[發明專利]一種壓裂液與儲層相互作用模擬實驗系統及實驗方法

有效

• 申請號: 201711463312.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108072751B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 張健;張國祥;王金意;荊鐵亞;趙文韜
• 申請（專利權）人: 中國華能集團公司;中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種壓裂液與儲層相互作用模擬實驗系統，其特征在于：包括反應釜(6)，其側壁上設置有溫度計一(5)和壓力表一(7)，反應釜(6)底部依次連接閥三(4)、取樣器(2)和閥一(1)，閥三(4)和取樣器(2)間設置有閥二(3)控制的排空支路；

還包括儲液罐(23)，其側壁設置有壓力表四(35)和溫度計二(36)，儲液罐(23)的底部通過閥十(21)與反應釜(6)的底部相連接，儲液罐(23)的底部與閥十(21)之間設計有由閥十一(22)控制的排空支路；

反應釜(6)上部通過閥四(8)、閥十三(25)、閥十二(24)依次與儲液罐(23)的頂部相連接，閥十三(25)和閥十二(24)之間設計有由閥十四(26)控制的排空支路，閥四(8)和閥十三(25)之間設計有壓力表二(10)和三個支路：三個支路分別為由安全閥(9)控制的安全閥支路、由閥五(11)控制的排空支路以及注入系統支路；

所述注入系統支路設置有內有活塞結構的增壓容器(15)；氣瓶一(14)和閥七(13)依次接增壓容器(15)頂部一管路，增壓容器(15)頂部另一管路通過閥六(12)與閥四(8)和閥十三(25)之間的管路相連接，增壓容器(15)底部依次與閥八(17)和泵(18)相連，同時增壓容器(15)和閥八(17)之間連接有壓力表三(16)和由閥九(19)相連的排空支路，與泵(18)相連的管路和由閥九(19)相連的排空支路管路置于儲液器(20)的清水液面以下；

所述儲液罐(23)的右側連接有CO2注入支路，依次通過質量流量計(37)、閥十五(27)與內有活塞結構的中間容器(28)相連接，中間容器(28)的頂部與閥十七(30)、冷卻器(31)、閥十八(32)和氣瓶二(33)依次連接，中間容器(28)的底部通過閥十六(29)與恒速恒壓泵(34)依次相連接；

所述反應釜(6)上有溫度計一(5)和壓力表一(7)，能夠控制反應釜(6)的溫度；以及由閥三(4)和取樣器(2)控制的取樣支路，方便在實驗開展的過程中，隨時取樣分析；

所述儲液罐(23)上有溫度計二(36)和壓力表四(35)，儲液罐(23)的溫度能夠根據需要控制；

所述氣瓶一(14)補充實驗所需的氮氣或惰性氣體。

2.根據權利要求1所述的一種壓裂液與儲層相互作用模擬實驗系統，其特征在于：所述閥二(3)、閥五(11)、閥九(19)、閥十四(26)和閥十一(22)所在的系統支路起到排空作用，防止管路堵塞，利于清洗；安全閥(9)起到安全保護作用，防止系統超壓。

3.根據權利要求1所述的一種壓裂液與儲層相互作用模擬實驗系統，其特征在于：由閥六(12)和增壓容器(15)組成的支路，能夠向實驗體統補充氣壓，方便將液體從儲液罐(23)快速壓入反應釜(6)中；也能夠在實驗結束時，使得壓裂液樣品與巖樣快速分離。

4.根據權利要求1所述的一種壓裂液與儲層相互作用模擬實驗系統，其特征在于：由質量流量計(37)、閥十五(27)和中間容器(28)所在的支路，能夠將制冷后的CO₂再次加壓，便于控制達到目標實驗壓力條件；所述質量流量計(37)能夠計量注入儲液罐(23)中CO₂的質量M。

5.權利要求1至4任一項所述的壓裂液與儲層相互作用模擬實驗系統的實驗方法，其特征在于：

(一)當模擬研究常規液體壓裂液與儲層相互作用時：

將試樣巖心裝入反應釜(6)中，同時將配好的壓裂液樣品置于儲液罐(23)內，并且加熱至目標實驗溫度，準備開始實驗；

然后，關閉閥三(4)、閥四(8)、閥五(11)、閥七(13)、閥九(19)、閥十四(26)和閥十五(27)，打開閥六(12)、閥八(17)、閥十二(24)和閥十三(25)，通過泵(18)吸入儲液器(20)中的清水，增壓容器(15)頂部中的氣體通過氣壓將儲液罐(23)中的已經加熱好的壓裂液樣品壓入反應釜(6)中，開始實驗；當增壓容器(15)內氣壓不足時，通過氣瓶一(14)補充氮氣或惰性氣體；反應釜(6)自帶加熱功能，能夠補充熱量，防止反應釜(6)降溫給實驗帶來誤差；

實驗過程中，根據需要，適時打開閥三(4)，使得反應過程中的少量液樣流入取樣器(2)中，然后，關閉閥三(4)，打開閥一(1)取走取樣器(2)通過閥一(1)流出的樣品，進行實驗分析；

試驗結束后，關閉反應釜(6)的控溫功能，關閉閥十二(24)，打開閥十(21)、閥四(8)和閥六(12)，通過增壓容器(15)中的氣壓，將溶液壓回儲液罐(23)中；然后關閥十(21)，打開反應釜(6)取出巖樣開展其他實驗；

(二)當模擬研究CO₂壓裂液與儲層相互作用時：

基本方法與上述(一)類似，首先需要關閉由閥六(12)和增壓容器(15)控制的支路，關閉閥十(21)，閥十一(22)，閥十二(24)；根據需要加入質量為m的化學試劑到儲液罐(23)中，然后打開閥十八(32)，使得氣瓶二(33)中的氣體CO₂通過閥十八(32)以及冷卻器(31)制冷為液態后，經過閥十七(30)流入中間容器(28)；打開恒速恒壓泵(34)，通過閥十六(29)頂替中間容器(28)，將中間容器(28)中適量的CO₂頂入儲液罐(23)中，與之前加入化學試劑混合，然后關閉閥十五(27)；

頂入儲液罐(23)中的CO₂的質量M由質量流量計(37)計量；如果加入到儲液罐(23)中的化學試劑質量為m，則儲液罐(23)中化學試劑的濃度＝m/M×100％；

加熱儲液罐(23)到實驗目標溫度，然后打開閥十(21)，使得儲液罐(23)中的化學試劑與CO₂的混合物流入反應釜(6)中，開始實驗；

實驗結束后，打開閥三(4)、閥二(3)和閥一(1)，將反應參與樣品取出，收集用于其它后續實驗分析。