一种模拟煤层气解吸的实验方法与流程

1.本发明属于煤层气开采技术领域，特别涉及一种模拟煤层气解吸的实验方法。


背景技术：

2.煤层气赋存在煤层中，以甲烷为主要成分，可分为吸附态、游离态和溶解态。其中，煤层气以吸附态为主，具体占总含量的70％-95％。由于煤层气开发中的运移过程主要包含解吸—扩散—渗流，因此，研究煤层气解吸规律对于煤层气的开发具有重要意义。
3.目前，基本都是基于气—固吸附理论对煤层气解吸规律进行研究，而实际煤储层中多为煤(固)、气和水(液)三相共存的环境，这与气—固吸附理论应用的前提有着明显差异。另外，虽然有学者开展了液相环境下煤层气的吸附解吸研究，但都是以先吸附甲烷然后注水的方式来模拟储层环境，这与真实储层气体的吸附环境存在一定差异。并且，煤层气含气量测试通常是在常压环境下进行解吸，且孔隙中的流动水会被气体挤出，这种情形下得到解吸规律与实际情况有很大差异。。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明公开了一种模拟煤层气解吸的实验方法，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供一种模拟煤层气解吸的实验方法，所述实验方法采用煤层气解吸模拟装置，所述煤层气解吸模拟装置包括加压组件、地层模拟组件、控压组件和计量组件；
7.所述地层模拟组件包括样品罐，所述样品罐用于容纳储层样品和地层模拟液；
8.所述加压组件包括第一加压泵，所述第一加压泵用于给所述样品罐加压；所述控压组件包括第二加压泵，所述第二加压泵用于控制所述样品罐的出气口处的排气压力，所述计量组件用于计量所述样品罐内解吸出的气体体积；
9.所述实验方法包括如下步骤：
10.步骤s01，将储层样品和地层模拟液装入所述样品罐中；
11.步骤s02，开启所述第一加压泵对所述样品罐加压，在所述样品罐内的压力达到模拟地层压力后，关闭所述第一加压泵；
12.步骤s03，开启所述第二加压泵，使所述样品罐的出气口处的排气压力达到预设解吸压力，进行气体解吸，并用所述计量组件测量解吸出的气体体积。
13.进一步地，所述样品罐的上端设有第一测压单元；
14.所述第一加压泵通过进口阀门与所述样品罐连通。
15.进一步地，所述控压组件还包括第二测压单元和回压阀；
16.所述回压阀的进口通过出口阀门与所述样品罐的出气口连通，所述回压阀的出口与所述计量组件连通，所述回压阀的加压口通过所述第二测压单元与所述第二加压泵连通。
17.进一步地，所述第一加压泵和所述第二加压泵均为手动加压泵；
18.所述第一测压单元和所述第二测压单元均为压力表。
19.进一步地，所述第一加压泵与所述进口阀门之间的管路上设有第一快速接头，所述回压阀与所述出口阀门之间的管路上设有第二快速接头。
20.进一步地，所述计量组件包括计量筒和平衡杯；
21.所述计量筒的上端与所述回压阀的出口连通，所述计量筒的下端与所述平衡杯的下端连通。
22.进一步地，所述计量筒采用不吸附气体的透明材质，并且所述计量筒上标有刻度。
23.进一步地，所述煤层气解吸模拟装置还包括恒温组件；
24.所述恒温组件用于在所述步骤s02～步骤s03中对所述样品罐恒温加热。
25.进一步地，所述实验方法还包括：
26.步骤s04，按照预设梯度降低所述预设解吸压力的数值，并重复步骤s03，直至所述预设解吸压力的数值为0。
27.进一步地，所述用所述计量组件测量解吸出的气体体积具体为：
28.在所述计量筒和所述平衡杯内装入液体，并在所述储层样品内的气体进行解吸前，使所述计量筒和所述平衡杯内的体液液面等高，读取此时所述计量筒内液面的高度值为第一刻度值；在所述储层样品内的气体停止解吸后，使所述计量筒和所述平衡杯内的液体液面再次等高，读取此时所述计量筒内液面的高度值为第二刻度值；将所述第一刻度值和所述第二刻度值做差，得到解吸气体的体积。
29.本发明的优点及有益效果是：
30.本发明的实验方法能够更加真实的模拟煤层气储存环境，不但可进行地层中固、气、液三相共存环境下的气体解吸模拟，还可进行不同解吸压力下气体解吸的模拟，进而获得贴近实际情况的气体解吸规律，并且该实验方法简单、对外部环境要求低，能够在复杂的现场开展模拟实验。
附图说明
31.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
32.图1为本发明中煤层气解吸模拟装置的结构示意图；
33.图2为本发明中模拟煤层气解吸实验方法的实施步骤图。
34.图中：1、加压组件；2、地层模拟组件；3、控压组件；4、计量组件；5、样品罐；6、第一加压泵；7、第一测压单元；8、第一快速接头；9、进口阀门；10、出口阀门；11、第二快速接头；12、第二测压单元；13、第二加压泵；14、回压阀；15、计量筒；16、平衡杯。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做
出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
37.本技术的一个实施例中提供一种煤层气解吸模拟装置，如图1所示，该煤层气解吸模拟装置包括加压组件1、地层模拟组件2、控压组件3和计量组件4。
38.具体地，地层模拟组件2包括样品罐5，样品罐5用于容纳储层样品和地层模拟液；其中，储层样品可以是刚从地层采集的煤心，地层模拟液可以是地层水或者标准盐水，这样可以更加真实模拟地层环境。
39.并且，加压组件1与样品罐5连通，用于给样品罐5加压，使样品罐5内的压力达到地层压力，实现地层压力的模拟。
40.进一步地，样品罐5的出气口通过控压组件3与计量组件4连通，控压组件3用于控制样品罐5的排气压力，进而实现对储层样品中气体解吸压力的控制，计量组件4用于测量样品罐5排出气体的体积。
41.本实施例的煤层气解吸模拟装置中，通过设置加压组件以及用于容纳储层样品和地层模拟液的样品罐，可进行地层中固、气、液三相共存环境下的气体解吸模拟；另外，通过设置用于控制所述样品罐的排气压力的控压组件，可进行不同解吸压力下气体解吸的模拟；该煤层气解吸模拟装置可更加真实的模拟煤层气储存环境，并且结构简单、对外部环境要求低，能够在复杂且恶劣的生产勘探现场开展模拟实验。
42.在一个实施例中，如图1所示，样品罐5的上端设有第一测压单元7，第一测压单元7用于检测样品罐5中的压力，这样便于控制加压组件1对样品罐5内施加压力的大小，以及可以实时监测样品罐5内压力的变化。
43.在本实施例中，如图1所示，加压组件1包括第一加压泵6，第一加压泵6通过向样品罐5中加地层模拟液的方式施加压力。
44.其中，第一加压泵6通过进口阀门9与样品罐5连通，这样可以通过控制进口阀门9的开关进而控制第一加压泵6与样品罐5间的通断。
45.进一步地，如图1所示，控压组件3包括第二加压泵13、第二测压单元12和回压阀14。
46.具体地，回压阀14的进口通过出口阀门10与样品罐5的出气口连通，该出气口设置在样品罐5的上端，便于解吸出的气体从样品罐5中排出。并且，进口阀门9具体设置在样品罐5的罐体侧面或底端，这样可以使样品罐5内的各处均匀升压，进而保证储层样品所处环境的均一性；回压阀14的出口与计量组件4连通，回压阀14的加压口通过第二测压单元12与第二加压泵13连通，第二测压单元12用于检测样品罐5排出气体的压力，进而便于控制样品罐5的排气压力，即便于控制储层样品中气体的解吸压力。同样，第二加压泵13也是通过施加液体压力的方式控制样品罐5的排气压力。
47.另外，第一加压泵和第二加压泵均为手动加压泵，第一测压单元和第二测压单元均为压力表，这样可以降低煤层气解吸模拟装置对电气元器件的依赖程度，使煤层气解吸模拟装置能适用于勘探开井的一线环境。
48.在一个实施例中，如图1所示，第一加压泵6与进口阀门9之间的管路上设有第一快速接头8，回压阀14与出口阀门10之间的管路上设有第二快速接头11，通过速接头可以实现煤层气解吸模拟装置的快速拆分与组装，进而便于煤层气解吸模拟装置的运输和仓储。
49.另外，第一加压泵与样品罐之间的管路，以及第二加压泵与样品罐之间的管路采用金属管线，金属管线可以承受住第一加压泵和第二加压泵产生的压力。
50.在一个实施例中，如图1所示，计量组件4包括计量筒15和平衡杯16，计量筒15和平衡杯16可设置在支撑架上。其中，平衡杯16的容纳体积大于计量筒15的容纳体积，优选地，平衡杯16的容纳体积是计量筒15的容纳体积的两倍。
51.计量筒15的上端与回压阀14的出口连通，计量筒15的下端与平衡杯16的下端连通，具体地，计量筒15与回压阀14之间，以及计量筒15与平衡杯之间通过硅胶管连接，这样便于计量筒15和平衡杯16进行垂直位置的调整。
52.进一步地，计量筒采用不吸附气体的透明材质，并且计量筒上标有刻度，在计量筒内装有液体对解吸出的气体进行收集时，可以直观观察并计算出解吸气体的体积。
53.在一个实施例中，煤层气解吸模拟装置还包括恒温组件(图中未示出)。
54.恒温组件用于对样品罐恒温加热，这样可以模拟地层温度，进而能更加真实的模拟出地层的真实环境，使模拟结果更为准确。其中，恒温组件通过水浴加热的方式对样品罐进行加热，进而使样品罐各处升温更为均匀，恒温组件可以是水浴锅。
55.本技术的一个实施例中提供一种模拟煤层气解吸的实验方法，该实验方法采用上述实施例中的煤层气解吸模拟装置，如图2所示，具体包括如下步骤：
56.步骤s01，将储层样品和地层模拟液装入样品罐中，然后密封样品罐。
57.步骤s02，开启第一加压泵对样品罐加压，在样品罐内的压力达到模拟地层压力后，关闭第一加压泵。
58.其中，在第一加压泵工作时，进口阀门开启，出口阀门关闭；在第一加压泵停止工作时，进口阀门关闭。另外，可以通过样品罐上设置的第一测压单元进而确定样品罐中的压力。
59.步骤s03，开启第二加压泵，使样品罐的出气口处的排气压力达到预设解吸压力，然后打开出口阀门，进而使储层样品中的气体在预设解吸压力下进行解吸，并用计量组件测量解吸出的气体体积。其中，在步骤s02～步骤s03中，可使用恒温组件对样品罐进行恒温加热。
60.本实施例中的实验方法可真实模拟地层环境，并且得到的气体解吸规律与实际规律更为相近。
61.另外，本实施例中，用计量组件测量解吸出的气体体积的具体方式为：
62.在计量筒和平衡杯内装入液体，并在储层样品内的气体进行解吸前，调节平衡杯和/或计量筒的垂直高度，使计量筒和平衡杯内的体液液面等高，读取此时计量筒内液面的高度值为第一刻度值；在储层样品内的气体进行解吸时，解吸得到的气体会进入到计量筒内，使计量筒内的液体进入到平衡杯中；在储层样品内的气体停止解吸后，调节平衡杯和/或计量筒的垂直高度，使计量筒和平衡杯内的液体液面再次等高，读取此时计量筒内液面的高度值为第二刻度值；将第一刻度值和第二刻度值做差，得到解吸气体的体积。
63.在一个实施例中，模拟煤层气解吸的实验方法还包括：
64.步骤s04，按照预设梯度降低预设解吸压力的数值，并重复步骤s03，直至预设解吸压力的数值为0。这样，可以实现通过一次实验，就可得到不同解吸压力下解吸出的气体体积，进而便于得到该储层样品的气体解吸规律。
65.进一步地，在步骤s01之前，对样品罐进行密封性检测，具体为：
66.在样品罐内灌满地层模拟液后，关闭出口阀门，开启进口阀门和第一加压泵，当样品罐内的压力达到预设压力后，关闭进口阀门和第一加压泵，观察第一测压单元测出的样品罐内压力变化，当测出的压力值不变时，表示样品罐的密封性好；当测出的压力值变化时，表示样品罐的密封性差，这时需要调整样品罐。
67.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。