因素，和游离气的开采一样，有效开采吸附气对页岩气藏的高效开发、提高采收率具有重要意义。
目前对于气体解吸的实验装置、煤岩的气体吸附以及致密岩石的气体吸附已有不少研究，但关于吸附型页岩气藏吸附解吸速率的相关实验装置尚未进行研制，实验模拟条件中既能改变模拟温度又能改变模拟压力的研究较少以及吸附气发生解吸现象后气体的解吸体积或解吸量的准确测定受多种实验因素影响，对这些影响因素尚未进行探讨。通过调研一些专利涉及气体吸附相关知识，专利《致密岩石气体解吸速率测试装置》(CN103776713A)通过发明致密岩石气体解吸速率测试装置，通过计算排出液体体积计算岩石样品的解吸速率，但未考虑解吸气体排液时所需克服液体阻力，气体解吸后流出端存在压力影响吸附气解吸量测量精度。在专利《一种煤岩解吸附试验方法》(CN102879290B)中，发明一种煤岩解吸附方法，将煤岩颗粒放在不同温度、压力以及转速循环水下，分析液体影响下甲烷的解吸规律，通过调整管路上的回压阀实现压力变化，从而控制煤岩样品吸附解吸压力，该方法对压力的调节操作复杂以及对压力精确的控制难度较大。专利《一种岩石含气数据的测定方法及装置》(CN106290058B)中，在测定岩石的含气数据中，对吸附气进行解吸测定，其发明装置中通过将待测岩石自然解吸，监测解吸速率进而获取自然解吸所得解吸气体积，该装置中只能进行气体的解吸，不能实现气体在装置内的吸附现象。
因此，对吸附型页岩气解吸速率测定实验装置提出了新的要求，包括：1)页岩吸附气发生解吸后气体解吸量准确测定；2)能够实现准确控制模拟的地层温度和压力参数；3)解吸后的气体流动无阻力(阻力可忽略)；4)当页岩气开发压力降低时，可以快速调节压力降低，并且压力波动较小。
发明内容
为了克服现有技术中的缺点，本发明提供一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置及方法，该装置可以实现岩心样品的气体吸附模拟实验，吸附气的解吸速率测定以及通过计算机对其数据监测和采集，整套管路的气体循环；通过该装置，改变岩心所处的不同温度压力进行模拟不同条件下吸附气的解吸速率；该发明装置能够模拟不同温度压力下的地层环境，准确控制温度压力参数，实时监测记录数据并进行实时计算，计算结果准确性高。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置，包括气罐、增压泵、岩心室、气体测定装置；所述气罐的上端分别与气体测定装置的左右两端、岩心室的上端连通，其下端依次与增压泵、岩心室的下端连通，所述岩心室的上端还与气体测定装置的左端连通。
进一步的技术方案是，所述气体测定装置包括透明的外壳、无阻滑片，所述外壳具有光滑的内腔，所述内腔内壁上设有标定刻度，所述无阻滑片安装在所述内腔内。
进一步的技术方案是，所述岩心室为内外双层结构，其具有环空，所述环空内设有环形盘，所述环形盘上设有把手。
进一步的技术方案是，所述环空内设有加热器。
进一步的技术方案是，所述气罐上端与气体测定装置右端之间第三阀门；所述岩心室上端与气罐上端之间设有第一阀门；所述气体测定装置左端与岩心室上端之间设有第四阀门；所述岩心室下端与增压泵之间均设有第二阀门。
进一步的技术方案是，所述岩心室上设有温度压力表，该装置还包括计算机，所述计算机与温度压力表电路连接。
一种吸附型页岩气解吸速率测定的实验方法，包括以下步骤：
(1)检查装置中管路系统是否连接无误，阀门的开闭状态是否正确，无阻滑片位置是否处于零刻度，是否与轴向垂直，以及检查装置气密性；
(2)首先打开第一阀门、第二阀门，同时关闭第三阀门、第四阀门；然后打开增压泵，调节至低流量使气体循环通过岩心室内的岩心，发生气体吸附，根据岩心所处的不同环境确定气固发生吸附时间，直至岩心充分吸附气体，使岩心中气体吸附解吸处于动态平衡；
(3)关闭增压泵，然后关闭阀门第一阀门、第二阀门，同时打开第三阀门、第四阀门，在计算机上输入模拟地层的温度；再通过旋转把手，改变环空的体积进而改变岩心室内岩心承受的压力，即用来模拟页岩气开采过程中地层压力降低这一动态开采过程气体吸附解吸规律；
(4)关闭增压泵，然后关闭阀门第一阀门、第二阀门，同时打开第三阀门、第四阀门，在计算机上输入模拟地层的压力，通过加热器对环空中的液体进行加热，改变岩心室内岩心所处环境的温度，即用来模拟页岩气开采过程中不同储层温度对页岩气吸附解规律；
(5)记录无阻滑片开始移动的时间即气体开始发生吸附，间隔一段时间Δt后，记录下无阻滑片的位置Δli，即得到一系列时间和滑片位移的离散数据点，然后根据以下公式进行计算页岩气解吸量：
Figure BDA0002764476310000041
式中：V为气体解吸量，cm3/g；D为滑片直径，cm；Δli为第i个时间点无阻滑片移动位移，cm；
(6)拟合上述步骤得出的气体解吸量和时间的关系曲线，曲线斜率即吸附型页岩气发生解吸现象的解吸速率；
(7)通过改变不同模拟地层压力和模拟地层温度，得出不同条件下的吸附型页岩气解吸规律。
本发明的有益效果：该发明装置能够模拟不同温度压力下的地层环境，准确控制温度压力参数，实时监测记录数据并进行实时计算，计算结果准确性高。
附图说明
图1为本发明的吸附型页岩气解吸速率测定实验装置图；
图2为实施例中岩心室的结构示意图；
图3为实施例中岩心室的剖面图；
图4为实施例中气体测定装置的结构示意图。
图中所示：1-气罐；2-增压泵；3-管路；4a-第一阀门；4b-第二阀门；4c-第三阀门；4d-第四阀门；5-环空；6-岩心室；7-温度压力表；8-计算机；9-气体测定装置；10-环形盘；11-把手；12-加热器；13-无阻滑片；14-标定刻度。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图1所示，一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置，包括气罐1、增压泵2、岩心室6、计算机8、气体测定装置9；所述气体测定装置9包括透明的外壳、圆形的无阻滑片13，所述外壳具有光滑的内腔，所述内腔内壁上设有标定刻度14，所述无阻滑片13安装在所述内腔内，所述岩心室6为内外双层结构，其内层与外层之间具有环空5，所述环空5内设有环形盘10，所述环形盘10上设有把手11，环空5内充满液体，外壁和内壁面刻有螺纹，通过旋转把手11可实现环形盘10上下移动，达到改变环空体积目的，进而改变岩心周围围压；所述环空5内设有加热器12，所述岩心室6上设有温度压力表7，所述计算机8与温度压力表7电路连接。
其中气罐1下端通过管路3与岩心室6下端连通，增压泵2也安装在管路3中，管路3上设有第二阀门4b；气罐1上端通过第二管路与气体测定装置9的右端连通，所述岩心室6上端通过T型管路与气体测定装置9的左端连通，所述T型管路一端连接在所述第二管路上；所述第二管路上设有第三阀门4c，T型管路上设第一阀门4a、第四阀门4d。
整套实验装置中各个系统之间均通过管路连接，接口处采用螺纹紧密连接，保证装置的气密性，管路上安装有控制气体流通的阀门。
首先通过控制阀门的开闭模拟页岩样品发生气体吸附实验，气体储存在气罐1中，通过增压泵2增压，沿着管路进入岩样试品，发生气固吸附，待气固吸附解吸达动态平衡后，再控制阀门进行吸附气的解吸速率测定实验，岩样室中气体发生解吸后，解吸气进入气体测定装置9，此时入口处压力增高，无阻滑片13前后存在压差，使得无阻滑片13从左端向右移动，记录滑片移动位移。
其中围压的改变可以通过旋转把手11来控制，实时传输到计算机，压力变化容易实现，数值较为精确以及变化幅度小，不会引起震荡并方便实验的进行，从而实现不同地层压力下页岩的吸附解吸模拟实验。
岩心室6的环空5充满液体，可利用加热器12对液体加热，计算机通过输入模拟所需地层温度，加热器工作对液体加热或者停止工作降温，当液体温度值趋于稳定模拟数值时进行实验，从而实现不同地层温度下页岩的吸附解吸模拟实验。
本发明中滑片无阻，灵敏度较高，当有少量气体解吸时，气体沿管路流入测定装置入口处，无阻滑片入口处压力升高，无阻滑片由于存在前后压差便可向右移动，通过标定刻度读取无阻滑片的位移，由于滑片的直径为D，进而计算出无阻滑片移动的体积，此体积大小是由于岩样发生气体解吸引起，故该体积数值大小即为发生解吸气体体积。
计算机进行温度压力值大小设定，实时监测环空温度和压力变化，实时接收测定系统的数据，实时计算分析解吸速率并绘制解吸曲线。
气罐体积远大于上部气体流入管路体积，气体流入气罐不受阻力。气罐体积远大于上部气体流入管路体积，无阻滑片13右侧气体流出端压力与左侧气体流入端压力相比可忽略。
本实验装置的具体实验步骤如下：
(1)检查装置中管路系统是否连接无误，阀门的开闭状态是否正确，无阻滑片位置是否处于零刻度，是否与轴向垂直，以及检查装置气密性；
(2)首先打开第一阀门4a、第二阀门4b，同时关闭第三阀门4c、第四阀门4d；然后打开增压泵2，调节至低流量使气体循环通过岩心室6内的岩心，发生气体吸附，根据岩心所处的不同环境确定气固发生吸附时间，直至岩心充分吸附气体，使岩心中气体吸附解吸处于动态平衡；
(3)关闭增压泵2，然后关闭阀门第一阀门4a、第二阀门4b，同时打开第三阀门4c、第四阀门4d，在计算机8上输入模拟地层的温度；再通过旋转把手11，改变环空5的体积进而改变岩心室6内岩心承受的压力，即用来模拟页岩气开采过程中地层压力降低这一动态开采过程气体吸附解吸规律；
(4)关闭增压泵，然后关闭阀门第一阀门4a、第二阀门4b，同时打开第三阀门4c、第四阀门4d，在计算机上输入模拟地层的压力，通过加热器12对环空5中的液体进行加热，改变岩心室6内岩心所处环境的温度，即用来模拟页岩气开采过程中不同储层温度对页岩气吸附解规律；
(5)记录无阻滑片开始移动的时间即气体开始发生吸附，间隔一段时间Δt后，记录下无阻滑片的位置Δli，即得到一系列时间和滑片位移的离散数据点，然后根据以下公式进行计算页岩气解吸量：
Figure BDA0002764476310000071
式中：V为气体解吸量，cm3/g；D为滑片直径，cm；Δli为第i个时间点无阻滑片移动位移，cm；
(6)拟合上述步骤得出的气体解吸量和时间的关系曲线，曲线斜率即吸附型页岩气发生解吸现象的解吸速率；
(7)通过改变不同模拟地层压力和模拟地层温度，得出不同条件下的吸附型页岩气解吸规律。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置，其特征在于，包括气罐(1)、增压泵(2)、岩心室(6)、气体测定装置(9)；所述气罐(1)的上端分别与气体测定装置(9)的左右两端、岩心室(6)的上端连通，其下端依次与增压泵(2)、岩心室(6)的下端连通，所述岩心室(6)的上端还与气体测定装置(9)的左端连通，所述气体测定装置(9)包括透明的外壳、无阻滑片(13)，所述外壳具有光滑的内腔，所述内腔内壁上设有标定刻度(14)，所述无阻滑片(13)安装在所述内腔内，所述岩心室(6)为内外双层结构，其具有环空(5)，所述环空(5)内设有环形盘(10)，所述环形盘(10)上设有把手(11)。
2.根据权利要求1所述的一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置，其特征在于，所述环空(5)内设有加热器(12)。
3.根据权利要求2所述的一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置，其特征在于，所述气罐(1)上端与气体测定装置(9)右端之间第三阀门(4c)；所述岩心室(6)上端与气罐(1)上端之间设有第一阀门(4a)；所述气体测定装置(9)左端与岩心室(6)上端之间设有第四阀门(4d)；所述岩心室(6)下端与增压泵(2)之间均设有第二阀门(4b)。
4.根据权利要求3所述的一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置，其特征在于，所述岩心室(6)上设有温度压力表(7)，该装置还包括计算机(8)，所述计算机(8)与温度压力表(7)电路连接。
5.一种采用权利要求4所述的一种吸附型页岩气解吸速率测定实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)检查装置中管路系统是否连接无误，阀门的开闭状态是否正确，无阻滑片位置是否处于零刻度，是否与轴向垂直，以及检查装置气密性；
(2)首先打开第一阀门(4a)、第二阀门(4b)，同时关闭第三阀门(4c)、第四阀门(4d)；然后打开增压泵(2)，调节至低流量使气体循环通过岩心室(6)内的岩心，发生气体吸附，根据岩心所处的不同环境确定气固发生吸附时间，直至岩心充分吸附气体，使岩心中气体吸附解吸处于动态平衡；
(3)关闭增压泵(2)，然后关闭阀门第一阀门(4a)、第二阀门(4b)，同时打开第三阀门(4c)、第四阀门(4d)，在计算机(8)上输入模拟地层的温度；再通过旋转把手(11)，改变环空(5)的体积进而改变岩心室(6)内岩心承受的压力，即用来模拟页岩气开采过程中地层压力降低这一动态开采过程气体吸附解吸规律；
(4)关闭增压泵，然后关闭阀门第一阀门(4a)、第二阀门(4b)，同时打开第三阀门(4c)、第四阀门(4d)，在计算机上输入模拟地层的压力，通过加热器(12)对环空(5)中的液体进行加热，改变岩心室(6)内岩心所处环境的温度，即用来模拟页岩气开采过程中不同储层温度对页岩气吸附解规律；
(5)记录无阻滑片开始移动的时间即气体开始发生吸附，间隔一段时间Δt后，记录下无阻滑片的位置Δli，即得到一系列时间和滑片位移的离散数据点，然后根据以下公式进行计算页岩气解吸量：
Figure FDA0003340251170000021
式中：V为气体解吸量，cm3/g；D为滑片直径，cm；Δli为第i个时间点无阻滑片移动位移，cm；
(6)拟合上述步骤得出的气体解吸量和时间的关系曲线，曲线斜率即吸附型页岩气发生解吸现象的解吸速率；
(7)通过改变不同模拟地层压力和模拟地层温度，得出不同条件下的吸附型页岩气解吸规律。
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