气体溶解度测量装置和方法、封存潜力预测系统和方法

技术领域

本发明涉及溶解度测量装置技术领域，尤其涉及一种气体溶解度 测量装置和方法、封存潜力预测系统和方法。

背景技术

二氧化碳储层主要为深部咸水层和衰竭的页岩油气藏。由于岩层 中的岩石颗粒之间富含大量的纳米孔隙，因此，这些岩层为二氧化碳 的地质封存提供充足的储存空间。在地层水的影响下，纳米孔隙含水， 因此，被封存的二氧化碳不仅包括在纳米孔隙中以游离态和吸附态的 形式存在的二氧化碳，还包括溶解在地层水中的溶解态二氧化碳以及 与岩石发生矿化作用形成的碳酸盐等。

目前，二氧化碳的溶解封存量的预测是指预测原始地层水达到二 氧化碳饱和时所能溶解的二氧化碳量。在计算溶解量时以体相条件下 二氧化碳在水中的溶解度为准。而实际上，纳米孔隙壁面对二氧化碳 的吸附作用增强了二氧化碳在地层水中的溶解，二氧化碳在纳米孔隙 地层水中的溶解度远高于二氧化碳在体相水中的溶解度；且岩石内部 富含纳米孔隙，因此在评价二氧化碳溶解封存潜力时采用体相溶解度 预测将大大低估二氧化碳的溶解封存潜力，导致对二氧化碳地质封存 潜力的预测产生较大的误差，降低二氧化碳在地层中的溶解封存潜力 预测的准确性。

因此，如何提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性， 是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气体溶解度测量装置，以 提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种气体溶解度测量装置，包括：

能够与气源导通的第一腔体，所述气源包括氦气和待测气体，所 述第一腔体的内部容积为V

与所述第一腔体连通的第二腔体；

能够控制所述第一腔体和所述第二腔体通断的第一阀门；

与所述第一腔体连通的第一真空泵；

与所述第二腔体连通的第二真空泵；

用于检测所述第一腔体的气体压力的第一压力传感器；

用于检测所述第二腔体的气体压力的第二压力传感器；以及

能够对岩石样品称重的天平。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括能够调节温度的 温度调节槽，所述第一腔体和所述第二腔体均位于所述温度调节槽中。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括与所述第一腔体 连通的氦气高压气瓶，以及设置于所述氦气高压气瓶与所述第一腔体 之间的连通管路上的第一调压阀。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括设置于所述氦气 高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第一供气流量计。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括与所述第二腔体 连通的待测气体高压气瓶，以及设置于所述待测气体高压气瓶与所述 第一腔体之间的连通管路上的第二调压阀。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括设置于所述待测 气体高压气瓶与所述第一腔体之间的连通管路上的第二供气流量计。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，所述第一真空泵与所述 第一腔体的连通管路上设置有第二阀门，所述第二真空泵与所述第二 腔体的连通管路上设置有第三阀门。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括数据采集元件， 所述数据采集元件与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器电连 接。

优选地，在上述气体溶解度测量装置中，还包括与所述第二腔体 连通的回收气瓶，以及设置于所述回收气瓶与所述第二腔体之间的第 四阀门。

一种气体封存潜力预测系统，包括如上任意一项所述的气体溶解 度测量装置。

一种气体溶解度测量方法，应用如上任意一项所述的气体溶解度 测量装置，包括步骤：

S1：通过天平测量岩石样品的含水量，并将含水岩石样品放入第 二腔体；

S2：通过第一真空泵对第一腔体抽真空，通过第二真空泵对第二 腔体抽真空后，打开第一阀门，并使第一腔体与氦气导通；

S3：当第一压力传感器检测到的第一腔体的压力和第二压力传感 器检测到的第二腔体的压力均为第一预设压力值P

S4：继续向第一腔体中充入氦气，直至第一压力传感器的示数显 示为第二预设压力值P

S5：打开第一阀门，使得第一腔体和第二腔体导通；

S6：当第一压力传感器和第二压力传感器的示数一致时，记录此 时第一压力传感器和第二压力传感器的示数均为P

S7：由公式

S8：通过第一真空泵对第一腔体抽真空，通过第二真空泵对第二 腔体抽真空，然后关闭第一阀门；

S9：使第一腔体与待测气体导通，直至第一压力传感器的示数由 0MPa逐渐上升至第四预设压力值P

S10：打开第一阀门，使得第一腔体和第二腔体导通，直至第一 压力传感器的示数和第二压力传感器的示数一致，均记为第五预设压 力值P

S 11：由公式

S 12：由

S 13：由

S 14：由

优选地，在上述气体溶解度测量方法中，还包括位于所述步骤S2 之前的步骤S02：通过温度调节槽将第一腔体和第二腔体的温度调节 为预设地层温度T。

一种气体封存潜力预测方法，包括如上任意一项所述的气体溶解 度测量方法。

使用本发明所提供的气体溶解度测量装置时，通过天平测量出岩 石样品含水前后的质量差值，得到岩石样品的含水量m

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些 附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种气体溶解度测量装置的结构示 意图；

图2为本发明实施例所提供的一种气体溶解度测量方法的流程示 意图。

其中，100为第一腔体，101为氦气高压气瓶，102为第一调压阀， 103为第一供气流量计，200为第二腔体，201为待测气体高压气瓶， 202为第二调压阀，203为第二供气流量计，204为回收气瓶，205为 第四阀门，300为第一阀门，400为第一真空泵，401为第二阀门，500 为第二真空泵，501为第三阀门，600为第一压力传感器，700为第二 压力传感器，800为天平，900为温度调节槽，1000为数据采集元件。

具体实施方式

有鉴于此，本发明的核心在于提供一种气体溶解度测量装置，以 提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 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。

如图1所示，本发明实施例公开了一种气体溶解度测量装置，包 括第一腔体100、第二腔体200、第一阀门300、第一真空泵400、第 二真空泵500、第一压力传感器600、第二压力传感器700和天平800。

其中，第一腔体100能够与气源导通，气源包括氦气和待测气体， 第一腔体100的内部容积为V

使用本发明所提供的气体溶解度测量装置时，通过天平800测量 出岩石样品含水前后的质量差值，得到岩石样品的含水量m

具体地，计算岩石样品的含水量m

需要说明的是，上述第一腔体100的内部容积V

另外，上述待测气体可以但不仅限于二氧化碳，还可以是氢气或 者氧气等类型，实际应用中可以根据实际需求，适应性修改待测气体 的种类，只要是能够满足使用要求即可。

并且，上述氦气在第一预设压力值P

进一步地，上述气体溶解度测量装置还包括能够调节温度的温度 调节槽900，第一腔体100和第二腔体200均为与温度调节槽900中， 以便于通过温度调节槽900调节第一腔体100和第二腔体200的温度， 将第一腔体100和第二腔体200的温度调节至预设地层温度T，进一 步提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。

如图1所示，本发明所提供的气体溶解度测量装置还包括与第一 腔体100连通的氦气高压气瓶101，以及设置于氦气高压气瓶101与 第一腔体100之间的连通管路上的第一调压阀102，以便于通过氦气 高压气瓶101向第一腔体100内填充氦气，通过第一调压阀102调节 氦气的气压，将氦气气压调节至需求压力值。

并且，该气体溶解度测量装置还包括设置于氦气高压气瓶101与 第一腔体100之间的连通管路上的第一供气流量计103，以便于通过 第一供气流量计103检测由氦气高压气瓶101输出的氦气流量。

另外，本发明所提供的气体溶解度测量装置还包括与第二腔体 200连通的待测气体高压气瓶201，以及设置于待测气体高压气瓶201 与第一腔体100之间的连通管路上的第二调压阀202，以便于通过待 测气体高压气瓶201向第一腔体100内导入待测气体，通过第二调压 阀202调节待测气体的压力，将待测气体的压力调节至需求压力值。

该气体溶解度测量装置还包括设置于待测气体高压气瓶201与第 一腔体100之间的连通管路上的第二供气流量计203，以便于通过第 二供气流量计203检测由待测气体高压气瓶201输出的待测气体流量。

进一步地，第一真空泵400与第一腔体100的连通管路上设置有 第二阀门401，以便于通过第二阀门401控制第一真空泵400与第一 腔体100之间的通断，第二真空泵500与第二腔体200的连通管路上 设置有第三阀门501，通过第三阀门501控制第二真空泵500与第二 腔体200之间的通断。

本发明所提供的气体溶解度测量装置还包括数据采集元件1000， 数据采集元件1000与第一压力传感器600和第二压力传感器700电连 接，以便于通过数据采集元件1000接收并读取第一压力传感器600 和第二压力传感器700检测的压力值，并通过数据采集元件1000输出 第一压力传感器600和第二压力传感器700检测的压力值。

并且，该气体溶解度测量装置还包括与第二腔体200连通的回收 气瓶204，以及设置于回收气瓶204与第二腔体200之间的第四阀门 205，以便于通过回收气瓶204将测量过程中的多余气体进行回收，减 少环境污染，通过第四阀门205控制回收气瓶204与第二腔体200之 间的通断。

此外，本发明还公开了一种气体封存潜力预测系统，包括如上任 意一项所述的气体溶解度测量装置，因此兼具了上述气体溶解度测量 装置的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。

如图2所示，本发明还公开了一种气体溶解度测量方法，应用如 上任意一项所述的气体溶解度测量装置，包括步骤：

S1：通过天平800测量岩石样品的含水量，并将含水岩石样品放 入第二腔体200，以便于在第二腔体200中测量待测气体在该含水岩 石样品中的溶解度。

S2：通过第一真空泵400对第一腔体100抽真空，通过第二真空 泵500对第二腔体200抽真空后，打开第一阀门300，并使第一腔体 100与氦气导通，以便于将第一腔体100和第二腔体200抽真空，防 止多余气体影响溶解度测量的准确性。

S3：当第一压力传感器600检测到的第一腔体100的压力和第二 压力传感器700检测到的第二腔体200的压力均为第一预设压力值P

S4：继续向第一腔体100中充入氦气，直至第一压力传感器600 的示数显示为第二预设压力值P

S5：打开第一阀门300，使得第一腔体100和第二腔体200导通， 以便于使第一腔体100的部分氦气进入第二腔体200，直至第一腔体 100和第二腔体200的压力平衡。

S6：当第一压力传感器600和第二压力传感器700的示数一致时， 记录此时第一压力传感器600和第二压力传感器700的示数均为P

S7：由公式

S8：通过第一真空泵400对第一腔体100抽真空，通过第二真空 泵500对第二腔体200抽真空，然后关闭第一阀门300，以便于将第 一腔体100和第二腔体200抽真空，防止多余气体影响溶解度测量的 准确性。

S9：使第一腔体100与待测气体导通，直至第一压力传感器600 的示数由0MPa逐渐上升至第四预设压力值P

S10：打开第一阀门300，使得第一腔体100和第二腔体200导通， 直至第一压力传感器600的示数和第二压力传感器700的示数一致， 均记为第五预设压力值P

S 11：由公式

S 12：由

S 13：由

S 14：由

由此可见，本发明所提供的气体溶解度测量方法能够测量待测气 体在含水岩石样品中的溶解度，当待测气体为二氧化碳气体时，该气 体溶解度测量方法测量的是二氧化碳在含水岩石样品中的溶解度，在 预测二氧化碳在地层中的溶解封存量时，将该溶解度与地层岩石的平 均含水量结合在一起，能够减小二氧化碳在地层封存潜力预测中的误 差，提高二氧化碳在地层中的溶解封存潜力预测的准确性。

应当理解，上述氦气在第一预设压力值P

同样地，本发明所提供的气体溶解度测量方法能够但不仅限于测 量二氧化碳在含水岩石样品中的溶解度，还可以测量氢气或者氧气等 气体在含水岩石样品中的溶解度，该气体溶解度测量方法对待测气体 的类型不作具体限定。

进一步地，该气体溶解度测量方法还包括位于步骤S2之前的步 骤S02：通过温度调节槽900将第一腔体100和第二腔体200的温度 调节为预设地层温度T，以便于将第一腔体100和第二腔体200的温 度调节至预设地层温度T，进一步提高二氧化碳在地层中的溶解封存 潜力预测的准确性。

此外，本发明还公开了一种气体封存潜力预测方法，包括如上任 意一项所述的气体溶解度测量方法，因此兼具了上述气体溶解度测量 方法的所有技术效果，本文在此不再一一赘述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第 二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术 语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包 含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备 没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现 或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来 说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被 限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新 颖特点相一致的最宽的范围。