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原文传递一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置及方法

专利名称：	一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置及方法
摘要：	本发明公开一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置及方法，该装置包括岩心夹持单元、注气单元、注模拟地层水单元和测量单元；岩心夹持单元包括岩心夹持器，其连接围压泵和回压泵；注气单元包括氢气瓶，氢气瓶通过气体增压泵连接储氢罐，储氢罐连接岩心夹持器的两端；注模拟地层水单元包括双缸泵和中间容器，中间容器的上部腔室连接岩心夹持器，并通过阀门选择注液方向；测量单元包括第一压力计、第二压力计和气液分离器；岩心夹持器和中间容器均处于恒温箱中。本发明能够有效模拟咸水层和含水枯竭气藏类型储氢库循环多次注氢、储氢与采氢的过程，以实现储氢库储层中氢气和水渗流滞后规律的真实模拟，为储氢库的注采运行方式调整提供参考。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	成都理工大学
发明人：	王磊;李曦宁;娄育源;孟祥豪;邱星栋;王恒
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-23T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-28T00:00:00+0800
申请号：	CN202311066645.0
公开号：	CN117129383A
代理机构：	青岛锦佳专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	邵朋程
分类号：	G01N13/04;G01N15/08;G01N33/24;G09B23/40;G;G01;G09;G01N;G09B;G01N13;G01N15;G01N33;G09B23;G01N13/04;G01N15/08;G01N33/24;G09B23/40
申请人地址：	610059 四川省成都市成华区二仙桥东三路1号
主权项：	1.一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：包括岩心夹持单元、注气单元、注模拟地层水单元和测量单元；所述岩心夹持单元包括用于固定和密封岩心的岩心夹持器，岩心夹持器的侧面通过围压管道连接围压泵；所述注气单元包括氢气瓶，氢气瓶通过第一输送管道连接储氢罐，在第一输送管道上设置有气体增压泵和第一阀门，第一输送管道通过第二输送管道与岩心夹持器的一端连接，在第二输送管道上设置有第二阀门、第三阀门和第一调压阀，第一调压阀处于第二阀门和第三阀门之间；在第二输送管道上还设置有第一压力表；所述注模拟地层水单元包括双缸泵和中间容器，在中间容器的内部设置有活塞，所述活塞将中间容器的内部空间分为上部腔室和下部腔室，在上部腔室中装填有模拟地层水，下部腔室中装填有去离子水；双缸泵通过第三输送管道与下部腔室连接，上部腔室通过第四输送管道连接岩心夹持器的另一端，在第四输送管道上设置有第四阀门；所述测量单元包括第一压力计、第二压力计和气液分离器，第一压力计安装在第二输送管道上，第二压力计安装在第四输送管道上；所述第四输送管道通过第五输送管道连接气液分离器，气液分离器通过液体测量管道连接量筒，气液分离器还与气体管道连接，在气体管道上设置有气体流量计；所述第五输送管道还通过回压管道连接回压泵；所述第二输送管道和第五输送管道之间还连接有第六输送管道，在第六输送管道上设置有第五阀门；在第五输送管道上设置有第六阀门和回压阀门，回压管道与回压阀门连接，第六输送管道与第五输送管道的连接点处于第六阀门和回压阀门之间；所述岩心夹持器和中间容器均处于恒温箱中。 2.根据权利要求1所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：所述气体增压泵还通过第七输送管道连接空压机，在第七输送管道上设置有第二调压阀和第二压力表。 3.根据权利要求1所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：在第一输送管道上还设置有第三压力表，第一输送管道通过第八输送管道连接放空装置，在第八输送管道上设置有第七阀门。 4.根据权利要求1所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：所述第四输送管道还通过第九输送管道连接第二输送管道，在第九输送管道上设置有第八阀门。 5.根据权利要求1所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：所述中间容器设置多个，相互间呈并联布置，构成中间容器组。 6.根据权利要求1所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：所述恒温箱上还设置有用于检测恒温箱内氢气浓度的氢气检测器；恒温箱通过第十输送管道连接放空装置。 7.根据权利要求1所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的装置，其特征在于：所述气体流量计设置两个，该两个气体流量计呈并联布置；所述气体管道还连接放空装置。 8.一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的方法，采用如权利要求1-7中任一权利要求所述的装置，其特征在于包括以下步骤：步骤一、取目的储层钻井岩心，测量岩心的长度L、直径d、烘干后的岩心质量m；步骤二、配制模拟地层水，并取纯度99.5％以上的氢气，在储层温度条件下分别测定模拟地层水粘度μw和计算氢气粘度μg；步骤三、将烘干后的岩心放入饱和水装置内抽真空饱和地层水；步骤四、连接装置并调试，检测装置气密性以及仪表是否正常；步骤五、将步骤三中饱和地层水的岩心装入岩心夹持器，通过围压泵施加与地应力一致的围压，通过回压泵施加与地层压力一致的回压；打开恒温箱，加温至实验目标温度并保持该温度稳定；步骤六、氢气驱水步骤；打开注气单元，关闭注模拟地层水单元，通过调整第一调压阀，选择合适的驱替压差，使之能够反映实际储层的渗流压力梯度；围压泵的压力保持不变，打开第一阀门、第二阀门、第三阀门和第六阀门，用氢气恒压驱替岩心夹持器内岩心中的水；岩心夹持器出口的气液混合物通过第五输送管道输送至气液分离器，在气液分离器中进行气液分离，所分离出的液体经液体控制管道进入量筒中，气体由气体管道输送，经过气体流量计测定流速；准确记录各个时刻的产水量、产气量及驱替气流速、岩心夹持器两端口的压力，直至氢气驱水至束缚水状态；步骤七、水驱氢气步骤；打开第四阀门、第五阀门，关闭第二阀门、第三阀门、第六阀门和第八阀门，启动双缸泵，中间容器中的模拟地层水经第四输送管道输送至岩心夹持器中，驱替岩心夹持器内岩心中的氢气，岩心夹持器的气液混合物依次通过第二输送管道、第六输送管道和第五输送管道输送至气液分离器，进行气液分离，所分离出的液体经液体控制管道进入量筒中，气体由气体管道输送，经过气体流量计；准确记录各个时刻的产水量、产气量及驱替气流速、岩心夹持器两端口的压力，直至水驱氢气至残余气体饱和度时，记录注水流量和岩心夹持器两端口压力，计算非稳态水驱氢气过程中气水两相相对渗透率；步骤八、重复步骤六、步骤七，保持驱替压差不变，直到相同含水饱和度下相渗变化率小于3％时结束实验。 9.根据权利要求8所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的方法，其特征在于：采用以下公式计算非稳态氢气驱水过程的气水两相相对渗透率：式中，fw(Sg)为含水率，用小数表示；μw为地层水粘度，Pa.s；μg为氢气粘度，Pa.s；为无因次累积采出流体量，mL；Vw(t)为无因次累积采水量，mL；/>为i时刻无因次累积采出流体量，mL；Vi-1(t)为i-1时刻无因次累积采水量，mL；Krg为气相相对渗透率；Krw为水相相对渗透率；Qw为初始时从出口端流出的产水量，mL/s；Q(t)为t时从出口端流出的产水量，mL/s；I为相对注入能力，无量纲数；Sg为出口端面含气饱和度；Sw为出口端面含水饱和度；由于氢气具有较明显的压缩性，实验中入口压力和出口压力有差异，会造成气体体积发生较大的变化，因此需修正累积流体产量：式中，Vi为第i个时刻实验条件下累积流体产量，mL；Vi-1为第i-1个时刻实验条件下累积流体产量，mL；ΔVwi为第i-1个时刻到第i个时刻的水的增量，单位为mL；Patm为大气压力，MPa；ΔP为第i-1个时刻到第i个时刻的驱替压差，单位为MPa；ΔVgi为常温大气压条件下测得的第i-1个时刻到第i个时刻的气体增量，单位为mL；Te为实验温度，K；Ta为ΔVgi对应的常温温度，K。 10.根据权利要求8所述的一种模拟储氢库储层中氢气水渗流滞后规律的方法，其特征在于：通过氢气检测器实时检测恒温箱中氢气的浓度，并在需要时通过放空装置将恒温箱、第一输送管道和气体管道中的氢气放空。