[發明專利]用于模擬頁巖氣藏二氧化碳干法壓裂流固耦合的高參數實驗系統及測試方法

有效

• 申請號: 201711342657.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108120819B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 羅向榮;任曉娟;王樹眾
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

1.一種用于模擬頁巖氣藏二氧化碳干法壓裂流固耦合的高參數實驗系統，其特征在于，包括用于模擬液態/超臨界CO₂與頁巖的相互作用的耦合反應單元，以及用于循環CO₂干法壓裂液的循環流動單元；

所述耦合反應單元，包括中間容器(13)、手動壓力泵(14)、反應器(16)、樣品管(17)及油浴加熱裝置(21)，手動壓力泵(14)的出液端與中間容器(13)的進液端相連，中間容器(13)的出液端與反應器(16)相連，樣品管(17)置于反應器(16) 中，油浴加熱裝置(21)以油套方式和反應器(16)相連；

所述循環流動單元包括緩沖罐(11)和循環泵(12)；緩沖罐(11)的出液端與循環泵(12)的進液端相連，循環泵(12)的出液端與反應器(16)相連；緩沖罐(11)的進液端與反應器(16)相連；

還包括與循環流動單元的進液管路相連的加壓供液單元，加壓供液單元用于制備和輸送CO₂干法壓裂液；

該實驗系統能夠模擬動態流固耦合反應過程、靜態流固耦合反應過程及動靜態流固耦合反應過程；

當該實驗系統模擬動態流固耦合反應過程時，開啟循環流動單元進行動態實驗；

當該實驗系統模擬靜態流固耦合反應過程時，關閉循環流動單元，給反應器(16)充液，封閉反應器(16)進行靜態實驗；

當該實驗系統模擬動靜態流固耦合反應過程時，先開啟循環流動單元進行動態實驗，當循環一定時間后，關閉循環流動單元，給反應器(16)充液，封閉反應器(16)進行靜態實驗。

2.根據權利要求1所述的用于模擬頁巖氣藏二氧化碳干法壓裂流固耦合的高參數實驗系統，其特征在于，手動壓力泵(14)的頂部還設有用于盛裝煤油的燒杯(15)，手動壓力泵(14)的進液端與燒杯(15)相連。

3.根據權利要求1所述的用于模擬頁巖氣藏二氧化碳干法壓裂流固耦合的高參數實驗系統，其特征在于，反應器(16)的底部還設有分離器(18)，反應器(16)的底部出口與分離器(18)的入口相連，分離器(18)的出口端分別連接有放空管路(19)和取樣瓶(20)。

4.根據權利要求3所述的用于模擬頁巖氣藏二氧化碳干法壓裂流固耦合的高參數實驗系統，其特征在于，所述加壓供液單元包括液體二氧化碳儲罐(1)、氮氣瓶(2)、高壓柱塞泵(3)、預熱器(6)、加熱器(7)、恒流泵(8)、儲液罐(9)及回壓閥(10)；

液體二氧化碳儲罐(1)的進液端與氮氣瓶(2)的出口相連，液體二氧化碳儲罐(1)的出液端與高壓柱塞泵(3)的進液端相連，高壓柱塞泵(3)出液端連接有安全閥(4)，儲液罐(9)的出液端與恒流泵(8)的進液端相連，恒流泵(8)的出液端與高壓柱塞泵(3)的出液端通過三通(5)均連接至預熱器(6)的入口，預熱器(6)的出口與加熱器(7)的入口相連，加熱器(7)的出口分別與回壓閥(10)的入口和循環流動單元的進液管路相連，回壓閥(10)的出口與放空管路(19)相連。

5.根據權利要求1～4中任意一項所述的用于模擬頁巖氣藏二氧化碳干法壓裂流固耦合的高參數實驗系統，其特征在于，該實驗系統的壓力范圍為0～50MPa，溫度范圍為室溫～180℃。

6.基于權利要求1～5中任意一項所述的實驗系統模擬測試實際工況條件下液態/超臨界CO₂與頁巖的耦合反應的方法，其特征在于：

動態測試方法如下：

當制備好的CO₂干法壓裂液充滿反應器(16)及循環流動管路后，開啟循環流動單元，采用循環泵(12)模擬注入CO₂過程中CO₂在地層中的剪切流動，循環泵(12)的流量能夠實現精確控制；設置相應的流量，使CO₂干法壓裂液在循環管路中以一定的剪切速率進行剪切，CO₂干法壓裂液循環流動經過反應器(16)，能夠保證頁巖巖樣和水充分暴露在CO₂干法壓裂液中，使CO₂干法壓裂液循環剪切通過反應器(16)中的樣品，同時開啟油浴加熱裝置(21)，保證在實驗溫度下進行耦合實驗；

靜態測試方法如下：

無需開啟循環流動單元，給反應器(16)充填CO₂干法壓裂液，當達到實驗壓力后，封閉反應器(16)，模擬注入CO₂后燜井的過程，使CO₂與水、頁巖在靜態條件下發生耦合反應，并打開油浴加熱裝置(21)，實時觀測反應器(16)溫度和壓力，當溫壓發生變化時，進行相應調整，在實驗結束后，從反應器(16)下部取水樣，并打開反應器(16)取出巖樣，進行相應的分析測試；

動靜態測試方法如下：

先開啟循環流動單元按上述動態測試進行方法動態實驗，然后關閉循環流動單元，給反應器(16)充液，封閉反應器(16)，然后按照上述靜態測試方法進行靜態實驗。