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原文传递超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置及方法

专利名称：	超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置及方法，包括第一气源、第二气源、二氧化碳气源、第一节流阀、第二节流阀、气动阀、电磁阀、空压机、时间继电器、转换模块、具有数据采集功能的控制主机、第一流量计、第二流量计、第一压力传感器、第二压力传感器、温度传感器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、气体回收罐和原位环境模拟系统，原位环境模拟系统包括岩芯夹持器、温度控制腔体和轴围压加载终端，能实现压裂前的岩芯原始渗透率测试、超临界二氧化碳脉冲压裂岩芯和压裂后的岩芯渗透率测试，具有智能化、操作方便等优点，并且更为逼真的模拟了现场工作条件，从而使测量结果更为真实、准确。
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：	陆朝晖;程玉刚;贺培;董兵强;潘林华;蒙春
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910305306.0
公开号：	CN109975140A
代理机构：	重庆华科专利事务所
代理人：	唐锡娇
分类号：	G01N3/307(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	401120 重庆市渝北区空港兰馨大道111号
主权项：	1.一种超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置，其特征在于：包括第一气源(1)、第二气源(2)、二氧化碳气源(3)、第一节流阀(4)、第二节流阀(5)、气动阀(6)、电磁阀(7)、空压机(8)、时间继电器(9)、转换模块(10)、具有数据采集功能的控制主机(11)、第一流量计(12)、第二流量计(13)、第一压力传感器(14)、第二压力传感器(15)、温度传感器(16)、第一截止阀(17)、第二截止阀(18)、第三截止阀(19)、第四截止阀(20)、气体回收罐(24)和原位环境模拟系统，所述原位环境模拟系统包括岩芯夹持器(21)、温度控制腔体(22)和轴围压加载终端(23)，岩芯夹持器(21)、温度传感器(16)安装在温度控制腔体(22)内，轴围压加载终端(23)通过管路与岩芯夹持器(21)连通；第一气源(1)通过第一截止阀(17)、钢管与第一节流阀(4)的入口端连接，二氧化碳气源(3)通过第三截止阀(19)、钢管与第一节流阀(4)的入口端连接，第一节流阀(4)的出口端、气动阀(6)、第一流量计(12)、岩芯夹持器(21)的入口端通过钢管依次连接，岩芯夹持器(21)的出口端、第二流量计(13)、第四截止阀(20)、气体回收罐(24)通过钢管依次连接，第二气源(2)通过第二截止阀(18)、钢管与第二节流阀(5)的入口端连接，第二节流阀(5)的出口端通过钢管连接在第二流量计(13)与第四截止阀(20)之间；气动阀(6)的控制端通过管路、电磁阀(7)与空压机(8)连接，电磁阀(7)的控制端通过信号线与时间继电器(9)电连接，时间继电器(9)通过信号线、转换模块(10)与所述控制主机(11)电连接，第一压力传感器(14)通过管路连接在第一流量计(12)与岩芯夹持器(21)的入口端之间，第二压力传感器(15)通过管路连接在岩芯夹持器(21)的出口端与第二流量计(13)之间，第一压力传感器(14)、第二压力传感器(15)、第一流量计(12)、第二流量计(13)、温度传感器(16)都通过信号线分别与控制主机(11)电连接。 2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置，其特征在于：将第一节流阀(4)的出口端、气动阀(6)、第一流量计(12)、岩芯夹持器(21)的入口端依次连接的钢管的外壁设置有加热套。 3.根据权利要求1或2所述的超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置，其特征在于：所述第四截止阀(20)与气体回收罐(24)之间的钢管上连接有溢流阀(25)。 4.根据权利要求1或2或3所述的超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验装置，其特征在于：所述第一气源(1)、第二气源(2)都为甲烷气源或者氦气气源。 5.一种超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验方法，采用如权利要求1至4任一所述的实验装置，其特征在于，包括如下步骤： S1、在所述实验装置满足密封性的条件下，将制作好的岩芯试样用胶套封起来放入所述岩芯夹持器(21)中，轴围压加载终端(23)向岩芯夹持器中注入油压，使岩芯(26)处于实验要求的轴压和围压环境中； S2、关闭第三截止阀(19)，打开第一截止阀(17)、第二截止阀(18)、第四截止阀(20)，控制气动阀(6)打开，调节第一节流阀(4)、第二节流阀(5)，以同时向岩心夹持器(21)的入口通入压力为P10的气体，向岩心夹持器(21)的出口通入压力为P20的气体，P20＜P10，形成一个压力脉冲，然后关闭第一截止阀(17)、第二截止阀(18)； S3、控制主机(11)自动记录第一压力传感器(14)测得的岩芯夹持器(21)的入口端的压力、第二压力传感器(15)测得的岩芯夹持器(21)的出口端的压力，形成压力变化曲线，待岩芯夹持器(21)的入口端的压力与其出口端的压力稳定后，采用脉冲衰减法公式计算得到岩芯原始渗透率K0； S4、设置温度控制腔体(22)的温度到实验预设温度，该实验预设温度能保证二氧化碳介质进入岩芯后能变成超临界二氧化碳； S5、打开控制主机(11)内的脉冲致裂数字化控制软件，设置脉冲流体的波形、频率、振幅参数； S6、关闭第一截止阀(17)、第二截止阀(18)，打开第三截止阀(19)、第四截止阀(20)，调节第一节流阀(4)，控制主机(11)通过转换模块(10)、时间继电器(9)转换的脉冲信号控制电磁阀(7)，进而控制气动阀(6)，使二氧化碳介质形成脉冲流体进入岩芯内部，变成超临界二氧化碳，对岩芯产生脉冲致裂； S7、待脉冲致裂完成后，关闭第三截止阀(19)，打开第一截止阀(17)、第二截止阀(18)、第四截止阀(20)，控制气动阀(6)打开，调节第一节流阀(4)、第二节流阀(5)，以同时持续向岩心夹持器(21)的入口端通入恒压稳定的压力为P11的气体，向岩心夹持器(21)的出口端通入恒压稳定的压力为P21的气体，控制主机(11)自动记录第一压力传感器(14)测得的岩芯夹持器(21)的入口端的压力、第二压力传感器(15)测得的岩芯夹持器(21)的出口端的压力和第一、第二流量计(12、13)采集的流量，采用定压稳态法公式计算得到压裂后的岩芯渗透率K1。 6.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验方法，其特征在于：所述步骤S3中岩芯原始渗透率K0通过公式(1)、公式(2)计算得到：式中，P1为经过t时间后岩芯夹持器(21)的入口端的稳定压力，P2为经过t时间后岩芯夹持器(21)的出口端的稳定压力，A为岩芯截面面积，L为岩芯的长度，μ为气体粘度，β为气体压缩系数，V1为第一截止阀(17)到岩芯夹持器(21)的入口端之间的钢管内的气体体积，V2为岩芯夹持器(21)的出口端到第二截止阀(18)之间的钢管内的气体体积，A、L、μ、β、V1、V2都为已知参数。 7.根据权利要求5所述的超临界二氧化碳脉冲致裂与渗透率测试一体化的实验方法，其特征在于：所述步骤S7中压裂后的岩芯渗透率K1的计算公式为：式中，A为岩芯截面面积，L为岩芯的长度，μ为气体粘度，Q为通过岩芯的气体流量，A、L、μ都为已知参数。
所属类别：	发明专利