[發(fā)明專利]一種不同流態(tài)二氧化碳注入條件下的大尺度壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910404882.0
• 申請(qǐng)日: 2019-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN111948056A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付海峰;胥云;劉云志;嚴(yán)玉忠;修乃嶺;梁天成;蒙傳幼;才博;王欣;翁定為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油天然氣股份有限公司
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12;G01N3/02;G01N1/30
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;任默聞

本發(fā)明公開了一種不同流態(tài)二氧化碳注入條件下的大尺度壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法。本發(fā)明提供了一種不同流態(tài)二氧化碳注入條件下的大尺度壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括二氧化碳?xì)庠垂┙o單元、柱塞泵注單元、三軸應(yīng)力加載單元和主管線；主管線的一端連接二氧化碳?xì)庠垂┙o單元，主管線的另一端連接三軸應(yīng)力加載單元；其中，主管線上設(shè)有支管線，二氧化碳?xì)庠垂┙o單元和三軸應(yīng)力加載單元均通過(guò)支管線連接柱塞泵注單元；柱塞泵注單元包括柱塞泵和中間容器單元；中間容器單元包括第一中間容器、第二中間容器和第三中間容器；第一中間容器裝配有第一控溫設(shè)備；第二中間容器裝配有第二控溫設(shè)備。本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同二氧化碳相態(tài)的泵注，還能觀察壓后二氧化碳裂縫形態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及油氣田開發(fā)中的水力壓裂物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種不同流態(tài)二氧化碳注入條件下的大尺度壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的水基壓裂液存在破膠不完全，返排不徹底，在地層中滯留量大等問(wèn)題，對(duì)地層傷害嚴(yán)重。因此二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)得到了關(guān)注和研究，其具有低傷害、易返排等優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)在各種不同儲(chǔ)層得到了廣泛的應(yīng)用，特別是水敏性儲(chǔ)層。

另一方面，由于儲(chǔ)層地質(zhì)條件的復(fù)雜性和二氧化碳不同相態(tài)下造縫機(jī)理認(rèn)識(shí)的不明確，仍然制約著該工藝技術(shù)的有效實(shí)施。因此對(duì)不同相態(tài)下的二氧化碳?jí)毫蚜芽p起裂和延伸機(jī)理的認(rèn)識(shí)勢(shì)在必行。

近年來(lái)通過(guò)開展室內(nèi)水力壓裂物理模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)裂縫起裂延伸機(jī)理問(wèn)題進(jìn)行深入的研究成為業(yè)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。針對(duì)不同壓裂工藝的物模實(shí)驗(yàn)技術(shù)也得到不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01710589324.7的專利提供了一種孔隙壓力飽和下的超臨界二氧化碳巖心壓裂實(shí)驗(yàn)方法，能夠在模擬地層高溫、高應(yīng)力狀態(tài)以及含孔隙壓力條件下，實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳?jí)毫选Ｉ暾?qǐng)?zhí)枮?01610105722.2的專利提供了一種三軸應(yīng)力下超臨界二氧化碳致裂頁(yè)巖實(shí)驗(yàn)試件制作方法，具體涉及一種能夠模擬儲(chǔ)層溫度、壓力條件下不同工藝參數(shù)對(duì)超臨界二氧化碳致裂頁(yè)巖效果影響的壓裂實(shí)驗(yàn)試件制作方法，但存在共同的問(wèn)題是：所述試件為圓柱形巖石,其直徑為38mm,其長(zhǎng)度為直徑的2-2.5倍，樣品尺寸很小，由于尺度效應(yīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展的模擬；對(duì)樣品施加的圍壓只是擬三維，不是全三維；該專利只是針對(duì)單一超臨界二氧化碳流體注入模擬方法，而壓裂效果即裂縫形態(tài)的描述方法并未提及。申請(qǐng)?zhí)枮?01510287459.9的專利提供了一種超臨界二氧化碳巖石壓裂試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)巖石樣品在地應(yīng)力條件下被超臨界二氧化碳致裂的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，同時(shí)還可進(jìn)行二氧化碳攜砂功能的模擬；但存在的問(wèn)題是：樣品仍然是圓柱體，因此施加的圍壓只是擬三維，不是全三維；高壓柱塞泵直接與氣源連接，隨著氣瓶壓力的降低存在氣化現(xiàn)象，則需要對(duì)二氧化碳進(jìn)行液化增壓，降低了實(shí)驗(yàn)效率，且二氧化碳對(duì)泵存在一定程度腐蝕，不利于設(shè)備安全；此外該專利也未提及壓后對(duì)裂縫形態(tài)觀察的方法。申請(qǐng)為201610972423.9的專利提供了一種一種超臨界二氧化碳?jí)毫涯M實(shí)驗(yàn)裝置，雖然進(jìn)行的是全三維應(yīng)力加載，也對(duì)二氧化碳提前進(jìn)行了液化處理，但由于加熱系統(tǒng)位于試樣加載框架內(nèi)，不能實(shí)現(xiàn)多種不同相態(tài)流體的實(shí)施切換泵注，且壓后裂縫形態(tài)采用直觀觀察法，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化碳造縫的準(zhǔn)確描述。

綜上所述，前人申請(qǐng)的專利雖然都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)超臨界二氧化碳的泵注壓裂實(shí)驗(yàn)，但均存在樣品尺寸較小，擬三軸加載不能真正實(shí)現(xiàn)模擬裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展的目的，或者存在二氧化碳相態(tài)轉(zhuǎn)換效率低、不能進(jìn)行多種相態(tài)交替泵注的問(wèn)題。此外最大的問(wèn)題即二氧化碳致裂裂縫形態(tài)觀察仍然未得到有效解決，一般物模實(shí)驗(yàn)對(duì)裂縫形態(tài)的觀察主要由兩種手段，小尺度樣品(30cm以內(nèi))可以采用CT掃描的方式，或者對(duì)壓裂液進(jìn)行染色處理。然而目前市面上也很難找到與二氧化碳溶劑互溶的染色劑，因此傳統(tǒng)觀察裂縫形態(tài)的方式均不適用于二氧化碳泵注壓裂大尺度巖石的觀察。

因此，本發(fā)明提供了一種不同流態(tài)二氧化碳注入條件下的大尺度壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及方法，以解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種不同流態(tài)二氧化碳注入條件下的大尺度壓裂實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。