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原文传递一种超临界CO2携砂性能评价与摩阻测试的实验装置及方法

专利名称：	一种超临界CO2携砂性能评价与摩阻测试的实验装置及方法
摘要：	本发明是一种超临界CO2携砂性能评价与摩阻测试的实验装置及方法，本发明装置包括：超临界CO2生成模块、加砂模块、加药模块、携砂观测模块、摩阻测试模块和回收模块。由气态CO2、恒温冷却器、泵、中间容器、加砂推进器、砂罐、单向阀、开关阀、摩阻测试管线、携砂观测窗、井筒、混合槽、药剂罐、CO2回收罐和回收中间分离器等组成。可实现不同排量、砂比和化学添加剂的超临界CO2携砂性能评价和摩阻测试，重复利用实验材料。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	重庆地质矿产研究院
发明人：	贺培;陆朝晖;张烨;张义;蒙春;张健强;程玉刚
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910940427.2
公开号：	CN110632259A
代理机构：	重庆华科专利事务所
代理人：	康海燕
分类号：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	401120 重庆市渝北区空港兰馨大道111号
主权项：	1.一种超临界CO2携砂性能评价与摩阻测试的实验装置，其特征在于，包括：用于生成超临界CO2的超临界CO2生成模块；通过第一开关阀（5）与所述超临界CO2生成模块连接的加砂模块，所述加砂模块用于按照不同设定加砂速度提供用于与所述超临界CO2混合的砂子；通过第二开关阀（37）与所述超临界CO2生成模块连接的加药模块，所述加药模块用于按照不同设定加药速度和不同设定加药浓度提供用于与所述超临界CO2混合的药剂；通过第三开关阀（27）连接所述加药模块和所述加砂模块的携砂观测模块，所述携砂观测模块可用于模拟具有不同缝宽和不同摩阻的裂缝，以用于对超临界CO2携砂液在不同缝宽和不同摩阻的裂缝下进行分流实验；通过至少二个第四开关阀（14，15，16）连接所述加药模块和所述加砂模块的摩阻测试模块，所述摩阻测试模块用于模拟不同裂缝的缝宽，以用于对超临界CO2携砂液在不同缝宽下的流动摩阻进行计算；与所述超临界CO2生成模块、所述携砂观测模块和所述摩阻测试模块连接的回收模块，所述回收模块可用于将所述携砂观测模块和所述摩阻测试模块进行实验后的超临界CO2携砂液分离为气态CO2和砂子，并将分离出的气态CO2回送至所述超临界CO2生成模块；所述超临界CO2携砂液为超临界CO2与砂子和/或药剂混合后获得的混合物；所述超临界CO2生成模块、所述加砂模块、所述加药模块、所述携砂观测模块、所述摩阻测试模块和所述回收模块共同形成CO2循环流动的闭环回路。 2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述超临界CO2生成模块包括：存储有气态CO2或液态CO2的CO2存储罐（1）；与所述CO2存储罐（1）连接的第五开关阀（2）；与所述第五开关阀（2）连接的恒温冷却器（3），所述恒温冷却器（3）用于将所述CO2存储罐（1）提供的气态CO2或液态CO2冷却为液态CO2；与所述恒温冷却器（3）连接的第一泵（4），所述第一泵（4）用于对所述恒温冷却器（3）冷却后的液态CO2进行加压；与所述第一泵（4）连接的中间容器（36），所述中间容器（36）用于存储所述第一泵（4）供给的混合态CO2；所述中间容器（36）分别和所述第一开关阀（5）和所述第二开关阀（37）连接；依次连接在所述第一开关阀（5）和所述加砂模块之间的第二泵（6）和具有温度调控功能的第一混合槽（11），所述第二泵（6）和所述第一混合槽（11）用于对所述混合态CO2加压形成超临界CO2；依次连接在所述第二开关阀（37）和所述加药模块之间的第三泵（35）和具有温度调控功能的第二混合槽（34），所述第三泵（35）和所述第二混合槽（34）用于对所述混合态CO2加压形成超临界CO2；所述混合态CO2由高压液态CO2和超临界CO2混合形成。 3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述加砂模块包括：依次连接设置的加砂推进器（8）、砂罐（9）、第六开关管（7）和单向阀（10）；所述加砂推进器（8）用于按照设定加砂速度推动所述砂罐（9）内存储的具有设定砂比的砂子流出至所述第一混合槽（11）内，以与在所述第一混合槽（11）内生成的超临界CO2混合；所述加药模块包括：依次连接设置的药剂罐（31）、第七开关阀（32）和第二单向阀（33），所述药剂罐（31）用于按照设定加药速度向所述第二混合槽（34）提供具有设定加药浓度的药剂，以与在所述第二混合槽（34）内生成的超临界CO2混合。 4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述装置还包括：具有温度调控功能的第三混合槽（12），所述第三混合槽（12）分别与所述第一混合槽（11）和所述第二混合槽（34）连通；与所述第三混合槽（12）连接的第八开关阀（29）；与所述第八开关阀（29）连接的第四泵（28），所述第四泵（28）连接所述第三开关阀（27）和至少二个所述第四开关阀（14，15，16）；一端连接所述第三混合槽（12），另一端连接所述第三开关阀（27）和至少二个所述第四开关阀（14，15，16）的第九开关阀（13）。 5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述摩阻测试模块包括：并联设置的至少二根摩阻测试管线，一根所述摩阻测试管线分别通过一个所述第四开关阀连接所述第九开关阀（13）和所述第四泵（28）；各根所述摩阻测试管线的内径用于模拟缝隙的缝宽，不同摩阻测试管线的内径不同；与至少两根摩阻测试管线分别连接的第十开关阀（20），所述第十开关阀（20）连接所述回收模块；在每根所述摩阻测试管线的两端分别设置有一个用于检测压力的压差传感器。 6.根据权利要求4或5所述的实验装置，其特征在于，所述携砂观测模块包括：和所述第三开关阀（27）连接的井筒（26），所述井筒（26）由内筒（262）和外筒嵌套组成，所述内筒（262）可相对于所述外筒转动；在所述外筒沿轴向方向设置有开槽（261），所述内筒（262）沿轴向方向设置有多排射孔眼（263）；携砂观测窗（22），其包括：框架，所述框架内形成有主流道和与所述主流道连通的至少两条分支流道（226，227）；在所述框架上固定有并列的两块透明玻璃板，两块透明玻璃板之间的宽度用于模拟缝隙的缝宽；在所述框架的外部设置有至少两条分支流道连接的至少一条流砂道（224）；用于对流入至所述框架内超临界CO2携砂液的流动和分流进行观测的摄像机，所述摄像机固定在所述框架上；从所述射孔眼（263）流出的超临界CO2携砂液通过两块透明玻璃板之间的缝隙流入至所述框架的主流道内，再通过至少两条所述分支流道进行分流，最后通过至少一条流砂道（224）流出；各条所述分支流道和所述主流道之间所形成的夹角（225）为0°、30°、45°、60°、90°、120°和150°中的任意一个角度，且各条所述分支流道和所述主流道之间所形成的夹角（225）不同。 7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于，所述回收模块包括：与第十开关阀（20）和所述流砂道连接的第十一开关阀（21）；与所述第十一开关阀（21）连接的回收中间分离器（23）；与所述回收中间分离器（23）连接的储砂罐（24）和第十二开关阀（25）；与所述第十二开关阀（25）连接的CO2回收罐（30）；与所述CO2回收罐（30）连接的第十三开关阀（38）；所述CO2回收罐（30）连接至所述第五开关阀（2）和所述恒温冷却器（3）之间；所述回收中间分离器（23）在升温和降压后，依靠重力分流作用将进行实验后的超临界CO2携砂液分离为气态CO2和砂子，将分离后获得的砂子存储至所述储砂罐（24）中，将分离后获得的气态CO2存储至所述CO2回收罐（30）中。 8.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于，在所述内筒（262）内设置的射孔眼（263）为多排；同一排射孔眼（263）中的相邻两个射孔眼（263）之间的间距相同；不同排射孔眼（263）中的相邻两个射孔眼（263）之间的间距不同。 9.一种超临界CO2携砂性能评价和摩阻测试的实验方法，应用于权利要求8所述的超临界CO2携砂性能评价和摩阻测试的实验装置，其特征在于，包括：步骤1，混合态CO2泵入：打开第五开关阀（2），开启第三泵（4），以向所述中间容器（36）内充入设定量的混合态CO2；步骤2，在完成步骤1后，进行携砂性能观测前的超临界CO2泵入和加砂处理：关闭第五开关阀（2），保持第三泵（4）开启，打开第一开关阀（5）、第九开关阀（13）、第三开关阀（27）、第十一开关阀（21）、第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38），并启动第一泵（6）；步骤3，在完成步骤2后，携砂性能观测：打开第六开关阀（7），控制加砂推进器（8）按照设定加砂速度推动存储有设定砂比的砂子的砂罐（9）向第一混合槽（11）内加砂；使用摄影机记录超临界CO2携砂液在观测窗（22）内的分流和流动情况；步骤4，在完成步骤3后，超临界CO2携砂液回收处理：关闭第六开关阀（7），停止加砂；在进入携砂观测窗（22）内的超临界CO2携砂液中的砂子全部被回收模块回收后，关闭第一开关阀（5）、第九开关阀（13）、第三开关阀（27）、第十一开关阀（21），并关闭第一泵（6）；保持第三泵（4）开启，在回收至CO2回收罐（30）中的气态CO2被全部泵入中间容器（36）中后，关闭第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38）；步骤5，在完成步骤2后，进行摩阻测试前的超临界CO2泵入和加砂处理：关闭第五开关阀（2），保持第三泵（4）开启，打开第一开关阀（5）、第九开关阀（13）、第四开关阀（14，15，16）、第十开关阀（20）、第十一开关阀（21）、第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38），并启动第一泵（6）；步骤6，在完成步骤5后，进行摩阻测试：打开第六开关阀（7），控制加砂推进器（8）按照设定加砂速度推动存储有设定砂比的砂子的砂罐（9）向第一混合槽（11）内加砂；依靠压差传感器检测超临界CO2携砂液在流经各根摩阻测试管线前后的压力变化，以计算超临界CO2携砂液在设定缝隙宽度下的流动摩阻；步骤7，在完成步骤6后，进行超临界CO2携砂液回收处理：关闭第六开关阀（7），停止加砂；在进入携砂观测窗（22）内的超临界CO2携砂液中的砂子全部被回收模块回收后，关闭第一开关阀（5）、第九开关阀（13）、第四开关阀（14，15，16）、第十开关阀（20）、第十一开关阀（21），并关闭第一泵（6）；保持第三泵（4）开启，在回收至CO2回收罐（30）中的气态CO2被全部泵入中间容器（36）中后，关闭第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38）；其中，步骤3和步骤5可以同步进行，也可独立进行。 10.一种超临界CO2携砂性能评价和摩阻测试的实验方法，应用于权利要求8所述的超临界CO2携砂性能评价和摩阻测试的实验装置，其特征在于，包括：步骤1，混合态CO2泵入：打开第五开关阀（2），开启第三泵（4），以向所述中间容器（36）内充入设定量的混合态CO2；步骤2，在完成步骤1后，超临界CO2泵入、加砂处理和加药处理：关闭第五开关阀（2），打开第一开关阀（5）、第二开关阀（37）、第九开关阀（13）、第三开关阀（27）、第十一开关阀（21）、第十二开关阀（22）和第十三开关阀（38），并启动第一泵（6）和第二泵（35）；步骤3，在完成步骤2后，进行携砂性能观测：打开第六开关阀（7），控制加砂推进器（8）按照设定加砂速度推动存储有设定砂比的砂子的砂罐（9）向第一混合槽（11）内加砂；打开第七开关阀（32），控制存储有设定加药浓度药剂的药剂罐（31）按照设定加药速度向第二混合槽（34）内加药；使用摄影机记录超临界CO2携砂液在观测窗（22）内的分流和流动情况；步骤4，在完成步骤3后，进行超临界CO2携砂液回收处理：关闭第六开关阀（7）和第七开关阀（32），停止进行加砂和加药；在进入携砂观测窗（22）内的超临界CO2携砂液中的砂子全部被回收模块回收后，关闭第一开关阀（5）、第二开关阀（37）、第九开关阀（13）、第三开关阀（27）、第十一开关阀（21），并关闭第一泵（6）和第二泵（35）；保持第三泵（4）开启，在回收至CO2回收罐（30）中的气态CO2被全部泵入中间容器（36）中后，关闭第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38）；步骤5，在完成步骤2后，进行摩阻测试前的超临界CO2泵入、加砂处理和加药处理：关闭第五开关阀（2），保持第三泵（4）开启，打开第一开关阀（5）、第二开关阀（37）、第七开关阀（32）、第九开关阀（13）、第四开关阀（14，15，16）、第十开关阀（20）、第十一开关阀（21）、第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38），并启动第一泵（6）和第二泵（35）；步骤6，在完成步骤5后，进行摩阻测试：打开第六开关阀（7），控制加砂推进器（8）按照设定加砂速度推动存储有设定砂比的砂子的砂罐（9）向第一混合槽（11）内加砂；打开第七开关阀（32）控制存储有设定加药浓度药剂的药剂罐（31）按照设定加药速度向第二混合槽（34）内加药；依靠压差传感器检测超临界CO2携砂液在流经各根摩阻测试管线前后的压力变化，以计算超临界CO2携砂液在设定缝隙宽度下的流动摩阻；步骤7，在完成步骤6后，进行超临界CO2携砂液回收处理：关闭第六开关阀（7）和第七开关阀（32），停止加砂和加药；在进入携砂观测窗（22）内的超临界CO2携砂液中的砂子全部被回收模块回收后，关闭第一开关阀（5）、第二开关阀（37）、第九开关阀（13）、第四开关阀（14，15，16）、第十开关阀（20）、第十一开关阀（21），并关闭第一泵（6）和第二泵（35）；保持第三泵（4）开启，在回收至CO2回收罐（30）中的气态CO2被全部泵入中间容器（36）中后，关闭第十二开关阀（25）和第十三开关阀（38）；其中，步骤3和步骤5可以同步进行，也可独立进行。
所属类别：	发明专利