CN102778554B - 超临界co2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置 - Google Patents
超临界co2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，包括气源供应系统、气体增压器、压力室、温度控制器以及数据自动采集系统，所述压力室内设有中心钻孔的页岩试件，所述气源供应系统通过气体增压器与压力室的进气管连通，所述气体增压器和压力室均置于温度控制器内，数据自动采集系统对页岩破裂过程应力-应变关系、压力、温度、声发射信号等进行实时采集，并对超临界CO2致裂页岩前后的渗流特性进行测定；本发明的装置能够模拟多场（地应力、温度、压力）耦合条件下超临界CO2致裂过程页岩气储层渗透率动态变化，为超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率机理的研究提供实验平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，特别涉及一种能够进行不同地应力、不同储层压力以及不同温度条件下超临界CO2致裂页岩气储层机理实验研究以及致裂过程页岩应力-应变-渗透率变化规律研究的实验装置。
背景技术
我国天然气需求日益增长，进口天然气量日益增加，对外依存度也越来越大，严重威胁我国能源安全。我国页岩气资源非常丰富，高效开发页岩气对于缓解我国能源供需矛盾、调整能源结构、保障能源安全意义重大。由于页岩气储层低孔低渗，开发页岩气必须进行储层压裂和增渗。目前成功开采页岩气的美国主要采用水力压裂技术，但该技术需要消耗大量的水资源而且对地下水污染严重。
研究发现，当CO2的温度和压力分别处于31.1℃和7.38 MPa以上时，CO2将达到超临界状态（简称SC- CO2）。超临界CO2的性质介于气体与液体之间，既有气体的低粘度和易扩散性，也有液体的高密度和溶解性好的特点，具有超强的流动、渗透和传递性能，可以代替清水作为压裂液。
因此，结合我国页岩气开发以及国家CO2减排的重大需求，申请人提出采用超临界CO2代替清水进行页岩气储层压裂增渗的技术思路，该思路在增加页岩气储层渗透性的同时，还能够实现二氧化碳在页岩气储层中长期封存。具体操作过程为：通过改变压力和温度使从工业排放源捕集到的CO2处于介于气态与液态之间的超临界状态，将其用于代替页岩气开发过程水压致裂储层时所需的大量清水，进行页岩气储层的压裂，提高储层渗透性，增强CO2可注入性，扩大CO2在页岩层中的波及范围，使CO2与页岩层充分接触，利用页岩体对CO2和CH4吸附能力的差别将CH4置换出来，在封存CO2的同时提高页岩气采收率，实现CO2长期封存与高效资源化利用的最佳结合。
但目前对于超临界CO2致裂页岩的理论和实验方面的研究都还很少，特别是缺乏相应的实验装置来模拟超临界CO2致裂过程页岩气储层渗透率、应力、应变的变化规律。现有的实验装置只能进行水压致裂的实验研究，对于超临界CO2来说存在如下不足：（1）不能有效控制CO2的相态；（2）不能模拟多场（地应力、温度、压力）耦合条件下超临界CO2致裂过程页岩气储层渗透率动态变化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，该装置能够模拟多场（地应力、温度、压力）耦合条件下超临界CO2致裂过程页岩气储层渗透率动态变化，并对页岩破裂过程应力-应变关系、声发射信号进行实时采集，为超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率机理的研究提供实验平台。
本发明的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，包括气源供应系统、气体增压器、压力室、温度控制器以及数据自动采集系统，所述压力室内设有中心钻孔的页岩试件，压力室上设有进气管和出气管并且进气管和出气管与页岩试件的中心钻孔连通，所述气源供应系统通过气体增压器与压力室的进气管连通，所述气体增压器和压力室均置于温度控制器内，所述数据自动采集系统包括计算机、温度传感器、压力传感器、声发射装置、流量计、轴向应变传感器以及径向应变传感器，所述温度传感器、压力传感器和声发射装置分别采集压力室的温度、压力和声发射信号并实时输入到计算机中，所述流量计采集CO2的流量信号并实时输入到计算机中，所述轴向应变传感器和径向应变传感器采集页岩试件的形变信号并实时输入到计算机中。
进一步，所述气源供应系统包括依次连通的CO2气瓶、过滤器和止回阀。
进一步，所述气体增压器为高压CO2注射泵。
进一步，所述温度控制器为恒温油浴槽。
本发明的有益效果在于：使用本发明的装置进行超临界CO2致裂页岩实验时，气体增压器将CO2转化为液态，以高于7.38MPa的压力注入到压力室的页岩试件中，通过温度控制器对压力室加热，将温度升高至大于31.4℃的温度，使液态CO2转变成超临界状态，利用超临界CO2致裂页岩，同时数据自动采集系统对页岩破裂过程应力-应变关系、压力、温度、声发射信号等进行实时采集，并对超临界CO2致裂页岩前后的渗流特性进行测定；因此，本发明的装置能够模拟多场（地应力、温度、压力）耦合条件下超临界CO2致裂过程页岩气储层渗透率动态变化，为超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率机理的研究提供实验平台。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置的结构示意图；
图2为页岩试件钻孔示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置的结构示意图，如图所示，本发明的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，包括气源供应系统、气体增压器2、压力室3、温度控制器4以及数据自动采集系统，所述压力室3内设有中心钻孔的页岩试件5，压力室3上设有进气管6和出气管7并且进气管6和出气管7与页岩试件5的中心钻孔连通，所述气源供应系统通过气体增压器2与压力室3的进气管6连通，所述气体增压器2和压力室3均置于温度控制器4内，所述数据自动采集系统包括计算机8、温度传感器9、压力传感器10、声发射装置11、流量计12、轴向应变传感器13以及径向应变传感器14，所述温度传感器9、压力传感器10和声发射装置11分别采集压力室3的温度、压力和声发射信号并实时输入到计算机8中，所述流量计12采集CO2的流量信号并实时输入到计算机8中，所述轴向应变传感器13和径向应变传感器14采集页岩试件5的形变信号并实时输入到计算机8中。
本实施例中，所述气源供应系统包括依次连通的CO2气瓶1、过滤器15和止回阀16。
本实施例中，所述气体增压器2为高压CO2注射泵。
本实施例中，所述温度控制器4为恒温油浴槽。
使用本发明的装置进行超临界CO2致裂页岩实验时，首先根据实验方案对页岩试件5钻孔，钻孔在试件中心进行（如图2所示），中心钻孔为CO2入口，然后气体增压器2将CO2转化为液态，以高于7.38MPa的压力注入到压力室3的页岩试件5中，通过温度控制器4对压力室3加热，将温度升高至大于31.4℃的温度，使液态CO2转变成超临界状态，利用超临界CO2致裂页岩；同时，数据自动采集系统对页岩破裂过程应力-应变关系、压力、温度、声发射信号等进行实时采集，并对超临界CO2致裂页岩前后的渗流特性进行测定，在测定超临界CO2在页岩中的渗流特性时，为了保持CO2的相态，压力室3的出气管7必须关闭，不能连通大气压力，且需要保持高于超临界CO2状态的压力，需要采用瞬态法进行渗透率的测定，具体操作方式为采用压力传感器记录试件两端压差随时间的变化关系，通过计算获得，其他气体的渗流实验可以通过稳态法测得；本发明装置的工作流体压力范围为0-15MPa，轴压控制范围为0-100MPa，围压控制范围为0-15MPa，最大流体压力控制范围为0-15MPa，温度控制范围为0-100℃，页岩试件尺寸大小为φ100mm×200mm。
本发明的装置能够模拟多场（地应力、温度、压力）耦合条件下超临界CO2致裂过程页岩气储层渗透率动态变化，为超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率机理的研究提供实验平台。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
Claims (4)
1.一种超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，其特征在于：包括CO2气源供应系统、气体增压器(2)、压力室(3)、温度控制器(4)以及数据自动采集系统，所述压力室(3)内设有中心钻孔的页岩试件(5)，压力室(3)上设有进气管(6)和出气管(7)并且进气管(6)和出气管(7)与页岩试件(5)的中心钻孔连通，所述CO2气源供应系统通过气体增压器(2)与压力室(3)的进气管(6)连通，所述气体增压器(2)和压力室(3)均置于温度控制器(4)内，所述数据自动采集系统包括计算机(8)、温度传感器(9)、压力传感器(10)、声发射装置(11)、流量计(12)、轴向应变传感器(13)以及径向应变传感器(14)，所述温度传感器(9)、压力传感器(10)和声发射装置(11)分别采集压力室(3)的温度、压力和声发射信号并实时输入到计算机(8)中，所述流量计(12)采集CO2的流量信号并实时输入到计算机(8)中，所述轴向应变传感器(13)和径向应变传感器(14)采集页岩试件(5)的形变信号并实时输入到计算机(8)中。
2.根据权利要求1所述的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，其特征在于：所述CO2气源供应系统包括依次连通的CO2气瓶(1)、过滤器(15)和止回阀(16)。
3.根据权利要求1所述的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，其特征在于：所述气体增压器(2)为高压CO2注射泵。
4.根据权利要求1所述的超临界CO2致裂增加页岩气储层渗透率的实验装置，其特征在于：所述温度控制器(4)为恒温油浴槽。
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