[发明专利]页岩气藏开采模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气开采领域的实验装置，尤其涉及一种页岩气藏开采模拟实验装置。

背景技术

页岩气作为一种新型非常规能源，其形成、运移、赋存和开采机理不同于常规天然气，其存在于泥岩、高碳泥岩、页岩和夹层状的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩地层中，为天然气生成之后在源岩层内就近聚集结果，页岩气藏表现为典型的“原地”成藏模式。页岩气藏中的天然气主要是以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面，或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中，还有极少量的溶解状态存在。吸附状天然气的赋存与有机质含量密切有关，它与游离状天然气含量之间呈彼此消长关系，其中吸附状态天然气的含量变化于20%~85%之间。页岩气藏中孔隙类型可分为毫米级孔隙、微米级孔隙及纳米级孔隙，在页岩气渗流中，页岩气与孔道表面碰撞、扩散等作用，使运移呈现多尺度特征，包括解析、扩散及达西流，在毫米级孔隙中主要是达西流，在微米级孔隙中主要是扩散和达西流，在纳米级孔隙中主要是解析。与常规天然气相比，页岩气藏分布范围广、厚度大及吸附气含量大的特点，使得页岩气藏开发具有开采寿命长和生产周期长的优点。

页岩气在我国具有良好的勘探前景，我国页岩气预测的可采资源潜力可达到25.08万亿立方米（不含青藏区）。目前，在我国页岩气勘探开发处于起步阶段和理论探索阶段，有必要对页岩气藏的特点进行室内实验评价研究。因页岩气的自身特点，目前室内实验研究内容主要包括岩石学分析、地球化学分析、含气性分析、致密性岩石专项分析等方面，而在室内综合研究页岩气藏的各种开采机理、开采动态等方面的内容较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种页岩气藏开采模拟实验装置，该实验装置可模拟页岩气藏的真实地层条件，包含了页岩气藏的多尺度孔隙类型，可综合研究页岩气藏各种开采机理、开采动态，探索和分析页岩气藏的不同开采阶段的采出规律和渗流规律的变化，并对各种开采方法进行优化和综合评价；该实验装置还可模拟研究大尺度页岩岩心模型的吸附/解析实验，探索大尺度岩心模型的吸附/解析规律。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种页岩气藏开采模拟实验装置，主要由高压气源系统、注入系统、模型系统、恒温箱系统、回压系统及数据采集系统组成。

所述的高压气源系统包括高纯甲烷（CH₄）高压气瓶、高纯二氧化碳（CO₂）高压气瓶、氦气（He）高压气瓶、氮气（N₂）高压气瓶、阀门、空气压缩机及增压泵。高纯CH₄/CO₂/He高压气瓶通过管线连接增压泵，通过增压泵为注入系统的中间容器提供稳定的高压气源；N₂高压气瓶通过管线与增压泵连接，通过增压泵为回压系统的中间容器提供稳定的高压气源。

所述的模型系统包括入口阀门、压力传感器、平板模型岩心夹持器、第一个全直径岩心夹持器、第二个全直径岩心夹持器、出口阀门。三个岩心夹持器通过管线连接六通阀门，在通过管线与手动泵连接，手动泵为岩心夹持器提供围压；该模型系统包括一个入口和一个出口，入口阀门和注入系统的中间容器连接，且在入口处设置一个抽空接口，用于和抽空泵连接，出口阀门和回压系统的回压阀连接；压力传感器与数据采集系统的数据信号采集箱连接，用于采集模块记录数据点。

所述的注入系统包括高精度高压驱替泵、阀门、中间容器。中间容器分别与高精度高压驱替泵、高压气源系统的增压泵及模型系统的入口阀门连接，高压气源系统通过增压泵为中间容器提供稳定的高压气源，高精度高压驱替泵可控制中间容器中的注入气体的压力，与模型系统的入口阀门连接部分设置一个放空阀。

所述恒温箱系统主要为满足实验系统所需实验温度，提供可靠稳定的温度环境，注入系统中的中间容器和模型系统中的岩心夹持器都位于恒温箱内。

所述回压系统包括高精度高压驱替泵、阀门、中间容器、放空阀、回压阀。中间容器分别与高压气源系统的增压泵和回压阀连接；回压阀依次连接中间容器、高精度高压驱替泵，通过后者来调节压力变化，可控制模拟开采过程中的气体输出压力；回压阀的入口与模型系统的出口阀门通过管线连接，回压阀的出口与数据采集系统的气体流量计通过管线连接。