CN111551480A - 一种实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，包括模拟舱、恒温箱、第一加压泵、第一压力传感杆、第二加压泵、第二压力传感杆、第三加压泵、第三压力传感杆、CO2气瓶、N2气瓶、第一导管、第二导管、第三导管、漏斗、第一溶液桶、第四导管、第五导管、第六导管、第二溶液桶、第七导管、溶液瓶、第八导管及第九导管，该装置能够在实验室中模拟二氧化碳对水热型砂岩热储和碳酸盐岩基岩热储进行压裂或酸化。
Description
技术领域
本发明属于地热资源开发技术领域，涉及一种实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置。
背景技术
地热资源作为一种极具竞争力的清洁可再生能源，在应对全球气候变化、节能减排和雾霾治理的具有重要的作用。水热型地热资源是指温度超过25℃，以蒸气为主的地热资源或以液态水为主的地热资源，埋深通常在200米以深，3000米以浅，是目前我国供暖和发电地热资源利用的主要来源。按岩性可以划分为砂岩水热型热储和基岩(碳酸盐岩)水热型热储。砂岩型水热型地热资源热储通常分布在高渗透率的砂岩地层，但由于地层压实作用，岩石颗粒胶结，连通性差，常会出现出水量少、回灌困难等特点。基岩水热型地热热储通常为灰岩地层，地层孔隙度和渗透率受裂隙或溶洞的发育程度影响大，如裂隙不发育，则会使地热钻井出水量大幅减少，直接影响地热资源的开发效果和经济性。针对该类储热特点，需要进行压裂或酸化进行改善热储的渗透性，提高出水量和回灌量，大幅度提高经济性。
前期研究表明，CO2作为压裂流体，可以有效地降低压裂时起裂压力，产生小尺度大规模复杂缝网，裂缝延伸距离远，压裂返排效果好，是水热型地热储层压裂的较好介质。CO2易溶于水，会形成酸性流体，酸性流体进入地热地层中，可以有效地溶解砂岩地层中的黏土矿物，对碳酸盐岩热储，还可以起到较好的溶蚀作用，有效地改善地热储层物性和连通性，起到较好的储层改善效果。
目前，对于CO2改善水热型地热储层的效果和机理研究尚处于初步阶段，不同浓度CO2对不同类型热储的酸化和压裂等改造效果不明确，缺少相关的模拟实验设备。
因此，有必要形成一种实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置及系统。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，该装置能够在实验室中模拟二氧化碳对水热型砂岩热储和碳酸盐岩基岩热储进行压裂或酸化。
为达到上述目的，本发明所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置包括模拟舱、恒温箱、第一加压泵、第一压力传感杆、第二加压泵、第二压力传感杆、第三加压泵、第三压力传感杆、CO2气瓶、N2气瓶、第一导管、第二导管、第三导管、漏斗、第一溶液桶、第四导管、第五导管、第六导管、第二溶液桶、第七导管、溶液瓶、第八导管及第九导管；
地热储层试样位于模拟舱内，模拟舱位于恒温箱内，地热储层试样的顶部设置有第一压力传感板，第一加压泵经第一压力传感杆与第一压力传感板相连接，地热储层试样的右侧面上设置有第二压力传感板，第二加压泵经第二压力传感杆与第二压力传感板相连接，地热储层试样的前侧面上设置有第三压力传感板，第三加压泵经第三压力传感杆与第三压力传感板相连接；
CO2气瓶的出口及N2气瓶的出口与第一导管的入口相连通，第一导管的出口经第二导管与模拟舱左侧面的入口相连通；第三导管的上端与漏斗相连通，第三导管的下端插入于第一溶液桶内，第四导管的插入于第一溶液桶内，第四导管的另一端经第五导管与模拟舱顶部的入口相连通，模拟舱底部的出口经第六导管与第二溶液桶相连通，第七导管的一端插入于溶液瓶内，第七导管的另一端经第八导管与模拟舱右侧面的出口相连通，第九导管的端部插入于溶液瓶内。
CO2气瓶的出口经第一阀门、第十导管、第一抽液泵及第十一导管与第一导管相连通，第十一导管上设置有第一流量计。
N2气瓶的出口经第十二导管与第一导管相连通，第十二导管上设置有第二阀门、第二抽液及第二流量计。
第一导管上设置有第三流量计及第三阀门。
第三导管上设置有第四阀门。
第四导管上设置有第三抽液泵、第五阀门及第四流量计。
第六导管上设置有第六阀门及第四抽液泵。
第八导管上设置有第五流量计及第七阀门。
第九导管上设置有第八阀门。
还包括用于支撑恒温箱的支架。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置在具体操作时，利用抽液泵、恒温箱及加压泵模拟不同水热型热储地层所需的地质温度、压力条件，模拟舱内可以依据实际地层特征，进行不同岩性组合和不同构造形态设计依据实验设计，可以开展CO2、N2等流体的压裂致裂实验和酸化溶蚀实验。通过注入模拟舱内不同离子浓度的流体可以真实模拟水热型地热储层中的地层水状态；通过CO2流体或按CO2和N2按比例混合的流体以一定的速率注入到模拟舱内对模拟舱内岩样进行压裂，或进行注入浸泡，通过压裂或浸泡前后对水热型地热岩样进行观察和CT扫描，可以宏观和微观地进行分析，定性和定量评价CO2对地热储层岩样的压裂和浸泡效果。CO2等流体作为压裂液对地热储层岩样进行压裂，可以有效地降低起裂压力，增加裂缝的复杂程度，降低对热储地层的损害。该实验装置和系统具有测定不同地质背景下CO2流体对水热型地热储层的压裂和浸泡溶蚀前后的物性变化，定性和定量评价水热型地热储层改造效果，结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为地热储层的一种结构示意图；
图3为地热储层的另一种结构示意图；
图4为地热储层的另一种结构示意图。
其中，1为CO2气瓶、2为第一阀门、3为第十导管、4为第一抽液泵、5为第十一导管、6为第一流量计、7为N2气瓶、8为第二阀门、9为第二抽液泵、10为第二流量计、11为第十二导管、12为第一导管、13为第三阀门、14为第三流量计、15为第二导管、16为第一溶液桶、17为第三导管、18为第四阀门、19为漏斗、20为第四导管、21为第三抽液泵、22为第五阀门、23为第四流量计、24为第五导管、25为恒温箱、26为模拟舱、27为第一加压泵、28为第一压力传感杆、29为第一压力传感板、30为第二加压泵、31为第二压力传感杆、32为第二压力传感板、33为第三加压泵、34为第三压力传感杆、35为第三压力传感板、36为第六阀门、37为第六导管、38为第四抽液泵、39为第二溶液桶、40为支架、41为第八导管、42为第五流量计、43为第七阀门、44为第七导管、45为第九导管、46为第八阀门、47为溶液瓶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置包括模拟舱26、恒温箱25、第一加压泵27、第一压力传感杆28、第二加压泵30、第二压力传感杆31、第三加压泵33、第三压力传感杆34、CO2气瓶1、N2气瓶7、第一导管12、第二导管15、第三导管17、漏斗19、第一溶液桶16、第四导管20、第五导管24、第六导管37、第二溶液桶39、第七导管44、溶液瓶47、第八导管41及第九导管45；地热储层试样位于模拟舱26内，模拟舱26位于恒温箱25内，地热储层试样的顶部设置有第一压力传感板29，第一加压泵27经第一压力传感杆28与第一压力传感板29相连接，地热储层试样的右侧面上设置有第二压力传感板32，第二加压泵30经第二压力传感杆31与第二压力传感板32相连接，地热储层试样的前侧面上设置有第三压力传感板35，第三加压泵33经第三压力传感杆34与第三压力传感板35相连接；CO2气瓶1的出口及N2气瓶7的出口与第一导管12的入口相连通，第一导管12的出口经第二导管15与模拟舱26左侧面的入口相连通；第三导管17的上端与漏斗19相连通，第三导管17的下端插入于第一溶液桶16内，第四导管20的插入于第一溶液桶16内，第四导管20的另一端经第五导管24与模拟舱26顶部的入口相连通，模拟舱26底部的出口经第六导管37与第二溶液桶39相连通，第七导管44的一端插入于溶液瓶47内，第七导管44的另一端经第八导管41与模拟舱26右侧面的出口相连通，第九导管45的端部插入于溶液瓶47内。
具体的，CO2气瓶1的出口经第一阀门2、第十导管3、第一抽液泵4及第十一导管5与第一导管12相连通，第十一导管5上设置有第一流量计6；N2气瓶7的出口经第十二导管11与第一导管12相连通，第十二导管11上设置有第二阀门8、第二抽液泵9及第二流量计10；第一导管12上设置有第三流量计14及第三阀门13；第三导管17上设置有第四阀门18；第四导管20上设置有第三抽液泵21、第五阀门22及第四流量计23；第六导管37上设置有第六阀门36及第四抽液泵38；第八导管41上设置有第五流量计42及第七阀门43；第九导管45上设置有第八阀门46。
本发明还包括用于支撑恒温箱25的支架40。
各压力传感板的大小尺度与正方形的模拟舱26的尺寸一致，模拟舱26的尺寸为80cm×80cm×80cm；第一溶液桶16内水量超过其体积的2/3；溶液瓶47内盛2/3容积的石灰水；模拟舱26位于恒温箱25内，恒温箱25的温度范围为20℃-200℃，恒温箱25的尺寸为100cm×100cm×100cm；各流量计量程均为1000ml/min，精度均为0.1ml/min，耐压均为50MPa；各压力传感器的量程为0-50MPa，测量精度均为0.1MPa。
本发明的具体工作过程为：
1)依据实验设计，制备水热型地热储层，热储岩性和构造形态依据实验设定要求，组合如图2、图3及图4所示，制备的热储岩样尺寸为80cm×80cm×80cm，以较少试样尺寸小带来的误差；对岩样进行表面拍照描述和CT三维扫描，测定每组岩样的孔隙度和渗透率，按实验要求制备多组，保证岩样力学和岩矿性质的一致性；
2)把岩样放入模拟舱26内，模拟舱26固定于恒温箱25内，使各压力传感板放置在相互垂直于模拟舱26的表面上，调节恒温箱25和第一加压泵27、第二加压泵30及第三加压泵33，设置实验的温度和压力；
3)依据实验条件，打开第四阀门18，从漏斗19内添加盐，配置溶液桶内的离子种类和浓度，关闭第三阀门13、第七阀门43，打开第五阀门22、第六阀门36，使第三抽液泵21和第四抽液泵38工作，使模拟舱26内注入特定的地层水；
4)关闭第五阀门22、第六阀门36，打开第一阀门2、第二阀门8、第三阀门13及第七阀门43，利用第一抽液泵4或第二抽液泵9按一定的比例和速率使CO2和N2单独或混合气进行注入模拟舱26内对岩样进行压裂，通过溶液瓶47观察压裂效果，溶液瓶47内持续浑浊一段时间后，停止压裂实验；
5)重新放置岩样，压裂完成后，关闭第三阀门13及第七阀门43，卸载模拟舱26加载压力，观测岩样表面裂缝情况，测定岩样孔隙度和渗透率，并进行CT三维扫描；
6)关闭第二阀门8、第五阀门22，打开第一阀门2、第三阀门13及第七阀门43，利用第一抽液泵4按一定的比例和速率使CO2进行注入模拟舱26内对岩样进行浸泡溶蚀，通过溶液瓶47观察注入效果，溶液瓶47内持续浑浊一段时间后，停止注入，之后关闭各阀门，进行浸泡，浸泡时间不少于24小时；
7)浸泡实验完成后，卸载模拟舱26的加载压力，观测岩样表面裂缝情况，测定岩样孔隙度和渗透率，并进行CT三维扫描；
8)实验完成后，清洗管路，监测、关闭各阀门。
按实验方案进行多组对比实验，分析差异性，选择CO2压裂和浸泡改造热储效果最优的组合。
Claims (10)
1.一种实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，包括模拟舱(26)、恒温箱(25)、第一加压泵(27)、第一压力传感杆(28)、第二加压泵(30)、第二压力传感杆(31)、第三加压泵(33)、第三压力传感杆(34)、CO2气瓶(1)、N2气瓶(7)、第一导管(12)、第二导管(15)、第三导管(17)、漏斗(19)、第一溶液桶(16)、第四导管(20)、第五导管(24)、第六导管(37)、第二溶液桶(39)、第七导管(44)、溶液瓶(47)、第八导管(41)及第九导管(45)；
地热储层试样位于模拟舱(26)内，模拟舱(26)位于恒温箱(25)内，地热储层试样的顶部设置有第一压力传感板(29)，第一加压泵(27)经第一压力传感杆(28)与第一压力传感板(29)相连接，地热储层试样的右侧面上设置有第二压力传感板(32)，第二加压泵(30)经第二压力传感杆(31)与第二压力传感板(32)相连接，地热储层试样的前侧面上设置有第三压力传感板(35)，第三加压泵(33)经第三压力传感杆(34)与第三压力传感板(35)相连接；
CO2气瓶(1)的出口及N2气瓶(7)的出口与第一导管(12)的入口相连通，第一导管(12)的出口经第二导管(15)与模拟舱(26)左侧面的入口相连通；第三导管(17)的上端与漏斗(19)相连通，第三导管(17)的下端插入于第一溶液桶(16)内，第四导管(20)的伸入于第一溶液桶(16)内，第四导管(20)的另一端经第五导管(24)与模拟舱(26)顶部的入口相连通，模拟舱(26)底部的出口经第六导管(37)与第二溶液桶(39)相连通，第七导管(44)的一端插入于溶液瓶(47)内，第七导管(44)的另一端经第八导管(41)与模拟舱(26)右侧面的出口相连通，第九导管(45)的端部插入于溶液瓶(47)内。
2.根据权利要求1所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，CO2气瓶(1)的出口经第一阀门(2)、第十导管(3)、第一抽液泵(4)及第十一导管(5)与第一导管(12)相连通，第十一导管(5)上设置有第一流量计(6)。
3.根据权利要求2所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，N2气瓶(7)的出口经第十二导管(11)与第一导管(12)相连通，第十二导管(11)上设置有第二阀门(8)、第二抽液泵(9)及第二流量计(10)。
4.根据权利要求3所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，第一导管(12)上设置有第三流量计(14)及第三阀门(13)。
5.根据权利要求4所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，第三导管(17)上设置有第四阀门(18)。
6.根据权利要求5所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，第四导管(20)上设置有第三抽液泵(21)、第五阀门(22)及第四流量计(23)。
7.根据权利要求6所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，第六导管(37)上设置有第六阀门(36)及第四抽液泵(38)。
8.根据权利要求7所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，第八导管(41)上设置有第五流量计(42)及第七阀门(43)。
9.根据权利要求8所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，第九导管(45)上设置有第八阀门(46)。
10.根据权利要求1所述的实验模拟二氧化碳改造水热型地热储层的装置，其特征在于，还包括用于支撑恒温箱(25)的支架(40)。
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