CN114544461B - 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 - Google Patents
一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114544461B CN114544461B CN202210136463.5A CN202210136463A CN114544461B CN 114544461 B CN114544461 B CN 114544461B CN 202210136463 A CN202210136463 A CN 202210136463A CN 114544461 B CN114544461 B CN 114544461B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- valve
- sample
- supercritical
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 106
- 238000007789 sealing Methods 0.000 title claims abstract description 80
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 170
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 63
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 60
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 39
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 37
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 19
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 10
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 8
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 6
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004401 flow injection analysis Methods 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 112
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
- G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/70—Combining sequestration of CO2 and exploitation of hydrocarbons by injecting CO2 or carbonated water in oil wells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Examining Or Testing Airtightness (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统及方法，包括实现CO2由气态向超临界相态转变的超临界CO2制备系统、模拟深部原位储层温压环境的三轴岩心夹持器系统、回压系统、渗透率测试系统、调节管线与夹持器温度的温度控制系统、调节注入压力与夹持器轴围压的压力控制系统、真空系统、监测封存前后试样损伤程度的数据监测与采集系统与尾气处理系统；超临界CO2经恒速恒压泵注入夹持器内的试样中，通过渗透率测试系统与数据监测与采集系统从多角度实时监测超临界CO2不同封存条件下试样损伤的时空演变过程，并基于监测结果评价封存的安全性；本发明能模拟超临界CO2封存对储层的损伤作用，研究封存损伤机制，确定封存最优参数，获得封存最佳效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统及方法，属于超临界CO2地质封存技术领域。
背景技术
CO2作为温室气体的一种，对地球热量平衡具有重要影响。自工业革命后，其含量急剧增加并引发严重的温室效应，如海洋酸化、全球变暖和海平面上升等问题，被认为是导致全球气候变暖的主要元凶之一。因此，减缓CO2排放与减少空气中CO2含量成为当前亟待解决的关键问题。目前，世界各国普遍认可的减碳措施除了减少化石燃料的使用，发展清洁能源外，还包括将CO2封存于结构完整的地下储层中，例如深部不可开采煤层、深部咸水层与废弃油储层。然而，CO2气体密度小，在封存过程中具有较强的逸散性，而超临界CO2介于气体与液体之间，既具有类似气体的高扩散性及液体的高密度与溶解能力，同时又兼具低粘度、低表面张力的特性，能够迅速渗透进行储层微孔隙中。因此，超临界CO2的地质储层是当前研究的重点。
在目前的研究中，CO2在储层中的吸附效应是超临界CO2地质封存的主要研究点，但是目前针对超临界CO2封存对储层的损伤作用以及地质封存的安全性研究极少，因此对于超临界CO2封存对储层的损伤机制认识不足，尚未提出能够应用于现场的最优封存参数，因此，如何提供一种系统及方法，使其能定量评价超临界CO2封存对储层的损伤作用，并基于测试结果获得最优封存参数，为现场实施提供数据支撑，是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统及方法，能够实时监测超临界CO2封存的全过程，基于获得的数据得出表征储层损伤的各参数的变化规律，进而确定超临界CO2封存的最优封存参数，为现场实施提供数据支撑。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，包括超临界CO2制备系统、三轴岩心夹持器系统、回压系统、渗透率测试系统、温度控制系统、压力控制系统、真空系统和尾气处理系统；
所述超临界CO2制备系统包括CO2气瓶、安全阀、高压活塞容器、高压储罐、恒速恒压泵、四通阀和制冷机，CO2气瓶与高压活塞容器的进气口通过管路连接，增压泵一与高压活塞容器连接，用于将储存在高压活塞容器内的CO2气体压力增至P1值以上，使其发生相变，由气态转变为液态CO2，并通过管路将其注入高压储罐中，高压储罐外部被保温夹套包裹，保温夹套与制冷机连接，设定制冷机温度为T1，并通过保温夹套使高压储罐保持温度，防止高压储罐内的液态CO2发生相变，维持液态CO2的稳定性；高压储罐与恒速恒压泵通过管路连接，高压储罐中的液态CO2通过恒速恒压泵作用，能实现恒压或恒流注入；
所述三轴岩心夹持器系统包括三轴岩心夹持器、左侧堵头、右侧堵头、声波传导杆、导电接头、弹簧与样品室，样品室置于三轴岩心夹持器内部，用于存放试样；压力跟踪泵通过管路与样品室连接，能跟踪调节三轴岩心夹持器的轴压与围压用于实现深部原位储层的压力条件；左侧堵头与右侧堵头分别置于三轴岩心夹持器两端，且内部中空，左侧堵头与右侧堵头内部分别放置超声波发射传感器与接收传感器，超声波发射传感器与接收传感器各自接线端通过弹簧分别与各自所处堵头远离样品室端连接，在弹簧弹力作用下，超声波发射传感器发射端与接收传感器接收端通过耦合剂分别与各自所处堵头靠近样品室端紧密贴合，数据传导线穿过左侧堵头与右侧堵头使发射传感器和接收传感器均与采集仪，左侧堵头与右侧堵头外侧分别布置导电接头，实现试样电阻率的监测；声波传导杆穿过加热套及三轴岩心夹持器，其一端与试样表面紧密贴合，另一端与声发射传感器连接；
所述回压系统包括储罐和回压阀，回压阀连接注液管路与储罐一端，回压泵与储罐另一端连接，用于调节压力维持超临界CO2的稳定性；
所述渗透率测试系统包括He气瓶、气体质量流量计、背压阀二、入口压力传感器、出口压力传感器、出口质量流量计，增压泵二一端与He气瓶连接，另一端依次通过管路与气体质量流量计、背压阀二和三轴岩心夹持器连接，增压泵二对气瓶内的He气体具有增压作用，使气体压力超过背压阀二的开启压力，将气体通过注液管路输送至三轴岩心夹持器的样品室内，注入样品室内气体的质量流量与压力通过气体质量流量计与入口压力传感器测量；出液管路一端与样品室相连，另一端穿过右侧堵头依次通过管路与出口质量流量计、出口压力传感器和尾气处理系统相连，从出液管路流出的气体质量与压力分别通过出口质量流量计与出口压力传感器测量；
所述温度控制系统包括加热包、预热器和加热套，高压储罐出液口与三轴岩心夹持器进液口之间的连接管路外部包裹加热包，设置加热温度T2，加热包使流经管路的液态CO2升温相变，由液相转变为超临界相态；加热套包裹在三轴岩心夹持器外部，用于模拟深部原位储层的温度条件，预热器为加热包与加热套提供热源，调节管路与三轴岩心夹持器的温度；
所述压力控制系统包括恒速恒压泵、增压泵一、增压泵二、回压泵和压力跟踪泵；
所述真空系统由真空泵组成，能够对整个管线以及三轴岩心夹持器系统抽真空，提供真空环境；
所述尾气处理系统由尾气吸收装置组成，用于吸收实验过程中排出的CO2气体，防止其排入大气中。
进一步，还包括数据监测与采集系统，其包括数据采集客户端、声发射采集仪、声发射前置放大器、声发射传感器、应变采集仪、应变片、温度采集仪、热电偶线、PH测定仪、超声波发射传感器、超声波接收传感器、超声波采集仪、电阻钳与电阻率测试仪，应变采集仪与温度采集仪一端通过数据传导线连接数据采集客户端，应变采集仪与温度采集仪另一端分别通过数据传导线穿过堵头与粘贴在试样表面的应变片和布置在试样内部的热电偶线相连，用于测试超临界CO2封存过程中试样的应变与温度变化规律；电阻率测试仪通过夹在导电接头上的电阻钳测试试样封存过程中的电阻率变化情况；数据传导线一端与PH测定仪连接，另一端穿过左侧堵头与数据采集客户端连接，测试超临界CO2对试样的腐蚀性；超声波采集仪通过数据传导线分别穿过左侧堵头与右侧堵头与超声波发射传感器和超声波接收传感器相连，测试封存过程中试样的损伤程度；声发射采集仪通过声发射放大器与紧密贴合在声波传导杆的声发射传感器连接，监测试样内部损伤状态，反映内部裂隙演化过程；最终实现整个实验过程中温度、压力、流量、应变、电阻率、超声波、声发射、PH数据的自动采集和储存。
进一步，所述压力控制系统还包括压力表一、压力表二、压力表三、压力表四、压力表五、压力表六、压力表七、入口压力传感器、出口压力传感器、压力传感器一、压力传感器二和压力传感器三，CO2气瓶与高压活塞容器间布置压力表一与管路阀门一，增压泵一与高压活塞容器间布置安全阀、阀门二与压力传感器一，压力表二与高压活塞容器连接，高压活塞容器与高压储罐间布置阀门三与阀门四，恒速恒压泵与高压储罐间布置四通阀，压力表三与高压储罐连接；所述温度控制系统还包括温度传感器一、温度传感器二和温度表，温度传感器二置于三轴岩心夹持器内部；回压泵与储罐间布置压力表四与阀门五；在超临界CO2制备系统与回压系统间布置压力表五与调压阀，在回压系统与三轴岩心夹持器系统间布置温度传感器一、背压阀一、阀门六、阀门七、阀门八、温度表与入口压力传感器，其中；三轴岩心夹持器系统与尾气处理系统间布置阀门九、出口压力传感器与出口质量流量计；压力跟踪泵与三轴岩心夹持器间布置阀门十、压力传感器二、阀门十一与压力传感器三；所述渗透率测试系统中，He气瓶与增压泵二间布置压力表六与阀门十二，增压泵二与三轴岩心夹持器间布置压力表七与背压阀二；其中压力表一与压力表六用于监测气瓶内气体压力，防止气瓶内压力过低发生危险；所述压力表二与压力表三分别用于监测高压活塞容器与高压储罐内压力，防止容器内压力超过高压活塞容器与高压储罐所能承受的极限压力发生危险；阀门八处于支路二上与阀门六、阀门七、入口质量流量计处于支路一，支路一和支路二组成并联管路。
进一步，所述声波传导杆沿试样轴向布置两组，每组沿试样环向均匀布置于试样表面，环向上相邻声波传导杆间隔90°，每根声波传导杆均与试样贴合紧密。
进一步，所述制冷机温度T1≤31℃，加热包温度T2≥32℃，P1≥7.38MPa。
进一步，所述入口质量流量计为耐高压高温质量流量计，所述PH测定仪为耐高压高温PH测定仪。
进一步，所述试样为直径与高度分别为50mm与100mm的圆柱试样，在距离试样水平轴线20mm处的上端部布置直径为5mm，深度为20mm的PH测试孔，用于放置PH测定仪检测探针，检测封存环境下超临界CO2的酸碱度；在试样左右端部水平轴线上分别布置直径为2mm，深度为25mm温度测试孔一及直径为2mm，深度为15mm的温度测试孔二，在距离注液口5mm、15mm与25mm处布置5个热电偶测点，监测超临界CO2与试样在轴向上的对流换热规律。
进一步，所述温度测试孔一与温度测试孔二内部剩余空间采用导热硅脂填充，固定热电偶线位置。
上述超临界CO2封存与损伤监测试验系统的试验方法，具体步骤为：
A、根据三轴岩心夹持器中样品室尺寸制备直径50mm、高度100mm的圆柱试样，并根据设计条件在试样端部相应位置依次钻PH测试孔、温度测试孔一与温度测试孔二，将热电偶线放入温度测试孔内部，热电偶测温探头位置与试样内部布置的热电偶测点位置一一对应，使用导热硅脂将温度测试孔填充密实；在圆柱试样侧面相应位置粘贴应变片；
B、在超声波发射传感器的声波发射端面与接收传感器的声波接收端面涂抹耦合剂，并将其分别置于三轴岩心夹持器系统的左侧堵头与右侧堵头内，依靠堵头内弹簧弹力将超声波传感器与靠近样品室端堵头紧密贴合；将步骤A中准备的试样放入三轴岩心夹持器内的样品室中，待试样固定后，将PH测定仪插入PH测试孔并固定，通过堵头上预留的通道将热电偶线与多相数据传导线引出，并与相应数据采集仪连接；在声发射传感器端面涂抹耦合剂，将其固定于三轴岩心夹持器系统的声波传导杆上端面，通过数据传导线与声发射前置放大器及声发射采集仪连接；将左侧堵头与右侧堵头拧入三轴岩心夹持器内；待三轴岩心夹持器系统安装完成后，将电阻率测试仪的电阻钳夹在左侧堵头与右侧堵头外的导电接头上；打开阀门十与阀门十一，通过压力跟踪泵将试样的轴压与围压加载至设定值；
C、待三轴岩心夹持器系统与数据监测与采集系统搭载完成后，开始试样的初始渗透率测试试验；试验开始前，检查气瓶内残余气体压力大小，当残余气体压力大于0.05MPa时才可打开气瓶阀门，缓慢打开气瓶阀门二与阀门十二，启动增压泵二对气体增压，启动数据监测与采集系统，待压力表七稳定后，使用气体质量流量计监测流经其内部的气体质量流量，避免压力波动对其测量精度的影响，通过增压泵二作用，超过背压阀二开启压力的气体通过注液管路注入待测试样中，对试样进行驱替试验，通过入口压力传感器、出口压力传感器与出口质量流量计分别监测气体注入压力、出口压力与出口质量流量，基于数据监测与采集系统采集的测试参数，计算试样的初始渗透率；待初始渗透率测试完成后，关闭增压泵二、气瓶阀门二与阀门十二；
D、打开真空泵，对整个管线以及三轴岩心夹持器系统抽真空，观察各压力表与压力传感器读数，待读数稳定后，关闭真空泵；如步骤C中所述，开启CO2气瓶阀门前，检查气瓶内CO2残余气体压力大小，当残余CO2气体压力大于0.05MPa时，才缓慢打开CO2气瓶阀门一，随后开启管路阀门一与阀门二，使气瓶内CO2气体进入高压活塞容器内，关闭气瓶阀门一与管路阀门一，开启增压泵一，基于压力传感器一调节增压泵一压力，将高压活塞容器内的CO2气体压力增至7.38MPa以上，使其相变液化，打开阀门三与阀门四，通过增压泵一将液态CO2注入高压储罐中，增压与注入过程中关注压力表二与压力表三读数变化情况，防止超过高压活塞容器所能承受的极限压力，发生危险；液态CO2储存在高压储罐中，制冷机通过保温夹套冷却高压储罐内液态CO2的温度，使其维持液相状态；关闭阀门三，开启四通阀与恒速恒压泵，设定恒速恒压泵注入压力，实现CO2的恒压注入；基于温度传感器一显示的温度，调节预热器的加热功率，通过加热包使流经管路的液态CO2升温超过32℃发生相变，由液相转变为超临界相态的超临界CO2；
E、开启回压泵，通过调压阀调节管路与高压储罐压力，维持管路中超临界CO2的稳定性，关闭阀门八与阀门九，开启阀门六与阀门七，此时，超临界CO2的注入压力小于入口质量流量计所能承受的极限压力值，通过背压阀一进入支路一，超临界CO2流过入口质量流量计，通过注液管路注入三轴岩心夹持器系统的样品室中；若超临界CO2的注入压力超过入口质量流量计所能承受的极限压力值，关闭阀门六与阀门七，开启阀门八，超临界CO2通过支路二注入样品室中；基于温度表与入口压力传感器读数，判断注入三轴岩心夹持器的流体是否为超临界CO2；待入口压力传感器数值稳定后，关闭超临界CO2制备系统、回压系统与阀门七，将超临界CO2封存于样品室内，通过数据监测与采集系统监测超临界CO2不同封存时间对试样造成的损伤，记录试样温度、压力、流量、应变、电阻率、超声波、声发射、PH数据各种表征损伤物理参量的变化规律；封存实验结束后，打开阀门七与阀门九，管路与样品室中封存的超临界CO2通过出液管路排出，最终被尾气处理系统吸收；超临界CO2的注入压力、注入质量流量、出口压力与出口质量流量通过入口压力传感器、入口质量流量计、出口压力传感器与出口质量流量计测量；
F、重复步骤C测试超临界CO2封存后试样的渗透率，比较封存前后试样渗透率的变化；
G、试验结束后，关闭并取下数据监测与采集系统，通过压力跟踪泵卸载施加于试样上的轴压与围压，待出口压力表稳定后，取出左侧堵头，将试样从样品室中取出，更换下一组试样；
H、基于试验规划设置超临界CO2不同封存时间、不同围压与轴压值以及试样不同初始条件，重复步骤A～G，从而得到超临界CO2封存各种不同参数时对试样的损伤作用变化规律，进而能根据变化规律确定超临界CO2封存的最优实施参数，并在保证封存安全性的前提下，获得最佳封存效果。
与现有技术相比，本发明采用超临界CO2制备系统、三轴岩心夹持器系统、回压系统、渗透率测试系统、温度控制系统、压力控制系统、真空系统和尾气处理系统相结合的方式，不仅能开展超临界CO2地质封存的损伤探测试验，监测超临界CO2封存前后试样渗透率变化规律，还可实现超临界CO2压裂试验；通过超临界CO2制备系统实现CO2由气态向超临界相态的转变，通过三轴岩心夹持器系统模拟深部原位储层温度与压力环境，通过温度控制系统调节管线与三轴岩心夹持器温度，通过压力控制系统调节注入压力与三轴岩心夹持器的轴压与围压，通过数据监测与采集系统监测封存前后试样的损伤程度；超临界CO2经恒速恒压泵注入夹持器内的试样中，通过渗透率测试系统与数据监测与采集系统从多角度实时监测超临界CO2不同封存条件下试样损伤的时空演变过程，研究封存损伤机制，并基于监测结果评价封存的安全性，最终根据获得的数据得出表征储层损伤的各参数的变化规律，进而确定超临界CO2封存的最优封存参数，为现场实施提供数据支撑。
附图说明
图1为本发明的超临界CO2封存与损伤监测试验系统结构示意图；
图2为本发明中超临界CO2制备系统结构示意图；
图3为本发明中三轴岩心夹持器系统结构示意图；
图4为本发明中渗透率测试系统结构示意图；
图5为本发明中回压系统结构示意图；
图6为本发明中数据监测与采集系统结构示意图；
图7为本发明中电阻率测量装置结构示意图；
图8为本发明中超声波测试装置结构示意图；
图9为本发明中试样侧视图；
图10为本发明中试样俯视图。
图中：1-数据监测与采集系统；101-数据采集客户端；102-声发射采集仪；103-声发射前置放大器；104-声发射传感器；105-应变采集仪；106-应变片；107-温度采集仪；108-热电偶线；109-PH测定仪；110-超声波发射传感器；111-超声波接收传感器；112-超声波采集仪；113-电阻钳；114-电阻率测试仪；2-超临界CO2制备系统；201-CO2气瓶；202-气瓶阀门一；203-压力表一；204-管路阀门一；205-增压泵一；206-安全阀；207-阀门二；208-压力传感器一；209-高压活塞容器；210-压力表二；211-阀门三；212-阀门四；213-压力表三；214-高压储罐；215-保温夹套；216-制冷机；217-四通阀；218-恒速恒压泵；3-三轴岩心夹持器系统；301-三轴岩心夹持器；302-加热套；303-左侧堵头；304-右侧堵头；305-声波传导杆；306-导电接头；307-弹簧；4-回压系统；401-回压泵；402-阀门五；403-压力表四；404-储罐；405-回压阀；5-试样；501-PH测试孔；502-温度测试孔一；503-温度测试孔二；6-预热器；7-温度传感器一；8-压力表五；9-调压阀；10-背压阀一；11-阀门六；12-入口质量流量计；13-阀门七；14-阀门八；15-温度表；16-入口压力传感器；17-温度传感器二；18-阀门九；19-出口压力传感器；20-出口质量流量计；21-尾气吸收装置；22-压力跟踪泵；23-阀门十；24-压力传感器二；25-阀门十一；26-压力传感器三；27-He气瓶；28-气瓶阀门二；29-压力表六；30-阀门十二；31-增压泵二；32-压力表七；33-气体质量流量计；34-背压阀二；35-真空泵；36-绝缘接头；37-注液管路；38-出液管路；39-数据传导线；40-支路一；41-支路二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本超临界CO2封存与损伤监测试验系统包括超临界CO2制备系统2、三轴岩心夹持器系统3、回压系统4、渗透率测试系统、温度控制系统、压力控制系统、真空系统、数据监测与采集系统1和尾气处理系统；
如图2所示，所述超临界CO2制备系统2包括CO2气瓶201、增压泵一205、安全阀206、高压活塞容器209、高压储罐214、恒速恒压泵218、四通阀217、制冷机216与加热包，CO2气瓶201与高压活塞容器209的进气口通过管路连接，增压泵一205与高压活塞容器209连接，并将储存在高压活塞容器209内的CO2气体压力增至7.38MPa以上，使其相变，由气态转变为液态CO2，并通过管路将其注入高压储罐214中，高压储罐外部被保温夹套215包裹，保温夹套215与制冷机216连接，设置制冷机216温度T1<31℃，防止高压储罐214内的液态CO2发生相变，维持液态CO2的稳定性；高压储罐214与恒速恒压泵218通过管路连接，高压储罐214中的液态CO2通过恒速恒压泵218作用，可实现恒压或恒流注入，高压储罐214出液口至三轴岩心夹持器301进液口段管路外部被加热包包裹，加热器6为其提供加热源，设置加热温度T2>32℃，使管路内液态CO2升温相变，由液相转变为超临界相态；
如图3和图10所示，所述三轴岩心夹持器系统3包括三轴岩心夹持器301、加热套302、左侧堵头303、右侧堵头304、声波传导杆305、导电接头306、弹簧307与样品室，三轴岩心夹持器301外部被加热套302包裹，预热器6为其提供加热源，模拟深部原位储层的温度条件；样品室置于三轴岩心夹持器301内部，用于存放试样5，与压力跟踪泵22通过管路连接，可跟踪调节样品室轴压与围压，实现深部原位储层的压力条件；左侧堵头303与右侧堵头304分别置于三轴岩心夹持器301两端，且内部中空，左侧堵头303与右侧堵头304内部分别放置超声波发射传感器110与接收传感器111，传感器接线端通过弹簧307与各自所处堵头远离样品室端连接，在弹簧307弹力作用下，传感器声波发射端与接收端通过耦合剂与各自所处堵头靠近样品室端紧密贴合，传感器与样品室试样间隔2mm不锈钢堵头，数据传导线39穿过左侧堵头303与右侧堵头304连接各类传感器与采集仪，左侧堵头303与右侧堵头304外侧分别布置导电接头306，实现试样电阻率的监测；声波传导杆305穿过加热套302与三轴岩心夹持器301，一端与试样5表面紧密贴合，另一端与声发射传感器104连接，声波传导杆305沿试样5轴向布置两组，每组沿环向均匀布置于试样5表面，环向上相邻声波传导杆305间隔90°；
如图5所示，所述回压系统4包括回压泵401、储罐404与回压阀405，回压阀405连接注液管路37与储罐404，回压泵401与储罐404另一端连接，用于调节压力维持超临界CO2的稳定性；
如图4所示，所述渗透率测试系统包括He气瓶27、增压泵二31、气体质量流量计33、背压阀二34、入口压力传感器16、出口压力传感器19、出口质量流量计20，增压泵二31一端与He气瓶27连接，另一端与气体质量流量计33、背压阀二34、三轴岩心夹持器301连接，增压泵二31对气瓶27内的He气体具有增压作用，使气体压力超过背压阀二34的开启压力，将气体通过注液管路37输送至三轴岩心夹持器301的样品室内，注入样品室的气体的质量流量与压力通过气体质量流量计33与入口压力传感器16测量；出液管路38一端与样品室相连，另一端穿过右侧堵头304与出口质量流量计20、出口压力传感器19、尾气处理系统相连，从出液管路38流出的气体质量与压力分别通过出口质量流量计20与出口压力传感器19测量；
如图6至图8所示，所述数据监测与采集系统1包括数据采集客户端101、声发射采集仪102、声发射前置放大器103、声发射传感器104、应变采集仪105、应变片106、温度采集仪107、热电偶线108、PH测定仪109、超声波发射传感器110、超声波接收传感器111、超声波采集仪112、电阻钳113与电阻率测试仪114，PH测定仪109为耐高压高温PH测定仪，应变采集仪105与温度采集仪107一端通过数据传导线39连接数据采集客户端101，另一端分别通过穿过堵头的数据传导线39与粘贴在试样5表面的应变片106和布置在试样5内部的热电偶线108相连，测试超临界CO2封存过程中试样的应变与温度变化规律；电阻率测试仪114通过夹在导电接头306上的电阻钳113测试试样5封存过程中的电阻率变化情况；数据传导线39一端与PH测定仪109连接，另一端穿过左侧堵头303与数据采集客户端101连接，测试超临界CO2对试样5的腐蚀性；超声波采集仪112分别通过穿过左侧堵头303与右侧堵头304的数据传导线39与超声波发射传感器110和超声波接收传感器111相连，测试封存过程中试样5的损伤程度；声发射采集仪102通过声发射前置放大器103与紧密贴合在声波传导杆305的声发射传感器104连接，监测试样5内部损伤状态，反映内部裂隙演化过程；以上各采集装置可实现对整个实验过程中的温度、压力、流量、应变、电阻率、超声波、声发射、PH等数据进行自动采集和储存；
如图1所示，所述超临界CO2制备系统2中，CO2气瓶201与高压活塞容器209间布置压力表一203与管路阀门一204，增压泵一205与高压活塞容器209间布置安全阀206、阀门二207与压力传感器一208，压力表二210与高压活塞容器209连接，高压活塞容器209与高压储罐214间布置阀门三211与阀门四212，恒速恒压泵218与高压储罐214间布置四通阀217，压力表三213与高压储罐214连接；所述三轴夹持器系统3中，温度传感器二17置于三轴岩心夹持器301内部；所述回压系统4中，回压泵401与储罐404间布置压力表四403与阀门五402；在超临界CO2制备系统2与回压系统4间布置压力表五8与调压阀9，在回压系统4与三轴岩心夹持器系统3间布置温度传感器一7、背压阀一10、阀门六11、阀门七13、阀门八14、温度表15与入口压力传感器16；三轴岩心夹持器系统3与尾气处理系统间布置阀门九18、出口压力传感器19与出口质量流量计20；压力跟踪泵22与三轴岩心夹持器301间布置阀门十23、压力传感器二24、阀门十一25与压力传感器三26；所述渗透率测试系统中，He气瓶27与增压泵二31间布置压力表六29与阀门十二30，增压泵二31与三轴岩心夹持器301间布置压力表七32与背压阀二34；其中，压力表一203与压力表六29用于监测气瓶内气体压力，防止气瓶内压力过低发生危险；压力表二210与压力表三213分别用于监测高压活塞容器209与高压储罐214内压力，防止容器内压力超过高压活塞容器209与高压储罐214所能承受的极限压力发生危险；阀门八14与阀门六11、阀门七13、入口质量流量计12组成并联管路；压力跟踪泵22通过阀门十23与阀门十一25分别控制三轴岩心夹持器301的轴压与围压；入口质量流量计12为耐高压高温质量流量计；所述真空系统由真空泵35组成，能够对整个管线以及三轴岩心夹持器系统3抽真空，提供真空环境；所述尾气处理系统由尾气吸收装置21组成，用于吸收实验过程中排出的CO2气体，防止其排入大气中。
如图9与图10所示，所述试样5为直径与高度分别为50mm与100mm的圆柱试样，在距离试样5水平轴线20mm处的上端部布置直径为5mm，深度为20mm的PH测试孔501，用于放置PH测定仪109检测探针，检测封存环境下超临界CO2的酸碱度；在试样左右端部水平轴线上分别布置直径为2mm，深度为25mm与直径为2mm，深度为15mm的温度测试孔一502与温度测试孔二503，在距离注液口5mm、15mm与25mm处布置5个热电偶测点，监测超临界CO2与试样在轴向上的对流换热规律；温度测试孔一502与温度测试孔二503内部剩余空间采用导热硅脂填充，固定热电偶线108位置。
上述超临界CO2封存与损伤监测试验系统的试验方法，具体步骤为：
A、根据三轴岩心夹持器301中样品室尺寸制备直径50mm、高度100mm的圆柱试样5，并根据设计条件在试样5端部相应位置依次钻PH测试孔501、温度测试孔一502与温度测试孔二503，将热电偶线108放入温度测试孔内部，热电偶测温探头位置与试样内部布置的热电偶测点位置一一对应，使用导热硅脂将温度测试孔填充密实；在圆柱试样5侧面相应位置粘贴应变片106；
B、在超声波发射传感器110的声波发射端面与接收传感器111的声波接收端面涂抹耦合剂，并将其分别置于三轴岩心夹持器系统3的左侧堵头303与右侧堵头304内，依靠堵头内弹簧307弹力将超声波传感器与靠近样品室端堵头紧密贴合；将步骤a中准备的试样5放入三轴岩心夹持器301内的样品室中，待试样5固定后，将PH测定仪109插入PH测试孔并501固定，通过堵头上预留的通道将热电偶线108与多相数据传导线39引出，并与相应数据采集仪连接；在声发射传感器104端面涂抹耦合剂，将其固定于三轴岩心夹持器系统3的声波传导杆305上端面，通过数据传导线39与声发射前置放大器103及声发射采集仪105连接；将左侧堵头303与右侧堵头304拧入三轴岩心夹持器301内；待三轴岩心夹持器系统3安装完成后，将电阻率测试仪114的电阻钳113夹在左侧堵头303与右侧堵头304外的导电接头306上；打开阀门十23与阀门十一25，通过压力跟踪泵22将试样5的轴压与围压加载至设定值；
C、待三轴岩心夹持器系统3与数据监测与采集系统1搭载完成后，开始试样的初始渗透率测试试验。试验开始前，检查气瓶内残余气体压力大小，当残余气体压力大于0.05MPa时才可打开气瓶阀门。缓慢打开气瓶阀门二28与阀门十二30，启动增压泵二31对气体增压，启动数据监测与采集系统1，待压力表七32稳定后，使用气体质量流量计33监测流经其内部的气体质量流量，避免压力波动对其测量精度的影响，通过增压泵二31作用，超过背压阀二34开启压力的气体通过注液管路37注入待测试样5中，对试样5进行驱替试验，通过入口压力传感器16、出口压力传感器19与出口质量流量计20分别监测气体注入压力、出口压力与出口质量流量，基于数据监测与采集系统1采集的测试参数，计算试样的初始渗透率；待初始渗透率测试完成后，关闭增压泵二31、气瓶阀门二28与阀门十二30；
D、打开真空泵35，对整个管线以及三轴岩心夹持器系统3抽真空，观察各压力表与压力传感器读数，待读数稳定后，关闭真空泵35；如步骤C的过程，开启CO2气瓶阀门前，检查气瓶内CO2残余气体压力大小，当残余CO2气体压力大于0.05MPa时，方可缓慢打开CO2气瓶阀门一202，随后开启管路阀门一204与阀门二207，使气瓶内CO2气体进入高压活塞容器209内，关闭气瓶阀门一202与管路阀门一204，开启增压泵一205，基于压力传感器一208调节增压泵压力205，将高压活塞容器209内的CO2气体压力增至7.38MPa以上，使其相变液化，打开阀门三211与阀门四212，通过增压泵一205将液态CO2注入高压储罐214中，增压与注入过程中关注压力表二210与压力表三213读数变化情况，防止超过高压活塞容器209所能承受的极限压力，发生危险；液态CO2储存在高压储罐214中，制冷机216与包裹在高压储罐214外围的保温夹套215连接，冷却高压储罐214内液态CO2的温度，使其维持液相状态；关闭阀门三211，开启四通阀212与恒速恒压泵218，设置恒速恒压泵218注入压力，实现CO2的恒压注入；基于温度传感器一7显示的温度，调节预热器6的加热功率，对与高压储罐214及三轴岩心夹持器系统3连接的管路加热，使管路内液态CO2温度超过32℃，将其转变为超临界CO2；
E、开启回压泵401，通过调压阀9调节管路与高压储罐214压力，维持管路中超临界CO2的稳定性，关闭阀门八14与阀门九18，开启阀门六11与阀门七13，此时，超临界CO2的注入压力小于入口质量流量计12所能承受的极限压力值，通过背压阀一10的超临界CO2进入支路一40，流过入口质量流量计12，通过注液管路37注入三轴岩心夹持器系统3的样品室中；若超临界CO2的注入压力超过入口质量流量计12所能承受的极限压力值，关闭阀门六11与阀门七13，开启阀门八14，通过支路二41注入样品室中；基于温度表15与入口压力传感器16读数，判断注入三轴岩心夹持器301的流体是否为超临界CO2；待入口压力传感器16数值稳定后，关闭超临界CO2制备系统2、回压系统4与阀门七13，将超临界CO2封存于样品室内，通过数据监测与采集系统1监测超临界CO2不同封存时间对试样造成的损伤，记录试样电阻率、超声波、PH、应变、温度、声发射等各种表征损伤物理参量的变化规律；封存实验结束后，打开阀门七13与阀门九18，管路与样品室中封存的超临界CO2通过出液管路38排出，最终被尾气处理系统吸收；超临界CO2的注入压力、注入质量流量、出口压力与出口质量流量通过入口压力传感器16、入口质量流量计12、出口压力传感器19与出口质量流量计20测量；
F、重复步骤C测试超临界CO2封存后试样的渗透率，比较封存前后试样渗透率的变化；
G、试验结束后，关闭并取下数据监测与采集系统1，通过压力跟踪泵22卸载施加于试样5上的轴压与围压，待出口压力传感器19稳定后，取出左侧堵头303，将试样5从样品室中取出，更换下一组试样；
H、基于试验规划设置超临界CO2不同封存时间、不同围压与轴压值以及试样不同初始条件，重复步骤A～G，从而得到超临界CO2封存各种不同参数时对试样的损伤作用变化规律，进而能根据变化规律确定超临界CO2封存的最优实施参数，并在保证封存安全性的前提下，获得最佳封存效果。
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，包括超临界CO2制备系统、三轴岩心夹持器系统、回压系统、渗透率测试系统、温度控制系统、压力控制系统、真空系统、尾气处理系统和数据监测与采集系统；
所述超临界CO2制备系统包括CO2气瓶、安全阀、高压活塞容器、高压储罐、恒速恒压泵、四通阀和制冷机，CO2气瓶与高压活塞容器的进气口通过管路连接，增压泵一与高压活塞容器连接，用于将储存在高压活塞容器内的CO2气体压力增至P1值以上，使其发生相变，由气态转变为液态CO2，并通过管路将其注入高压储罐中，高压储罐外部被保温夹套包裹，保温夹套与制冷机连接，设定制冷机温度为T1，并通过保温夹套使高压储罐保持温度，防止高压储罐内的液态CO2发生相变，维持液态CO2的稳定性；高压储罐与恒速恒压泵通过管路连接，高压储罐中的液态CO2通过恒速恒压泵作用，能实现恒压或恒流注入；
所述三轴岩心夹持器系统包括三轴岩心夹持器、左侧堵头、右侧堵头、声波传导杆、导电接头、弹簧与样品室，样品室置于三轴岩心夹持器内部，用于存放试样；压力跟踪泵通过管路与样品室连接，能跟踪调节三轴岩心夹持器的轴压与围压用于实现深部原位储层的压力条件；左侧堵头与右侧堵头分别置于三轴岩心夹持器两端，且内部中空，左侧堵头与右侧堵头内部分别放置超声波发射传感器与接收传感器，超声波发射传感器与接收传感器各自接线端通过弹簧分别与各自所处堵头远离样品室端连接，在弹簧弹力作用下，超声波发射传感器发射端与接收传感器接收端通过耦合剂分别与各自所处堵头靠近样品室端紧密贴合，数据传导线穿过左侧堵头与右侧堵头使发射传感器和接收传感器均与采集仪，左侧堵头与右侧堵头外侧分别布置导电接头，实现试样电阻率的监测；声波传导杆穿过加热套及三轴岩心夹持器，其一端与试样表面紧密贴合，另一端与声发射传感器连接；
所述回压系统包括储罐和回压阀，回压阀连接注液管路与储罐一端，回压泵与储罐另一端连接，用于调节压力维持超临界CO2的稳定性；
所述渗透率测试系统包括He气瓶、气体质量流量计、背压阀二、入口压力传感器、出口压力传感器、出口质量流量计，增压泵二一端与He气瓶连接，另一端依次通过管路与气体质量流量计、背压阀二和三轴岩心夹持器连接，增压泵二对气瓶内的He气体具有增压作用，使气体压力超过背压阀二的开启压力，将气体通过注液管路输送至三轴岩心夹持器的样品室内，注入样品室内气体的质量流量与压力通过气体质量流量计与入口压力传感器测量；出液管路一端与样品室相连，另一端穿过右侧堵头依次通过管路与出口质量流量计、出口压力传感器和尾气处理系统相连，从出液管路流出的气体质量与压力分别通过出口质量流量计与出口压力传感器测量；
所述温度控制系统包括加热包、预热器和加热套，高压储罐出液口与三轴岩心夹持器进液口之间的连接管路外部包裹加热包，设置加热温度T2，加热包使流经管路的液态CO2升温相变，由液相转变为超临界相态；加热套包裹在三轴岩心夹持器外部，用于模拟深部原位储层的温度条件，预热器为加热包与加热套提供热源，调节管路与三轴岩心夹持器的温度；
所述压力控制系统包括恒速恒压泵、增压泵一、增压泵二、回压泵和压力跟踪泵；
所述真空系统由真空泵组成，能够对整个管线以及三轴岩心夹持器系统抽真空，提供真空环境；
所述尾气处理系统由尾气吸收装置组成，用于吸收实验过程中排出的CO2气体，防止其排入大气中；
所述数据监测与采集系统包括数据采集客户端、声发射采集仪、声发射前置放大器、声发射传感器、应变采集仪、应变片、温度采集仪、热电偶线、PH测定仪、超声波发射传感器、超声波接收传感器、超声波采集仪、电阻钳与电阻率测试仪，应变采集仪与温度采集仪一端通过数据传导线连接数据采集客户端，应变采集仪与温度采集仪另一端分别通过数据传导线穿过堵头与粘贴在试样表面的应变片和布置在试样内部的热电偶线相连，用于测试超临界CO2封存过程中试样的应变与温度变化规律；电阻率测试仪通过夹在导电接头上的电阻钳测试试样封存过程中的电阻率变化情况；数据传导线一端与PH测定仪连接，另一端穿过左侧堵头与数据采集客户端连接，测试超临界CO2对试样的腐蚀性；超声波采集仪通过数据传导线分别穿过左侧堵头与右侧堵头与超声波发射传感器和超声波接收传感器相连，测试封存过程中试样的损伤程度；声发射采集仪通过声发射放大器与紧密贴合在声波传导杆的声发射传感器连接，监测试样内部损伤状态，反映内部裂隙演化过程。
2. 根据权利要求1 所述的一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，所述压力控制系统还包括压力表一、压力表二、压力表三、压力表四、压力表五、压力表六、压力表七、入口压力传感器、出口压力传感器、压力传感器一、压力传感器二和压力传感器三，CO2气瓶与高压活塞容器间布置压力表一与管路阀门一，增压泵一与高压活塞容器间布置安全阀、阀门二与压力传感器一，压力表二与高压活塞容器连接，高压活塞容器与高压储罐间布置阀门三与阀门四，恒速恒压泵与高压储罐间布置四通阀，压力表三与高压储罐连接；所述温度控制系统还包括温度传感器一、温度传感器二和温度表，温度传感器二置于三轴岩心夹持器内部；回压泵与储罐间布置压力表四与阀门五；在超临界CO2制备系统与回压系统间布置压力表五与调压阀，在回压系统与三轴岩心夹持器系统间布置温度传感器一、背压阀一、阀门六、阀门七、阀门八、温度表与入口压力传感器，其中；三轴岩心夹持器系统与尾气处理系统间布置阀门九、出口压力传感器与出口质量流量计；压力跟踪泵与三轴岩心夹持器间布置阀门十、压力传感器二、阀门十一与压力传感器三；所述渗透率测试系统中，He气瓶与增压泵二间布置压力表六与阀门十二，增压泵二与三轴岩心夹持器间布置压力表七与背压阀二；其中压力表一与压力表六用于监测气瓶内气体压力，防止气瓶内压力过低发生危险；所述压力表二与压力表三分别用于监测高压活塞容器与高压储罐内压力，防止容器内压力超过高压活塞容器与高压储罐所能承受的极限压力发生危险；阀门八处于支路二上与阀门六、阀门七、入口质量流量计处于支路一，支路一和支路二组成并联管路。
3. 根据权利要求1 所述的一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，所述声波传导杆沿试样轴向布置两组，每组沿试样环向均匀布置于试样表面，环向上相邻声波传导杆间隔90°，每根声波传导杆均与试样贴合紧密。
4. 根据权利要求1 所述的一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，所述制冷机温度T1≤31℃，加热包温度T2≥32℃，P1≥ 7.38MPa。
5.根据权利要求2所述的一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，所述入口质量流量计为耐高压高温质量流量计，所述PH测定仪为耐高压高温PH测定仪。
6. 根据权利要求1 所述的一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，所述试样为直径与高度分别为50mm与100mm的圆柱试样，在距离试样水平轴线20mm处的上端部布置直径为5mm，深度为20mm的PH测试孔，用于放置PH测定仪检测探针，检测封存环境下超临界CO2的酸碱度；在试样左右端部水平轴线上分别布置直径为2mm，深度为25mm温度测试孔一及直径为2mm，深度为15mm的温度测试孔二，在距离注液口5mm、15mm与25mm处布置5个热电偶测点，监测超临界CO2与试样在轴向上的对流换热规律。
7. 根据权利要求6 所述的一种超临界CO2封存与损伤监测试验系统，其特征在于，所述温度测试孔一与温度测试孔二内部剩余空间采用导热硅脂填充，固定热电偶线位置。
8.一种根据权利要求1至7任一项所述超临界CO2封存与损伤监测试验系统的试验方法，其特征在于，具体步骤为：
A、根据三轴岩心夹持器中样品室尺寸制备直径50mm、高度100mm的圆柱试样，并根据设计条件在试样端部相应位置依次钻PH测试孔、温度测试孔一与温度测试孔二，将热电偶线放入温度测试孔内部，热电偶测温探头位置与试样内部布置的热电偶测点位置一一对应，使用导热硅脂将温度测试孔填充密实；在圆柱试样侧面相应位置粘贴应变片；
B、在超声波发射传感器的声波发射端面与接收传感器的声波接收端面涂抹耦合剂，并将其分别置于三轴岩心夹持器系统的左侧堵头与右侧堵头内，依靠堵头内弹簧弹力将超声波传感器与靠近样品室端堵头紧密贴合；将步骤A中准备的试样放入三轴岩心夹持器内的样品室中，待试样固定后，将PH测定仪插入PH测试孔并固定，通过堵头上预留的通道将热电偶线与多相数据传导线引出，并与相应数据采集仪连接；在声发射传感器端面涂抹耦合剂，将其固定于三轴岩心夹持器系统的声波传导杆上端面，通过数据传导线与声发射前置放大器及声发射采集仪连接；将左侧堵头与右侧堵头拧入三轴岩心夹持器内；待三轴岩心夹持器系统安装完成后，将电阻率测试仪的电阻钳夹在左侧堵头与右侧堵头外的导电接头上；打开阀门十与阀门十一，通过压力跟踪泵将试样的轴压与围压加载至设定值；
C、待三轴岩心夹持器系统与数据监测与采集系统搭载完成后，开始试样的初始渗透率测试试验；试验开始前，检查气瓶内残余气体压力大小，当残余气体压力大于0.05MPa时才可打开气瓶阀门，缓慢打开气瓶阀门二与阀门十二，启动增压泵二对气体增压，启动数据监测与采集系统，待压力表七稳定后，使用气体质量流量计监测流经其内部的气体质量流量，避免压力波动对其测量精度的影响，通过增压泵二作用，超过背压阀二开启压力的气体通过注液管路注入待测试样中，对试样进行驱替试验，通过入口压力传感器、出口压力传感器与出口质量流量计分别监测气体注入压力、出口压力与出口质量流量，基于数据监测与采集系统采集的测试参数，计算试样的初始渗透率；待初始渗透率测试完成后，关闭增压泵二、气瓶阀门二与阀门十二；
D、打开真空泵，对整个管线以及三轴岩心夹持器系统抽真空，观察各压力表与压力传感器读数，待读数稳定后，关闭真空泵；如步骤C中所述，开启CO2气瓶阀门前，检查气瓶内CO2残余气体压力大小，当残余CO2气体压力大于0.05MPa时，才缓慢打开CO2气瓶阀门一，随后开启管路阀门一与阀门二，使气瓶内CO2气体进入高压活塞容器内，关闭气瓶阀门一与管路阀门一，开启增压泵一，基于压力传感器一调节增压泵一压力，将高压活塞容器内的CO2气体压力增至7.38MPa以上，使其相变液化，打开阀门三与阀门四，通过增压泵一将液态CO2注入高压储罐中，增压与注入过程中关注压力表二与压力表三读数变化情况，防止超过高压活塞容器所能承受的极限压力，发生危险；液态CO2储存在高压储罐中，制冷机通过保温夹套冷却高压储罐内液态CO2的温度，使其维持液相状态；关闭阀门三，开启四通阀与恒速恒压泵，设定恒速恒压泵注入压力，实现CO2的恒压注入；基于温度传感器一显示的温度，调节预热器的加热功率，通过加热包使流经管路的液态CO2升温超过32℃发生相变，由液相转变为超临界相态的超临界CO2；
E、开启回压泵，通过调压阀调节管路与高压储罐压力，维持管路中超临界CO2的稳定性，关闭阀门八与阀门九，开启阀门六与阀门七，此时，超临界CO2的注入压力小于入口质量流量计所能承受的极限压力值，通过背压阀一进入支路一，超临界CO2流过入口质量流量计，通过注液管路注入三轴岩心夹持器系统的样品室中；若超临界CO2的注入压力超过入口质量流量计所能承受的极限压力值，关闭阀门六与阀门七，开启阀门八，超临界CO2通过支路二注入样品室中；基于温度表与入口压力传感器读数，判断注入三轴岩心夹持器的流体是否为超临界CO2；待入口压力传感器数值稳定后，关闭超临界CO2制备系统、回压系统与阀门七，将超临界CO2封存于样品室内，通过数据监测与采集系统监测超临界CO2不同封存时间对试样造成的损伤，记录试样温度、压力、流量、应变、电阻率、超声波、声发射、PH数据各种表征损伤物理参量的变化规律；封存实验结束后，打开阀门七与阀门九，管路与样品室中封存的超临界CO2通过出液管路排出，最终被尾气处理系统吸收；超临界CO2的注入压力、注入质量流量、出口压力与出口质量流量通过入口压力传感器、入口质量流量计、出口压力传感器与出口质量流量计测量；
F、重复步骤C测试超临界CO2封存后试样的渗透率，比较封存前后试样渗透率的变化；
G、试验结束后，关闭并取下数据监测与采集系统，通过压力跟踪泵卸载施加于试样上的轴压与围压，待出口压力表稳定后，取出左侧堵头，将试样从样品室中取出，更换下一组试样；
H、基于试验规划设置超临界CO2不同封存时间、不同围压与轴压值以及试样不同初始条件，重复步骤A~G，从而得到超临界CO2封存各种不同参数时对试样的损伤作用变化规律，进而能根据变化规律确定超临界CO2封存的最优实施参数，并在保证封存安全性的前提下，获得最佳封存效果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210136463.5A CN114544461B (zh) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210136463.5A CN114544461B (zh) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114544461A CN114544461A (zh) | 2022-05-27 |
| CN114544461B true CN114544461B (zh) | 2023-11-21 |
Family
ID=81675239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210136463.5A Active CN114544461B (zh) | 2022-02-15 | 2022-02-15 | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114544461B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9540999B2 (en) * | 2012-01-17 | 2017-01-10 | Peregrine Turbine Technologies, Llc | System and method for generating power using a supercritical fluid |
| CN115015298B (zh) * | 2022-07-06 | 2024-08-27 | 安徽理工大学 | 一种ct实时扫描的co2封存试验系统 |
| CN115656440B (zh) | 2022-11-05 | 2023-08-18 | 西南石油大学 | 深盐水层二氧化碳埋存模拟装置 |
| CN117404061B (zh) * | 2023-10-26 | 2024-08-13 | 中国石油大学(华东) | 一种基于声电联合的多相流体运移分布监测装置 |
| CN117433977B (zh) * | 2023-12-08 | 2024-03-26 | 西南石油大学 | 超临界co2与页岩反应原位渗透率检测装置及方法 |
| CN118150440B (zh) * | 2024-05-11 | 2024-07-02 | 中国石油大学(华东) | 一种煤岩气水相对渗透率测试装置及其测试方法 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203929685U (zh) * | 2014-06-30 | 2014-11-05 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种高压核磁共振co2地质封存模型试验装置 |
| CN104458918A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-03-25 | 重庆大学 | 超临界二氧化碳压裂页岩损伤定位监测装置及方法 |
| CN104777269A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-07-15 | 中国矿业大学 | 一种超临界co2注入与煤层气强化驱替模拟试验方法 |
| CN105784567A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种测试岩心相对渗透率的设备和方法 |
| WO2017128479A1 (zh) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN108414418A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-17 | 中国矿业大学 | 一种三轴渗透率测试方法 |
| CN109164032A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-01-08 | 中国矿业大学 | 岩石全自动盐水-超临界co2两相渗透率测试系统及方法 |
| CN109298162A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-02-01 | 重庆大学 | 不同相态二氧化碳致裂页岩装置及实验方法 |
| CN110702876A (zh) * | 2019-09-19 | 2020-01-17 | 徐州江恒能源科技有限公司 | 深部多场耦合作用下岩土体气-水运移全过程测试系统 |
| CN111220525A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-02 | 中南大学 | 高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置 |
| CN111289698A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-16 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种实验模拟co2地质封存可行性的系统 |
| CN111537549A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-14 | 北京大学 | 一种相态连续变化的二氧化碳驱油封存与压裂装置和实验方法 |
| WO2021143229A1 (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | 同济大学 | 测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统 |
| CN113530516A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-22 | 中国矿业大学 | 一种脉动co2泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置及方法 |
| CN113607620A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-05 | 东北大学 | 超临界二氧化碳压裂与渗透率测试一体的实验装置及方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2534186C2 (ru) * | 2009-05-01 | 2014-11-27 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Способ (варианты) и система для оптимизации операций изоляции диоксида углерода |
| US8683858B2 (en) * | 2010-12-13 | 2014-04-01 | University Of Wyoming | Recirculating, constant backpressure core flooding apparatus and method |
| KR101248531B1 (ko) * | 2011-12-05 | 2013-04-03 | 한국지질자원연구원 | 이산화탄소 지중저장 매질의 공극률과 투과율 측정 장치 및 방법 |
| CN108505993A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-09-07 | 西南石油大学 | 一种地层压力测试物理模拟与刻度装置及方法 |
| US11353621B2 (en) * | 2019-03-04 | 2022-06-07 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Method and alarming system for CO2 sequestration |
-
2022
- 2022-02-15 CN CN202210136463.5A patent/CN114544461B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203929685U (zh) * | 2014-06-30 | 2014-11-05 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种高压核磁共振co2地质封存模型试验装置 |
| CN104458918A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-03-25 | 重庆大学 | 超临界二氧化碳压裂页岩损伤定位监测装置及方法 |
| CN104777269A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-07-15 | 中国矿业大学 | 一种超临界co2注入与煤层气强化驱替模拟试验方法 |
| WO2017128479A1 (zh) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | 中国矿业大学 | 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法 |
| CN105784567A (zh) * | 2016-04-28 | 2016-07-20 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种测试岩心相对渗透率的设备和方法 |
| CN108414418A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-08-17 | 中国矿业大学 | 一种三轴渗透率测试方法 |
| CN109164032A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-01-08 | 中国矿业大学 | 岩石全自动盐水-超临界co2两相渗透率测试系统及方法 |
| CN109298162A (zh) * | 2018-12-03 | 2019-02-01 | 重庆大学 | 不同相态二氧化碳致裂页岩装置及实验方法 |
| CN110702876A (zh) * | 2019-09-19 | 2020-01-17 | 徐州江恒能源科技有限公司 | 深部多场耦合作用下岩土体气-水运移全过程测试系统 |
| WO2021143229A1 (zh) * | 2020-01-17 | 2021-07-22 | 同济大学 | 测量多场多相耦合条件下超低渗介质气体渗透参数的试验系统 |
| CN111220525A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-02 | 中南大学 | 高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置 |
| CN111289698A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-06-16 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种实验模拟co2地质封存可行性的系统 |
| CN111537549A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-14 | 北京大学 | 一种相态连续变化的二氧化碳驱油封存与压裂装置和实验方法 |
| CN113530516A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-22 | 中国矿业大学 | 一种脉动co2泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置及方法 |
| CN113607620A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-05 | 东北大学 | 超临界二氧化碳压裂与渗透率测试一体的实验装置及方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Mechanical responses of coals under the effects of cyclical liquid CO2__during coalbed methane recovery process;Jizhao Xu;Fuel;1-10 * |
| 二氧化碳地质存储与煤层气强化开发有效性研究述评;桑树勋;;煤田地质与勘探(05);4-12 * |
| 塔里木盆地奥陶系礁灰岩CO_2毛细残余封存能力实验研究;李旭峰;常春;郭建强;于青春;;地学前缘(06);194-198 * |
| 考虑煤体层理方向效应的液态CO_2致裂增透规律;翟成;煤矿安全;5-9 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114544461A (zh) | 2022-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114544461B (zh) | 一种超临界co2封存与损伤监测试验系统及方法 | |
| CN110160885B (zh) | 多场耦合作用下测量低渗透煤岩渗透率的实验装置及方法 | |
| CN110057740B (zh) | 高温高压煤岩超临界二氧化碳压裂-蠕变-渗流试验方法 | |
| CN105675434A (zh) | 一种含气量测量系统及测量方法 | |
| CN111220525A (zh) | 高温高压条件下超临界二氧化碳岩石裂隙渗流装置 | |
| CN102147348B (zh) | 一种测量气体在煤中渗透的测量装置及测量方法 | |
| CN108426782A (zh) | 多场耦合作用下岩石损伤演化超声波监测装置 | |
| CN105004650B (zh) | 气热力耦合作用下低渗岩石时效变形中气体渗透测试方法 | |
| CN207832584U (zh) | 多场耦合作用下岩石损伤演化超声波监测装置 | |
| CN113311138B (zh) | 一种基于光纤布拉格光栅传感的断层中流体泄漏探测和追踪的方法及系统 | |
| CN217332081U (zh) | 岩石化学腐蚀环境下co2三轴渗流测试系统 | |
| CN116593673A (zh) | 一种模拟热烟气封存及甲烷抽采的可视化试验系统及方法 | |
| CN103675452A (zh) | 一种模拟储层条件的岩石电阻率测试系统及方法 | |
| CN113945482A (zh) | 低渗煤层注co2驱替煤层气连续过程的模拟试验方法 | |
| CN110530771A (zh) | 煤岩样气体渗流试验用压力室 | |
| CN116735835A (zh) | 一种致密砂岩凝析气藏衰竭开发模拟装置及方法 | |
| CN110529107B (zh) | 煤层应变、渗流、驱替及射流综合试验装置及方法 | |
| CN205749187U (zh) | 一种含气量测量系统 | |
| CA2003714C (fr) | Methode et dispositif d'analyse d'un fluide polyphasique en ecoulement dans une conduite | |
| CN107702999B (zh) | 微型水力压裂缝网定量检测装置及方法 | |
| CN110794117B (zh) | 一种以超临界二氧化碳为热工质的干热岩实验室模拟系统及模拟方法 | |
| CN115248177B (zh) | 一种基于光纤传感的低渗透岩石突破压力的测量方法及装置 | |
| CN105717255A (zh) | 复合溶剂浸泡吞吐循环实验装置与模拟开采方法 | |
| CN112649305B (zh) | 用于高温高压岩心测试的装置及高温高压岩心测试的方法 | |
| CN110778355B (zh) | 一种煤层气原位排采试验装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |