[發明專利]一種超臨界二氧化碳浸泡頁巖實驗裝置

有效

• 申請號: 201610968585.5
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106525687B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 康勇;蔡燦;王曉川;胡毅;黃滿
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發明公開了一種超臨界二氧化碳浸泡頁巖實驗裝置，包括封頭和位于封頭下方的承壓容器筒體，所述封頭上設有安全附件，封頭與承壓容器筒體之間通過法蘭連接，所述承壓容器筒體內設有用于升溫和恒溫的加熱套筒，加熱套筒和承壓容器筒體組成將加熱和承壓分開的雙層結構，加熱套筒內部空間設有用于盛裝和固定巖樣的巖樣固定籃，所述承壓容器筒體側壁上設有帶切斷閥的入口管和出口管。加熱套筒包括由陶瓷材料制成的基體和設于基體內的螺旋加熱線圈組成。該設備還考慮含水飽和度影響下的頁巖浸泡實驗，在容器進口管道上連接有可視的透明水箱。該設備體積較小，溫度壓力可靈活調節，頁巖浸泡后便于攜帶至頁巖力學性能實驗處進行后續實驗。

技術領域

本發明涉及一種浸泡頁巖的實驗裝置，具體涉及一種超臨界二氧化碳浸泡頁巖實驗裝置。并可根據后續巖樣力學實驗要求調整浸泡的溫度和壓力。

背景技術

由于超臨界二氧化碳的低黏、高擴散性、對儲層傷害小并且能夠顯著提高頁巖氣的產量，同時可以在開發頁巖氣時將工業產生的二氧化碳永久封存在深部地層，因此超臨界二氧化碳開發頁巖氣被認為是未來中國頁巖氣開發的關鍵技術。超臨界二氧化碳與巖石之間的相互作用機理是國家973項目“超臨界二氧化碳高效開發頁巖氣”的基礎問題，因此急需開展一系列巖石力學和微觀結構的實驗研究。

但是目前國內外研究巖石力學和微觀結構大多都是在無超臨界二氧化碳作用的基礎上開展的，與地層中浸潤在超臨界二氧化碳介質中的實際工況不符。因此，國內外專家學者都在致力于將頁巖置于類似深部底層的高溫、高壓和壓裂液的環境下進行頁巖的力學實驗。由于超臨界二氧化碳壓裂頁巖的研究在國內外還處于初期階段，相關頁巖浸泡實驗裝置還處于空白階段。澳大利亞學者在原有巖石力學三軸儀上加裝二氧化碳氣體注射裝置，以達到創建超臨界二氧化碳與巖石相互作用環境。這種方法由于三軸儀功能的局限，壓力只能達到7Mpa左右，不能滿足超臨界二氧化碳在高壓（大于7Mpa）和高于環境溫度（大于40^O）范圍內的力學實驗需求。同時由于受到三軸儀的限制，該浸泡巖樣不能開展其他抗拉強度和剪切強度實驗，對研究超臨界二氧化碳作用下的頁巖力學特性十分不利。

因此，開發一種可調節壓力溫度的超臨界二氧化碳浸泡頁巖實驗裝置對推動973項目的基礎研究，提高頁巖氣開發技術十分重要。并且這種裝置還需要與三軸實驗裝置分離，便于攜帶，有利于開展巖石抗壓強度、抗拉強度和抗切強度實驗。

發明內容

本發明要解決的技術問題是設計并制造一種便攜式超臨界二氧化碳浸泡頁巖的實驗裝置，不僅能靈活的控制浸泡頁巖的溫度和壓力，而且還必須體積小、耐腐蝕及方便攜帶，以便于開展后期的巖石力學實驗。

根據目前973項目“超臨界二氧化碳高效開發頁巖氣”的研究需要，本發明設計了一種超臨界二氧化碳浸泡頁巖的實驗裝置，將增壓后的二氧化碳氣源能量注入容器，同時采用耐腐蝕襯里對浸泡中的頁巖和二氧化碳進行加熱，以保證承壓容器內二氧化碳的超臨界狀態。該設備可根據巖石所處環境溫度和壓力靈活調整頁巖浸泡的溫度壓力，真實模擬頁巖受到超臨界二氧化碳的作用過程。在該浸泡實驗設備里可對頁巖進行幾小時至一個月時間不等的多組浸泡實驗，然后就地取出頁巖巖樣進行后續巖石力學性能試驗，以測量接近底層高溫高壓工況下的頁巖力學性能參數。

本發明主要完成超臨界二氧化碳在設定壓力和溫度情況下的頁巖浸泡實驗，涉及對頁巖浸泡工作環境的加熱、增壓、測量監控和穩壓保溫功能。

為了解決上述技術問題本發明采用的技術方案是：

一種超臨界二氧化碳浸泡頁巖實驗裝置，包括封頭和位于封頭下方的承壓容器筒體，其特征在于：所述封頭上設有安全附件，封頭與承壓容器筒體之間通過法蘭連接，所述承壓容器筒體內設有用于升溫和恒溫的加熱套筒，加熱套筒和承壓容器筒體組成將加熱和承壓分開的雙層結構，加熱套筒內部空間設有用于盛裝和固定巖樣的巖樣固定籃，所述承壓容器筒體側壁上設有帶切斷閥的入口管和出口管。

作為改進，所述安全附件包括安全閥、壓力表和溫度傳感器。