CN115541634A - 超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统 - Google Patents

超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN115541634A
CN115541634A CN202211308990.6A CN202211308990A CN115541634A CN 115541634 A CN115541634 A CN 115541634A CN 202211308990 A CN202211308990 A CN 202211308990A CN 115541634 A CN115541634 A CN 115541634A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
sample chamber
sample
pipeline
heating device
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.)
Pending
Application number
CN202211308990.6A
Other languages
English (en)
Inventor
周娟
荆铁亚
赵文韬
朱明宇
张健
尹玉龙
刘练波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Original Assignee
Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaneng Clean Energy Research Institute, Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd filed Critical Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority to CN202211308990.6A priority Critical patent/CN115541634A/zh
Publication of CN115541634A publication Critical patent/CN115541634A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/44—Sample treatment involving radiation, e.g. heat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本申请公开了一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统，模拟试验系统包括气密检测气源罐、咸水罐、二氧化碳气源罐、样品室、气体采集装置、气体组分分析仪、抽真空泵、次声波监测单元、数据监控工作站和无损检测仪。样品室为能够承受高压的容器，样品室的内壁设置有第一加热装置和三轴夹持装置，样品室的进气口向外连接第一管路，出气口向外连接第二管路，第一管路和第二管路分别于靠近样品室的位置设置有传感器组，传感器组包括气体流量计、压力传感器和温度传感器。第一管路设置有第二加热装置，气密检测气源罐、咸水罐和二氧化碳气源罐分别通过管路与第一管路连接，气体采集装置和抽真空泵分别与第二管路连接。

Description

超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统
技术领域
本申请涉及压裂增采技术领域，特别是涉及一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统。
背景技术
CO2压裂具有对储层伤害小、压裂后易返排、相变增能、溶解降黏的技术优势，得到了快速的发展，已广泛用于油气开采行业的低渗地层的压裂改造试验。但是，目前关于超临界CO2对咸水层的压裂驱替技术的研究还比较少，影响了CO2压裂技术在工程实践中的进一步发展，因此，如何提供一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统，以进行相关技术研究，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统，便于开展关于超临界CO2对咸水层的压裂驱替技术的试验研究，从而为工程实践优化注入井参数提供参考。
为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验系统，包括：
样品室，所述样品室为能够承受高压的容器，所述样品室的内壁设置有第一加热装置和三轴夹持装置，所述样品室的进气口向外连接第一管路，所述样品室的出气口向外连接第二管路，所述第一管路和所述第二管路分别于靠近所述样品室的位置设置有传感器组，所述传感器组包括气体流量计、压力传感器和温度传感器；
次声波监测单元，包括布置于所述样品室外的多个次声波传感器和与所述次声波传感器连接的次声波监测仪；
第二加热装置，设置于所述第一管路；
气体采集装置和抽真空泵，分别与所述第二管路连接；
气体组分分析仪，与所述气体采集装置通过管路连接；
数据监控工作站，与所述气体组分分析仪、所述次声波监测仪、所述第一加热装置、所述三轴夹持装置和所述传感器组分别通过导线连接；
无损检测仪，用于对岩石样品的内部进行检测；以及
气密检测气源罐、咸水罐和二氧化碳气源罐，分别通过管路与所述第一管路上位于所述第二加热装置远离所述样品室的一侧的部分连接。
可选地，在上述模拟试验系统中，所述次声波传感器为6个，分散布置于以所述样品室为坐标原点的三坐标轴上。
可选地，在上述模拟试验系统中，所述气密检测气源罐和所述咸水罐均经第一增压泵与所述第一管路连接。
可选地，在上述模拟试验系统中，所述二氧化碳气源罐经第二增压泵与所述第一管路连接。
可选地，在上述模拟试验系统中，所述气体采集装置设置有气体释放阀。
可选地，在上述模拟试验系统中，所述无损检测仪为CT扫描仪。
一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法，使用如上述任意一项所公开的模拟试验系统，包括以下步骤：
样品加热及加压：将取自咸水层的岩石样品经样品入口放入样品室并固定于三轴夹持装置上，第一加热装置按预设温度持续加热预设时间保证岩石样品充分干燥，确定了岩石样品的重量减少量后封闭样品入口，第一加热装置维持试验温度，同时三轴夹持装置以预设加压速度对岩石样品缓慢加压至目标压力模拟出岩石在咸水层所受的围压；
气密性检查：来自气密检测气源罐的检测气体经第二加热装置加热后通入样品室，当样品室内气压达到预设值后停止通入检测气，根据样品室内的气压变化情况确定气密性符合要求后，由抽真空泵排净系统内的检测气体；
咸水注入：来自咸水罐的咸水经第二加热装置加热后通入样品室，当岩石样品恢复至样品加热前的重量时停止通入咸水；
压裂与驱替：来自二氧化碳气源罐的二氧化碳与来自气密检测气源罐的检测气体按预设比例混合并经第二加热装置加热后通入样品室，导通气体采集装置与样品室之间的管路，由数据监控工作站对压裂与驱替的过程数据进行采集与监控，由气体组分分析仪对试验气体组分进行测试分析，当气体组分分析仪测试到试验气体的CO2含量达到通入样品室前的混合气体的CO2含量时，关闭二氧化碳气源罐和气密检测气源罐停止向样品室通入气体，然后关闭第一加热装置和第二加热装置，样品室释压、降温；
样品检测：从样品室取出岩石样品后放入无损检测仪，由无损检测仪进行压裂效果分析。
可选地，在上述模拟试验方法中，所述预设加压速度不大于1MPa/min。
可选地，在上述模拟试验方法中，所述预设时间不少于10小时。
可选地，在上述模拟试验方法中，在所述压裂与驱替步骤中，二氧化碳和检测气体的混合气体通入样品室的速率不大于50ml/min。
本申请提供的模拟试验系统能够取得以下有益效果：
通过模拟试验获得CO2压裂咸水层过程中不同时刻咸水层岩石三维结构上的变化特征，通过模拟试验获得不同工况下CO2压裂咸水层效果及其与咸水产出之间的关系；
采用三轴加压(立方体形)的方式模拟深部压力条件(不同轴向的压力可以不相同)，将咸水层岩石样品与高压反应装置(即样品室)内壁无间隙紧密接触，并直接对咸水层岩石样品加压，模拟效果接近于真实环境；
二氧化碳可直接持续注入咸水层岩石样品，由岩石样品的一端向另一端运移，样品室内的压力变化由于气体的注入引起，整个过程是一种动态压裂与驱替的持续过程；
通过模拟试验可以将超临界CO2对咸水层改造时的压裂过程与驱咸水过程有机融合在一起开展针对性研究，便于指导实际工程实践。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验系统的示意图；
图2是本申请实施例提供的模拟试验系统中次声波传感器围绕样品室布置的示意图。
图中标记为：
1、氦气气源罐；11、氦气进气阀；2、咸水罐；21、咸水进液阀；3、二氧化碳气源罐；31、二氧化碳进气阀；4、第一增压泵；41、氦气增压阀；5、第二增压泵；51、二氧化碳增压阀；6、第二加热装置；61、样品室进气阀；7、样品室；71、样品室出气阀；8、第一加热装置；9、三轴夹持装置；10、岩石样品；12、抽真空泵；121、抽真空出气阀；13、气体采集装置；131、气体采集进气阀；132、气体释放阀；14、气体组分分析仪；141、气体分析进气阀；15、数据监控工作站；16、无损检测仪；17、次声波监测单元；171、次声波传感器；172、次声波监测仪；a、温度传感器；b、压力传感器；c、气体流量计。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1和图2，本申请实施例提供了一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验系统，包括氦气气源罐1、咸水罐2、二氧化碳气源罐3、样品室7、抽真空泵12、气体采集装置13、气体组分分析仪14、数据监控工作站15、无损检测仪16和次声波监测单元17。其中，氦气气源罐1装有高纯度氦气，二氧化碳气源罐3装有高纯度二氧化碳，咸水罐2装有根据咸水层的咸水成分和浓度预先制备的咸水，样品室7为能够承受高压的容器，样品室7的内壁设置有第一加热装置8和三轴夹持装置9，第一加热装置8用于加热以及使样品室7维持试验温度，三轴夹持装置9用于对岩石样品10从三轴方向施加压力以模拟咸水层岩石所受围压，抽真空泵12用于在系统进行气密性检测之后将系统中的检测气体排净，气体组分分析仪14与气体采集装置13通过管路连接，气体采集装置13用于收集来自样品室7的试验气体，气体组分分析仪14用于检测来自气体采集装置13的试验气体的组分及含量，数据监控工作站15用于从系统中各仪器设备处采集试验过程的相关数据并进行监控，无损检测仪16用于对试验后的岩石样品10内部进行检测，准确刻画压裂情况，以便后续进行压裂效果分析。次声波监测单元17包括布置于样品室7外的多个次声波传感器171和与次声波传感器171连接的次声波监测仪172，用于对压裂过程次声波数据进行实时监测记录与存储，以便后续对压裂驱替过程进行研究分析。
如图1所示，第一加热装置8和三轴夹持装置9设置于样品室7的内壁，也就是说，第一加热装置8和三轴夹持装置9几乎不占据样品室7的容腔，岩石样品10与样品室7内壁近似无间隙紧密接触，由三轴夹持装置9直接对岩石样品10加压，即，岩石样品10应当预先按照样品室7容腔的大小制作，例如，本实施例中，样品室7整体呈正方体，因此岩石样品10应制作为正方体形。样品室7具有能够打开和关闭的门作为取放岩石样品10的样品入口，即，岩石样品10通过该样品入口进出样品室7。此外，样品室7设置有进气口和出气口，由于岩石样品10与样品室7内壁近似无间隙紧密接触，所以通入的二氧化碳可直接持续注入岩石样品10，由岩石样品10的一端向另一端运移，最后由出气口离开样品室7，在一优选的实施方式中，进气口和出气口分别设置在样品室7相对的两个侧壁上。需要说明的是，为了简化结构，本申请令来自咸水罐2的咸水也通过进气口进入样品室7，而不再单独为咸水设置进液口，即，上述进气口和/或出气口可以供液体进出样品室7。样品室7的进气口向外连接第一管路，样品室7的出气口向外连接第二管路，第一管路和第二管路分别于靠近样品室7的位置设置有传感器组，传感器组包括气体流量计c、压力传感器b和温度传感器a。第一管路上设置有第二加热装置6，气密检测气源罐、咸水罐2和二氧化碳气源罐3，分别通过管路与第一管路上位于第二加热装置6远离样品室7的一侧的部分连接，第二加热装置6用于对经过的液体或气体进行加热，以使液体和气体能够在试验温度下进入样品室7，尽量避免温差对试验过程的影响。气体采集装置13和抽真空泵12分别与第二管路连接，即，第二管路远离样品室7的一端分成两路，其中一路连接抽真空泵12，另一路连接气体采集装置13。数据监控工作站15与气体组分分析仪14、次声波监测仪172、第一加热装置8、三轴夹持装置9和传感器组分别通过导线连接。
本实施例中，氦气气源罐1和咸水罐2均经第一增压泵4与第一管路连接，如图1所示，氦气和咸水都经过第一增压泵4去往样品室7，这样简化了系统的结构，减少了设备投入成本。当然，在其他的实施例中，也可以分别为氦气气源罐1和咸水罐2单独配备增压泵。二氧化碳由于要与氦气混合后去往样品室7，因此可以为二氧化碳气源罐3单独配备一个增压泵，如图1所示，本实施例中，二氧化碳气源罐3经第二增压泵5与第一管路连接。为了提高试验的控制精度，本申请可以在增压泵之后连接增压阀，本实施例中，第一增压泵4与第一管路之间设置有氦气增压阀41，第二增压泵5与第一管路之间设置有二氧化碳增压阀51。需要说明的是，当增压泵或增压阀单独使用能够满足试验对气压的要求时，也可以仅设置增压泵和增压阀两者中的一者，而将另一者省去。
气体采集装置13具有收集试验气体的容器，为了能够在试验后快速排净气体采集装置13中的试验气体，本申请可以令气体采集装置13设置有气体释放阀132。气体采集装置13中的试验气体经管路进入气体组分分析仪14，气体组分分析仪14将检测结果通过导线传送给数据监控工作站15，并将试验气体排到指定地方，例如直接排向大气环境，或者设置与气体组分分析仪14通过管路连接的储气罐，气体组分分析仪14将试验气体排向此储气罐留待后续处理。
具体地，无损检测仪16有多种类型可供选择，例如，超声波探测仪、CT扫描仪、X光摄像机等。需要说明的是，无损检测仪16可以配置为多台，包括仪器类型可以为两种以上，例如，本申请可以模拟试验系统包括一台CT扫描仪和一台超声波探测仪。
次声波监测单元17在布置时应当尽量将次声波传感器171全方位地包围样品室7，如图2所示，本实施例中，次声波传感器171为6个，分散布置于以样品室7为坐标原点的三坐标轴上，即，分别布置在样品室7的上侧、下侧、前侧、后侧、左侧和右侧。次声波传感器171与样品室7之间的距离一般设置为1～2m，例如可以为1.5m。
使用本申请提供的模拟试验系统，本申请还提供了一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法，试验之前需要准备岩石样品10和咸水，岩石样品10从地下咸水层开采获得，开采时带一部分水样回来，在实验室根据水样的组分和浓度制备咸水并盛装于咸水罐2待用。模拟试验方法主要包括以下步骤：
(1)样品加热及加压：将取自咸水层的岩石样品10经样品入口放入样品室7并固定于三轴夹持装置9上，第一加热装置8按预设温度持续加热预设时间保证岩石样品10充分干燥，确定了岩石样品10的重量减少量后封闭样品入口，第一加热装置8维持试验温度，同时三轴夹持装置9以预设加压速度对岩石样品10缓慢加压至目标压力模拟出岩石在咸水层所受的围压。
具体地，岩石样品10放入到样品室7后先不关闭样品入口，即在样品室7敞口的整体下对样品进行加热，这样使岩石样品10中的水分完全散出，岩石样品10干燥后重量减轻，确定出的岩石样品10的重量减少量作为后续咸水注入量的参考值。确定重量减少量的方式可以是将样品室7放置在称重装置上，这样无需将岩石样品10取出就可以获得岩石样品10的重量减少量。在样品加热阶段，持续加热时间一般不少于10小时，例如可以为12小时，加热温度可以根据需要设置，例如可以为80°～120°。封闭样品入口之后样品室7为密闭状态，第一加热装置8维持试验温度以提供恒温环境，试验温度一般为100～160℃，试验过程中，恒温环境的温度变化尽快控制在0.2℃以内。三轴夹持装置9施加压力一般由液压缸提供，加压速度不宜过大，一般设置为不大于1MPa/min，例如可以为0.5MPa/min。当加压到目标压力后，三轴夹持装置9维持在该目标压力，目标压力根据需要模拟的咸水层环境设置，例如可以为10～30MPa。
(2)气密性检查：来自氦气气源罐1的氦气经第二加热装置6加热后通入样品室7，当样品室7内气压达到预设值后停止通入检测气，根据样品室7内的气压变化情况确定气密性符合要求后，由抽真空泵12排净系统内的氦气。
气密性检查主要是确认系统能够安全运行，预防试验安全事故的发生。具体地，如图1所示，打开氦气进气阀11、样品室进气阀61，关闭样品室出气阀71，向样品室7内注入高纯氦气，注入压力高于系统设计压力1MPa，压力稳定后关闭氦气进气阀11、样品室进气阀61，检测系统气密性，即检查系统是否有漏气现象。确认没有漏气现象后，判定气密性符合要求，然后抽真空，将抽真空泵12开启，打开样品室出气阀71、抽真空出气阀121，其他阀门处于关闭状态，抽真空10～12小时，去除系统内残留气体。关闭抽真空泵12，关闭样品室出气阀71、抽真空出气阀121。
(3)咸水注入：来自咸水罐2的咸水经第二加热装置6加热后通入样品室7，当岩石样品10恢复至样品加热前的重量时停止通入咸水。
注入咸水是使干燥的岩石样品10恢复到样品加热之前的重量，从而模拟出岩石在地下咸水层的含水状态。具体地，如图1所示，打开咸水进液阀21向样品室7缓缓注入咸水，直到注入量达到所需值，然后关闭第一增压泵4。需要说明的是，咸水注入速度不宜过大，以确保注入样品室7的咸水不会从样品室7的出气口流出，也就是确保注入的咸水全部留在样品室7被岩石样品10吸收。
(4)压裂与驱替：来自二氧化碳气源罐3的二氧化碳与来自氦气气源罐1的氦气按预设比例混合并经第二加热装置6加热后通入样品室7，导通气体采集装置13与样品室7之间的管路，由数据监控工作站15对压裂与驱替的过程数据进行采集与监控，由气体组分分析仪14对试验气体组分进行测试分析，当气体组分分析仪14测试到试验气体的CO2含量达到通入样品室7前的混合气体的CO2含量时，关闭二氧化碳气源罐3和氦气气源罐1停止向样品室7通入气体，然后关闭第一加热装置8和第二加热装置6，样品室7释压、降温。
具体地，如图1所示，打开二氧化碳进气阀31、氦气进气阀11、样品室进气阀61，开启第一增压泵4和第二增压泵5，将二氧化碳和氦气按照试验设计的混合比例经第二加热装置6加热后注入样品室7，迅速打开样品室出气阀71、气体采集进气阀131及气体分析进气阀141。试验过程数据(各传感器、三轴夹持装置9、第一加热装置8、次声波监测单元17等的数据)由数据监控工作站15进行采集与监控。当气体组分分析仪14(例如气相色谱仪)测试到试验气体的CO2含量与前面设计混合比例时的CO2含量一致时，说明二氧化碳已不再被岩石样品10吸收，此时可以结束压裂与驱替阶段，依次关闭各气源阀门、各增压泵、加热装置，样品室7慢慢释压、降温。设计的二氧化碳和氦气的混合比例可以是混合气体中CO2含量为50％～70％。在压裂与驱替过程中，气体通入样品室7的速率一般设置为不大于50ml/min，例如可以为30ml/min或40ml/min。
在其他的实施例中，也可以用其他气体代替氦气作为进行气密检测以及与二氧化碳混合的气体，需要说明的是，在选择其他气体时，应当选用不易注入岩石样品10中的气体，以保证混合气体经过样品室7内的岩石样品10时只有二氧化碳注入到岩石样品10中，这样，通过气体组分分析仪14检测来自气体采集装置13的试验气体的CO2含量可以判断出样品室7内二氧化碳注入岩石样品10的量是否已达到饱和值(即岩石样品10的封存容量)。
(5)样品检测：从样品室7取出岩石样品10后放入无损检测仪16，由无损检测仪16进行压裂效果分析。
本申请提供的模拟试验系统可以进行超临界CO2压裂咸水层同时采出咸水的模拟试验，即对工程实践现场的压裂咸水层与驱水过程进行模拟，因而能够实现研究超临界CO2注入压力、注入速率、注入量等对咸水层的压裂效果以及咸水采出的影响，能够实现研究温度对临界CO2改造咸水层的影响，进而得到特定咸水层临界CO2压裂的最佳注入条件。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验系统，其特征在于，包括：
样品室，所述样品室为能够承受高压的容器，所述样品室的内壁设置有第一加热装置和三轴夹持装置，所述样品室的进气口向外连接第一管路，所述样品室的出气口向外连接第二管路，所述第一管路和所述第二管路分别于靠近所述样品室的位置设置有传感器组，所述传感器组包括气体流量计、压力传感器和温度传感器；
次声波监测单元，包括布置于所述样品室外的多个次声波传感器和与所述次声波传感器连接的次声波监测仪；
第二加热装置，设置于所述第一管路；
气体采集装置和抽真空泵，分别与所述第二管路连接；
气体组分分析仪，与所述气体采集装置通过管路连接；
数据监控工作站，与所述气体组分分析仪、所述次声波监测仪、所述第一加热装置、所述三轴夹持装置和所述传感器组分别通过导线连接；
无损检测仪，用于对岩石样品的内部进行检测；以及
气密检测气源罐、咸水罐和二氧化碳气源罐，分别通过管路与所述第一管路上位于所述第二加热装置远离所述样品室的一侧的部分连接。
2.根据权利要求1所述的模拟试验系统，其特征在于，所述次声波传感器为6个，分散布置于以所述样品室为坐标原点的三坐标轴上。
3.根据权利要求1所述的模拟试验系统，其特征在于，所述气密检测气源罐和所述咸水罐均经第一增压泵与所述第一管路连接。
4.根据权利要求3所述的模拟试验系统，其特征在于，所述二氧化碳气源罐经第二增压泵与所述第一管路连接。
5.根据权利要求1所述的模拟试验系统，其特征在于，所述气体采集装置设置有气体释放阀。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的模拟试验系统，其特征在于，所述无损检测仪为CT扫描仪。
7.一种超临界CO2压裂驱替咸水层的模拟试验方法，其特征在于，使用如权利要求1～6中任意一项所述的模拟试验系统，包括以下步骤：
样品加热及加压：将取自咸水层的岩石样品经样品入口放入样品室并固定于三轴夹持装置上，第一加热装置按预设温度持续加热预设时间保证岩石样品充分干燥，确定了岩石样品的重量减少量后封闭样品入口，第一加热装置维持试验温度，同时三轴夹持装置以预设加压速度对岩石样品缓慢加压至目标压力模拟出岩石在咸水层所受的围压；
气密性检查：来自气密检测气源罐的检测气体经第二加热装置加热后通入样品室，当样品室内气压达到预设值后停止通入检测气，根据样品室内的气压变化情况确定气密性符合要求后，由抽真空泵排净系统内的检测气体；
咸水注入：来自咸水罐的咸水经第二加热装置加热后通入样品室，当岩石样品恢复至样品加热前的重量时停止通入咸水；
压裂与驱替：来自二氧化碳气源罐的二氧化碳与来自气密检测气源罐的检测气体按预设比例混合并经第二加热装置加热后通入样品室，导通气体采集装置与样品室之间的管路，由数据监控工作站对压裂与驱替的过程数据进行采集与监控，由气体组分分析仪对试验气体组分进行测试分析，当气体组分分析仪测试到试验气体的CO2含量达到通入样品室前的混合气体的CO2含量时，关闭二氧化碳气源罐和气密检测气源罐停止向样品室通入气体，然后关闭第一加热装置和第二加热装置，样品室释压、降温；
样品检测：从样品室取出岩石样品后放入无损检测仪，由无损检测仪进行压裂效果分析。
8.根据权利要求7所述的模拟试验方法，其特征在于，所述预设加压速度不大于1MPa/min。
9.根据权利要求8所述的模拟试验方法，其特征在于，所述预设时间不少于10小时。
10.根据权利要求7～9中任意一项所述的模拟试验方法，其特征在于，在所述压裂与驱替步骤中，二氧化碳和检测气体的混合气体通入样品室的速率不大于50ml/min。
CN202211308990.6A 2022-10-25 2022-10-25 超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统 Pending CN115541634A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211308990.6A CN115541634A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211308990.6A CN115541634A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115541634A true CN115541634A (zh) 2022-12-30

Family

ID=84718730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211308990.6A Pending CN115541634A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115541634A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117491502A (zh) * 2023-11-02 2024-02-02 陕西地矿创新研究院有限公司 一种不同co2饱和度岩石物理测试装置及实验方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117491502A (zh) * 2023-11-02 2024-02-02 陕西地矿创新研究院有限公司 一种不同co2饱和度岩石物理测试装置及实验方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106840991B (zh) 一种非常规天然气岩-气-热多过程耦合试验系统
CN107850508B (zh) 用于检验密封产品的密闭度的方法和用于检测泄漏的设备
RU2697421C1 (ru) Интегрированный газонепроницаемый измерительный прибор для измерения содержания газа
CN109211755A (zh) 含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置及方法
CN115979899B (zh) 含氦天然气中氦气有效扩散系数测试装置及方法
CN111272635A (zh) 一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置及测试方法
CN115541634A (zh) 超临界co2压裂驱替咸水层的模拟试验方法及系统
CN108362623A (zh) 一种基于μCT扫描的微观岩石耦合渗透试验装置
CN110231269B (zh) 一种黏土岩的可视化真三轴加卸载渗流试验设备
CN103913279A (zh) 利用氦气与空气混合测试油冷器密封性的方法及设备
CN111650354B (zh) 一种水合物评价实验系统及方法
CN108120805A (zh) 气体浓度检测装置和气体浓度检测方法
CN111272636A (zh) 一种不同地应力下岩石孔隙度测量装置及方法
CN103900755A (zh) 一种应用ct测量油气最小混相压力的装置与方法
CN106949373A (zh) 一种压力容器氮气置换方法及装置
CN205749187U (zh) 一种含气量测量系统
CN102607780A (zh) 氦气检漏试验装置及方法
CN113945482A (zh) 低渗煤层注co2驱替煤层气连续过程的模拟试验方法
CN113686750A (zh) 一种煤系地层复合相态co2渗流特性试验装置及应用
CN106324009A (zh) 岩心驱替实验设备和实验方法
CN114778401B (zh) 一种模拟冲击地压条件下的煤岩渗透率测定装置及方法
CN115266465A (zh) 一种工业ct瓦斯吸附实验系统及使用方法
CN110044789B (zh) 一种最小启动压力及压力波传播速率的测量装置及方法
CN114062225A (zh) 低渗煤层酸化增透受载煤体瓦斯渗流多场耦合实验系统及实验方法
Bauer et al. Helium-Mass-Spectrometry-Permeameter for the measurement of permeability of low permeability rock with application to triaxial deformation conditions

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