[發明專利]一種相態連續變化的二氧化碳驅油封存與壓裂裝置和實驗方法

有效

• 申請號: 202010514034.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111537549B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 鄭帥;溫慶志;楊富康;李健;張東曉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N25/12
• 分類號: G01N25/12;G01N3/18;G01N3/06;E21B43/16;E21B43/267;E21B43/26
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

一種相態連續變化的二氧化碳驅油封存與壓裂的裝置，同時模擬二氧化碳的驅油封存、壓裂以及支撐劑運移過程；并在二氧化碳注入之前就對相態進行了區分，三個可視化二氧化碳腔組成了二氧化碳相變系統，腔內貯存的超臨界態、液態、氣態的二氧化碳對于不同溫壓條件的狀態以及相變過程可以實時觀測到，進而能夠研究二氧化碳細微的相態變化以及這些狀態下二氧化碳對于驅油、壓裂以及支撐劑運移過程的影響。

技術領域

本發明涉及一種相態連續變化的二氧化碳驅油封存與壓裂的裝置和實驗方法，屬于油氣田開發與二氧化碳埋存的技術領域。

背景技術

二氧化碳驅油是將二氧化碳注入油層以提高油田采收率的技術，目前已經成為三次采油重要的開發手段。在一定的壓力、溫度和原油組分條件下，二氧化碳能夠與原油混溶形成混相前緣，進而提升原油的流動性能。此外二氧化碳還能夠改善原油與水的流度比、萃取和氣化原油中的輕烴、增能和改善儲層條件，有效地提升了原油的采收率。

二氧化碳封存是將捕集的二氧化碳注入地下儲存于相對封閉的地質構造中，從而減少大氣中CO₂含量的一種技術。二氧化碳被注入地層后，在地層的高溫高壓的條件下能夠以自由態的形式存儲下來。為了實現CO₂的高效利用，CO₂壓裂也是一種非常重要的方式。較常規水力壓裂，CO₂壓裂具有無水、無污染、無殘渣、易返排、對儲層傷害小，并且具有增能作用，易形成復雜縫網等優點。

在二氧化碳驅油封存和壓裂過程中，二氧化碳受地層溫度和壓力及摩擦阻力影響，二氧化碳會發生較為復雜的連續相態變化，致使對二氧化碳和儲層的作用關系難以探究。但目前的研究中尚未有相關設備能夠模擬二氧化碳在儲層條件下的相態連續變化，探究不同相態的二氧化碳在驅油封存和壓裂過程中的差異和與巖石作用基理。

中國專利文獻CN106404549B公開了一種超臨界二氧化碳壓裂模擬實驗裝置，其特征包括壓力室、真空飽和系統和二氧化碳相態轉換系統。二氧化碳相態轉化系統包括二氧化碳氣源，冷卻裝置和注入泵，將二氧化碳降溫液化后加壓升溫轉換為超臨界狀態。但是，該專利文獻只是針對超臨界二氧化碳進行壓裂物理實驗，并未就本發明所關注的利用相態連續變化的二氧化碳進行驅油封存、攜砂情況和壓裂做任何技術披露。

中國專利文獻CN107632136B公開了一種致密油儲層中二氧化碳擴散排油的裝置，包括：控溫室，用于控制擴散排油實驗過程中溫度的恒定，內部設有核磁共振儀，以及位于核磁共振儀內盛放致密油樣品的反應釜；儲氣罐，用于儲存二氧化碳，并將二氧化碳輸送至所述反應釜；溫壓控制器，用于調節儲存罐與控溫室的溫度和壓力，以分析不同相態二氧化碳的擴散排油；萃取罐，用于萃取反應釜輸出的二氧化碳中的石油組分，并作為氣相色譜的檢測樣品。

中國專利文獻CN107130949A一種深層稠油二氧化碳吞吐注入過程相態變化測試方法，該方法包括：步驟1，選取深層稠油二氧化碳降粘吞吐井，在二氧化碳注入管柱的井口下面、管柱中部和油層位置安裝短接式存儲溫度壓力計；步驟2，按一定注入速度段塞式注入降粘劑和二氧化碳，然后燜井，測定注入和燜井過程管柱內二氧化碳的溫度壓力；步驟3，燜井結束，起出二氧化碳注入管柱和短接式存儲溫度壓力計，讀取溫度壓力數據；步驟4，根據二氧化碳隨溫度、壓力變化的相變理論圖版，得出注入過程井筒內二氧化碳的沿程相態變化。

中國專利文獻CN109298162A涉及一種不同相態二氧化碳致裂頁巖裝置及實驗方法，屬于頁巖氣開采技術領域。該裝置包括恒溫油浴、常規三軸加載系統、聲發射監測系統、CO2壓裂系統、控制系統、變形測試系統和氣體流量計組成；恒溫油浴用于控制實驗溫度；常規三軸加載系統用于對頁巖試件加載不同的軸壓和圍壓；聲發射監測系統監測不同相態二氧化碳致裂頁巖全過程的聲發射特征、三維損傷定位以及頁巖臨界起裂壓力；CO2壓裂系統用于向頁巖試件內部注入不同相態的CO2；控制系統控制三軸壓力室的軸壓和圍壓。該裝置通過調節溫度和CO2壓力，能夠物理模擬氣態、液態、超臨界CO2致裂頁巖機理，測試頁巖致裂前后的滲透率，為CO2高效開發頁巖氣提供了先進的實驗條件。