CN111220525A - 高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，包括：超临界二氧化碳注入系统、压力控制系统、高温岩芯夹持器和温度控制系统；本装置为可加围压的高温模型，主要构件为高温岩心夹持器，压力控制系统能够有效检测各部分压力，温度控制系统能够控制高温岩心夹持器的温度，从而通过本发明的实验装置可实现超临界二氧化碳在不同温度不同应力状态下裂隙渗流物理模拟，实现干热岩储层中裂隙在外部高温高压作用下的演化过程的动态变化特征分析，解决干热岩所储能源开采工程实际问题。本发明测量精度高、测试结果直观，装置结构简单，密封性、抗腐蚀性和隔热保温效果优良，可以应用于不同条件下的超临界二氧化碳岩石裂隙渗流模拟。

Description

高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置

技术领域

本发明涉及岩石裂隙渗流装置技术领域，特别涉及一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置。

背景技术

地热资源是一种典型的清洁能源，也被称为“绿色能源”和“可再生能源”，具有巨大的利用价值。增强型地热系统(EGS)通过注入低温流体，利用地下深层温度几乎恒定的特性，使低温流体升温，并将其从地下抽出，从而获得高温流体。地下岩体的渗透性质和渗流过程中的热换效率是决定地热资源利用的效率的关键因素，同时也是增强型系统施工设计中所依靠的技术参数。

传统的携热介质为水，而目前许多学者指出用超临界二氧化碳代替水作为携热介质有许多优点。首先，超临界二氧化碳粘度低，所以相比于水更容易注入到岩层中。其次，超临界二氧化碳的热物性对温度、压力条件敏感，相同注采井筒间具有比水更强烈的热虹吸现象，可以为地面工艺流程提供驱动压差，降低注采泵功率。超临界二氧化碳相比于水与岩石矿物的物理化学作用更微弱。最后，由于二氧化碳是温室气体，可以结合地质埋存技术，将大部分二氧化碳封存在地下。因此，研究高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流是十分有必要的。

而在高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流室内模拟实验中，作为储层条件下的岩心分析研究基础设备—岩心夹持器，岩心主要由胶套进行包裹并作为实验反应的场所。但目前的仪器较难满足干热岩开发的需要：一方面，由于超临界二氧化碳具有一定的腐蚀性，并且实验过程中压力较大，长时间的超临界二氧化碳渗流实验对装置的密封性能及抗腐蚀性能提出了较高的要求；另一方面，传统的渗流实验中，需要每次实验结束之后剪开胶套取出岩心，这增加了许多实验成本，并且胶套耐受高压与高温性能不强，容易变形影响实验精度；最后，传统的高温岩心夹持器中用于注入的物料温度容易受夹持器温度的影响，造成实验结果的误差。因此，急需提出一种新的夹持器结构以满足上述需求。

发明内容

本发明提供了一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其目的是为了提供一种适应超临界二氧化碳腐蚀性、实验成本低、实验结果精确并且误差较小的岩石裂隙渗流装置从而用于预测在高温高压环境下岩石裂隙演化的过程以及分析各种参数对于裂隙渗流的影响。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，包括：超临界二氧化碳注入系统、压力控制系统、高温岩心夹持器和温度控制系统；

所述高温岩心夹持器设置有一岩心室，所述岩心室的两端分别设置有输入堵头和输出堵头，所述输入堵头和输出堵头伸出高温岩心夹持器外，所述岩心室与输入堵头和输出堵头之间均设置有多孔板，位于所述输入堵头和输出堵头之间套设有一铜套管，所述铜套管的内部用于装载试验用的岩石，所述铜套管采用紫铜材质，所述铜套管将所述岩心室、输入堵头和输出堵头的外侧紧密贴合包裹，位于所述铜套管的外部紧密套设有加热层，位于所述加热层的外侧紧密套设有隔热夹层，所述加热层与隔热夹层共同组成保温装置，所述输入堵头和输出堵头上均设置有固定螺栓，所述加热层和隔热夹层均通过螺母与所述固定螺栓配合固定包裹在所述输入堵头和输出堵头之间；位于所述保温装置外侧套设有一橡胶套，所述橡胶套紧密贴合所述保温装置，所述橡胶套外部架设有一外壳，所述外壳上分别开设有压力计量接口、加热接口和围压接口，所述外壳与橡胶套之间形成有一密封的环形空腔，所述环形空腔为围压腔；位于所述保温装置的两端分别设置有调节堵头，所述调节堵头紧密设置在所述输入堵头和输出堵头外侧，位于两侧的所述调节堵头外侧均设置有固定堵头，所述调节堵头通过堵头调节组件与所述固定堵头紧密连接，所述外壳设置在两个所述堵头调节组件上，所述输入堵头和输出堵头内分别穿设有入口管道和出口管道，所述入口管道和出口管道将所述岩心室与外界连通，所述入口管道与输入堵头之间设置有隔热石棉，所述出口管道与输出堵头之间设置有所述隔热石棉，所述输入堵头与输出堵头外围部分为隔热石棉；

所述超临界二氧化碳注入系统包括二氧化碳气瓶、与气瓶连通的干燥器、冷凝管、储罐、二氧化碳柱塞泵、安全阀和预热器，所述超临界二氧化碳系统用于为所述高温岩心夹持器提供超临界二氧化碳；

所述压力控制系统包括第一压力计量器、第二压力计量器、第三压力计量器、压力变送器、差压变送器、回压泵、回压阀、积液瓶、气体收集装置、回压缓冲容器、围压泵、固液分离器和液气分离器；

所述温度控制系统包括第一温度计量器、第二温度计量器、第三温度计量器和第四温度计量器，所述温度控制系统用于监测所述高温岩心夹持器注入及产出温度以及内部温度。

其中，所述铜套管为异径结构，所述铜套管紧密贴合所述输入堵头的大圆柱结构外表面、锥面和部分小圆柱结构外表面。

其中，所述输入堵头和输出堵头的大圆柱结构外表面环设有凹槽，所述输入堵头和输出堵头的凹槽内均设置有聚四氟乙烯密封圈。

其中，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道连接。

其中，所述二氧化碳气瓶、干燥器、冷凝管、储罐、二氧化碳柱塞泵、预热器逐一通过管道连通，所述的冷凝管和储罐共同构成二氧化碳冷浴系统，所述安全阀连通所述二氧化碳柱塞泵与预热器间的管道，所述预热器的输出口连通所述入口管道。

其中，所述二氧化碳柱塞泵与所述预热器之间设置有一活塞式中间容器，所述活塞式中间容器连接有一恒速恒压泵。

其中，所述压力变送器共设置有两个，所述两个压力变送器分别连通所述入口管道和出口管道，所述差压变送器两端通道分别设置有第一阀门和第二阀门，所述第一阀门和第二阀门分别连通所述入口管道和出口管道，所述第一阀门与第二阀门通过管道连通，所述第一阀门与第二阀门间的管道上设置有第三阀门；所述固液分离器的入口与所述出口管道连通，所述固液分离器的出口通过所述回压阀分别连通所述回压缓冲容器和液气分离器，所述液气分离器的液体出口与所述积液瓶连通，所述积液瓶的下方设置有一电子天平，所述液气分离器的气体出口与所述气体收集装置连通，所述固液分离器连通所述回压缓冲容器，所述回压泵与所述回压缓冲容器连接，所述回压泵与第一排空阀门连通；所述围压泵分别连通第四阀门和第二排空阀门连通，所述第四阀门与所述围压接口密封连接；所述第一压力计量器设置在所述二氧化碳柱塞泵的出口处，所述第二压力计量器与所述压力计量接口密封连接，所述第三压力计量器设置在所述干燥器与冷凝管的通道处。

其中，所述第一温度计量器连接所述预热器，所述第二温度计量器连接所述入口管道，所述第四温度计量器连接所述出口管道，所述岩石靠近所述输入堵头一侧的表面开了一个盲孔，所述输入堵头穿设有一密封螺栓，所述密封螺栓穿过所述输入堵头的部分套设有密封套，所述密封螺栓的前端插设在所述岩石的盲孔内，所述第三温度计量器通过所述密封螺栓穿过所述输入堵头直接测量所述岩石内部温度，所述岩石的盲孔与所述密封螺栓之间使用高温密封胶密封。

其中，还包括有一控制系统，所述控制系统与一数据收集板电连接，所述数据收集板分别与两个压力变送器、电子天平、第一温度计量器、第二温度计量器、第三温度计量器、第四温度计量器、第一压力计量器、第二压力计量器和第三压力计量器电连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明设置有超临界二氧化碳注入系统、压力控制系统、高温岩心夹持器和温度控制系统，其中高温岩心夹持器所采用的堵头为设置有隔热石棉的多层隔热结构，防止流体通过堵头时被加热而造成注入时的实际温度比测量时高从而造成的误差问题，使得结果更加精确；本装置采用的堵头外表面开设凹槽，用于放置密封圈，密封圈采用聚四氟乙烯材料而非传统橡胶，由于聚四氟乙烯比橡胶更耐超临界二氧化碳腐蚀，所以解决了在超临界二氧化碳长期渗流时装置的持久密封性问题；本装置采用的异径结构的铜套管，使铜套管与输入堵头表面更紧密的接触，岩石受热后向两端膨胀挤压堵头从而增强密封性，并且铜管具有较强抗腐蚀、抗高压的性能并且较难发生形变；本装置所采用输入堵头和岩石表面开了一个小孔，第三温度计量器穿过输入堵头直接测量岩石内部温度，使结果更加精确可信；本发明所采用的加热方式为加热层直接接触铜套管，从而使得加热速度更快，同时施加围压的流体与加热系统隔离，防止流体被加热时膨胀，从而造成围压不稳定的情况，使得测试结果更加精确；本发明所采用的输入堵头和输出堵头伸出到岩心夹持器外，由于堵头内部有隔热石棉，保证超临界二氧化碳在渗流前温度不受岩心夹持器温度的影响；本发明提供的较长的输入堵头和输出堵头，使得在拆卸时十分方便，并且在不破坏铜套的情况下，能够顺利取出岩心，大大降低实验成本；本发明提供的装置使对于压力和温度控制的更加精准，且调控范围更大，可以应用于不同条件下的岩石裂隙渗流，在各个位置都安装有温度计量器和气压计量器，用电脑精准的控制可以使之更加逼近实际情况。

附图说明

图1为本发明的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置的结构示意图；

图2为本发明的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置的高温岩心夹持器的结构示意图；

图3为本发明的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置的输入堵头结构剖面图。

【附图标记说明】

1-高温岩芯夹持器；101-岩心室；102-输入堵头；103-输出堵头；104-多孔板；105-铜套管；106-加热层；107-隔热夹层；108-固定螺栓；109-螺母；110-橡胶套；111-外壳；112-压力计量接口；113-加热接口；114-围压接口；115-围压腔；116-调节堵头；117-固定堵头；118-堵头调节组件；119-入口管道；120-出口管道；121-隔热石棉；122-密封套；123-密封螺栓；124-高温密封胶；125-隔热石棉；126-聚四氟乙烯密封圈；201-二氧化碳气瓶；202-干燥器；203-冷凝管；204-储罐；205-二氧化碳柱塞泵；206-安全阀；207-预热器；208-活塞式中间容器；209-恒速恒压泵；301-第一压力计量器；302-第二压力计量器；303-第三压力计量器；304-压力变送器；305-差压变送器；306-回压泵；307-回压阀；308-积液瓶；309-气体收集装置；310-回压缓冲容器；311-围压泵；312-固液分离器；313-液气分离器；314-电子天平；315-第一排空阀门；316-第二排空阀门；401-第一温度计量器；402-第二温度计量器；403-第三温度计量器；404-第四温度计量器；501-控制系统；502-数据收集板；V1-第一阀门；V2-第二阀门；V3-第三阀门；V4-第四阀门。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的岩石裂隙渗流装置无法耐受超临界二氧化碳的腐蚀性，在高温高压环境中实验结果容易出现误差，实验成本较高等问题，提供了一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，包括：超临界二氧化碳注入系统、压力控制系统、高温岩心夹持器1和温度控制系统；所述高温岩心夹持器1设置有一岩心室101，所述岩心室101的两端分别设置有输入堵头102和输出堵头103，所述输入堵头102和输出堵头103伸出高温岩心夹持器外，所述岩心室101与输入堵头102和输出堵头103之间均设置有多孔板104，位于所述输入堵头102和输出堵头103之间套设有一铜套管105，所述铜套管105的内部用于装载试验用的岩石，所述铜套管105采用紫铜材质，所述铜套管105将所述岩心室101、输入堵头102和输出堵头103的外侧紧密贴合包裹，位于所述铜套管105的外部紧密套设有加热层106，位于所述加热层106的外侧紧密套设有隔热夹层107，所述加热层106与隔热夹层107共同组成保温装置，所述输入堵头102和输出堵头103上均设置有固定螺栓108，所述加热层106和隔热夹层107均通过螺母109与所述固定螺栓108配合固定包裹在所述输入堵头102和输出堵头103之间；位于所述保温装置外侧套设有一橡胶套110，所述橡胶套110紧密贴合所述保温装置，所述橡胶套110外部架设有一外壳111，所述外壳111上分别开设有压力计量接口112、加热接口113和围压接口114，所述外壳111与橡胶套110之间形成有一密封的环形空腔，所述环形空腔为围压腔115；位于所述保温装置的两端分别设置有调节堵头116，所述调节堵头16紧密设置在所述输入堵头102和输出堵头103外侧，位于两侧的所述调节堵头116外侧均设置有固定堵头117，所述调节堵头116通过堵头调节组件118与所述固定堵头117紧密连接，所述外壳111设置在两个所述堵头调节组件118上，所述输入堵头102和输出堵头103内分别穿设有入口管道119和出口管道120，所述入口管道119和出口管道120将所述岩心室101与外界连通，所述入口管道119与输入堵头102之间设置有隔热石棉121，所述出口管道120与输出堵头103之间设置有所述隔热石棉121，所述输入堵头102与输出堵头103外围部分为隔热石棉125；所述超临界二氧化碳注入系统包括二氧化碳气瓶201、干燥器202、冷凝管203、储罐204、二氧化碳柱塞泵205、安全阀206、预热器207、二氧化碳缓冲容器208和恒速恒压泵209，所述超临界二氧化碳系统用于为所述高温岩心夹持器提供超临界二氧化碳；所述压力控制系统包括第一压力计量器301、第二压力计量器302、第三压力计量器303、压力变送器304、差压变送器305、回压泵307、回压阀306、积液瓶308、气体收集装置309、回压缓冲容器310、围压泵312、固液分离器312和液气分离器313；所述温度控制系统包括第一温度计量器401、第二温度计量器402、第三温度计量器403和第四温度计量器404，所述温度控制系统用于监测所述预热器温度、高温岩心夹持器注入及产出温度以及岩石内部温度。

本发明上述实施例所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，所述高温岩心夹持器1设置有所述岩心室101，所述岩心室101通过两端所述输入堵头102和输出堵头103形成密封空间用于放置实验用的所述岩石，所述输入堵头102和输出堵头103均伸出岩心夹持器外，因此能够较好受力打开取出样品，同时所述输入堵头102和输出堵头103为多层隔热结构其内部与所述入口管道119和出口管道120接触处均为隔热石棉121，从而防止超临界二氧化碳注入时被加热导致实验数据受到影响；所述输入堵头102和输出堵头103上套设有所述铜套管105，所述铜套管105采用紫铜材质和异径结构，使所述铜套105与所述输入堵头102更紧密接触，所述铜套管105具有较强的导热性，当需要进行加热时能够迅速升温，所述输入堵头102和输出堵头103与所述铜套管105的接触处同样为所述隔热石棉；当需要加热时，所述加热层106能够进行加热，所述加热接口113可以用于连接到所述加热层106对加热过程进行控制，所述隔热夹层107进行保温与隔热；所述橡胶套110紧密包设在外层与最外层的所述外壳111形成封闭的所述围压腔115，所述所述围压接口114用于将气压通入所述围压腔115；所述压力控制系统用于控制本装置各部分的压力情况，能够对围压腔115施加围压；所述温度控制系统能够实时监测本装置各部分的温度情况，并且能够对所述高温岩心夹持器1的温度进行调整；所述超临界二氧化碳注入系统能够为所述高温岩心夹持器1持续稳定的生成超临界二氧化碳并将其注入。

其中，所述铜套管105为异径结构，所述铜套管105紧密贴合所述输入堵头102的大圆柱结构外表面、锥面和部分小圆柱结构外表面。

其中，所述输入堵头102和输出堵头103的大圆柱结构外表面环设有一个凹槽，所述输入堵头102和输出堵头103的凹槽内均设置有聚四氟乙烯密封圈126。

本发明上述实施例所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，所述铜套管105为金属材质，因此具有较好的耐腐蚀性，并且相较于常规的胶套而言属于硬质材料不易发生形变，能够为实验提供较好的围压条件耐受更高的压力，并且所述铜套管105可以多次使用且价格与胶套相仿；所述岩石在高温高压环境下会被挤压向外膨胀挤压所述输入堵头105，所述铜套管105为异径结构，因此所述输入堵头102与铜套管105之间会更为紧密；所述聚四氟乙烯密封圈126在高温作用下会膨胀，为实验提供更好的密封性能，同时所述聚四氟乙烯密封圈126不受超临界二氧化碳腐蚀能够保证实验精度，并且具有较长的使用寿命。

其中，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道连接。

其中，所述二氧化碳气瓶201、干燥器202、冷凝管203、储罐204、二氧化碳柱塞泵205、预热器207逐一通过管道连通，所述的冷凝管203和储罐204共同构成二氧化碳冷浴系统，所述安全阀206连通所述二氧化碳柱塞泵205与预热器207间的管道，所述预热器207的输出口连通所述入口管道。

其中，所述二氧化碳柱塞泵205与所述预热器207之间设置有一活塞式中间容器208，所述活塞式中间容器208连接有一恒速恒压泵209。

本发明上述实施例所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，所述超临界二氧化碳注入系统系统通过所述二氧化碳气瓶201用于储存反应需要的二氧化碳气体，所述冷凝管203和储罐204共同构成冷浴装置，能够对二氧化碳进行冷浴处理之后通过所述二氧化碳柱塞泵205进入所述活塞式中间容器208，所述恒速恒压泵209使二氧化碳以一定速度或流量流出所述活塞式中间容器208进入所述预热器预热器后207后会成为超临界二氧化碳通入所述所述入口通道119。

其中，所述压力变送器304共设置有两个，所述两个压力变送器304分别连通所述入口管道119和出口管道120，所述差压变送器305两端通道分别设置有第一阀门V1和第二阀门V2，所述第一阀门V1和第二阀门V2分别连通所述入口管道119和出口管道120，所述第一阀门V1与第二阀门V2通过管道连通，所述第一阀门V1与第二阀门V2间的管道上设置有第三阀门V3；所述固液分离器312的入口与所述出口管道120连通，所述固液分离器312的出口通过所述回压阀307分别连通所述回压缓冲容器310和液气分离器313，所述液气分离器313的液体出口与所述积液瓶308连通，所述积液瓶308的下方设置有一电子天平314，所述液气分离器313的气体出口与所述气体收集装置309连通，所述回压泵307与所述回压缓冲容器310连接，所述回压泵307与第一排空阀门315连通；所述围压泵311分别连通第四阀门V4和第二排空阀门316连通，所述第四阀门V4与所述围压接口114密封连接；所述第一压力计量器301设置在所述二氧化碳柱塞泵205的出口处，所述第二压力计量器302与所述压力计量接口112密封连接，所述第三压力计量器303设置在所述干燥器202与冷凝管203的通道处。

本发明上述实施例所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，所述压力变送器304与差压变送器305能够精准的检测出超临界二氧化碳的注入压力以及从实验样品裂隙流出的产出压力，自所述出口管道120排出的物料会通过所述固液分离器312，所述固液分离器312能够将实验产生的废渣截留，让其中的液体及气体进入所述回压阀307，自所述回压阀307流出的液体和气体会通往所述液气分离器313，其中液体会被汇聚到所述积液瓶308中并被所述电子天平314检测重量，气体会被所述气体收集装置309收集，由于在出液出渣的过程中，由于所述高温岩心夹持器1内的压力会降低而产生倒吸的现象，所述回压泵306能够进行回压，让二氧化碳始终保持超临界状态；同时所述第一压力计量器301实时检测所述二氧化碳柱塞泵205的实时输出压力，所述第二压力计量器302实时检测所述围压腔115的围压大小，所述第三压力计量器303实时检测所述干燥器202与冷凝管203间二氧化碳压力大小。

其中，所述第一温度计量器401连接所述预热器207，所述第二温度计量器402连接所述入口管道119，所述第四温度计量器404连接所述出口管道120，所述岩石靠近所述输入堵头102一侧的表面开了一个盲孔，所述输入堵头102穿设有一密封螺栓123，所述密封螺栓穿过所述输入堵头102的部分套设有密封套122，所述密封螺栓123的前端插设在所述岩石的盲孔内，所述第三温度计量器403通过所述密封螺栓123穿过所述输入堵头102直接测量所述岩石内部温度，所述岩石的盲孔与所述密封螺栓123之间使用高温密封胶124密封。本发明上述实施例所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，所述第一温度计量器401用于测量预热器207内的温度，从而保证完全生成超临界二氧化碳，所述第二温度计量器119用于检测注入的超临界二氧化碳的温度，所述第四温度计量器404用于检测排出的废渣废液的温度；所述第三温度计量器403用于检测所述岩石内部的温度以保证所述岩心室101随时处于设定的温度状态，同时所述密封螺栓123在拧紧时和受热时会挤压密封套122使其变形，所述密封套122变形后会紧密贴合密封螺栓的内孔和探头线，从而增强密封性。

其中，还包括有一控制系统501，所述控制系统501与一数据收集板502电连接，所述数据收集板502分别与两个压力变送器304、电子天平314、第一温度计量器401、第二温度计量器402、第三温度计量器403、第四温度计量器404、第一压力计量器301、第二压力计量器302和第三压力计量器303电连接。

本发明上述实施例所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，所述控制系统501能够实施接受各部分的压力、温度参数，并对相关组件进行调整。

本发明的高温高压超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置实验方法，其具体过程如下：

1.通过劈裂装置将一定尺寸的圆柱体花岗岩样沿轴向劈裂产生贯通的裂隙以模拟天然裂隙，并且在圆柱试样侧面钻取一个小孔，用生胶带将所述岩石表面均匀缠绕之后，将温度计量器三403的探头穿过密封螺栓123、密封套122和多孔板104伸入到岩石小孔内，在孔内涂抹高温密封胶124，待高温密封胶124凝固后，将多孔板104和输入堵头102压紧岩石，并拧紧密封螺栓。

2.接通电源，打开所述二氧化碳气瓶201和所述冷浴装置，待二氧化碳冷却后，通过管道将二氧化碳注入到所述活塞式中间容器208中，通过所述恒速恒压泵209使二氧化碳以一定速度或流量流出所述活塞式中间容器208，进入管道，通过所述预热器207加热到所设置的温度，本装置通过电脑的精确控制，当所述二氧化碳气瓶201的输出压力达到设定压力时将控制阀门打开，用压力驱动二氧化碳进入所述高温岩心夹持器1，此时进入的二氧化碳达到了超临界状态，而在此之前所述高温岩心夹持器1的内的岩石需要进行岩心加热处理，使得模拟的岩心温度接近真实地层的干热岩温度，超临界二氧化碳在压力的驱动下进入花岗岩样的裂隙中，在渗流过程中通过外设的所述压力变送器304和差压变送器305将数据传入电脑，并通过电脑对所述围压泵311产生的闭合压力作用的围压腔内的压力达到精确的控制并对高温岩心夹持器进出口处的压力和压差参数进行精确计量；在高温岩心夹持器内进行的裂隙渗流过程中的温度由所述第二、第四温度计量器402、404计量，计量位置为高温岩心夹持器的进出口端；在完成裂隙渗流演化后产生的固液气残余物通过导管进入所述固液分离器312进行固液气分离，再经过所述液气分离器313，气体通过气体收集装置309收集，固体废弃物遗留在所述固液分离器312内，液体通过导管进入所述积液瓶308，用所述积液瓶308下的所述电子天平314称量出废气液的质量，从而算出体积参数，在出液出渣的过程中，由于所述高温岩心夹持器1内的压力降低而产生倒吸现象，这时应该打开回压控制系统，控制所述高温岩心夹持器1出口外的压力,使在渗流过程中让二氧化碳始终保持超临界状态。

3.在模拟实验结束后将所得的温度、压力、渗流时间、出渣量、出液量等参数传入电脑然后进行裂隙渗流分析。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，包括：超临界二氧化碳注入系统、压力控制系统、高温岩心夹持器(1)和温度控制系统；

所述高温岩心夹持器(1)设置有一岩心室(101)，所述岩心室(101)的两端分别设置有输入堵头(102)和输出堵头(103)，所述输入堵头(102)和输出堵头(103)伸出高温岩心夹持器外，所述岩心室(101)与输入堵头(102)和输出堵头(103)之间均设置有多孔板(104)，位于所述输入堵头(102)和输出堵头(103)之间套设有一铜套管(105)，所述铜套管(105)的内部用于装载试验用的岩石，所述铜套管(105)采用紫铜材质，所述铜套管(105)将所述岩心室(101)、输入堵头(102)和输出堵头(103)的外侧紧密贴合包裹，位于所述铜套管(105)的外部紧密套设有加热层(106)，位于所述加热层(106)的外侧紧密套设有隔热夹层(107)，所述加热层(106)与隔热夹层(107)共同组成保温装置，所述输入堵头(102)和输出堵头(103)上均设置有固定螺栓(108)，所述加热层(106)和隔热夹层(107)均通过螺母(109)与所述固定螺栓(108)配合固定包裹在所述输入堵头(102)和输出堵头(103)之间；位于所述保温装置外侧套设有一橡胶套(110)，所述橡胶套(110)紧密贴合所述保温装置，所述橡胶套(110)外部架设有一外壳(111)，所述外壳(111)上分别开设有压力计量接口(112)、加热接口(113)和围压接口(114)，所述外壳(111)与橡胶套(110)之间形成有一密封的环形空腔，所述环形空腔为围压腔(115)；位于所述保温装置的两端分别设置有调节堵头(116)，所述调节堵头(116)紧密设置在所述输入堵头(102)和输出堵头(103)外侧，位于两侧的所述调节堵头(116)外侧均设置有固定堵头(117)，所述调节堵头(116)通过堵头调节组件(118)与所述固定堵头(117)紧密连接，所述外壳(111)设置在两个所述堵头调节组件(118)上，所述输入堵头(102)和输出堵头(103)内分别穿设有入口管道(119)和出口管道(120)，所述入口管道(119)和出口管道(120)将所述岩心室(101)与外界连通，所述入口管道(119)与输入堵头(102)之间设置有隔热石棉(121)，所述出口管道(120)与输出堵头(103)之间设置有所述隔热石棉(121)，所述输入堵头(102)与输出堵头(103)外围部分为隔热石棉(125)；

所述超临界二氧化碳注入系统包括二氧化碳气瓶(201)、干燥器(202)、冷凝管(203)、储罐(204)、二氧化碳柱塞泵(205)、安全阀(206)、二氧化碳缓冲容器(208)、恒速恒压泵(209)和预热器(207)，所述超临界二氧化碳系统用于为所述高温岩心夹持器提供超临界二氧化碳；

所述压力控制系统包括第一压力计量器(301)、第二压力计量器(302)、第三压力计量器(303)、压力变送器(304)、差压变送器(305)、回压泵(306)、回压阀(307)、积液瓶(308)、气体收集装置(309)、回压缓冲容器(310)、围压泵(311)、固液分离器(312)和液气分离器(313)；

所述温度控制系统包括第一温度计量器(401)、第二温度计量器(402)、第三温度计量器(403)和第四温度计量器(404)，所述温度控制系统用于监测所述预热器温度、高温岩心夹持器注入及产出温度以及所述岩石内部温度。

2.根据权利要求1所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述铜套管(105)为异径结构，所述铜套管(105)紧密贴合所述输入堵头(102)的大圆柱结构外表面、锥面和部分小圆柱结构外表面。

3.根据权利要求1所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述输入堵头(102)和输出堵头(103)的大圆柱结构外表面环设有一个凹槽，所述输入堵头(102)和输出堵头(103)的凹槽内均设置有聚四氟乙烯密封圈(126)。

4.根据权利要求1所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述超临界二氧化碳发生系统，通过保温的不锈钢高压管路与所述进口通道连接。

5.根据权利要求1所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述二氧化碳气瓶(201)、干燥器(202)、冷凝管(203)、储罐(204)、二氧化碳柱塞泵(205)、预热器(207)逐一通过管道连通，所述的冷凝管(203)和储罐(204)共同构成二氧化碳冷浴系统，所述安全阀(206)连通所述二氧化碳柱塞泵(205)与预热器(207)间的管道，所述预热器(207)的输出口连通所述入口管道。

6.根据权利要求4所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述二氧化碳柱塞泵(205)与所述预热器(207)之间设置有一活塞式中间容器(208)，所述活塞式中间容器(208)连接有一恒速恒压泵(209)。

7.根据权利要求1所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述压力变送器(304)共设置有两个，所述两个压力变送器(304)分别连通所述入口管道(119)和出口管道(120)，所述差压变送器(305)两端通道分别设置有第一阀门(V1)和第二阀门(V2)，所述第一阀门(V1)和第二阀门(V2)分别连通所述入口管道(119)和出口管道(120)，所述第一阀门(V1)与第二阀门(V2)通过管道连通，所述第一阀门(V1)与第二阀门(V2)间的管道上设置有第三阀门(V3)；所述固液分离器(312)的入口与所述出口管道(120)连通，所述固液分离器(312)的出口通过所述回压阀(307)分别连通所述回压缓冲容器(310)和液气分离器(313)，所述液气分离器(313)的液体出口与所述积液瓶(308)连通，所述积液瓶(308)的下方设置有一电子天平(314)，所述液气分离器(313)的气体出口与所述气体收集装置(309)连通，所述回压泵(306)与所述回压缓冲容器(310)连接，所述回压泵(306)与第一排空阀门(315)连通；所述围压泵(311)分别连通第四阀门(V4)和第二排空阀门(316)连通，所述第四阀门(V4)与所述围压接口(114)密封连接；所述第一压力计量器(301)设置在所述二氧化碳柱塞泵(205)的出口处，所述第二压力计量器(302)与所述压力计量接口(112)密封连接，所述第三压力计量器(303)设置在所述干燥器(202)与冷凝管(203)的通道处。

8.根据权利要求1所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，所述第一温度计量器(401)连接所述预热器(207)，所述第二温度计量器(402)连接所述入口管道(119)，所述第四温度计量器(404)连接所述出口管道(120)，所述岩石靠近所述输入堵头(102)一侧的表面开了一个盲孔，所述输入堵头(102)穿设有一密封螺栓(123)，所述密封螺栓穿过所述输入堵头(102)的部分套设有密封套(122)，所述密封螺栓(123)的前端插设在所述岩石的盲孔内，所述第三温度计量器(403)通过所述密封螺栓(123)穿过所述输入堵头(102)直接测量所述岩石内部温度，所述岩石的盲孔与所述密封螺栓(123)之间使用高温密封胶(124)密封。

9.根据权利要求7或8所述的高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置，其特征在于，还包括有一控制系统(501)，所述控制系统(501)与一数据收集板(502)电连接，所述数据收集板(502)分别与两个压力变送器(304)、电子天平(314)、第一温度计量器(401)、第二温度计量器(402)、第三温度计量器(403)、第四温度计量器(404)、第一压力计量器(301)、第二压力计量器(302)和第三压力计量器(303)电连接。

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