[發(fā)明專利]一種研究酸性流體作用下巖石物性參數(shù)變化的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310021884.4
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103048261A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李琦;劉學(xué)浩;李小春;方志明;王燕;魏寧;王炳郡
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石類多孔介質(zhì)材料與外來流體相互作用的研究領(lǐng)域，更具體涉及一種研究酸性流體作用下巖石物性參數(shù)變化的裝置，還涉及一種研究酸性流體作用下巖石物性參數(shù)變化的方法，適用于巖石類多孔介質(zhì)材料與外來流體的相互作用，如砂巖與注入的二氧化碳和硫化氫水溶液長時間的化學(xué)反應(yīng)對砂巖滲透系數(shù)、排替壓力等物性參數(shù)演化的影響。

背景技術(shù)

隨著煤層氣增采(ECBM)、頁巖氣開采、原油增采（EOR）、深部地?zé)衢_采（EGS）等工業(yè)工程的深部開發(fā)及安全評價項(xiàng)目的需求與發(fā)展，及近年來對CO₂地質(zhì)封存（CCS）、酸氣回注（AGI）、核廢料儲存、地下能源儲備、垃圾填埋處置等能源與廢棄物地質(zhì)存儲技術(shù)的迫切需求與急速發(fā)展，流體注入深部地層后對該地層的風(fēng)險評估作為地質(zhì)封存工程可行性研究的重中之重，吸引了眾多研究人員和工程決策者的注意。而巖石與流體的化學(xué)反應(yīng)對巖石物性參數(shù)的影響，尤其是對巖石滲流特性和長期力學(xué)特性演化的影響，成為其中亟待攻克的難題之一。

注入流體與巖石相互作用會加速巖石礦物的溶解、遷移與沉淀及巖石內(nèi)部微裂紋的孕育擴(kuò)展，從而改變整個儲蓋系統(tǒng)內(nèi)巖石的滲流路徑、完整性及其長期力學(xué)特性。外來流體與巖石的相互作用對儲層砂巖的影響，具體來講，滲流特性的變化可能因注入井附近巖石滲透系數(shù)降低導(dǎo)致的地層可注性惡化，對注入流體在地層中的流動與遷移更是影響極大；巖石排替壓力的演化可能導(dǎo)致儲層與蓋層界面處排替壓力逐漸小于地層壓力和注入流體（如超臨界CO₂）的浮力，不能阻止流體滲入、穿透蓋層，儲層逐漸失去殘余氣隔離能力；長期化學(xué)反應(yīng)影響巖石的力學(xué)特性，地層壓力亦因流體的不斷注入而升高，可能導(dǎo)致巖石局部失效破壞或地層整體性失穩(wěn)，甚至誘發(fā)地震。

巖石與注入流體的相互作用，其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)改變巖石的微孔隙結(jié)構(gòu)，從而對巖石的滲流特性、排替壓力和力學(xué)特性演化的影響，是評價其地下封存工程成敗的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。本發(fā)明的裝置和方法是未來我國開展工程示范急需的科技支撐和技術(shù)儲備。

因此，該研究巖石與流體間的化學(xué)反應(yīng)對巖石滲透系數(shù)、排替壓力等物性參數(shù)變化的方法和裝置，能對流體注入地層過程中流動運(yùn)移-化學(xué)反應(yīng)-力學(xué)響應(yīng)耦合科學(xué)研究提供有力的實(shí)驗(yàn)支撐，可廣泛用于二氧化碳（CO₂）地質(zhì)封存、酸氣回注、酸水回注、天然氣地下儲層等地質(zhì)封存領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷及科學(xué)研究和工程的需要，提供一種研究酸性流體作用下巖石物性參數(shù)變化的裝置，具體可以測定由硫化氫氣體、二氧化碳?xì)怏w及蒸餾水配比形成的酸性流體與砂巖長時間流通及化學(xué)反應(yīng)后，砂巖滲透系數(shù)、排替壓力的變化。

還提供了一種研究酸性流體作用下巖石物性參數(shù)變化的方法，可以分析外來（酸性）流體與巖石類多孔介質(zhì)材料之間的化學(xué)反應(yīng)對其材料物性參數(shù)的影響。

本發(fā)明提供了一種新型配液中繼裝置，可以實(shí)現(xiàn)高壓條件下一次性配制大容量的酸性流體，并最大化地減少了酸性流體與裝置的接觸面積。

本發(fā)明還提供了一種新型巖芯端部密封結(jié)構(gòu)，通過端部墊塊中間的弧形尖端的巧妙結(jié)構(gòu)，簡約經(jīng)濟(jì)地同時實(shí)現(xiàn)密封和防腐。

一種研究酸性流體作用下巖石物性參數(shù)變化的裝置，包括反應(yīng)釜，還包括真空泵、真空計、水箱、配液室、硫化氫氣瓶和二氧化碳?xì)馄浚?/p>

真空泵和真空計分別與第一四通連通，第一四通通過第一球閥與第二四通連通，第二四通通過第三球閥與水箱連通，第二四通通過第四球閥與第三四通連通，第二四通通過第一計量泵與配液室首端連接，第三四通通過第五球閥與第三計量泵連接，第三計量泵分別與硫化氫氣瓶和二氧化碳?xì)馄窟B接，第三四通與第一尾液處理件連接，第三四通通過第八球閥與第二尾液處理件連接，第三四通與配液室尾端連接并通過第十二球閥與反應(yīng)釜首端連接，反應(yīng)釜尾端通過第十四球閥分別與第二尾液處理件和第四計量泵連接，

還包括用于測量第一計量泵壓力的第一壓力傳感器，用于測量第二計量泵壓力的第二壓力傳感器，用于測量反應(yīng)釜首端壓力的第三壓力傳感器，用于測量反應(yīng)釜尾端壓力的第四壓力傳感器，用于測量測量反應(yīng)釜首端和尾端壓力差的差壓計，

還包括分別與第一計量泵、第二計量泵、第三計量泵、第四計量泵、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器和差壓計連接的數(shù)據(jù)采集裝置。

如上所述的反應(yīng)釜的首端依次通過第一過濾器、第十球閥、差壓計、第十一球閥和第二過濾器與反應(yīng)釜的尾端連接。