[发明专利]一种二元气体在多孔介质中的置换吸附实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种二元气体在多孔介质上的置换吸附分析实验装置及实验方法，包括：真空系统，供气系统，吸附系统和分析系统。所述真空系统可排空吸附装置中的气体；所述供气系统为两个储气罐分别注入不同的气体。所述吸附系统包括加热恒温箱，储气罐一，储气罐二和样品罐。将储气罐一中的气体预先吸附在样品上，达到平衡后，再将储气罐二中的气体注入到样品罐中，由于吸附能力的差异，后注入的气体会将预先吸附的气体置换出来并达到平衡；所述分析系统可检测样品罐中游离气体的成分，推算气体的置换效率。所述装置可以模拟并测试高温高压下注入二氧化碳对吸附态页岩气的置换效果，对提高页岩气的采收率及二氧化碳的地质封存具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及二氧化碳注入提高页岩油藏采收率技术领域，具体涉及一种二元气体在多孔介质上的置换吸附实验装置及实验方法。

背景技术

目前，页岩油气资源的常用开采技术手段为水力压裂结束和水平钻井技术，但此项技术会引起诸多环境问题，例如地下水污染，化学元素迁移和诱发深部地震等。同时，此技术的开采效率不高，仅有15％，尤其是储层中以吸附态存在于微孔中的页岩气未被开采出来，这部分占总储量的40％～80％。

页岩微观孔隙的尺寸多为纳米级，水不能在不破坏原有孔隙结构的基础上有效进入，而气体分子可以较快扩散到这些孔隙中，通过弱范德华力和静电力等耦合作用吸附在固体表面。常规实验装置只能测量单一气体的吸附量，通过比较纯气体的吸附能力来估算置换效果。在模拟实际开采过程中两种气体的置换吸附时，现有的吸附测量方式存在三个主要问题：

(1)不能同时或先后通入两种气体。若同时通入，储气罐中气体的成分比例未知，无法计算各组分的吸附量。若先后通入，温度波动引起的压力变化会造成吸附量的计算误差过大。

(2)无法分离被吸附气体的组成的成分。由于压力或温度的变化都会打破固-气两相间的吸附平衡，发生新的吸附/解吸。所以尚没有技术可以直接观测和分析页岩中的吸附态甲烷和二氧化碳。

(3)无法精准监测吸附发生界面上的温度。由于模拟实际储层中的高温高压环境，温度检测器很难在高压下正常工作，现有的检测方法视恒温箱内的温度为实验温度，但这与吸附罐内的温度存在差异。

因此，设计一种模拟高温高压条件下二元气体在页岩中的置换吸附实验装置，监测吸附罐内的温度和各个罐中的压力，计算实验条件下的吸附量，并能分析吸附态中甲烷和二氧化碳比例，对研究二氧化碳注入提高页岩气采收率并实现二氧化碳地下封存具有重要的意义。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种二元气体在多孔介质中发生置换吸附反应的实验装置，用以解决现有模拟二氧化碳注入置换吸附态页岩气的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种：

一种二元气体在多孔介质上的置换吸附分析实验装置及实验方法，包括：真空系统，供气系统，吸附系统和游离气体分析系统。所述真空系统可排空吸附装置中的气体；所述供气系统为两个储气罐分别注入不同的气体。所述吸附系统包括加热恒温箱，储气罐一，储气罐二和样品罐。将储气罐一中的气体预先吸附在样品上，达到平衡后，再将储气罐二中的气体注入到样品罐中，由于吸附能力的差异，后注入的气体会将预先吸附的气体置换出来并达到平衡；所述游离气体分析系统可检测样品罐中游离气体的成分，推算气体的置换效率。

本发明实施例提供了一种二元气体在多孔介质中的置换吸附实验装置关于置换吸附实验的实验方法，包括如下步骤：

(1)样品处理：将页岩岩心进行研磨和烘干并放入到吸附罐中。

(2)气密性检验：连接所有装置注入一定量的氦气监测24小时确定不漏气后开始实验。

(3)真空处理：打开真空泵20对整个装置进行排空。

(4)气体预热：将恒温箱温度设定为实验温度，向两个储气罐中分别注入甲烷和二氧化碳等待气体加热。