CN115508250A - 一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及天然气开采技术领域，公开了一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***和方法。该***包括岩样夹持器，所述岩样夹持器的上游通过六通阀分别连接有参考釜、中间容器组和抽真空组件，所述岩样夹持器与六通阀之间设有第一压力表，所述岩样夹持器下游依次设有第二压力表和第一取样点，所述参考釜与所述六通阀之间设有两条线路，第一条线路在所述参考釜的入口设有两个三通阀，两个三通阀与所述气源机构通过管线连接，第二条线路在所述参考釜的入口设有第一阀门，所述第一阀门与所述六通阀之间的管线构成中间取样区域，所述六通阀其中一个阀门为第二取样点阀门。本发明能够实现对水岩作用后多孔介质中气体吸附信息的检测。
Description
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，具体涉及一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***和方法。
背景技术
天然气是指蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。进入二十一世纪以后，我国国民经济出现了快速增长，对天然气的需求也在逐渐加大。目前，具有商业价值的非常规天然气主要是以页岩气、煤层气、致密砂岩气、天然气水合物、水溶气、无机气及浅层生物气等形式赋存的天然气。其中，我国页岩气资源潜力巨大，是亟需开发的能源之一。
考虑到页岩对二氧化碳的吸附能力大于甲烷，因此，相关技术中，通过向页岩储层中通入二氧化碳与甲烷(CH4)发生竞争吸附，可以置换出页岩中的吸附态甲烷。
然而，CO2是一种活性气体，与油、气等地质流体相比，当其注入到地下时极易与周围储层中的岩石和地层水发生反应，其溶于地层水形成碳酸，储层温度压力条件下，溶解度较高，因此液体酸性较强，可引起储层物性条件和化学性质的变化，因此考虑水-岩作用的多孔介质气体吸附能力的研究是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术在研究储层对气体的吸附能力时没有考虑水岩反应的问题，提供一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***和方法。本发明通过合理设计评价***，使其能够实现近井CO2恒流恒压渗流过程中多孔介质气体吸附能力的研究以及远井CO2不定压自由扩散渗流过程中多孔介质气体吸附能力的研究。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***，该***包括岩样夹持器，所述岩样夹持器的上游通过六通阀分别连接有参考釜、中间容器组和抽真空组件；所述岩样夹持器与六通阀之间设有第一压力表，所述岩样夹持器下游依次设有第二压力表和第一取样点；所述参考釜的上游沿气流方向依次设有气源机构和气体增压泵，所述参考釜与所述六通阀之间设有两条线路，第一条线路在所述参考釜的入口设有两个三通阀，两个三通阀与所述气体增压泵通过管线连接，第二条线路在所述参考釜的入口设有第一阀门，所述第一阀门与所述六通阀之间的管线构成中间取样区域，所述六通阀其中一个阀门为第二取样点阀门，所述参考釜连接有第三压力表；所述中间容器组包括碳酸容器、地层水容器、天然气容器和二氧化碳容器，所述中间容器组上游设有柱塞泵。
优选地，所述岩样夹持器与所述第一压力表之间设有第一流量控制装置，所述第二压力表和所述第一取样点之间设有第二流量控制装置。
优选地，所述第二压力表和所述第二流量控制装置之间设有气液分离装置。
优选地，所述第二流量控制装置和所述第一取样点之间设有第三阀门和第四阀门，所述第三阀门打开用于排气，所述第四阀门打开用于取样。
优选地，所述中间容器组与所述六通阀之间设有第四压力表。
优选地，所述碳酸容器、所述地层水容器、所述天然气容器和所述二氧化碳容器并联，且所述碳酸容器、所述地层水容器、所述天然气容器和所述二氧化碳容器的出口和入口均设有开关阀。
优选地，所述参考釜和所述中间容器组均置于恒温控制装置内。
优选地，所述岩样夹持器置于低场核磁共振仪内，所述低场核磁共振仪连接有第一工控计算机。
优选地，所述第一压力表和所述第二压力表均与所述第一工控计算机相连。
优选地，所述气源机构包括天然气供给单元、二氧化碳供给单元和氦气供给单元，且所述天然气供给单元、所述二氧化碳供给单元和所述氦气供给单元的顶部均设有开关阀。
优选地，所述第三压力表连接有第二工控计算机。
本发明第二方面提供了一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价方法，该方法在前文所述***中进行实施，
该方法包括以下步骤：
S1、将多孔介质置于所述岩样夹持器内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器内的自由空间体积；
S2、所述***抽真空，通过所述柱塞泵向多孔介质中注入天然气并饱和吸附，然后恒压恒流注入CO2，在不同时刻收集所述岩样夹持器出口端的气体进行成分分析，并实时记录所述岩样夹持器两端的气体压力、瞬时流量和累计流量；
S3、多孔介质饱和吸附CO2后停止注入CO2，按照式(I)计算多孔介质CO2吸附能力，
其中，Pin、Pi和Pp分别为所述岩样夹持器入口端的CO2注入压力、不同时刻收集取样时所述岩样夹持器出口端的瞬时压力和多孔介质中的自由空间压力，单位为MPa；Zin、Zi、Zp分别为对应压力Pin、Pi和Pp的气体压缩因子；Vin和Vi分别为所述岩样夹持器入口端的CO2注入量和不同时刻收集取样时出口端的收集量，单位为mL；Vp为所述岩样夹持器的自由空间体积，单位为mL；xi为不同时刻收集取样时所述岩样夹持器出口端气体中CO2所占的体积比，单位为％；i为取样次数；n吸附的单位为mol；
S4、抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
S5、重复进行步骤S1～步骤S3，测定水岩反应后多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
本发明第三方面提供了一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价方法，该方法在前文所述***中进行实施，
该方法包括以下步骤：
1)将多孔介质置于所述岩样夹持器内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器内的自由空间体积；
2)所述***抽真空，向所述参考釜中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K1的混合气，连通所述参考釜和所述岩样夹持器，将该混合气通入多孔介质中吸附至稳定，完成多孔介质的预处理；
3)所述***抽真空，向所述参考釜中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K2的混合气，K2和K1相同或不同；
4)连通所述参考釜和所述岩样夹持器，使混合气向多孔介质中扩散，所述中间取样区域具有扩散压力后关闭所述第一阀门直至多孔介质吸附稳定，然后关闭所述六通阀，打开所述第二取样点阀门从所述中间取样区域取样进行气体成分分析，并通过所述第一压力表测定此时取样区域的平衡压力；
5)重复步骤4)，每次重复操作时所述中间取样区域具有的扩散压力不同，并按照式(II)计算不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，
其中，Mi和Ni分别为每次取样时所述参考釜的平衡压力和所述取样区域的平衡压力，单位为MPa；ai和bi分别为每次取样时所述参考釜气体中CO2所占的体积比，单位为％；SL和Sp分别为中间取样区域体积和所述岩样夹持器的自由空间体积，单位为mL；Ti为对应压力Ni的气体压缩因子；i为取样次数；m吸附的单位为mol；
6)抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
7)重复进行步骤1)～步骤6)，测定水岩反应后不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
优选地，所述方法还包括通过所述低场核磁共振仪测量多孔介质的T2谱，分析谱图峰面积变化和不同多孔介质孔隙中气体吸附-解吸行为。
优选地，所述天然气含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氢气中的一种或两种以上。
优选地，所述多孔介质为页岩、煤、活性碳、砂岩或碳酸盐岩。
采用本发明所述***配合特定的方法能够探究近井CO2恒流恒压渗流过程中多孔介质在水岩作用前后吸附能力的差异，以及远井CO2自由扩散渗流过程中多孔介质在水岩作用前后吸附能力的差异，实现对水岩作用后多孔介质中气体吸附信息的检测，从而可以合理地指导页岩气的高效开采以及页岩储层的碳埋存。
附图说明
图1是本发明所述考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***。
图2是实施例1水岩作用前后吸附量变化图。
图3是实施例2水岩作用前后吸附量变化图。
图4本实施例2水岩作用前后T2曲线变化图。
附图标记说明
1岩样夹持器；2参考釜；3中间容器组；31碳酸容器；32地层水容器；33天然气容器；34二氧化碳容器；35柱塞泵；4抽真空组件；5第一压力表；6第二压力表；7第一取样点；8气源机构；81天然气供给单元；82二氧化碳供给单元；83氦气供给单元；9三通阀；10第一阀门；12第二取样点阀门；13第三压力表；14第一流量控制装置；15第二流量控制装置；16气液分离装置；17第三阀门；18第四阀门；19第四压力表；20第一工控计算机；21第二工控计算机；A六通阀；B增压泵；C恒温控制装置；101低场核磁共振仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，所述“上游”是指气体的来源方向，所述“下游”是指气体的去向，在图1中，左边为“上游”，右边为“下游”。
本发明一方面提供了一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***，如图1所示，该***包括岩样夹持器1，所述岩样夹持器1的上游通过六通阀A分别连接有参考釜2、中间容器组3和抽真空组件4；所述岩样夹持器1与六通阀A之间设有第一压力表5，所述岩样夹持器1下游依次设有第二压力表6和第一取样点7；所述参考釜3的上游沿气流方向依次设有气源机构8和气体增压泵B，所述参考釜3与所述六通阀A之间设有两条线路，第一条线路在所述参考釜3的入口设有两个三通阀9，两个三通阀9与所述气体增压泵B通过管线连接，第二条线路在所述参考釜3的入口设有第一阀门10，所述第一阀门10与所述六通阀A之间的管线构成中间取样区域11，所述六通阀A其中一个阀门为第二取样点阀门12，所述参考釜连接有第三压力表13；所述中间容器组3包括碳酸容器31、地层水容器32、天然气容器33和二氧化碳容器34，所述中间容器组3上游设有柱塞泵35。
在本发明所述***中，通过控制两个三通阀9的开关可以使所述气源机构8提供的气体不进入所述参考釜3直接经过第一条线路到达六通阀A，然后控制六通阀A使气体分别进入所述中间容器组3中的天然气容器33和二氧化碳容器34中，碳酸容器31、地层水容器32中的液体可以预先配好直接装入，然后通过柱塞泵35将天然气容器33、二氧化碳容器34、碳酸容器31或地层水容器32中的天然气、二氧化碳、碳酸或地层水通过六通阀A进入所述岩样夹持器1中。在本发明所述***中，也可以通过控制两个三通阀9的开关使所述气源机构8提供的气体进入所述参考釜3通过第二条线路到达六通阀A，然后控制六通阀A使气体直接进入岩样夹持器1中。将天然气和二氧化碳进入所述参考釜3后，所述参考釜3可以用于配制不同比例的天然气和二氧化碳混合气。所述抽真空组件4用于为整个***冲真空。所述气体增压泵B用于将气源机构8提供的气体泵出，然后向所述参考釜3中泵入指定压力的气体或向所述六通阀A中泵入指定压力的气体。
在具体实施方式中，所述岩样夹持器1通过连接管路还连接有用于在所述岩样夹持器1内产生围压和高温高压的装置，该装置的作用是为岩样夹持器1中样品提供近似于地层环境的温度、压力条件。
在优选实施方式中，所述岩样夹持器1与所述第一压力表5之间设有第一流量控制装置14，所述第二压力表6和所述第一取样点7之间设有第二流量控制装置15。所述第一流量控制装置14和第二流量控制装置15可以用于控制通过所述岩样夹持器1内放置的多孔介质的气体流量。
在优选实施方式中，所述第二压力表6和所述第二流量控制装置15之间设有气液分离装置16。在进行评价方法时，加入地层水和碳酸水岩作用后，所述岩样夹持器1的出口端会产出液体，需利用气液分离装置16进行分离从而采集气样。
在优选实施方式中，所述第二流量控制装置15和所述第一取样点7之间设有第三阀门17和第四阀门18，所述第三阀门17打开用于排气，所述第四阀门18打开用于取样。
在优选实施方式中，所述中间容器组3与所述六通阀A之间设有第四压力表19。所述第四压力表19的作用是明确中间容器组3中通入气体压力。
在优选实施方式中，所述碳酸容器31、所述地层水容器32、所述天然气容器33和所述二氧化碳容器34并联，且所述碳酸容器31、所述地层水容器32、所述天然气容器33和所述二氧化碳容器34的出口和入口均设有开关阀。在实际操作时，可以通过控制每个容器的开关阀，实现每种碳酸、地层水、天然气和二氧化碳的单独使用。
在优选实施方式中，所述参考釜2和所述中间容器组3均置于恒温控制装置C内，使进入参考釜中的气体以及中间容器组3中的气体和液体的温度与岩样夹持器1内放置的多孔介质的温度一致，模拟地层环境。
在优选实施方式中，所述岩样夹持器1置于低场核磁共振仪101内，所述低场核磁共振仪101连接有第一工控计算机20。所述低场核磁共振仪2可以测量天然气的横向弛豫时间并通过第一工控计算机20显示出结果。
在优选实施方式中，所述第一压力表5和所述第二压力表6均与所述第一工控计算机20相连。所述第一工控计算机20可以实时记录所述岩样夹持器1出入口压力变化数据。
在优选实施方式中，所述气源机构8包括天然气供给单元81、二氧化碳供给单元82和氦气供给单元83，且所述天然气供给单元81、所述二氧化碳供给单元82和所述氦气供给单元83的顶部均设有开关阀。天然气供给单元81、所述二氧化碳供给单元82和所述氦气供给单元83提供的天然气、二氧化碳和氦气可以单独或同时进行使用。所述氦气可以用于测定岩样夹持器1的自由空间体积。
在优选实施方式中，所述第三压力表13连接有第二工控计算机21。所述第二工控计算机21可以用于实时记录所述参考釜3内的压力。
本发明第二方面提供了一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价方法，该方法在前文所述***中进行实施，
该方法包括以下步骤：
S1、将多孔介质置于所述岩样夹持器1内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器1内的自由空间体积；
S2、所述***抽真空，通过所述柱塞泵35向多孔介质中注入天然气并饱和吸附，然后恒压恒流注入CO2，在不同时刻收集所述岩样夹持器1出口端的气体进行成分分析，并实时记录所述岩样夹持器1两端的气体压力、瞬时流量和累计流量；
S3、多孔介质饱和吸附CO2后停止注入CO2，按照式(I)计算多孔介质CO2吸附能力，
其中，Pin、Pi和Pp分别为所述岩样夹持器1入口端的CO2注入压力、不同时刻收集取样时所述岩样夹持器1出口端的瞬时压力和多孔介质中的自由空间压力，单位为MPa；Zin、Zi、Zp分别为对应压力Pin、Pi和Pp的气体压缩因子；Vin和Vi分别为所述岩样夹持器1入口端的CO2注入量和不同时刻收集取样时出口端的收集量，单位为mL；Vp为所述岩样夹持器1的自由空间体积，单位为mL；xi为不同时刻收集取样时所述岩样夹持器1出口端气体中CO2所占的体积比，单位为％；i为取样次数；n吸附的单位为mol；
S4、抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵35向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵35向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
S5、重复进行步骤S1～步骤S3，测定水岩反应后多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
本发明第二方面提供的该方法可以用于探究近井CO2恒流恒压渗流过程中多孔介质在水岩作用前后吸附能力的差异。该方法的具体操作过程为：将***安装完成，实验样品安装完成后，即准备工作做好后，对***抽真空后测定所述岩样夹持器1内的自由空间体积，然后通过柱塞泵35向多孔介质中注入天然气并饱和吸附，模拟储层中原始天然气吸附行为，接着向多孔介质中恒压恒流注入CO2，通过竞争吸附置换出天然气并评价其对CO2的吸附能力，所述CO2的注入压力和注入流量通过第一压力表5和第一流量控制装置14进行监测，每隔一段时间从第一取样点7收集所述岩样夹持器1出口端的气体进行成分分析，接着根据式(I)计算多孔介质CO2吸附能力，接着抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵35向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵35向多孔介质注入碳酸进行水岩反应，模拟CO2注入到储层中，CO2与周围储层中的岩石和地层水发生反应的情况，重复进行步骤S1～步骤S3，测定水岩反应后多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
本发明第三方面提供了一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价方法，该方法在前文所述***中进行实施，
该方法包括以下步骤：
1)将多孔介质置于所述岩样夹持器1内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器1内的自由空间体积；
2)所述***抽真空，向所述参考釜2中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K1的混合气，连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，将该混合气通入多孔介质中吸附至稳定，完成多孔介质的预处理；
3)所述***抽真空，向所述参考釜2中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K2的混合气，K2和K1相同或不同；
4)连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，使混合气向多孔介质中扩散，所述中间取样区域11具有扩散压力后关闭所述第一阀门10直至多孔介质吸附稳定，然后关闭所述六通阀A，打开所述第二取样点阀门12从所述中间取样区域11取样进行气体成分分析，并通过所述第一压力表5测定此时取样区域11的平衡压力；
5)重复步骤4)，每次重复操作时所述中间取样区域11具有的扩散压力不同，并按照式(II)计算不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，
其中，Mi和Ni分别为每次取样时所述参考釜2的平衡压力和所述取样区域11的平衡压力，单位为MPa；ai和bi分别为每次取样时所述参考釜2气体中CO2所占的体积比，单位为％；SL和Sp分别为中间取样区域11体积和所述岩样夹持器1的自由空间体积，单位为mL；Ti为对应压力Ni的气体压缩因子；i为取样次数；m吸附的单位为mol；
6)抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵35向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵35向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
7)重复进行步骤1)～步骤6)，测定水岩反应后不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
本发明第三方面提供的方法用于研究远井CO2自由扩散渗流过程中多孔介质在水岩作用前后吸附能力的差异。该方法的具体操作为：将***安装完成，实验样品安装完成后，即准备工作做好后，对***抽真空后测定所述岩样夹持器1内的自由空间体积，然后向所述参考釜2中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K1的混合气，连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，将该混合气通入多孔介质中吸附至稳定，完成多孔介质的预处理，该预处理的目的是模拟不同比例天然气和CO2在天然气储层中的初始吸附状态，接着再次抽真空，向所述参考釜2中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K2的混合气，K2和K1可以相同，也可以不同，连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，使混合气向多孔介质中扩散，所述中间取样区域11具有一定扩散压力后关闭所述第一阀门10直至多孔介质吸附稳定，然后关闭所述六通阀A，打开所述第二取样点阀门12从所述中间取样区域11取样进行气体成分分析，并通过所述第一压力表5测定此时取样区域11的平衡压力，重复该操作，不同的是，每次连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，使混合气向多孔介质中扩散后，所述中间取样区域11的扩散压力不同，然后按照式(II)计算不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，接着抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵35向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵35向多孔介质注入碳酸进行水岩反应，模拟CO2注入到储层中，CO2与周围储层中的岩石和地层水发生反应的情况，重复进行步骤1)～步骤6)，测定水岩反应后不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
本发明第二方面和第三方面提供的方法还包括通过所述低场核磁共振仪101测量多孔介质的T2谱，分析谱图峰面积变化和不同多孔介质孔隙中气体吸附-解吸行为。具体地，T2谱可以获得天然气在不同尺寸孔隙中吸附特征，分析注入的CO2在孔隙中的竞争吸附及对天然气解吸行为的影响，对比水岩反应前后天然气和CO2竞争吸附行为变化特征。
本发明第二方面和第三方面提供的方法中，所述天然气含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氢气中的一种或两种以上。
本发明第二方面和第三方面提供的方法中，所述多孔介质为页岩、煤、活性碳、砂岩或碳酸盐岩。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
以下实施例在如图1所示的考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***中实施，该***包括岩样夹持器1，所述岩样夹持器1的上游通过六通阀A分别连接有参考釜2、中间容器组3和抽真空组件4，所述岩样夹持器1与六通阀A之间设有第一压力表5，所述岩样夹持器1、下游依次设有第二压力表6和第一取样点7，所述参考3的上游沿气流方向依次设有气源机构8和气体增压泵B，所述参考釜3与所述六通阀A之间设有两条线路，第一条线路在所述参考釜3的入口设有两个三通阀9，两个三通阀9与所述气体增压泵B通过管线连接，第二条线路在所述参考釜3的入口设有第一阀门10，所述第一阀门10与所述六通阀A之间的管线构成中间取样区域11，所述六通阀A其中一个阀门为第二取样点阀门12，所述参考釜连接有第三压力表13，所述中间容器组3包括碳酸容器31、地层水容器32、天然气容器33和二氧化碳容器34，所述中间容器组3上游设有柱塞泵35，所述岩样夹持器1与所述第一压力表5之间设有第一流量控制装置14，所述第二压力表6和所述第一取样点7之间设有第二流量控制装置15，所述第二压力表6和所述第二流量控制装置15之间设有气液分离装置16，所述第二流量控制装置15和所述第一取样点7之间设有第三阀门17和第四阀门18，所述第三阀门17打开用于排气，所述第四阀门18打开用于取样，所述第二流量控制装置15和所述第一取样点7之间设有第三阀门17和第四阀门18，所述第三阀门17打开用于排气，所述第四阀门18打开用于取样，所述中间容器组3与所述六通阀A之间设有第四压力表19，所述碳酸容器31、所述地层水容器32、所述天然气容器33和所述二氧化碳容器34并联，且所述碳酸容器31、所述地层水容器32、所述天然气容器33和所述二氧化碳容器34的出口和入口均设有开关阀，所述参考釜2和所述中间容器组3均置于恒温控制装置C内，所述岩样夹持器1置于所述低场核磁共振仪101内，所述低场核磁共振仪101连接有第一工控计算机20，所述第一压力表5和所述第二压力表6均与所述第一工控计算机20相连，所述气源机构8包括天然气供给单元81、二氧化碳供给单元82和氦气供给单元83，且所述天然气供给单元81、所述二氧化碳供给单元82和所述氦气供给单元83的顶部均设有开关阀，所述第三压力表13连接有第二工控计算机21。
实施例1和实施例2中采用的天然气的成分为甲烷。
实施例1用于探究近井CO2恒流恒压渗流过程中页岩在水岩作用前后吸附能力的差异。
该方法包括以下步骤：
S1、将页岩置于所述岩样夹持器1内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器1内的自由空间体积；
S2、所述***抽真空，通过所述柱塞泵35向页岩中注入天然气并饱和吸附，然后恒压恒流注入CO2，在不同时刻收集所述岩样夹持器1出口端的气体进行成分分析，并实时记录所述岩样夹持器1两端的气体压力、瞬时流量和累计流量；
S3、页岩饱和吸附CO2后停止注入CO2，按照式(I)计算页岩CO2吸附能力，
其中，Pin、Pi和Pp分别为所述岩样夹持器1入口端的CO2注入压力、不同时刻收集取样时所述岩样夹持器1出口端的瞬时压力和页岩中的自由空间压力，单位为MPa；Zin、Zi、Zp分别为对应压力Pin、Pi和Pp的气体压缩因子；Vin和Vi分别为所述岩样夹持器1入口端的CO2注入量和不同时刻收集取样时出口端的收集量，单位为mL；Vp为所述岩样夹持器1的自由空间体积，单位为mL；xi为不同时刻收集取样时所述岩样夹持器1出口端气体中CO2所占的体积比，单位为％；i为取样次数；
S4、抽真空对页岩进行解吸，通过所述柱塞泵35向页岩注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵35向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
S5、重复进行步骤S1～步骤S3，测定水岩反应后页岩CO2吸附能力，评价水岩反应对页岩吸附能力的影响。
本实施例水岩作用前后吸附量变化如图2所示。从图2可以看出，水岩作用后CO2吸附速率变快，即更快到达饱和吸附状态，但总吸附量有所降低。
实施例2用于探究远井CO2自由扩散渗流过程中多孔介质在水岩作用前后吸附能力的差异。
该方法包括以下步骤：
1)将页岩置于所述岩样夹持器1内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器1内的自由空间体积；
2)所述***抽真空，向所述参考釜2中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K1(K1为5)的混合气，连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，将该混合气通入页岩中吸附至稳定，完成多孔介质的预处理；
3)所述***抽真空，向所述参考釜2中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K2(K2为0.5)的混合气；
4)连通所述参考釜2和所述岩样夹持器1，使混合气向页岩中扩散，所述中间取样区域11具有一定扩散压力后关闭所述第一阀门10直至页岩吸附稳定，然后关闭所述六通阀A，打开所述第二取样点阀门12从所述中间取样区域11取样进行气体成分分析，并通过所述第一压力表5测定此时取样区域11的平衡压力；
5)重复步骤4)，每次重复操作时所述中间取样区域11具有的扩散压力不同，并按照式(II)计算不同扩散压力下页岩CO2吸附能力，
其中，Mi和Ni分别为每次取样时所述参考釜2的平衡压力和所述取样区域11的平衡压力，单位为MPa；ai和bi分别为每次取样时所述参考釜2气体中CO2所占的体积比，单位为％；SL和Sp分别为中间取样区域11体积和所述岩样夹持器1的自由空间体积，单位为mL；Ti为对应压力Ni的气体压缩因子；i为取样次数。
6)抽真空对页岩进行解吸，通过所述柱塞泵35向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵35向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
7)重复进行步骤1)～步骤6)，测定水岩反应后不同扩散压力下页岩CO2吸附能力，评价水岩反应对页岩吸附能力的影响。
本实施例水岩作用前后吸附量变化如图3所示，图3横坐标表示每次取样分析时所述取样区域11的平衡压力。从图3可以看出，水岩作用后，CO2在低压力值时吸附量增加，到达饱和吸附所需压力值减小，但总吸附量有所降低。
本实施例水岩作用前后T2曲线变化如图4所示。从图4可以看出，水岩作用前后，注入CO2后曲线面积都减小，说明水岩作用前后，CO2都能够很好的将天然气置换出来，但水岩作用后饱和天然气量降低，说明孔隙结构发生变化，部分孔径尺寸增大，比表面积减小导致吸附总量的降低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价***，其特征在于，该***包括岩样夹持器(1)，所述岩样夹持器(1)的上游通过六通阀(A)分别连接有参考釜(2)、中间容器组(3)和抽真空组件(4)，
所述岩样夹持器(1)与六通阀(A)之间设有第一压力表(5)，所述岩样夹持器(1)下游依次设有第二压力表(6)和第一取样点(7)，
所述参考釜(3)的上游沿气流方向依次设有气源机构(8)和气体增压泵(B)，所述参考釜(3)与所述六通阀(A)之间设有两条线路，第一条线路在所述参考釜(3)的入口设有两个三通阀(9)，两个三通阀(9)与所述气体增压泵(B)通过管线连接，第二条线路在所述参考釜(3)的入口设有第一阀门(10)，所述第一阀门(10)与所述六通阀(A)之间的管线构成中间取样区域(11)，所述六通阀(A)其中一个阀门为第二取样点阀门(12)，所述参考釜连接有第三压力表(13)，
所述中间容器组(3)包括碳酸容器(31)、地层水容器(32)、天然气容器(33)和二氧化碳容器(34)，所述中间容器组(3)上游设有柱塞泵(35)。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述岩样夹持器(1)与所述第一压力表(5)之间设有第一流量控制装置(14)，所述第二压力表(6)和所述第一取样点(7)之间设有第二流量控制装置(15)；
优选地，所述第二压力表(6)和所述第二流量控制装置(15)之间设有气液分离装置(16)；
优选地，所述第二流量控制装置(15)和所述第一取样点(7)之间设有第三阀门(17)和第四阀门(18)，所述第三阀门(17)打开用于排气，所述第四阀门(18)打开用于取样。
3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于，所述中间容器组(3)与所述六通阀(A)之间设有第四压力表(19)；
优选地，所述碳酸容器(31)、所述地层水容器(32)、所述天然气容器(33)和所述二氧化碳容器(34)并联，且所述碳酸容器(31)、所述地层水容器(32)、所述天然气容器(33)和所述二氧化碳容器(34)的出口和入口均设有开关阀；
优选地，所述参考釜(2)和所述中间容器组(3)均置于恒温控制装置(C)内。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述岩样夹持器(1)置于低场核磁共振仪(101)内，所述低场核磁共振仪(101)连接有第一工控计算机(20)；
优选地，所述第一压力表(5)和所述第二压力表(6)均与所述第一工控计算机(20)相连。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述气源机构(8)包括天然气供给单元(81)、二氧化碳供给单元(82)和氦气供给单元(83)，且所述天然气供给单元(81)、所述二氧化碳供给单元(82)和所述氦气供给单元(83)的顶部均设有开关阀；
优选地，所述第三压力表(13)连接有第二工控计算机(21)。
6.一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5中任意一项所述***中进行实施，
该方法包括以下步骤：
S1、将多孔介质置于所述岩样夹持器(1)内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器(1)内的自由空间体积；
S2、所述***抽真空，通过所述柱塞泵(35)向多孔介质中注入天然气并饱和吸附，然后恒压恒流注入CO2，在不同时刻收集所述岩样夹持器(1)出口端的气体进行成分分析，并实时记录所述岩样夹持器(1)两端的气体压力、瞬时流量和累计流量；
S3、多孔介质饱和吸附CO2后停止注入CO2，按照式(I)计算多孔介质CO2吸附能力，
其中，Pin、Pi和Pp分别为所述岩样夹持器(1)入口端的CO2注入压力、不同时刻收集取样时所述岩样夹持器(1)出口端的瞬时压力和多孔介质中的自由空间压力，单位为MPa；Zin、Zi、Zp分别为对应压力Pin、Pi和Pp的气体压缩因子；Vin和Vi分别为所述岩样夹持器(1)入口端的CO2注入量和不同时刻收集取样时出口端的收集量，单位为mL；Vp为所述岩样夹持器(1)的自由空间体积，单位为mL；xi为不同时刻收集取样时所述岩样夹持器(1)出口端气体中CO2所占的体积比，单位为％；i为取样次数；n吸附的单位为mol；
S4、抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵(35)向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵(35)向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
S5、重复进行步骤S1～步骤S3，测定水岩反应后多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
7.一种考虑水岩作用的多孔介质气体吸附能力评价方法，其特征在于，该方法在权利要求1-5中任意一项所述***中进行实施，
该方法包括以下步骤：
1)将多孔介质置于所述岩样夹持器(1)内，然后将所述***抽真空，并测定所述岩样夹持器(1)内的自由空间体积；
2)所述***抽真空，向所述参考釜(2)中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K1的混合气，连通所述参考釜(2)和所述岩样夹持器(1)，将该混合气通入多孔介质中吸附至稳定，完成多孔介质的预处理；
3)所述***抽真空，向所述参考釜(2)中通入天然气和CO2，配制天然气和CO2压力比为K2的混合气，K2和K1相同或不同；
4)连通所述参考釜(2)和所述岩样夹持器(1)，使混合气向多孔介质中扩散，所述中间取样区域(11)具有扩散压力后关闭所述第一阀门(10)直至多孔介质吸附稳定，然后关闭所述六通阀(A)，打开所述第二取样点阀门(12)从所述中间取样区域(11)取样进行气体成分分析，并通过所述第一压力表(5)测定此时取样区域(11)的平衡压力；
5)重复步骤4)，每次重复操作时所述中间取样区域(11)具有的扩散压力不同，并按照式(II)计算不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，
其中，Mi和Ni分别为每次取样时所述参考釜(2)的平衡压力和所述取样区域(11)的平衡压力，单位为MPa；ai和bi分别为每次取样时所述参考釜(2)气体中CO2所占的体积比，单位为％；SL和Sp分别为中间取样区域(11)体积和所述岩样夹持器(1)的自由空间体积，单位为mL；Ti为对应压力Ni的气体压缩因子；i为取样次数；m吸附的单位为mol；
6)抽真空对多孔介质进行解吸，通过所述柱塞泵(35)向多孔介质注入地层水至饱和，然后通过所述柱塞泵(35)向多孔介质注入碳酸进行水岩反应；
7)重复进行步骤1)～步骤6)，测定水岩反应后不同扩散压力下多孔介质CO2吸附能力，评价水岩反应对多孔介质吸附能力的影响。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过所述低场核磁共振仪(101)测量多孔介质的T2谱，分析谱图峰面积变化和不同多孔介质孔隙中气体吸附-解吸行为。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述天然气含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和氢气中的一种或两种以上。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述多孔介质为页岩、煤、活性碳、砂岩或碳酸盐岩。
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