[發明專利]一種模擬CO2驅替置換頁巖氣動態過程的方法

有效

• 申請號: 201610425862.8
• 申請日: 2016-06-16
• 公開（公告）號: CN106093345B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 張健;張國祥;王金意
• 申請（專利權）人: 中國華能集團公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種模擬CO₂驅替置換頁巖氣動態過程的方法，基于的模擬裝置包括：

CO₂氣瓶(9)，依次連接第一增壓泵(10)、第二安全閥(11)、第二壓力傳感器(12)、第三閥(8)、第一活塞容器(7)和第四閥(13)，第四閥(13)的出口連接第七閥(21)和第一流量計(22)；

CH₄氣瓶(17)，依次連接第二增壓泵(18)、第三安全閥(19)、第三壓力傳感器(20)、第六閥(16)、第二活塞容器(15)和第七閥(21)，第七閥(21)的出口連接第四閥(13)和第一流量計(22)；

液壓動力驅動系統(57)，包括依次連接的第一儲液槽(1)、第一閥(2)、平流泵(3)、第一壓力傳感器(4)和第一安全閥(5)，壓動力驅動系統(57)通過第二閥(6)連接第一活塞容器(7)的驅動端，通過第五閥(14)連接第二活塞容器(15)的驅動端；

填砂管(41)，放置在恒溫箱(40)內，連接第一活塞容器(7)和第二活塞容器(15)的輸出端；

真空泵(25)，真空泵(25)的輸入端連接第一流量計(22)且連接管路上設置有單向閥(23)和第八閥(24)，真空泵(25)的輸出端連有第五安全閥(33)；

標定系統(58)，包括標準室(30)和標準塊室(32)，標準塊室(32)內放置有已知體積的頁巖巖心樣品塊，標準室(30)的入口連接單向閥(23)的出口，并在連接管路上設置有第九閥(26)、高精度溫度傳感器(27)、第四壓力傳感器(28)和第四安全閥(29)，出口經第十閥(31)連接標準塊室(32)；

尾氣回收瓶(56)，連接填砂管(41)的輸出端；

回壓控制系統(59)，用于控制填砂管出口端壓力，模擬真實地層壓力狀態，其包括電動回壓泵(50)、回壓緩沖容器(52)和回壓閥(46)，電動回壓泵(50)輸入端連接第七安全閥(49)，輸出端連接回壓緩沖容器(52)并在其連接管路中設置第十四閥(51)，回壓緩沖容器(52)與回壓閥(46)之間的連接管路中設置有第七壓力傳感器(47)和第六安全閥(48)，回壓閥(46)的輸入端與第十三閥(45)的輸出端連接，輸出端依次連接第二流量計(53)、紅外線氣體分析儀(54)、第十五閥(55)和尾氣回收瓶(56)，第十三閥(45)的輸入端連接填砂管(41)的輸出端；

紅外氣體分析儀(54)，設置在填砂管(41)與尾氣回收瓶(56)的連接管路上；

其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，對恒溫箱(40)設定實驗溫度；

步驟2，檢測實驗裝置密封性；

步驟3，操作標定系統(58)，利用氣體的狀態方程定律標定從第四閥(13)和第七閥(21)至回壓閥(46)之間的管路體積；

步驟4，開啟真空泵(25)，對裝置抽真空，設置回壓閥(46)的壓力；

步驟5，首先給CH₄氣瓶(17)的CH₄氣體增壓，通過液壓動力驅動系統(57)向填砂管(41)中注入CH₄氣體，記錄填砂管(41)入口端第一流量計(22)的數據，保持填砂管(41)及相關裝置恒溫恒壓一定時間至飽和；

步驟6，以恒定的流量持續通入CO₂，模擬CO₂置換頁巖氣的動態過程，直到填砂管(41)出口端流出的氣體中檢測不到CH₄為止，其間實時記錄第一流量計(22)、第二流量計(53)和紅外線氣體分析儀(54)的數據；

步驟7，根據實驗數據計算CH₄吸附量和CO₂置換頁巖氣量，測評CO₂置換CH₄的效果；

步驟8，改變實驗設定的溫度、壓力，重復以上步驟，得到壓力—置換氣量之間的關系、溫度—置換氣量之間的關系，從而研究不同溫度、壓力、流速的CO₂在不同溫度、壓力條件下對頁巖氣的置換效果。