一种测量储气库水体往复运移规律的实验装置和方法
技术领域
本发明涉及储气库模拟实验技术领域，具体涉及一种测量储气库水体往复运移规律的实验装置和方法。
背景技术
储气库具备储气量大、安全系数高、调峰应急能力强等优点，能够有效解决天然气供给与需求不平衡问题。目前已有许多由含边底水的枯竭油气藏改建而成的储气库，这些储气库在多周期反复注采时，其边底水会随着注、采运移，影响储气库注采运行指标。因此，为了研究储气库注采规律，有必要对储气库的边底水运移进行研究。
目前，已经有相关研究装置，如中国申请专利CN201410772790.5，其公开了一套水驱油气藏型储气库周期注采水体运移模拟实验系统，能够分析水驱油气藏型储气库建库及注采运行过程中的水体运移规律，并研究水体运移中的水驱对库容参数的影响。但该装置测试精度较低，比如本装置的水体容器由活塞分隔为两个腔室，两个腔室分别充气和水，实验中要求气体腔室气体量不变，然而实际过程中，活塞难以完全隔离水和气，尤其是随着注采活塞多次运移后，导致气体和液体会互窜，降低了水体容器的平衡压力。同时实验过程中用流量计对水体容器与储气库模型之间交换的水量进行精确计量，由于涉及进、出的流量设置了正、逆向安装两个流量计，但流量较小，计量误差大。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明的一个目的在于提供一种测量储气库水体往复运移规律的实验装置，本装置结构简单，测试精度高。本实验装置的技术方案如下：
一种测量储气库水体往复运移规律的实验装置，包括
水体容器，所述水体容器为蓄能器，所述蓄能器包括壳体和位于壳体中的气囊，气囊将蓄能器内分为两个腔室，其中一个为气体腔，另一个为液体腔，所述气体腔中设有温度计和压力计；
驱替计量泵，与所述液体腔相连，用于向液体腔加水；
气体增压泵，与所述气体腔相连，用于向气体腔中定量充气；
储气库岩心模型，与所述液体腔相连，用于模拟储气库往复注采过程中的运行条件；
所述水体容器为蓄能器是常见的稳压设备，本发明改变了蓄能器的常规用途，利用蓄能器中气囊来分隔水、气，使得气体和水能够完全隔离，实验过程中不存在气、液互窜，同时本装置省略了水体容器与储气库模型连线上的流量计，结构更简单。
优选的，所述水体容器位于恒温箱中用以模拟地层的高温条件。
优选的，所述驱替计量泵出口、气体增压泵出口与所述水体容器连接的管段上均设置有盘管部，所述盘管部位于所述恒温箱中，主要是利用盘管对水、气加热，加快加热速率，节约实验时间。
优选的，本实验装置还包括数据控制装置，数据控制装置与气体腔的温度计、压力计连接，用于记录并处理数据。
本发明的另一目的是提供一种测量储气库水体往复运移规律的方法，本方法采用上述实验装置，具体步骤如下：
(1)实验准备阶段：
根据储气库资料确定实验温度、储气库原始压力、储气库注气上限压力、采气下限压力、水体压缩系数、气垫压缩系数、气垫规模。
(4)测量水体容器密闭系统体积
将液体腔排尽，然后关闭水体容器与外界连通的阀门，记录气体腔压力P0，然后通过驱替计量泵向水体容器中注入体积为V1的水，测定此时压力P1，水体容器密闭系统体积的计算公式如下：
(5)向水体容器中垫水、垫气，升高水体容器的温度、压力至储气库岩心模型的温度压力，然后将储气库岩心模型与液体腔连通；具体而言，利用水体容器密闭系统体积减去气垫规模获知水垫规模，按水垫规模向液体腔中垫水，然后向气体腔中垫气，垫气与升温同时进行，使得水体容器中达到实验温度和储气库原始压力；
(4)利用外围设备对储气库岩心模型循环进行注、采气；
注气阶段：利用外围设备控制储气库岩心模型的入口气体气流量，随储气库岩心模型内部气体不断采出，孔隙压力逐步下降，同时水体容器中气体腔气垫发生膨胀，推动液体腔水体侵入到储气库岩心模型的孔隙内部。当储气库岩心模型内部压力下降到储气库采气运行的下限压力时，停止采气，此时完成储气库采气水侵模拟实验。
注气阶段：利用外围设备向储气库岩心模型的入口定流量注入气体，随着累计注气量不断增加，储气库岩心模型的孔隙压力逐步升高，同时储气库岩心模型的孔隙内部的水进入液体腔，由于液体近乎不可压缩，所以气体腔会压缩缩小。当储气库岩心模型内部压力升高的储气库注气运行到上限压力时，停止注气，此时完成储气库注气排驱模拟实验。
通过循环重复以上采气、注气过程，能够完成多个周期注采运行模拟，研究其中的水体在储气库岩心模型中的往复运移对储气库岩心模型的注气、采气效率的影响。
反复注采过程中，通过气体腔的温度、压力可以计算气体腔的真实体积，由于知道水体容器的总体积，因此可以计算任意时刻的液体腔体积，从而获知液体进入储气库岩心模型的量，从而获知储气库水体往复运移规律。
本发明的有益效果如下：
本发明的水体容器为蓄能器是常见的稳压设备，本发明改变了蓄能器的常规用途，利用蓄能器中气囊来分隔水、气，使得气体和水能够完全隔离，实验过程中不存在气、液互窜，同时本装置省略了水体容器与储气库模型连线上的流量计，结构更简单。本发明提供的测量方法利用气体的膨胀后压力变化来反算液体进入储气库岩心模型的量，不再使用流量计对液体进行计量，降低了对测量的精度要求，减少了测量量，简化了实验操作步骤同时提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例：
请参考图1，一种测量储气库水体往复运移规律的实验装置，包括
水体容器，所述水体容器为蓄能器，所述蓄能器包括壳体11和位于壳体1中的气囊12，气囊将蓄能器内分为两个腔室，其中一个为气体腔101，另一个为液体腔102，所述气体腔101中设有温度计和压力计；
驱替计量泵3，与所述液体腔102相连，用于向液体腔加水；
气体增压泵4，其出口与所述气体腔101相连、入口连接储气罐，用于向气体腔中定量充气，储气罐与气体增压泵4的连接管线上设有气体流量计9；
储气库岩心模型5，与所述液体腔102相连，用于模拟储气库往复注采过程中的运行条件；
水体容器位于恒温箱6中用以模拟地层的高温条件。
驱替计量泵3出口、气体增压泵4出口与水体容器连接的管段上均设置有盘管部7，盘管部7位于所述恒温箱6中，主要是利用盘管对水、气加热，加快加热速率，节约实验时间。
本实验装置还包括数据控制装置8，数据控制装置8与气体腔101的温度计8、压力计8连接，用于记录并处理数据。
本实验装置的使用方法如下：
(1)实验准备阶段：
根据储气库资料确定实验温度、储气库原始压力、储气库注气上限压力、采气下限压力、水体压缩系数、气垫压缩系数、气垫规模；
(2)测量水体容器密闭系统体积
将液体腔排尽，然后关闭水体容器与外界连通的阀门，记录气体腔压力P0，然后通过驱替计量泵向水体容器中注入体积为V1的水，测定此时压力P1，水体容器密闭系统体积的计算公式如下：
式中，V为水体容器密闭系统体积；
(3)依次向水体容器中垫水、垫气，升高水体容器的温度、压力至储气库岩心模型的温度压力，然后将储气库岩心模型与液体腔连通；所述垫水量为水体容器密闭系统体积与垫气规模的差值；
(4)利用外围设备对储气库岩心模型循环进行注、采气；注采过程中，维持储气库岩心模型内部压力在储气库采气运行的下限压力和上限压力之间；记录注采过程中气体腔的压力变化，通过该压力变化计算气体腔体积变化，继而得到液体腔的体积变化，从而获知储气库水体往复运移规律。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
