CN111119877B - 一种致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种致密油页岩原位开采渗流‑传热实验装置，属于实验测量仪器技术领域，包括相互配合的渗流‑传热岩心夹持器、轴‑围压注入系统、轴‑径向稳压系统、温度‑应变监测系统、液冷循环系统、安全防回流系统、流量监测系统、气体收集‑回收系统及控制与数据记录系统，本发明通过对渗流‑传热岩心夹持器内部的带裂隙岩心注入带压热流体介质，观测轴向与径向应变确定岩心内部裂缝在注热条件下闭合的临界温度点以及后期热介质在增压条件下裂缝被重新打开的临界压力，从而获得原位开采过程中裂缝的闭合临界参数，通过前后流量变化情况可评估带岩体裂缝的渗透率变化情况，从而达到调节现场施工参数对储层裂缝的长期有效连通，利于后期注热以及油气运移。
Description
技术领域
本发明属于实验测量仪器技术领域，具体涉及一种致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置。
背景技术
随着国内经济的快速发展，石油天然气能源消耗大幅度增长，现阶段国内原油对外依存度逐年增加并且近年来我国原油对外依存度已突破七成。与此同时，常规能源如煤、石油、天然气资源开采逐渐乏力。从现代社会发展需求考虑，常规能源供给已经无法支撑工业的长远可持续发展。而近年来非常规能源如油页岩、油砂、煤层气以及页岩气等资源储量巨大，开采前景广阔，目前原位开采技术对于非常规能源开采正处于现场试验阶段，吉林大学于2015年在农安地区通过该技术成功开采出第一桶页岩油，验证了地下原位开采的可行性。
原位开采技术又称地下原位转化技术，是通过在地面注热或者在井内放置加热器实现对目的油页岩层的注热开采技术。目的油页岩层由于经过水力压裂技术实现了储层改造，热介质通过热传导以及热对流形式对储层裂缝以及目的油页岩层段进行注热，当油页岩层段内部的干酪根达到裂解温度就会随热介质运移被提取至地表。
地下原位开采过程中油页岩内部裂缝开度很小，注热过程中由于岩层的热膨胀以及热塑性流变现象较为明显，裂缝内部的支撑剂会被压嵌入地层导致裂缝闭合，与此同时干酪根裂解形成的沥青质进入已压实的裂缝导致导流通道完全闭合降低了注热速率，注热方式由热传导-对流转变为完全的热传导方式，既降低了开采效率又使裂解的油气资源无法运移，导致注采效率降低，增加施工成本。
现阶段探究非常规储层渗流-传热实验装置的主要有一种高温应力下流体裂隙渗流模拟装置，详见CN107991216A，该装置用于测定干热岩内部流体内渗流规律，该装置隔热件采用橡胶套，较难实现高温高压条件下装置的密封；高温高压煤岩超临界二氧化碳压裂-蠕变-渗流试验装置，详见CN110057739A，同样采用胶套进行密封难以保证实验需求，同时该装置采用LVDT位移检测系统，该装置在中高温小于200℃条件下测量有效，以及一种高温高压水压致裂夹持器及其试验方法，详见CN109870349A，内部压紧弹簧在高温高压条件下发生较大变形，难以保证岩心时刻处于压紧密封状态，实验实现难度较大。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提出了一种结构简单，便捷可行，可靠性高，实验效果明显的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于，包括：渗流-传热岩心夹持器、轴-围压注入系统、轴-径向稳压系统、温度-应变监测系统、液冷循环系统、安全防回流系统、流量监测系统、气体收集-回收系统及控制与数据记录系统，所述渗流-传热岩心夹持器包括注液卡套接头、传感器密封接头、第一密封垫片、第一锥度密封石墨圆盘、变径承压筒、第二密封垫片、传感器接头、上注气接头、上注液压头、上注液卡套、长杆压头、半圆密封石墨盘、第三密封垫片、右压盖、右密封堵头、锥度密封套、第四密封垫片、第二锥度密封石墨圆盘、岩心边缘密封件、右固定压片、第五密封垫片、紫铜套、下注气接头、下注液压头、下注液卡套、左固定压片、左压盖及左密封堵头，所述紫铜套包设在岩心边缘处形成静压接触密封；所述岩心边缘密封件从内到外依次由耐高温阻燃密封胶层、石墨片及紫铜皮组成，耐高温阻燃密封胶层由均匀涂抹于紫铜套与岩心贴合边缘以及岩心棱部部分的耐高温阻燃密封胶形成；石墨片与耐高温阻燃密封胶层粘连形成二次密封，紫铜皮与石墨片贴合形成三次密封；所述注液卡套接头由注液管和注液卡套两个部分组成，注液管和注液卡套螺纹连接，注液管穿设在左密封堵头和左固定压片内部并与二者静压接触，注液管的端部设置有公扣螺纹，注液管通过所述公扣螺纹与左固定压片朝向岩心的一侧螺纹连接；所述第二密封垫片设置在左密封堵头以及左固定压片之间并与二者静压接触；所述传感器密封接头套接在高压通径密封管内；所述第一密封垫片与第一锥度密封石墨圆盘静压接触形成密封组件置于变径承压筒和左密封堵头之间，变径承压筒与左密封堵头之间通过所述密封组件形成静压接触密封；所述左压盖、左密封堵头和变径承压筒同轴设置，左压盖与左密封堵头静压接触，同时左压盖与变径承压筒的外壁螺纹连接；所述变径承压筒的侧壁具有中空层；所述传感器接头、上注气接头和下注气接头分别贯穿变径承压筒侧壁并与其螺纹连接，并在螺纹旋紧后用氩弧焊焊接；所述上注液卡套与下注液卡套分别与变径承压筒外壁通过氩弧焊焊接后打磨抛光，并分别贯通至变径承压筒侧壁内部中空层处；所述上注液压头与上注液卡套螺纹连接；所述下注液压头与下注液卡套之间螺纹连接；所述右固定压片同时与岩心边缘密封件以及岩心静压接触；所述长杆压头与右固定压片之间通过第五密封垫片形成静压密封；所述锥度密封套与变径承压筒之间通过第四密封垫片和第二锥度密封石墨圆盘形成密封，锥度密封套与右固定压片之间静压接触，锥度密封套与变径承压筒内壁螺纹连接；所述半圆密封石墨盘分别与长杆压头和锥度密封套静压接触；所述第三密封垫片分别与半圆密封石墨盘、长杆压头和锥度密封套静压接触；所述右密封堵头与锥度密封套静压接触且与长杆压头螺纹连接；所述右压盖与变径承压筒螺纹连接；
所述轴-径向稳压系统由第一电控阀、第二电控阀、径向稳压罐和轴向稳压罐组成，所述第一电控阀的一端通过管汇与径向注入泵连接，第一电控阀的另一端通过管汇与径向稳压罐连接，同时第一电控阀与计算机电连接；所述第二电控阀的一端与加热器连接，第二电控阀的另一端通过管汇与轴向稳压罐连接，同时第二电控阀与计算机电连接；
所述温度-应变监测系统由集束式温度-压力-位移接收器、第一压力仪、第一温度仪、第二压力仪、第二温度仪、第三压力仪、第三温度仪及轴向光纤位移传感器组成，所述集束式温度-压力-位移接收器通过传感器接头连接至轴-径向光纤位移监测仪，集束式温度-压力-位移接收器包括圆管、径向光纤位移传感器、光纤温度传感器及光纤压力传感器，圆管均匀布置在变径承压筒的内壁上，并通过氩弧焊焊接固定在变径承压筒上，每个圆管内均设置有径向光纤位移传感器、光纤温度传感器及光纤压力传感器，径向光纤位移传感器用来监测岩心不同部位的径向位移变化情况，光纤温度传感器用于测定岩心的温度，光纤压力传感器用于测定岩心所承受压力；轴向光纤位移传感器设置在高压通径密封管内，轴向光纤位移传感器的一端通过传感器密封接头与轴-径向光纤位移监测仪连接，轴向光纤位移传感器的另一端与左固定压片静压接触，轴向光纤位移传感器用于监测左固定压片的轴向位移；所述第一温度仪和第一压力仪设置在径向稳压罐上，第一温度仪和第一压力仪均与计算机连接；所述第二温度仪和第二压力仪设置在轴向稳压罐上，第二温度仪和第二压力仪均与计算机连接；所述第三压力仪和第三温度仪设置在安全防回流轴-径向稳压罐上，第三压力仪和第三温度仪均与计算机连接；
所述液冷循环系统由计量泵和液冷容器组成，计量泵的一端通过塑胶软管与液冷容器连接，并在连接处缠上生料带后用螺丝刀通过卡子旋紧，计量泵的另一端与下注液压头连接；
所述轴-围压注入系统由径向气瓶、轴向气瓶、轴向注入泵、径向注入泵和三通组成，所述径向气瓶通过管汇与径向注入泵连接，轴向气瓶通过管汇与轴向注入泵连接；所述三通设置在轴向稳压罐和第一质量流量计之间的管汇上并与其焊接；
所述安全防回流系统包括三向阀和安全防回流轴-径向稳压罐，三向阀通过管汇分别与三通、安全防回流轴-径向稳压罐及下注气接头连接；所述安全防回流轴-径向稳压罐与管汇通过转接件焊接，同时安全防回流轴-径向稳压罐与计算机连接；
所述流量监测系统包括第一质量流量计和第二质量流量计，第一质量流量计用于检测注气端气体流量，第一质量流量计与计算机连接，第一质量流量计的一端通过管汇与三通连接，第一质量流量计的另一端通过管汇与注液卡套接头连接，且第一质量流量计与管汇通过自带管汇密封接头螺纹连接；第二质量流量计用于监测排气端气体流量，第二质量流量计与计算机连接，第二质量流量计的一端通过管汇与排气管连接，第二质量流量计的另一端通过管汇与针阀连接；
所述气体收集-回收系统包括水冷采集装置、针阀和气体回收装置，针阀设置在第二质量流量计和气体回收装置之间的管汇上；所述水冷采集装置通过管汇与针阀连接，水冷采集装置内部设置有冷凝管；
所述控制与数据记录系统包括无纸记录仪和计算机。
进一步，所述左密封堵头朝向岩心的一侧设置有突出限位部。
进一步，所述传感器接头、上注气接头和下注气接头均由卡套压头、注气密封压垫片、卡套压帽及卡套组成，卡套穿过变径承压筒的侧壁，卡套与变径承压筒螺纹连接，并在螺纹旋紧后用氩弧焊焊接；注气密封压垫片位于卡套上部并与其静压接触；卡套压帽与注气密封压垫片静压接触，同时卡套压帽与卡套螺纹连接；卡套压头的下部置于注气密封压垫片内部并与其螺纹连接。
进一步，所述第一电控阀和第二电控阀为球阀。
进一步，所述第一温度仪、第一压力仪、第二温度仪、第二压力仪、第三压力仪和第三温度仪采用热式传感器。
进一步，所述径向光纤位移传感器和轴向光纤位移传感器均采用GS-TM-WY-Ⅰ型光纤光栅位移传感器。
进一步，所述集束式温度-压力-位移接收器采用TP-LINKTL-SM312LS-20KM SFP信号接收器与DTM信号接收器联用。
进一步，所有管汇为316不锈钢管汇。
进一步，所述安全防回流轴-径向稳压罐由采用不锈钢304无缝焊接而成，型号BHT-80L-50bar。
进一步，所述耐高温阻燃密封胶为SX-8307耐高温密封胶。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：提出了一种致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，用于包裹全直径岩心，显著提高了裂隙岩心渗流-传热实验对于装置密封性的要求；岩心夹持器共采用六处密封，密封件主要采用石墨以及不锈钢垫片材料，密封方式采用楔形以及半圆形密封件，降低了实验过程中由于高温高压密封问题对实验的影响；采用光纤监测岩心轴向与径向变形，应变监测不受温度和压力的影响。测定的实验数据真实可靠，实验可行性良好，稳压罐的设置，可以防止带压热载体持续稳定输出，液冷循环系统使围压温度冷却下来，模拟真实原位开采只进行热传导与对流条件；本发明主要用于探究不同施工参数条件下原位开采对于油页岩内部裂隙能否有效连通的实验装置，指导野外现场施工来提高致密油页岩非常规储层油气资源开采效率，其次也可以实现干热岩等地热能的相关实验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明实施例中所述致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置整体结构示意图；
图2是本发明实施例中所述的渗流-传热岩心夹持器的结构示意图；
图3是本发明实施例中所述致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置的岩心边缘密封件的局部放大示意图；
图4是本发明实施例中所述致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置的注气接头局部示意图；
图5是本发明实施例中所述致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置的锥度密封套的三维示意图。
图中各标记如下：1-注液卡套接头；2-传感器密封接头；3-第一密封垫片；4-第一锥度密封石墨圆盘；5-变径承压筒；6-第二密封垫片；7-中空层；8-传感器接头；9-上注气接头；10-集束式温度-压力-位移接收器；11-上注液压头；12-上注液卡套；13-长杆压头；14-半圆密封石墨盘；15-第三密封垫片；16-右压盖；17-右密封堵头；18-锥度密封套；19-第四密封垫片；20-第二锥度密封石墨圆盘；21-岩心边缘密封件；2101-耐高温阻燃密封胶层；2102-石墨片；2103-紫铜皮；22-右固定压片；23-第五密封垫片；24-岩心；25-紫铜套；26-下注气接头；27-下注液压头；28-下注液卡套；29-左固定压片；30-左压盖；31-左密封堵头；32-径向气瓶；33-轴向气瓶；34-轴向注入泵；35-加热器；36-径向注入泵；37-第一电控阀；38-第二电控阀；39-径向稳压罐；40-轴向稳压罐；41-安全防回流轴-径向稳压罐；42-第一压力仪；43-第一温度仪；44-第二压力仪；45-第二温度仪；46-第三压力仪；47-第三温度仪；48-三通；49-第一质量流量计；50-三向阀；51-计量泵；52-液冷容器；53-第二质量流量计；54-水冷采集装置；55-针阀；56-气体回收装置；57-轴-径向光纤位移监测仪；58-无纸记录仪；59-计算机；901-卡套压头；902-注气密封压垫片；903-卡套压帽；904-卡套。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，限定有第一”、“第二”、“第三”、“第四”及“第五”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
如图1、图2、图3、图4及图5所示，本发明提出了一种致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，包括渗流-传热岩心夹持器、轴-围压注入系统、轴-径向稳压系统、温度-应变监测系统、液冷循环系统、安全防回流系统、流量监测系统、气体收集-回收系统及控制与数据记录系统，
所述渗流-传热岩心夹持器包括注液卡套接头1、传感器密封接头2、第一密封垫片3、第一锥度密封石墨圆盘4、变径承压筒5、第二密封垫片6、中空层7、传感器接头8、上注气接头9、集束式温度-压力-位移接收器10、上注液压头11、上注液卡套12、长杆压头13、半圆密封石墨盘14、第三密封垫片15、右压盖16、右密封堵头17、锥度密封套18、第四密封垫片19、第二锥度密封石墨圆盘20、岩心边缘密封件21、固定压片22、第五密封垫片23、紫铜套25、下注气接头26、下注液压头27、下注液卡套28、左固定压片29、左压盖30及左密封堵头31，所述紫铜套25包设在岩心24边缘处形成第一层静压接触密封；所述岩心边缘密封件21从内到外由耐高温阻燃密封胶层2101、石墨片2102及紫铜皮2103组成，岩心24具有预制裂隙，岩心24由紫铜套25进行第一层静压接触密封，保证其上下两部分岩心24边缘能够贴合固定，岩心边缘密封件21由第一层耐高温阻燃密封胶均匀涂抹于紫铜套25与岩心24贴合边缘以及岩心24棱部部分形成耐高温阻燃密封胶层2101，耐高温阻燃密封胶为SX-8307耐高温密封胶，但并不限制于此；石墨片2102通过与耐高温阻燃密封胶层2101粘连形成二次密封，紫铜皮2103再与石墨片2102贴合形成三次密封，使得岩心24被完全贴合密封，室温放至两天待耐高温阻燃密封胶完全凝固形成密封岩心24的完整制备；所述注液卡套接头1所用材质为316A4不锈钢，注液卡套接头1由注液管和注液卡套两个部分组成，注液管和注液卡套螺纹连接，注液管通过预留在左密封堵头31以及左固定压片29上的中心通道与二者静压接触，注液管端部设置有公扣螺纹与第二固定压片29靠近岩心24一端螺纹连接，并用内六角扳旋紧形成密封防止热介质回流；所述第二密封垫片6设置在左密封堵头31以及左固定压片29之间并与二者静压接触形成密封防止轴向注压出现漏压；所述传感器密封接头2套接在高压通径密封管内；所述第一密封垫片3与第一锥度密封石墨圆盘4之间静压接触形成密封组件置于变径承压筒5和左密封堵头31之间，变径承压筒5与左密封堵头31之间通过密封组件形成静压接触密封；所述左压盖30与左密封堵头31静压接触，同时左压盖30与变径承压筒5的外壁螺纹连接，左密封堵头31朝向岩心24的一侧设置有突出限位部，对岩心24起到固位作用，方便实验安装拆卸；所述变径承压筒5的侧壁具有中空层7，中空层7用于冷却变径承压筒5径向因金属热传导升温部分的温度；所述传感器接头8、上注气接头9和下注气接头26分别贯穿变径承压筒5侧壁并于其螺纹连接，为确保密封性，传感器接头8、上注气接头9和下注气接头26在与变径承压筒5螺纹旋紧后用氩弧焊焊紧后打磨抛光，传感器接头8、上注气接头9和下注气接头26结构一致，传感器接头8、上注气接头9和下注气接头26均由从上至下依次设置的卡套压头901、注气密封压垫片902、卡套压帽903及卡套904构成，卡套904穿过变径承压筒5的侧壁，卡套904与变径承压筒5螺纹连接，并在螺纹旋紧后用氩弧焊焊接；注气密封压垫片902位于卡套904上部并与其静压接触；卡套压帽903与注气密封压垫片902静压接触，同时卡套压帽903与卡套904螺纹连接；卡套压头901的下部置于注气密封压垫片902内部并与其螺纹连接形成密封；所述上注液卡套12与下注液卡套28分别与变径承压筒5外壁通过氩弧焊焊接后打磨抛光，并分别贯通至变径承压筒5侧壁内部中空层7处；所述上注液压头11与上注液卡套12螺纹连接；所述下注液压头27与下注液卡套28之间螺纹连接；所述右固定压片22同时与岩心边缘密封件21以及岩心24静压接触；所述长杆压头13与右固定压片22之间通过第五密封垫片23形成静压密封；所述锥度密封套18与变径承压筒5之间通过第四密封垫片19和第二锥度密封石墨圆盘20形成密封，锥度密封套18与右固定压片22之间静压接触，锥度密封套18与变径承压筒5内壁螺纹连接，旋紧过程压紧第四密封垫片19和第二锥度密封石墨圆盘20防止径向漏压；所述半圆密封石墨盘14分别与长杆压头13和锥度密封套18静压接触；所述第三密封垫片15分别与半圆密封石墨盘14、长杆压头13以及锥度密封套18静压接触；所述右密封堵头17与锥度密封套18静压接触且与长杆压头13螺纹连接，旋进后压紧第三密封垫片15以及半圆密封石墨盘14形成密封，右压盖16与变径承压筒5螺纹连接，此时完成渗流-传热岩心夹持器的安装工作。
所述轴-径向稳压系统由第一电控阀37、第二电控阀38、径向稳压罐39以及轴向稳压罐40组成，所述第一电控阀37为球阀，第一电控阀37的一端通过管汇与径向注入泵36连接，第一电控阀37的另一端通过管汇与径向稳压罐39连接，同时第一电控阀37与计算机59电连接；所述第二电控阀38为球阀，第二电控阀38的一端与加热器35连接，第二电控阀38的另一端通过管汇与轴向稳压罐40连接，同时第二电控阀38与计算机59电连接；通过计算机59发出的电信号进行第一电控阀37、第二电控阀38实时开启关停，径向稳压罐39用于将通过加热器35升温后的热载体介质存储获得稳定注入压力使实验变量更加精确，同时保证实验环境更加安全，轴向稳压罐40用于将径向注入泵36泵入的气体存储来得到稳定注入围压。
所述温度-应变监测系统由集束式温度-压力-位移接收器10、第一压力仪42、第一温度仪43、第二压力仪44、第二温度仪45、第三压力仪46、第三温度仪47及轴向光纤位移传感器组成，所述集束式温度-压力-位移接收器10通过传感器接头8连接至轴-径向光纤位移监测仪57，集束式温度-压力-位移接收器10包括圆管、径向光纤位移传感器、光纤温度传感器及光纤压力传感器，圆管均匀布置在变径承压筒5的内壁上，并通过氩弧焊焊接固定在变径承压筒5上，每个圆管内均设置有径向光纤位移传感器、光纤温度传感器及光纤压力传感器，径向光纤位移传感器用来监测岩心24不同部位的径向位移变化情况，光纤温度传感器用于测定岩心24的温度，光纤压力传感器用于测定岩心24所承受压力；轴向光纤位移传感器设置在高压通径密封管内，轴向光纤位移传感器的一端通过传感器密封接头2与轴-径向光纤位移监测仪57连接，轴向光纤位移传感器的另一端与左固定压片29静压接触，轴向光纤位移传感器用于监测左固定压片29的轴向位移；所述第一温度仪42和第一压力仪43设置在径向稳压罐39上，第一温度仪42和第一压力仪43均与径向稳压罐39螺纹连接，螺纹连接端口涂抹高温密封胶后缠绕生料带来增强密封性；第一温度仪42和第一压力仪43均与计算机59连接；所述第二温度仪44和第二压力仪45设置在轴向稳压罐40上，第二温度仪44和第二压力仪45均与轴向稳压罐40螺纹连接，螺纹连接端口涂抹高温密封胶后缠绕生料带来增强密封性；第二温度仪44和第二压力仪45均与计算机59连接；所述第三压力仪46和第三温度仪47设置在安全防回流轴-径向稳压罐41上，第三压力仪46和第三温度仪47均与安全防回流轴-径向稳压罐41螺纹连接，螺纹连接端口涂抹高温密封胶后缠绕生料带来增强密封性；第三压力仪46和第三温度仪47均与计算机59连接；所述径向光纤位移传感器和轴向光纤位移传感器均采用GS-TM-WY-Ⅰ型光纤光栅位移传感器；集束式温度-压力-位移接收器10采用TP-LINKTL-SM312LS-20KMSFP信号接收器与DTM信号接收器联用，实现电信号转换，可进行轴向与径向的温度与压力围岩环境的监测以及岩心24轴向与径向应变监测，同时可实现注入与排出端流量监测，测定岩心24渗透率的动态变化，轴向光纤位移传感器的一端通过传感器密封接头2与轴-径向光纤位移监测仪57连接，经轴-径向光纤位移监测仪57转电信号后连接至无纸记录仪58；
所述第一温度仪42、第一压力仪43、第二温度仪44、第二压力仪45、第三压力仪46和第三温度仪47采用热式传感器，用来满足高温量程；
所述液冷循环系统由计量泵51和液冷容器52组成，计量泵51的一端通过塑胶软管与液冷容器52连接，并在连接处缠上生料带后用螺丝刀通过卡子旋紧，计量泵51的另一端与下注液压头27连接，计量泵51通过下注液压头27由下向上将冷却液注入中空层7，计量泵51循环方式采用自下向上循环增大冷却液接触时间，再通过上注液压头11连接的管道连接至液冷容器52内部，计量泵51和液冷容器52连接，计量泵51再将冷却液注入至中空层7形成循环冷却从而来确保热传导以及热对流过程只从岩心24一侧向另一侧进行，与干热岩注热方式区别开；
所述轴-围压注入系统由径向气瓶32、轴向气瓶33、轴向注入泵34、径向注入泵36和三通48组成，所述径向气瓶32通过管汇与径向注入泵36连接，轴向气瓶33通过管汇与轴向注入泵34连接；所述三通48设置在轴向稳压罐40和第一质量流量计49之间的管汇上并与其焊接；径向注压过程中，首先打开径向气瓶32使气体进入径向注入泵36增压，增压后的气体进入径向稳压罐39使压力逐渐稳定，计算机59通过电信号打开第一电控阀37从而使得径向稳压罐39内的气体注入岩心24与变径承压筒5之间的空腔内部使岩心24径向受压；轴向注压过程中，首先打开轴向气瓶33，气体进入轴向注入泵34，增压后的气体进入加热器35进行升温处理，计算机59发出电信号打开第二电控阀38使气体进入轴向稳压罐40，待轴向气体温度与压力稳定下来后计算机59发出电信号打开轴向稳压罐40，带压热气体依次通过三通48、第一质量流量计49以及注液卡套接头1对岩心24进行轴向增压-渗流实验；
所述安全防回流系统包括三向阀50以及安全防回流轴-径向稳压罐41，三向阀50通过管汇分别与三通48、安全防回流轴-径向稳压罐41及下注气接头26连接；所述安全防回流轴-径向稳压罐41与管汇通过转接件焊接，同时安全防回流轴-径向稳压罐41与计算机59连接；安全防回流轴-径向稳压罐41采用不锈钢304无缝焊接而成，型号BHT-80L-50bar，在实验室停电或者实验仪器发生故障时手动关闭轴向稳压罐40并打开三向阀50，使气体进入安全防回流轴-径向稳压罐41，防止气体回流导致装置受损；
所述流量监测系统由第一质量流量计49以及第二质量流量计53组成，第一质量流量计49用于检测注气端气体流量，第一质量流量计49与计算机59连接，第一质量流量计49的一端通过管汇与三通48连接，第一质量流量计49的另一端通过管汇与注液卡套接头1连接，且第一质量流量计49与管汇通过自带管汇密封接头螺纹连接；第二质量流量计53用于监测排气端气体流量，第二质量流量计53与计算机59连接，第二质量流量计53的一端通过管汇与排气管连接，第二质量流量计53的另一端通过管汇与针阀55连接；通过第一质量流量计49和第二质量流量计53流量差来获得带裂隙岩心24在实验过程中的渗透率变化情况；
所述气体收集-回收系统包括水冷采集装置54、针阀55和气体回收装置56，针阀55设置在第二质量流量计53和气体回收装置56之间的管汇上；所述水冷采集装置54通过管汇与针阀55连接，水冷采集装置54内部设置有冷凝管，排气端获得的气体由于岩心24注热可能会含有已裂解出来的油气成分，将裂解的废气回收至气体回收装置56内，保证实验室环境安全以及人员人身安全；不同阶段岩心24内裂解油气成分会不同，定时打开针阀55将带压热气体收集至水冷采集装置54内，并将冷却后的裂解油气分别通过广口磨砂瓶以及集气待分类收集装置，用于测定气体成分。
所述控制与数据记录系统包括无纸记录仪58和计算机59，计算机59用于采集径向稳压罐39上第一压力仪42与第一温度仪43、轴向稳压罐40上第二压力仪44与第二温度仪45、安全防回流轴-径向稳压罐41上第三压力仪46与第三温度仪47、第一质量流量计49和第二质量流量计53上进出端流量数据，开启关闭第一电控阀37和第二电控阀38，无纸记录仪58用于检测轴-径向岩体位移情况以及围岩的温度与压力场环境。
本发明中，所有管汇均采用316不锈钢制得。
采用上述致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置进行实验的过程如下：
a、在实验初始阶段进行渗流-传热岩心夹持器的安装工作，首先进行带预制裂隙岩心24的边缘密封，钻取获得的岩心24利用金刚石砂线切割机完成预制裂缝的切割工作，将紫铜套25进行高温淬火增强其延展性后使其将岩心24边缘包裹，标件模具固形后在岩心24与紫铜套25边缘及外径均匀涂抹耐高温阻燃密封胶形成耐高温阻燃密封胶层2101，并与石墨片2102粘合完成后套上紫铜皮2103，通过标件模具压实后晾干完成岩心24密封工作；接下来进行传感器及管汇的安装，首先将注液卡套接头1和传感器密封接头2拧紧于左密封堵头31上，轴向光纤位移传感器与左固定压片29静压接触，将径向光纤位移传感器放置在集束式温度-压力-位移接收器10内部，光纤温度传感器和光纤压力传感器放置在位于变径承压筒5内壁上圆管内完成监测仪器的安装工作；紧接进行渗流-传热岩心夹持器的组装，将第二密封垫片6放置于左密封堵头31以及左固定压片29之间压紧，随后将岩心24放置在左密封堵头31的固位槽中并在变径承压筒5中间放入第一密封垫片3与第一锥度密封石墨圆盘4再通过左压盖30拧紧完成渗流-传热岩心夹持器左端面的安装工作，随后将第四密封垫片19与第二锥度密封石墨圆盘20套在锥度密封套18上，长杆压头13与第一固定压片22之间用第五密封垫片23进行密封，随后利用锥度密封套18上的固位槽卡住岩心24，将锥度密封套18与变径承压筒5螺纹拧紧后再将半圆密封石墨盘14以及第三密封垫片15依次放入变径承压筒5以及长杆压头13预留的空槽内部，再利用右密封堵头17压紧，随后再利用右压盖16与变径承压筒5之间螺纹拧紧完成渗流-传热岩心夹持器的整体前期安装；再将管汇安装在上注气接头9上，注气密封压垫片902放置在卡套904上，通过卡套压帽903将注气密封压垫片902螺纹拧紧在卡套904上，再通过卡套压头901将径向高压注气管汇安装完毕，相同的，完成下注气接头26的安装；将上注液压头11、下注液压头27依次与上注液卡套12、下注液卡套28螺纹拧紧完成液冷循环的安装；
b、依次打开径向气瓶32与轴向气瓶33，轴向气体通过轴向注入泵34进入加热器35，通过计算机59控制将第二电控阀38调一开度使轴向气体进入轴向稳压罐40，径向气体经径向注入泵36，通过计算机59控制将第一电控阀37进入径向稳压罐39；同时打开径向稳压罐39外部阀门使气体缓慢进入径向围压空腔内使紫铜套25与岩心边缘密封件21被压紧，随后微开轴向稳压罐40上阀门，使气体缓慢通入轴向，观测第一质量流量计49以及第二质量流量计53流量情况判断岩心24是否损坏，如损坏重复上述步骤继续实验，随后关闭轴向稳压罐40外部阀门，打开加热器35对气体进行加热，观测轴向稳压罐40上温度-压力变化，根据实验预设计参数打开阀门调整轴向围压与径向围压大小，与此同时打开计量泵51使冷却液自下而上依次通过中空层7以及液冷容器52至计量泵51完成液冷循环功能保证径向温度维持室温；
需要强调的是，上述过程中需要进行轴压的调节，轴压的调节主要通过，初次注入围压预紧岩心24后，需要通过旋紧长杆压头13调节轴压，然后再进行围压的加压，加至指定围压后再进一步旋紧右压盖16调节轴压，通过左固定压片29紧贴的轴向光纤位移传感器可以获知轴压的大小；
c、气体通过右端面进入第二质量流量计53，等时打开针阀55使部分烃类气体进入水冷采集装置54内部完成气体收集采样工作，剩余废气排入气体回收装置56内防止有害气体聚积产生隐患；
d、实验室突发停电或者跳闸后，关闭轴向稳压罐40外部阀门，使废气通过三通48再通过打开三向阀50进入安全防回流轴-径向稳压罐41中，径向空腔内气体通过下注气接头26经三向阀50进入安全防回流轴-径向稳压罐41中，防止停电后渗流-传热岩心夹持器以及整套实验装置出现损坏；
e、径向稳压罐39、轴向稳压罐40、安全防回流轴-径向稳压罐41上的第一压力仪42、第一温度仪43、第二压力仪44、第二温度仪45、第三压力仪46、第三温度仪47上的温度与压力数据以及第一质量流量计49、第二质量流量计50上流量信号接入计算机59并实时显示在计算机59的显示屏上，轴-径向光纤光源信号通过轴-径向光纤位移监测仪57转化为电信号接入无纸记录仪58上，径向压力与温度信号也接入无纸记录仪58完成实验数据实时监测；
f、卸压后，关闭各实验仪器，拆卸渗流-传热岩心夹持器，进行数据收集与整理工作。
本发明可以根据不同温度、围岩压力、注入流量-压力条件下致密带裂隙岩心渗流-传热实验装置，通过对渗流-传热岩心夹持器内部的带裂隙的岩心24进行注入带压热流体介质，观测岩心24轴向与径向应变来确定岩心24内部裂缝在注热条件下闭合的临界温度点，以及后期热介质在增压条件下裂缝被重新打开的临界压力，从而获得原位开采过程中裂缝的闭合临界参数点，通过前后流量变化情况可以评估带岩体裂缝的渗透率变化情况，从而达到调节现场施工参数对储层裂缝的长期有效连通，利于后期注热以及油气运移。
Claims (10)
1.一种致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于，包括：渗流-传热岩心夹持器、轴-围压注入系统、轴-径向稳压系统、温度-应变监测系统、液冷循环系统、安全防回流系统、流量监测系统、气体收集-回收系统及控制与数据记录系统，所述渗流-传热岩心夹持器包括注液卡套接头(1)、传感器密封接头(2)、第一密封垫片(3)、第一锥度密封石墨圆盘(4)、变径承压筒(5)、第二密封垫片(6)、传感器接头(8)、上注气接头(9)、上注液压头(11)、上注液卡套(12)、长杆压头(13)、半圆密封石墨盘(14)、第三密封垫片(15)、右压盖(16)、右密封堵头(17)、锥度密封套(18)、第四密封垫片(19)、第二锥度密封石墨圆盘(20)、岩心边缘密封件(21)、右固定压片(22)、第五密封垫片(23)、紫铜套(25)、下注气接头(26)、下注液压头(27)、下注液卡套(28)、左固定压片(29)、左压盖(30)及左密封堵头(31)，所述紫铜套(25)包设在岩心(24)边缘处形成静压接触密封；所述岩心边缘密封件(21)从内到外依次由耐高温阻燃密封胶层(2101)、石墨片(2102)及紫铜皮(2103)组成，耐高温阻燃密封胶层(2101)由均匀涂抹于紫铜套(25)与岩心(24)贴合边缘以及岩心(24)棱部部分的耐高温阻燃密封胶形成；石墨片(2102)与耐高温阻燃密封胶层(2101)粘连形成二次密封，紫铜皮(2103)与石墨片(2102)贴合形成三次密封；所述注液卡套接头(1)由注液管和注液卡套两个部分组成，注液管和注液卡套螺纹连接，注液管穿设在左密封堵头(31)和左固定压片(29)内部并与二者静压接触，注液管的端部设置有公扣螺纹，注液管通过所述公扣螺纹与左固定压片(29)朝向岩心(24)的一侧螺纹连接；所述第二密封垫片(6)设置在左密封堵头(31)以及左固定压片(29)之间并与二者静压接触；所述传感器密封接头(2)套接在高压通径密封管内；所述第一密封垫片(3)与第一锥度密封石墨圆盘(4)静压接触形成密封组件置于变径承压筒(5)和左密封堵头(31)之间，变径承压筒(5)与左密封堵头(31)之间通过所述密封组件形成静压接触密封；所述左压盖(30)、左密封堵头(31)和变径承压筒(5)同轴设置，左压盖(30)与左密封堵头(31)静压接触，同时左压盖(30)与变径承压筒(5)的外壁螺纹连接；所述变径承压筒(5)的侧壁具有中空层(7)；所述传感器接头(8)、上注气接头(9)和下注气接头(26)分别贯穿变径承压筒(5)侧壁并与其螺纹连接，并在螺纹旋紧后用氩弧焊焊接；所述上注液卡套(12)与下注液卡套(28)分别与变径承压筒(5)外壁通过氩弧焊焊接后打磨抛光，并分别贯通至变径承压筒(5)侧壁内部中空层(7)处；所述上注液压头(11)与上注液卡套(12)螺纹连接；所述下注液压头(27)与下注液卡套(28)之间螺纹连接；所述右固定压片(22)同时与岩心边缘密封件(21)以及岩心(24)静压接触；所述长杆压头(13)与右固定压片(22)之间通过第五密封垫片(23)形成静压密封；所述锥度密封套(18)与变径承压筒(5)之间通过第四密封垫片(19)和第二锥度密封石墨圆盘(20)形成密封，锥度密封套(18)与右固定压片(22)之间静压接触，锥度密封套(18)与变径承压筒(5)内壁螺纹连接；所述半圆密封石墨盘(14)分别与长杆压头(13)和锥度密封套(18)静压接触；所述第三密封垫片(15)分别与半圆密封石墨盘(14)、长杆压头(13)和锥度密封套(18)静压接触；所述右密封堵头(17)与锥度密封套(18)静压接触且与长杆压头(13)螺纹连接；所述右压盖(16)与变径承压筒(5)螺纹连接；
所述轴-径向稳压系统由第一电控阀(37)、第二电控阀(38)、径向稳压罐(39)和轴向稳压罐(40)组成，所述第一电控阀(37)的一端通过管汇与径向注入泵(36)连接，第一电控阀(37)的另一端通过管汇与径向稳压罐(39)连接，同时第一电控阀(37)与计算机(59)电连接；所述第二电控阀(38)的一端与加热器(35)连接，第二电控阀(38)的另一端通过管汇与轴向稳压罐(40)连接，同时第二电控阀(38)与计算机(59)电连接；
所述温度-应变监测系统由集束式温度-压力-位移接收器(10)、第一压力仪(42)、第一温度仪(43)、第二压力仪(44)、第二温度仪(45)、第三压力仪(46)、第三温度仪(47)及轴向光纤位移传感器组成，所述集束式温度-压力-位移接收器(10)通过传感器接头(8)连接至轴-径向光纤位移监测仪(57)，集束式温度-压力-位移接收器(10)包括圆管、径向光纤位移传感器、光纤温度传感器及光纤压力传感器，圆管均匀布置在变径承压筒(5)的内壁上，并通过氩弧焊焊接固定在变径承压筒(5)上，每个圆管内均设置有径向光纤位移传感器、光纤温度传感器及光纤压力传感器，径向光纤位移传感器用来监测岩心(24)不同部位的径向位移变化情况，光纤温度传感器用于测定岩心(24)的温度，光纤压力传感器用于测定岩心(24)所承受压力；轴向光纤位移传感器设置在高压通径密封管内，轴向光纤位移传感器的一端通过传感器密封接头(2)与轴-径向光纤位移监测仪(57)连接，轴向光纤位移传感器的另一端与左固定压片(29)静压接触，轴向光纤位移传感器用于监测左固定压片(29)的轴向位移；所述第一温度仪(43)和第一压力仪(42)设置在径向稳压罐(39)上，第一温度仪(43)和第一压力仪(42)均与计算机(59)连接；所述第二温度仪(45)和第二压力仪(44)设置在轴向稳压罐(40)上，第二温度仪(45)和第二压力仪(44)均与计算机(59)连接；所述第三压力仪(46)和第三温度仪(47)设置在安全防回流轴-径向稳压罐(41)上，第三压力仪(46)和第三温度仪(47)均与计算机(59)连接；
所述液冷循环系统由计量泵(51)和液冷容器(52)组成，计量泵(51)的一端通过塑胶软管与液冷容器(52)连接，并在连接处缠上生料带后用螺丝刀通过卡子旋紧，计量泵(51)的另一端与下注液压头(27)连接；
所述轴-围压注入系统由径向气瓶(32)、轴向气瓶(33)、轴向注入泵(34)、径向注入泵(36)和三通(48)组成，所述径向气瓶(32)通过管汇与径向注入泵(36)连接，轴向气瓶(33)通过管汇与轴向注入泵(34)连接；所述三通(48)设置在轴向稳压罐(40)和第一质量流量计(49)之间的管汇上并与其焊接；
所述安全防回流系统包括三向阀(50)和安全防回流轴-径向稳压罐(41)，三向阀(50)通过管汇分别与三通(48)、安全防回流轴-径向稳压罐(41)及下注气接头(26)连接；所述安全防回流轴-径向稳压罐(41)与管汇通过转接件焊接，同时安全防回流轴-径向稳压罐(41)与计算机(59)连接；
所述流量监测系统包括第一质量流量计(49)和第二质量流量计(53)，第一质量流量计(49)用于检测注气端气体流量，第一质量流量计(49)与计算机(59)连接，第一质量流量计(49)的一端通过管汇与三通(48)连接，第一质量流量计(49)的另一端通过管汇与注液卡套接头(1)连接，且第一质量流量计(49)与管汇通过自带管汇密封接头螺纹连接；第二质量流量计(53)用于监测排气端气体流量，第二质量流量计(53)与计算机(59)连接，第二质量流量计(53)的一端通过管汇与排气管连接，第二质量流量计(53)的另一端通过管汇与针阀(55)连接；
所述气体收集-回收系统包括水冷采集装置(54)、针阀(55)和气体回收装置(56)，针阀(55)设置在第二质量流量计(53)和气体回收装置(56)之间的管汇上；所述水冷采集装置(54)通过管汇与针阀(55)连接，水冷采集装置(54)内部设置有冷凝管；
所述控制与数据记录系统包括无纸记录仪(58)和计算机(59)。
2.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述左密封堵头(31)朝向岩心(24)的一侧设置有突出限位部。
3.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述传感器接头(8)、上注气接头(9)和下注气接头(26)均由卡套压头(901)、注气密封压垫片(902)、卡套压帽(903)及卡套(904)组成，卡套(904)穿过变径承压筒(5)的侧壁，卡套(904)与变径承压筒(5)螺纹连接，并在螺纹旋紧后用氩弧焊焊接；注气密封压垫片(902)位于卡套(904)上部并与其静压接触；卡套压帽(903)与注气密封压垫片(902)静压接触，同时卡套压帽(903)与卡套(904)螺纹连接；卡套压头(901)的下部置于注气密封压垫片(902)内部并与其螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述第一电控阀(37)和第二电控阀(38)为球阀。
5.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述第一温度仪(43)、第一压力仪(42)、第二温度仪(45)、第二压力仪(44)、第三压力仪(46)和第三温度仪(47)采用热式传感器。
6.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述径向光纤位移传感器和轴向光纤位移传感器均采用GS-TM-WY-Ⅰ型光纤光栅位移传感器。
7.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述集束式温度-压力-位移接收器(10)采用TP-LINK TL-SM312LS-20KM SFP信号接收器与DTM信号接收器联用。
8.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所有管汇为316不锈钢管汇。
9.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述安全防回流轴-径向稳压罐(41)采用不锈钢304无缝焊接而成，型号BHT-80L-50bar。
10.根据权利要求1所述的致密油页岩原位开采渗流-传热实验装置，其特征在于：所述耐高温阻燃密封胶为SX-8307耐高温密封胶。
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