CN103592210B - 一种测量超临界co2在岩石中渗透系数的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在地质工程研究领域。一种测量超临界CO2在岩石中渗透系数的试验装置，其特征在于，该试验装置包括高压渗透室、恒温水循环装置、围压增压器、进口缓冲容器、出口压缓冲容器、背压调压阀、出口调压阀、流量计和CO2增压泵。所述高压渗透室用于放置岩样进行渗透试验，分别与恒温水循环装置、围压增压器、进口缓冲容器、出口缓冲容器相连。本发明的关键构件高压渗透室。高压渗透室采用高强度的不锈钢制成，并有一定的厚度，保证承受内腔的高压不发生破坏。高压渗透室包括外壳、内腔、安全阀和一个排气阀。本发明的试验装置，设计合理，方便使用，效率高，整个装置成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种在地质工程研究领域，用于测定超临界CO2在岩石中渗透系数的试验装置。
背景技术
CO2地质封存是一种减少温室气体排放的有效措施。在地下深处高温(大于31.26℃)高压(大于7.38MPa)的环境中，注入地层的CO2主要处于超临界状态。这是一种界于液态和气态之间的具有独特性质的状态。因此，在进行CO2地质封存之前，需要测定超临界CO2在目标储层(岩石介质)中的渗透系数，以确定CO2的注入压力，并预测CO2注入地下岩层后运移过程，从而评价CO2地质封存的稳定性和安全性。
通过专利检索发现，和本发明比较接近的测量岩土介质渗透系数的仪器有南京水利科学研究院发明的“大型数控双向渗透仪”(授权公告号CN102507405B)和浙江大学发明的“自循环测量垂直和水平渗透系数的综合渗透仪”(授权公告号CN100595562C)，但是这些装置是针对液体或气体设计的，不能用于测量超临界CO2的渗透系数。这是因为超临界CO2的渗透试验中存在着相变转换过程，超出了这些仪器的适用范围。因此，目前还没有专门针对超临界CO2在岩石中渗透系数的测量装置。
发明内容
本发明的目的是为了公开一种能测定超临界CO2在岩石中的渗透系数的试验装置。
发明给出的技术方案为：
一种测量超临界CO2在岩石中渗透系数的试验装置，其特征在于，该试验装置包括高压渗透室、恒温水循环装置、围压增压器、进口缓冲容器、出口缓冲容器、背压调压阀、出口调压阀、流量计和CO2增压泵。
所述高压渗透室用于放置岩样进行渗透试验，分别与恒温水循环装置、围压增压器、进口缓冲容器、出口缓冲容器相连。
所述围压增压器一端与高压渗透室相连，另一端连接压缩空气源，向高压渗透室内注入水，并通过液压传导向高压渗透室内的岩样施加高围压。
所述恒温水循环装置与高压渗透室内部的一根加热管连接，用于加热高压渗透室内的液 体，以控制岩样在渗透试验过程中的温度。
所述进口缓冲容器一端与高压渗透室的CO2进口端相连，另一端与CO2增压泵相连；CO2增压泵送来的CO2在此缓冲以后再送入高压渗透室。
所述出口缓冲容器的一端与高压渗透室的CO2出口端相连，另一端与调压阀相连；从CO2出口端出来的CO2在此缓冲以后，经过出口调压阀降压，然后通过流量计测量流量；在这个降压的过程中，超临界CO2变成气态CO2。此外，出口缓冲容器还有一条通道连向背压调压阀，然后通向CO2增压泵；这个通路是单向的，只能将CO2增压泵送来的CO2导入出口缓冲器，而不能回流。
所述高压渗透室，包括外壳、内腔、安全阀和一个排气阀。
所述外壳由底座和顶盖组成，都是由不锈钢制成，通过螺栓可以紧密连接在一起。
所述内腔设置有加热管、岩样、两个金属圆柱体和若干弹簧。高压渗透室的内腔设置了加热管，与外部的恒温水循环装置相连。内腔中放置的岩样加工成一个扁圆柱体。岩样固定两个金属圆柱体之间。两个金属圆柱体的直径与岩样的直径相同，两个金属圆柱体之间用若干弹簧相连，使它们能够和岩样紧密接触。下方圆柱体内部设有CO2进气管线，该CO2进气管线与进口缓冲容器连接；上方圆柱体内部设有CO2出气管线，该CO2出气管线与出口缓冲容器连接。
顶盖的上部设有一个安全阀和一个排气阀。
与现有技术相比，本发明公开了一种能实现测定超临界CO2在岩石中的渗透系数的试验装置，设计合理，方便使用，效率高，整个装置成本低。
附图说明
图1本发明整个试验装置结构示意图
图2高压渗透室的剖面结构示意图图
数字标记：高压渗透室1、恒温水循环装置2、围压增压器3、进口缓冲容器4、出口缓冲容器5、背压调压阀6、出口调压阀7、流量计8、CO2增压泵9、底座11、顶盖12、螺栓13、加热管14、岩样15、下方金属圆柱体16、上方金属圆柱体17、弹簧18、安全阀19、顶盖20。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明所述的试验装置，包括高压渗透室1、恒温水循环装置2、围压增压器3、进口缓冲容器4、出口缓冲容器5、背压调压阀6、出口调压阀7、流量计8、和CO2 增压泵9。它们之间的连接关系是：
高压渗透室1用于放置岩样进行渗透试验，分别与恒温水循环装置2、围压增压器3、进口缓冲容器4、出口缓冲容器5相连。
围压增压器3一端与高压渗透室1相连，另一端连接压缩空气源，可以向高压渗透室1内注入水，并通过液压传导向高压渗透室内1的岩样施加高围压。
恒温水循环装置3与高压渗透室1内部的一根加热管连接，可以加热高压渗透室内的液体，用于控制岩样在渗透试验过程中的温度。
进口缓冲容器4一端与高压渗透室1的CO2进口端相连，另一端与CO2增压泵9相连；CO2增压泵9送来的CO2在此缓冲以后再送入高压渗透室1。
出口缓冲容器5的一端与高压渗透室1的CO2出口端相连，另一端与调压阀7相连；从CO2出口端出来的CO2在此缓冲以后，经过出口调压阀7降压，然后通过流量计8测量流量；在这个降压的过程中，超临界CO2变成气态CO2，这样就可以利用常用的气体流量计来测量CO2的流量，极大降低了装置成本。此外，出口缓冲容器5还有一条通道连向背压调压阀6，然后通向CO2增压泵9；这个通路是单向的，只能将CO2增压泵送来的CO2导入出口缓冲器5，而不能回流；这条通路的作用是在试验前将出口缓冲容器5中的CO2压力快速调整到预定值，从而可以减少试验的时间花费。
本发明的关键构件高压渗透室1的剖面图如图2所示。高压渗透室1包括外壳、内腔、安全阀19和一个排气阀20。它的外壳由底座11和顶盖12组成，都是由不锈钢制成，通过螺栓13可以紧密连接在一起。所述内腔设置有加热管14、岩样15、两个金属圆柱体和若干弹簧18。高压渗透室的内腔设置了加热管14，与外部的恒温水循环装置2相连。内腔中放置的岩样15加工成一个扁圆柱体，直径5cm，高1cm。岩样15固定两个金属圆柱体16和17之间。两个金属圆柱体的直径也为5cm，用弹簧18相连，使它们能够和岩样15紧密接触，不发生脱离。下方圆柱体16内部设有CO2进气管线，该CO2进气管线与进口缓冲容器4连接；上方圆柱体17内部设有CO2出气管线，该CO2出气管线与出口缓冲容器5连接。在试验过程中，CO2自下而上流经岩样15。试验中，岩样15和金属圆柱体16，17的外侧采用高强度的乳胶膜包裹，使岩样与高压渗透室内的高压水隔离，防止CO2逸出。顶盖12的上部还设有一个安全阀19和一个排气阀20。当高压渗透室1内的压力超过安全压力上限时能自动泄压，保障安全。排气阀20用于试验结束后排空高压渗透室的液压水。
本发明中的高压渗透室1采用高强度的不锈钢制成，并有一定的厚度，保证承受内腔的高压不发生破坏。恒温水循环装置2的最高调节温度不能低于31.26℃，使CO2流入高压渗 透室后能变成超临界状态。围压增压器3的压力源来自空气压缩机或其它压宿空气源，压力放大系数不小于30倍。进口缓冲容器4和出口缓冲容器5的容积均为100cc，也由高强度不锈刚制成，能够承受压力不小于20MPa。背压调压阀6的调压范围为0-9MPa；出口调压阀7的调压范围为0-14MPa。由于CO2在岩石中的渗透流速很慢，流量计8能够测定的流量精度应达到0.01ml/min。CO2增压泵9采用加压能达到10MPa以上的增压泵，保证CO2能变成超临界状态。
进行CO2渗透试验时：
1)首先通过围压增压器3将高压渗透室1内的水加至高压状态，对岩样15施加高围压；
2)然后通过恒温水循环装置2控制高压渗透室1内的温度；
3)再通过CO2增压泵9将CO2气源加压至高压液体状态，通过进口缓冲容器4缓冲后进入高压渗透室1，在高压渗透室1内温度升高成为超临界状态；
4)通过背压调压阀6调节CO2出口端缓冲容器5内压力，使CO2在进出口端产生压力差，使超临界CO2在压力梯度作用下在岩样中渗透；
5)通过岩样渗透进入出口缓冲容器5中的超临界CO2，经过出口调压阀7减压变为气态CO2后，通过高精度流量计8测量CO2的渗透速率，从而计算超临界CO2在岩样中的渗透系数。
Claims (1)
1.一种测量超临界CO2在岩石中渗透系数的试验装置，其特征在于，该试验装置包括高压渗透室、恒温水循环装置、围压增压器、进口缓冲容器、出口缓冲容器、背压调压阀、出口调压阀、流量计和CO2增压泵；
所述高压渗透室用于放置岩样进行渗透试验，分别与恒温水循环装置、围压增压器、进口缓冲容器、出口缓冲容器相连；
所述围压增压器一端与高压渗透室相连，另一端连接压缩空气源，向高压渗透室内注入水，并通过液压传导向高压渗透室内的岩样施加高围压；
所述恒温水循环装置与高压渗透室内部的一根加热管连接，用于加热高压渗透室内的液体，以控制岩样在渗透试验过程中的温度；
所述进口缓冲容器一端与高压渗透室的CO2进口端相连，另一端与CO2增压泵相连；CO2增压泵送来的CO2在此缓冲以后再送入高压渗透室；
所述出口缓冲容器的一端与高压渗透室的CO2出口端相连，另一端与调压阀相连；从CO2出口端出来的CO2在此缓冲以后，经过出口调压阀降压，然后通过流量计测量流量；此外，出口缓冲容器还有一条通道连向背压调压阀，然后通向CO2增压泵；
所述高压渗透室，包括外壳、内腔、安全阀和一个排气阀；
所述外壳由底座和顶盖组成，都是由不锈钢制成，通过螺栓可以紧密连接在一起；
所述内腔设置有加热管、岩样、两个金属圆柱体和若干弹簧；
高压渗透室的内腔设置了加热管，与外部的恒温水循环装置相连；内腔中放置的岩样加工成一个扁圆柱体；岩样固定两个金属圆柱体之间；两个金属圆柱体的直径与岩样的直径相同，两个金属圆柱体之间用若干弹簧相连，使它们能够和岩样紧密接触；下方圆柱体内部设有CO2进气管线，该CO2进气管线与进口缓冲容器连接；上方圆柱体内部设有CO2出气管线，该CO2出气管线与出口缓冲容器连接；
顶盖的上部设有一个安全阀和一个排气阀。
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