本发明涉及油气勘探，特别地涉及一种地层气体竞争性溶解分析实验装置、系统及实验方法。
背景技术：
1、在油气勘探领域中，不仅关注石油、天然气等能源性物质，同时也关注一些具有价值的地层气体，例如氦气；氦气具有密度低、沸点低、导热性好、化学性质稳定等特点，广泛应用于航空航天、电子工业、生物医疗等高新技术领域。随着经济发展及国防建设等方面的需要，氦气的需求量也日益增加。但是，我国氦气资源相当贫乏，资源量仅占全球总资源量的2％，而95％以上的消费量需要进口；因此，氦气是我国重要的战略性稀缺资源，目前国内外尚未形成成熟的氦气藏找矿理论和配套的装备与技术(李玉宏等，2022)。
2、以氦气为例，通过国内外氦气藏的解剖，普遍认为氦气的成藏必须具备深层氦气的释放和向浅层运移及富集的相关机制，例如甲烷是很好的载体，将氦气带出源岩，溶有氦气的地下水与甲烷形成平衡时，不溶解的氦气将率先从地下水中出溶并进入游离气相，也即脱气过程(刘凯旋等，2022)。在这种机理作用下，烃受浮力驱动以气相形式通过溶有氦气和氮气的地下水运移至圈闭并最终形成富氦的烃气藏，其氦气富集程度取决于地下水中原有的氦气含量和烃气/水之比。地层条件下诸如甲烷等气体的充注对地层水中氦气溶解度的影响程度，是定量评价氦气成藏过程的关键参数。
3、目前，现有的溶解实验方案主要是针对单组分气体的溶解性分析评价，难以适用于在高温高压条件下针对多种气体的竞争性溶解的分析评价，无法为定量计算例如氦气藏等气藏的资源规模提供参数。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的技术方案无法针对多种气体的竞争性溶解进行分析而导致的无法定量计算相应气藏规模的问题，本发明提出了一种地层气体竞争性溶解分析实验装置、系统及实验方法。
2、第一方面，本发明提出的一种地层气体竞争性溶解分析实验装置，包括：
3、第一活塞容器，其盛装有模拟地层水，所述第一活塞容器还具有第一输入口与第二输入口，所述第一输入口能够通过管路连接目标研究气体气源，以向所述模拟地层水中注入所述目标研究气体；
4、第二活塞容器，其通过管路与竞争气体气源连接且其内部能够维持恒压，所述第二活塞容器的输出口通过管路与所述第二输入口连接，以向所述模拟地层水中注入竞争气体；以及
5、恒温箱，其用于容纳所述第一活塞容器，所述恒温箱能够维持恒温。
6、在一个实施方式中，还包括：
7、注气泵，其通过管路与所述第二活塞容器连接，所述注气泵能够推动所述第二活塞容器的活塞，以将所述第二活塞容器中的竞争气体注入到所述第一活塞容器中。
8、在一个实施方式中，所述第一活塞容器与所述第二活塞容器上分别设置有压力表，所述第一活塞容器上还设置有温度表。
9、在一个实施方式中，所述第一活塞容器与所述第二活塞容器所连接的所述管路上均设置有阀门。
10、第二方面，本发明提出的一种地层气体竞争性溶解分析实验系统，包括上述的地层气体竞争性溶解分析实验装置，还包括：
11、气体组分分析装置，其用于分析抽取自第一活塞容器的混合气体的组分，所述混合气体为在第二活塞容器中的竞争气体注入到第一活塞容器中的模拟地层水后在所述第一活塞容器中所形成的所述目标研究气体与竞争气体混合后的气体。
12、第三方面，本发明提出的一种地层气体竞争性溶解分析实验方法，包括：
13、根据目标研究区的地层埋藏史，在地层埋藏史曲线上取得不同深度条件下的目标温度和目标压力；
14、使第一活塞容器处于温度值与所述目标温度相同的环境中，以压力值与所述目标压力相同的压力条件向所述第一活塞容器中的饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水中注入预定量的竞争气体至达到压力平衡状态，测定所述第一活塞容器内混合气体中各组分的含量并作为组分含量数据；
15、根据所述第一活塞容器在注入所述竞争气体之前的温度与压力数据、所述第一活塞容器在注入所述竞争气体至达到压力平衡状态后的温度与压力数据以及所述组分含量数据，确定在所述竞争气体的影响下所述模拟地层水中残余的溶解目标研究气体的质量；
16、重复以上步骤，确定不同深度条件下所述模拟地层水中残余的溶解目标研究气体的质量，建立在所述竞争气体影响下所述目标研究气体在所述模拟地层水中的溶解度与地层深度之间的目标关系，根据目标关系确定所述目标研究区相应地层深度的目标研究气体藏的资源规模。
17、在一个实施方式中，向所述第一活塞容器中的饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水中注入预定量的竞争气体之前，还包括：
18、向第一活塞容器中加入预定量的模拟所述目标研究区的地下水的模拟地层水，向所述模拟地层水中注入目标研究气体至所述第一活塞容器处于压力平衡状态后形成饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水，记录所述第一活塞容器处于压力平衡状态后的温度与压力数据。
19、在一个实施方式中，向所述第一活塞容器中的饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水中注入预定量的竞争气体之前，还包括：
20、将第二活塞容器抽真空后接通竞争气体的气源并使所述第二活塞容器的压力值维持与所述目标压力相同，将所述第二活塞容器中充满的所述竞争气体作为所述预定量的竞争气体。
21、在一个实施方式中，在所述竞争气体的影响下所述模拟地层水中残余的溶解目标研究气体的质量根据以下计算式确定：
22、m1＝3s-2n1
23、
24、式中：
25、m1为模拟地层水中残余的溶解目标研究气体的质量；
26、s为目标温度下目标研究气体在模拟地层水中每100ml的饱和溶解度；
27、n1为饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水中析出的游离态目标研究气体物质的量；
28、k1为第一活塞容器在注入竞争气体之前的温度值；
29、k2与p2分别为第一活塞容器在注入竞争气体至达到压力平衡状态后的温度与压力值；
30、v0、v1、v2与v′分别为第一活塞容器的容积、混合气体中目标研究气体的组分含量、混合气体中竞争气体的组分含量、第一活塞容器中注入的模拟地层水的体积；
31、r1与r2均为气体常数。
32、在一个实施方式中，测定所述第一活塞容器内混合气体中各组分的含量并作为组分含量数据，包括：
33、从所述第一活塞容器中抽取定量的混合气体气体组分分析装置，测定混合气体中的所述竞争气体与目标研究气体的含量。
34、上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
35、本发明提供的一种地层气体竞争性溶解分析实验装置、系统及实验方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
36、本发明的一种地层气体竞争性溶解分析实验装置、系统及实验方法，充分考虑目标研究气体的成藏过程中的温压场变化以及地层中其他气体的竞争性对于目标研究气体的溶解度的影响，设计出相应的试验方案来获得不同地层条件下，地层中混合气体溶解度和单组分气体的溶解度，从而评估竞争气体对溶解的目标研究气体的萃取作用，为定量计算目标研究气体气藏资源规模提供参数。
1.一种地层气体竞争性溶解分析实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的地层气体竞争性溶解分析实验装置，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的地层气体竞争性溶解分析实验装置，其特征在于，所述第一活塞容器与所述第二活塞容器上分别设置有压力表，所述第一活塞容器上还设置有温度表。
4.根据权利要求1或2所述的地层气体竞争性溶解分析实验装置，其特征在于，所述第一活塞容器与所述第二活塞容器所连接的所述管路上均设置有阀门。
5.一种地层气体竞争性溶解分析实验系统，包括如权利要求1至4任一项所述的地层气体竞争性溶解分析实验装置，其特征在于，还包括：
6.一种地层气体竞争性溶解分析实验方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的地层气体竞争性溶解分析实验方法，其特征在于，向所述第一活塞容器中的饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水中注入预定量的竞争气体之前，还包括：
8.根据权利要求6或7所述的地层气体竞争性溶解分析实验方法，其特征在于，向所述第一活塞容器中的饱和溶解有所述目标研究气体的模拟地层水中注入预定量的竞争气体之前，还包括：
9.根据权利要求6所述的地层气体竞争性溶解分析实验方法，其特征在于，在所述竞争气体的影响下所述模拟地层水中残余的溶解目标研究气体的质量根据以下计算式确定：
10.根据权利要求6所述的地层气体竞争性溶解分析实验方法，其特征在于，测定所述第一活塞容器内混合气体中各组分的含量并作为组分含量数据，包括：
