多相滲透儀及巖石滲透特性測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)試巖石滲透性的裝置及方法，具體涉及一種用于深部咸水層的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存項(xiàng)目中巖石滲透特性測(cè)定的多相滲透儀及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將二氧化碳封存到深部咸水層中被認(rèn)為是緩解氣候變暖的有效途徑。當(dāng)二氧化碳注入到深部咸水層，由于埋深大于800m，咸水層的壓力和溫度超過(guò)臨界值(7.38MPa，31.1°C)，因此，實(shí)驗(yàn)室模擬二氧化碳驅(qū)替咸水，必須模擬相應(yīng)的地層環(huán)境。
[0003]經(jīng)檢索，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN 104132881A公開(kāi)了一種儲(chǔ)層滲透介質(zhì)多相流體壓裂-滲流氣液分離式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括機(jī)架；機(jī)架上設(shè)置有提升機(jī)構(gòu)；提升機(jī)構(gòu)與壓力室連接；機(jī)架的中部固定有油缸；壓力室包括可置于移動(dòng)小車(chē)上的底蓋；底蓋上螺栓連接有上座；上座的上端固定有導(dǎo)向蓋；導(dǎo)向蓋的中心配合有壓桿；壓桿內(nèi)沿軸向平行設(shè)置有第一水孔和第一氣孔；第一水孔的下端螺紋配合有上壓頭；底蓋的中心固定有壓座；壓座上固定有立柱；立柱的上端固定有下壓頭；壓座、立柱和下壓頭上設(shè)置有貫通的出孔；底蓋上設(shè)置有出水孔；機(jī)架固定在加熱油箱上；加熱油箱內(nèi)設(shè)置有油溫傳感器、加熱管和循環(huán)泵；出孔與水氣分離測(cè)量系統(tǒng)連接。
[0004]這類(lèi)現(xiàn)有的可用于二氧化碳驅(qū)替咸水的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)儀器，其氣液分離器均設(shè)置在模擬系統(tǒng)外，這種實(shí)驗(yàn)裝置的缺點(diǎn)在于:氣液分離以后，由于溫差導(dǎo)致氣體冷凝，對(duì)收集到的氣、液的量均會(huì)產(chǎn)生影響。國(guó)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器一般人工計(jì)量天平讀數(shù)，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，人工觀察會(huì)導(dǎo)致人力的浪費(fèi)?？梢?jiàn)，設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)驅(qū)替原理模擬地層壓力、溫度條件下二氧化碳驅(qū)替咸水過(guò)程中物理特性的變化等多相流驅(qū)替過(guò)程的測(cè)試儀器已成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種實(shí)驗(yàn)儀器，儀器可在模擬地層壓力、地層溫度條件下開(kāi)展研宄，在一定流速下使流體通過(guò)巖心，通過(guò)測(cè)定巖心進(jìn)出口壓差和流過(guò)巖心的流量，結(jié)合其他參數(shù)，根據(jù)達(dá)西定律計(jì)算巖心滲透率。通過(guò)對(duì)出口產(chǎn)物的研宄，觀察二氧化碳驅(qū)替咸水過(guò)程中物理特性的變化。
[0006]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的多相滲透儀，包括注入系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、回壓系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，所述注入系統(tǒng)用于注入二氧化碳和液體，所述制冷系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、回壓系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)和模型系統(tǒng)用于模擬地層條件，所述計(jì)量系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)用于測(cè)量。
[0007]具體地，所述注入系統(tǒng)包括注入泵、中間容器和管閥件，所述注入泵分為平流泵和二氧化碳注入泵，平流泵最大工作壓力42MPa，流量范圍0.01-20ml/min，可以恒壓或者恒流注入液體，二氧化碳注入泵最大工作壓力40MPa，流量范圍0.01-35ml/min，可以恒速或者恒壓注入二氧化碳；中間容器分為二氧化碳容器和液體容器，均起到儲(chǔ)存與緩沖作用，液體容器容積2000ml，耐壓40MPa，二氧化碳容器容積1000ml，耐壓20MPa。
[0008]具體地，所述制冷系統(tǒng)利用冷水浴對(duì)氣態(tài)二氧化碳進(jìn)行制冷。
[0009]具體地，所述模擬系統(tǒng)包括巖心夾持器、恒溫箱、回壓和環(huán)壓系統(tǒng)，所述巖心夾持器安裝于恒溫箱內(nèi)，所述巖心夾持器包括硬質(zhì)管體和封閉于管體兩端的螺母，螺母分別與流體進(jìn)入管道和流體流出管道連通，所述管體內(nèi)具有彈性?shī)A套，所述管體中部連通環(huán)壓注水管和排氣閥，所述回壓系統(tǒng)包括依次連接的回壓閥，回壓緩沖罐和回壓泵。所述巖心夾持器適用直徑50mm，長(zhǎng)度不超過(guò)200mm的巖心，對(duì)于較短的巖心可以加鐵質(zhì)巖心墊層(即假巖心，中間有半徑為2mm的圓柱形細(xì)通道)，工作壓力20MPa，環(huán)壓25MPa，夾持器采用膠套密封，環(huán)壓泵的工作壓力40MPa，用于給巖心夾持器施加環(huán)向壓力，密封巖心，回壓系統(tǒng)耐壓25MPa，控制出口壓力，在巖心模型出口加載一個(gè)高于大氣壓直至所模擬地層壓力的值，使流出液平穩(wěn)、防止蒸發(fā)，恒溫箱的工作溫度為150°C ±0.5°C，工作室內(nèi)尺寸為1400 X 900 X 700mm (長(zhǎng) X 寬 X 高)。
[0010]具體地，所述計(jì)量系統(tǒng)包括壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、水蒸氣含量測(cè)量，氣體體積測(cè)量和液體重量測(cè)量等，壓力傳感器用于測(cè)量進(jìn)口壓力、出口壓力，量程0-40MPa，溫度計(jì)量采用測(cè)溫探頭，利用干燥劑測(cè)量水蒸氣含量，采用天平稱(chēng)重法計(jì)算液體流量，氣體流量計(jì)測(cè)量氣體瞬時(shí)流量以及累積流量，天平量程2200g，精度0.0lg,計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集天平數(shù)據(jù)計(jì)算流量值，對(duì)于出口計(jì)量，由氣液分離器(氣液分離器不小于1000ml)，液體計(jì)量天平(量程2200g，精度0.0lg)組成，氣液分離器主要用于模型出口的氣體和液體的分離，液體留在分離器中，利用吊式法測(cè)量實(shí)時(shí)累計(jì)重量，氣體進(jìn)入干燥劑以后接入氣體計(jì)量裝置，當(dāng)氣體流量較大時(shí)利用氣體流量計(jì)測(cè)量，當(dāng)氣體流量較小時(shí)切換線路，通過(guò)排水法對(duì)產(chǎn)出氣體進(jìn)行精確測(cè)量。
[0011]具體地，所述抽真空系統(tǒng)由真空容器、真空泵和真空壓力表組成，真空度:IXKT1P0
[0012]具體地，所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)用于對(duì)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)控制和提示，以及壓力、流量、溫度、出口氣體數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和處理。
[0013]本發(fā)明同時(shí)提供一種使用上述多相滲透儀測(cè)定巖石滲透特性的方法，包括依次進(jìn)行的抽真空、飽和巖心、驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，通過(guò)注入泵改變注入速率與注入壓力，得到滲透實(shí)驗(yàn)所需參數(shù)，測(cè)量干化效應(yīng)產(chǎn)生的鹽沉淀量。
[0014]具體地，所述驅(qū)替實(shí)驗(yàn)是液體驅(qū)替、氣體驅(qū)替或氣體液體混合驅(qū)替。
[0015]本發(fā)明同時(shí)提供一種使用上述多相滲透儀測(cè)定二氧化碳地質(zhì)封存過(guò)程中干化效應(yīng)鹽沉淀量的方法，是將試樣抽真空，使咸水達(dá)到完全飽和狀態(tài)，在模擬地層條件下，注入干燥的二氧化碳驅(qū)替咸水，將氣液分離后的氣體導(dǎo)入靈敏干燥劑，將干燥劑放在氣體天平上，最終根據(jù)水蒸氣的量得到干化效應(yīng)產(chǎn)生鹽沉淀的量。
[0016]使用時(shí)，本發(fā)明的多相滲透儀，由注入系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、回壓系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)組成，其特征在于:(I)注入系統(tǒng)由注入泵、中間容器、管閥件組成，可將各種流體按一定流量注入到模型內(nèi)，注入泵包括液體注入泵一一平流泵和二氧化碳注入泵，平流泵最大工作壓力42MPa，流量范圍0.01-20ml/min，可以恒壓或者恒流注入液體，二氧化碳注入泵最大工作壓力40MPa，流量范圍0.01-35ml/min，可以恒壓或者恒流注入二氧化碳，中間容器分為二氧化碳容器和液體容器，均起到儲(chǔ)存與緩沖作用，液體容器容積2000ml，耐壓40MPa，二氧化碳容器容積100ml，耐壓20MPa ；(2)制冷系統(tǒng)利用冷水浴對(duì)氣態(tài)二氧化碳進(jìn)行制冷；(3)模擬系統(tǒng)由巖心夾持器、恒溫箱、回壓和環(huán)壓系統(tǒng)組成，巖心夾持器適用直徑50mm，長(zhǎng)度不超過(guò)200mm的巖心，對(duì)于較短的巖心可以加鐵質(zhì)巖心墊層(即假巖心，中間有半徑為2mm的圓柱形細(xì)通道)，工作壓力20MPa，環(huán)壓25MPa，夾持器采用膠套密封，環(huán)壓泵的工作壓力40MPa，用于給巖心夾持器施加環(huán)向壓力，密封巖心，回壓系統(tǒng)耐壓25MPa，控制出口壓力，在巖心模型出口加載一個(gè)高于大氣壓直至所模擬地層壓力的值，使流出液平穩(wěn)、防止蒸發(fā)，恒溫箱的工作溫度為1500C ±0.5°C，工作室內(nèi)尺寸為1400X900X700mm (長(zhǎng)X寬X高)；(4)計(jì)量系統(tǒng)包括壓力測(cè)量、溫度測(cè)量、水蒸氣含量測(cè)量，氣體體積測(cè)量和液體重量測(cè)量等，壓力傳感器用于測(cè)量進(jìn)口壓力、出口壓力，量程0-40MPa，溫度計(jì)量采用測(cè)溫探頭，利用干燥劑測(cè)量水蒸氣含量，采用天平稱(chēng)重法計(jì)算液體流量，氣體流量計(jì)測(cè)量氣體瞬時(shí)流量以及累積流量，天平量程2200g，精度0.0lg，計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集天平數(shù)據(jù)計(jì)算流量值，對(duì)于出口計(jì)量，由氣液分離器(氣液分離器不小于1000ml)，液體計(jì)量天平(量程2200g，精度0.0lg)組成，氣液分離器主要用于模型出口的氣體和液體的分離，液體留在分離器中，利用吊式法測(cè)量實(shí)時(shí)累計(jì)重量，氣體進(jìn)入干燥劑以后接入氣體計(jì)量裝置，當(dāng)氣體流量較大時(shí)利用氣體流量計(jì)測(cè)量，當(dāng)氣體流量較小時(shí)切換線路，通過(guò)排水法對(duì)產(chǎn)出氣體進(jìn)行精確測(cè)量；(5)抽真空系統(tǒng)由真空容器、真空泵和真空壓力表組成，真空度=IXl(T1Pade)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)有兩個(gè)功能，第一，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)控制和提示，第二，實(shí)現(xiàn)壓力、流量、溫度、出口氣體自動(dòng)采集和處理。
[0017]將試樣抽真空，飽和咸水(咸水達(dá)到完全飽和狀態(tài))，在模擬地層條件下，注入干燥的二氧化碳驅(qū)替咸水，將氣液分離后的氣體導(dǎo)入靈敏干燥劑，將干燥劑放在氣體天平上，最終根據(jù)水蒸氣的量得到干化效應(yīng)產(chǎn)生鹽沉淀的量?？梢跃_地測(cè)量干化效應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸氣的量。
[0018]該實(shí)驗(yàn)儀器可在模擬地層壓力、地層溫度條件下開(kāi)展下列研宄:(1)測(cè)量液體滲透率；(2) CO2驅(qū)替咸水過(guò)程中物理特性的變化。
[0019]有益效果:由于該新型儀器采用注入系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、回環(huán)壓系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行組合；既可以進(jìn)行常規(guī)的巖石滲透實(shí)驗(yàn)，又可以進(jìn)行高溫高壓的二氧化碳驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。而且能模擬地層條件，進(jìn)行高溫高壓下的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程，自動(dòng)采集、處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的局限和缺陷。而且實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物收集也在模擬系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，減小實(shí)驗(yàn)誤差。其試驗(yàn)裝置制作方法簡(jiǎn)單