一種水溶氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于石油天然氣開(kāi)采的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種水溶氣藏開(kāi)發(fā)模 擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水溶性天然氣屬于非常規(guī)能源，在全世界廣泛分布且儲(chǔ)量巨大，這是一種非常重 要的、比全世界已探明石油天然氣資源量大得多的潛在天然氣資源。早在20世紀(jì)中葉，國(guó) 外就有關(guān)于水溶氣的研宄，早期的學(xué)者主要開(kāi)展了測(cè)定烴類氣體在水中的溶解度及其溶解 機(jī)理的探索，日本首先正式提出水溶氣是一種新的非常規(guī)天然氣資源。目前關(guān)于水溶氣的 溶解度特征與溶解機(jī)理、水溶氣的運(yùn)移模擬實(shí)驗(yàn)、水溶氣運(yùn)移的地球化學(xué)指標(biāo)以及水溶氣 聚集成藏的控制因素等國(guó)內(nèi)學(xué)者都做了大量的工作。而關(guān)于水溶氣的開(kāi)發(fā)方式的研宄很 少，對(duì)于水溶天然氣，通常采用降壓法開(kāi)采，那么研宄壓力的變化、地層水特性以及地層水 中的天然氣溶解度對(duì)水溶氣開(kāi)發(fā)效果有何影響是十分有必要的。
[0003] 目前，針對(duì)水溶氣的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只是測(cè)定不同壓力溫度下天然氣在水中的溶解度， 沒(méi)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能真實(shí)的模擬地層條件下水溶氣開(kāi)發(fā)過(guò)程。鑒于以上問(wèn)題，本文介紹了一套 多功能水溶氣開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)的使用方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種水溶氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方 法，用于研宄水溶氣的溶解度與溫度、壓力之間的關(guān)系以及降壓法開(kāi)發(fā)水溶氣情況下壓力 對(duì)天然氣產(chǎn)量的影響作用。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案：
[0006] 一種水溶氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法：模擬系統(tǒng)共分為四部分：地層水與甲烷 溶解系統(tǒng)，含氣地層水中甲烷溶解度測(cè)定系統(tǒng)，水溶氣開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及溫度控制系 統(tǒng)；
[0007] 水溶氣開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)方法，包括五個(gè)部分：包括實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、地層水和甲烷氣的溶 解過(guò)程、含氣地層水中甲烷溶解度的測(cè)定、填砂管含氣地層水飽和過(guò)程、水溶氣的降壓開(kāi)發(fā) 模擬過(guò)程。
[0008] 進(jìn)一步的，所述地層水與甲烷溶解系統(tǒng)具體包括：前平流泵、溶解室、含地層水的 中間容器、甲烷儲(chǔ)集容器以及相應(yīng)的控制閥門(mén)。
[0009] 進(jìn)一步的，所述含氣地層水中甲烷溶解度測(cè)定部分由冷凝器、量水筒、氣量計(jì)以及 相應(yīng)的控制閥門(mén)組成。
[0010] 進(jìn)一步的，所述水溶氣開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)部分由溶解室、后平流泵、含甲烷中間容器、 填砂管、儲(chǔ)氣罐以及相應(yīng)的控制閥門(mén)組成。
[0011] 進(jìn)一步的，所述實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備具體為：按比例混合沙子，充填進(jìn)填砂管，的填砂模型。 測(cè)量填砂管中模型的滲透率和孔隙度。安裝裝置并將地層水、高壓甲烷分別注入相應(yīng)容器 中，關(guān)閉各個(gè)控制閥門(mén)。
[0012] 進(jìn)一步的，所述地層水和甲烷氣的溶解過(guò)程具體為：先后往溶解室中注入地層水 和甲烷氣，并模擬地層高溫環(huán)境，對(duì)溶解室進(jìn)行加溫加壓，保持并靜置6-10h，使甲烷氣與地 層水洛解平衡。
[0013] 進(jìn)一步的，所述含氣地層水中甲烷溶解度的測(cè)定具體為：?jiǎn)?dòng)上平流泵，往溶解室 中加入煤油并排出部分含氣地層水，對(duì)含氣地層水進(jìn)行冷卻降溫，使氣液分離，分別測(cè)得氣 液體積，進(jìn)而計(jì)算得出含氣地層水中的甲烷含量。
[0014] 進(jìn)一步的，所述填砂管含氣地層水飽和過(guò)程具體為：模擬地層高溫環(huán)境對(duì)填沙管 進(jìn)行加熱，是甲烷氣在高溫下達(dá)到飽和，將摻有煤油的含氣地下水壓入填沙管，當(dāng)通風(fēng)櫥中 有少量液體溢出時(shí)，說(shuō)明填砂模型已經(jīng)被含氣地層水所飽和。
[0015] 進(jìn)一步的，所述水溶氣的降壓開(kāi)發(fā)模擬過(guò)程具體為：設(shè)置一系列降壓值，析出部分 甲烷氣至儲(chǔ)氣罐，讀出相應(yīng)壓力值，計(jì)算出新增甲烷氣體積，最終建立甲烷體積增量與壓力 的關(guān)系圖，分析不同壓力下水溶氣的產(chǎn)出規(guī)律。
[0016] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明針能真實(shí)的模擬地層條件下 水溶氣開(kāi)發(fā)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)?zāi)M過(guò)程科學(xué)，實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果準(zhǔn)確，為水溶氣的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了良好的條 件。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的水溶氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2a為溶解室縱向剖面圖。
[0019] 圖2b為溶解室橫向剖面圖。
[0020] 圖3a為含地層水的中間容器的縱剖面圖。
[0021] 圖3b為含地層水的中間容器的橫向剖面圖。
[0022] 圖4a為含甲烷中間容器縱向剖面圖。
[0023] 圖4b為含甲烷中間容器橫向剖面圖。
[0024] 注：縱向剖面圖是平行于紙面的剖面，橫向剖面圖是垂直于紙面的剖面。
[0025] 圖1中：1、平流泵，2、溶解室，3、含地層水的中間容器，4、甲烷儲(chǔ)集容器，5、量水 筒，6、氣量計(jì)，7、填砂管，8、儲(chǔ)氣罐，9、冷凝器，10、平流泵，11、含甲烷的中間容器，12、通風(fēng) 櫥，13、溫度控制系統(tǒng)，14a、第一控制閥門(mén)，14b、第二控制閥門(mén)，14、第三控制閥門(mén)，14d、第四 控制閥門(mén)，14e、第五控制閥門(mén)，14f、第六控制閥門(mén)，14g、第七控制閥門(mén)，14h、第九控制閥門(mén)， 14i、第十控制閥門(mén)，14j、第^^一控制閥門(mén)，15a、第一壓力表，15b、第二壓力表，16a、第一壓 力閥，16b、第二壓力閥。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下文將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的 技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好 的技術(shù)效果。
[0027] 圖1為本發(fā)明的水溶氣藏開(kāi)發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 如圖1所示：本模擬系統(tǒng)共分為四部分：地層水與甲烷溶解系統(tǒng)，含氣地層水中甲 烷溶解度測(cè)定系統(tǒng)，水溶氣開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以及溫度控制系統(tǒng)。
[0029] 地層水與甲烷溶解系統(tǒng)，包括：平流泵1、溶解室2、含地層水的中間容器3、甲烷儲(chǔ) 集容器4以及相應(yīng)的控制閥門(mén)。
[0030] 平流泵1接兩條管線分別為第一管線和第二管線，第一管線由第一控制閥門(mén)14a 控制，第二管線由第二控制閥門(mén)14b控制。平流泵1用煤油作為驅(qū)替介質(zhì)，產(chǎn)生穩(wěn)定的壓力。
[0031] 圖2a為溶解室縱向剖面圖，圖2b為溶解室橫向剖面圖。
[0032] 如圖2a、圖2b所示，溶解室2為內(nèi)部含有活塞的圓筒狀容器，活塞將溶解室2分 成上下兩個(gè)腔，圓筒形溶解室2 -共設(shè)置三個(gè)入口、一個(gè)出口以及一個(gè)壓力閥接口。溶解室 2上底面通過(guò)流體入口接第一管線，并有第一控制閥門(mén)14a控制開(kāi)關(guān)；側(cè)面靠下位置處設(shè)置 兩個(gè)流體入口分別由第六控制閥門(mén)和第七控制閥門(mén)控制開(kāi)關(guān)；下底面通過(guò)流體出口由第八 控制閥門(mén)14h控制開(kāi)關(guān)。平流泵1通過(guò)管線將煤油泵入活塞上部，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 對(duì)活塞下部腔室進(jìn)行加壓的過(guò)程。
[0033] 平流泵1通過(guò)兩條管線，第一管線、第二管線分別分別接到溶解室2和含地層水的 中間容器3上，并分別由第一控制閥門(mén)14a和第二控制閥門(mén)14b控制管路的開(kāi)閉。含地層 水的中間容器3下游通過(guò)耐高壓管線接到溶解室2側(cè)面靠下位置處，由第六控制閥門(mén)14f 控制管路開(kāi)閉。甲烷儲(chǔ)集容器4上方設(shè)置第三控制閥門(mén)14c，控制甲烷儲(chǔ)集容器的開(kāi)關(guān)，并 通過(guò)耐壓管線連接到溶解室2的側(cè)面靠下位置處，并設(shè)置第七控制閥門(mén)14g，第八控制閥門(mén) 14g和第三控制閥門(mén)14c共同控制管線中甲烷氣體的開(kāi)閉。
[0034] 溶解室2側(cè)面下部接入兩條耐壓管線和一個(gè)壓力表14,底部接入一條耐壓管線， 分別由相應(yīng)的控制閥門(mén)14f、14g和14h控制管線的開(kāi)閉，壓力表15a測(cè)量活塞下部腔室內(nèi) 壓力的值。
[0035] 圖3a為含地層水的中間容器的縱剖面圖，圖3b為含地層水的中間容器的橫向剖 面圖。
[0036] 如圖3所示：含地層水的中間容器3是一個(gè)內(nèi)部含有活塞的圓筒狀容器，活塞將中 間容器3分為上下兩個(gè)腔，活塞下部腔室儲(chǔ)存地層水，平流泵1通過(guò)管線將煤油泵入活塞上 部，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而將下部腔室內(nèi)的地層水壓入下游耐壓管線內(nèi)，實(shí)現(xiàn)往溶解室2 注入地層水的過(guò)程。
[0037] 甲烷儲(chǔ)集容器4內(nèi)儲(chǔ)存甲烷氣，第二控制閥門(mén)14b控制容器的開(kāi)關(guān)。
[0038] 含氣地層水中甲烷溶解度測(cè)定部分由冷凝器9、量水筒5、氣量計(jì)6以及相應(yīng)的控 制閥門(mén)組成。這一部分完成水容器中甲烷溶解度的測(cè)定工作。從溶解室2底部出來(lái)的耐壓 管線經(jīng)過(guò)第八控制閥門(mén)14h之后分成兩路，其中一路連接到冷凝器9,由第九控制閥門(mén)14i 控制地層水的開(kāi)閉。
[0039] 冷凝器9實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫高壓含氣地層水的快速冷凝過(guò)程，快速冷凝防止高溫高壓氣 體快速析出過(guò)程可能會(huì)發(fā)生的爆沸現(xiàn)象。分離的液體留在量水筒5內(nèi)，量水筒壁上有刻度， 可讀出分離液體的體積。分離的氣體通過(guò)氣量計(jì)6測(cè)出體積。
[0040] 水溶氣開(kāi)采模擬實(shí)驗(yàn)部分由溶解室2、平流泵10、含甲烷中間容器11、填砂管7、儲(chǔ) 氣罐8以及相應(yīng)的控制閥門(mén)組成。這一部分是模擬系統(tǒng)的主體部分。上面所述的由溶解室 2出來(lái)的耐壓管線分成兩路，另外一路連接到填砂管7上。平流泵10向下接到含甲烷中間 容器11上，往下通過(guò)管線接到填砂管7上，并有壓力閥16b控制管線的開(kāi)閉。由填砂管7 出來(lái)的耐壓管線經(jīng)過(guò)壓力閥16a后分為兩條支路：一條支路連接到儲(chǔ)氣罐8,由第四控制閥 門(mén)14d控制；另外一條支路通向通風(fēng)櫥12,由第五控制閥門(mén)14e控制。儲(chǔ)氣罐8上設(shè)有壓 力計(jì)15b，用來(lái)檢測(cè)儲(chǔ)氣罐的壓力值，壓力罐的容積已知。
[0041] 圖4a為含甲烷中間容器縱向剖面圖，圖4b為含甲烷中間容器橫向剖面圖。
[0042] 如圖4所示：含甲烷的中間容器11是一個(gè)內(nèi)部含有活塞的圓筒狀容器，活塞將中 間容器11分為左右兩個(gè)腔，活塞右側(cè)腔室儲(chǔ)存甲烷氣，平流泵10通過(guò)管線將煤油泵入活塞 左側(cè)，推動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而將右側(cè)腔室內(nèi)的甲烷氣壓入填砂管7中，完成對(duì)填砂管7飽 和甲烷氣的實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備。
[0043] 壓力閥16a和壓力閥16b用來(lái)控制和調(diào)整壓力系統(tǒng)的壓力，定壓溢流，以