CN212206913U - 一种实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，包括恒温箱、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、N2气瓶、第一导管、CO2气瓶、第二导管、第三导管、水容器、试剂漏斗及第四导管，该装置能够模拟二氧化碳、氮气及水在不同实验条件下对干热岩的压裂效果。
Description
技术领域
本实用新型属于地热资源开发技术领域，涉及一种实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置。
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。干热岩是指地下高温但由于低孔隙度和低渗透率而缺少流体或少量流体的岩石(体)，储存于干热岩中的热量需通过人工压裂形成增强型地热系统(EGS)才能得以开采。干热岩区别于水热型地热岩层的突出特点是储层致密，不含或含有少量的流体，须压裂造储取热。干热岩地热开发通常需要在深部的高温储热岩层中，通过水力压裂等方式，形成一个可以进行热交换的场所，即具有高渗透性的裂缝体系。生产时，通过注入(回灌)井中注入低温水与周围岩石发生热交换，产生高温、高压水或水汽混合物，在开采井中产出用于直接供热或发电。目前干热岩地热兆瓦级发电工作才刚刚起步，尚处于试验阶段，岩体改造以水力压裂为主，压力起裂压裂大，裂缝复杂发育程度不好，常常会形成热突破效应，换热效率大大降低。
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，且CO2压裂裂缝延伸距离远，作为气体，CO2还具有压裂返排效果好的特点，是干热岩压裂的较理想介质，还可以结合氮气产生泡沫压裂，或混合清水采用混合压裂，添加剂的加入也可以有效提高压裂液粘度、降低阻力等，以此，多类型流体改造干热岩可以保证良好的压裂效果。另外，CO2作为温室气体，大规模的排放会造成严重的环境破坏，造成气温升高，海平面上升，通过压裂干热岩等地热介质，可以把二氧化碳封存在地下储层中，也是一种可行的减少CO2排放的方法。
目前，干热岩压裂主要采用水力压裂，二氧化碳、氮气等应用于干热岩压裂技术尚未开展，不同地质背景下不同流体组分的压裂效果不清，排量、浓度等压裂工程因素对压裂后的裂缝发育影响不明确，缺少相关的模拟实验设备。
因此，有必要形成一种实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置。
实用新型内容
本实用新型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多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，该装置能够模拟二氧化碳、氮气及水在不同实验条件下对干热岩的压裂效果。
为达到上述目的，本实用新型所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置包括恒温箱、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、N2气瓶、第一导管、CO2气瓶、第二导管、第三导管、水容器、试剂漏斗及第四导管；
干热岩岩样位于恒温箱内，干热岩岩样的顶部设置有第一压力传感片，第一加压泵经第一压力传感杆与第一压力传感片相连接，干热岩岩样的右侧面上设置有第二压力传感片，第二加压泵经第二压力传感杆与第二压力传感片相连接，干热岩岩样的前侧面上设置有第三压力传感片，第三加压泵经第三压力传感杆与第三压力传感片相连接；
N2气瓶的出口与第一导管的入口相连通，CO2气瓶的出口与第一导管的入口相连通，第一导管的出口与第二导管的入口相连通，第三导管的一端插入于水容器内，第三导管的另一端与第二导管的入口相连通，第三导管上设置有第一抽液泵，试剂漏斗的出口经第四导管与第二导管的入口相连通，第二导管的出口与干热岩岩样左侧面的入口相连通。
N2气瓶经第五导管与第一导管相连通，第五导管上设置有第二抽液泵、第一流量计及第一阀门。
CO2气瓶的出口经第六导管与第一导管相连通，第六导管上设置有第二阀门、第三抽液泵及第二流量计。
第三导管上设置有第三阀门及第三流量计。
第四导管上设置有第四阀门、第四抽液泵及第四流量计。
第二导管上设置有第五阀门及第五流量计。
还包括支架，其中，恒温箱放置于支架上。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置在具体操作时，利用第一抽液泵、第二抽液泵、第三抽液泵、恒温箱、第一加压泵、第二加压泵及第三加压泵模拟不同干热岩体所处所需的温度、压力等地质条件，依据实验设计，可以开展CO2、N2和水等流体单一流体或两者、三者混合流体的压裂致裂实验，同时可以通过试剂漏斗添加试剂，以增加压裂流体的粘度、提高携支撑剂能力，降低摩擦阻力等。通过不同类型流体按比例组合可以研究不同地质条件下的干热岩压裂效果；通过压裂前后对干热岩岩样进行观察和CT扫描，可以宏观和微观地进行分析。CO2等流体作为压裂液对干热岩进行压裂，可以有效地降低起裂压力，增加裂缝的复杂程度，降低对干热岩体地层的损害。该实验装置和系统具有测定不同地质背景下多类型压裂液压裂干热岩的压裂效果评价，结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
其中，1为N2气瓶、2为CO2气瓶、3为第一阀门、4为第五导管、5为第二抽液泵、6为第一流量计、7为第二阀门、8为第三抽液泵、9为第二流量计、10为第六导管、11为第一导管、12为第五阀门、13为水容器、14为第三阀门、15为第一抽液泵、16为第三流量计、17为第三导管、18为试剂漏斗、19为第四阀门、20为第四抽液泵、21为第四流量计、22为第四导管、23为第二导管、24为第五流量计、25为恒温箱、26为干热岩岩样、27为第一加压泵、28为第一压力传感杆、29为第一压力传感片、30为第二加压泵、31为第二压力传感杆、32为第二压力传感片、33为第三加压泵、34为第三压力传感杆、35为第三压力传感片、36为支架。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
参考图1，本实用新型所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置包括恒温箱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、N2气瓶1、第一导管11、CO2气瓶2、第二导管23、第三导管17、水容器13、试剂漏斗18及第四导管22；干热岩岩样26位于恒温箱25内，干热岩岩样26的顶部设置有第一压力传感片29，第一加压泵27经第一压力传感杆28与第一压力传感片29相连接，干热岩岩样26的右侧面上设置有第二压力传感片32，第二加压泵30经第二压力传感杆31与第二压力传感片32相连接，干热岩岩样26的前侧面上设置有第三压力传感片35，第三加压泵33经第三压力传感杆34与第三压力传感片35相连接；N2气瓶1的出口与第一导管11的入口相连通，CO2气瓶2的出口与第一导管11的入口相连通，第一导管11的出口与第二导管23的入口相连通，第三导管17的一端插入于水容器13内，第三导管17的另一端与第二导管23的入口相连通，第三导管17上设置有第一抽液泵15，试剂漏斗18的出口经第四导管22与第二导管23的入口相连通，第二导管23的出口与干热岩岩样26左侧面的入口相连通。
具体的，N2气瓶1经第五导管4与第一导管11相连通，第五导管4上设置有第二抽液泵5、第一流量计6及第一阀门3，CO2气瓶2的出口经第六导管10与第一导管11相连通，第六导管10上设置有第二阀门7、第三抽液泵8及第二流量计9，第三导管17上设置有第三阀门14及第三流量计16，第四导管22上设置有第四阀门19、第四抽液泵20及第四流量计21，第二导管23上设置有第五阀门12及第五流量计24。
本实用新型还包括支架36，其中，恒温箱25放置于支架36上。
各压力传感片的大小尺度与正方形岩样尺寸一致，为正方体，保证受力的均匀，尺寸多为30cm×30cm×30cm或40cm×40cm×40cm；通过各加压泵模拟实际地质压力。各流量计的量程均为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。
本实用新型的具体工作过程为：
1)依据实验设计，制备干热岩岩样26，尺寸为30cm×30cm×30cm或40cm×40cm×40cm；对岩样进行表面拍照描述和CT三维扫描，按实验要求制备多组岩样，保证岩样力学和岩矿性质的一致性；
2)把岩样放入恒温箱25内固定处，使第一压力传感片29、第二压力传感片32及第三压力传感片35放置在相互垂直的干热岩岩样26平面上，调节恒温箱25和第一加压泵27、第二加压泵30、第三加压泵33设置实验的温度和压力；
1)依据实验条件，关闭第一阀门3、第三阀门14，打开第五阀门12、第二阀门7、第四阀门19，在试剂漏斗18内加入增稠剂及降阻剂，按实验设定条件，以设定的个CO2流量速率对岩样进行压裂；压裂时间大于1h；
2)压裂完成后，关闭第五阀门12，岩样加载压力卸载，观测岩样表面裂缝情况，并进行CT三维扫描；
3)重新放置岩样，打开第一阀门3、第五阀门12，设定岩石试样加载温度和压力，开启第二抽液泵5和第三抽液泵8，调整流量速率，按一定速率加入压裂液试剂，使混合气体以一定组合对岩样进行压裂；压裂时间大于1h；
4)压裂完成后，关闭第五阀门12，岩样加载压力卸载，观测岩样表面裂缝情况，并进行CT三维扫描；
5)重新放置岩样，打开第一阀门3、第二阀门7、第五阀门12、第三阀门14，设定岩石试样加载温度和压力，开启第二抽液泵5、第三抽液泵8和第一抽液泵15，调整流量速率，按一定速率加入压裂液试剂，使混合流体以一定组合对岩样进行压裂；压裂时间大于1h；
6)压裂完成后，关闭第五阀门12，岩样加载压力卸载，观测岩样表面裂缝情况，并进行CT三维扫描；
7)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，选择压裂效果最优组合。
Claims (7)
1.一种实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，包括恒温箱(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)、N2气瓶(1)、第一导管(11)、CO2气瓶(2)、第二导管(23)、第三导管(17)、水容器(13)、试剂漏斗(18)及第四导管(22)；
干热岩岩样(26)位于恒温箱(25)内，干热岩岩样(26)的顶部设置有第一压力传感片(29)，第一加压泵(27)经第一压力传感杆(28)与第一压力传感片(29)相连接，干热岩岩样(26)的右侧面上设置有第二压力传感片(32)，第二加压泵(30)经第二压力传感杆(31)与第二压力传感片(32)相连接，干热岩岩样(26)的前侧面上设置有第三压力传感片(35)，第三加压泵(33)经第三压力传感杆(34)与第三压力传感片(35)相连接；
N2气瓶(1)的出口与第一导管(11)的入口相连通，CO2气瓶(2)的出口与第一导管(11)的入口相连通，第一导管(11)的出口与第二导管(23)的入口相连通，第三导管(17)的一端插入于水容器(13)内，第三导管(17)的另一端与第二导管(23)的入口相连通，第三导管(17)上设置有第一抽液泵(15)，试剂漏斗(18)的出口经第四导管(22)与第二导管(23)的入口相连通，第二导管(23)的出口与干热岩岩样(26)左侧面的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，N2气瓶(1)经第五导管(4)与第一导管(11)相连通，第五导管(4)上设置有第二抽液泵(5)、第一流量计(6)及第一阀门(3)。
3.根据权利要求2所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，CO2气瓶(2)的出口经第六导管(10)与第一导管(11)相连通，第六导管(10)上设置有第二阀门(7)、第三抽液泵(8)及第二流量计(9)。
4.根据权利要求3所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，第三导管(17)上设置有第三阀门(14)及第三流量计(16)。
5.根据权利要求4所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，第四导管(22)上设置有第四阀门(19)、第四抽液泵(20)及第四流量计(21)。
6.根据权利要求5所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，第二导管(23)上设置有第五阀门(12)及第五流量计(24)。
7.根据权利要求1所述的实验模拟多类型流体压裂建造干热岩热储的装置，其特征在于，还包括支架(36)，其中，恒温箱(25)放置于支架(36)上。
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