多相渗透仪及岩石渗透特性测定方法技术

本发明专利技术公开了一种多相渗透仪及岩石渗透特性测定方法，其中多相渗透仪包括注入系统、制冷系统、模型系统、计量系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统和数据采集处理系统，其中注入系统用于注入二氧化碳和液体，制冷系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统和模型系统用于模拟地层条件，计量系统与数据采集处理系统用于数据统计测量。该方法包括抽真空、饱和岩心、驱替实验，通过注入泵改变注入速率与注入压力，得到渗透实验所需参数，测量干化效应产生的盐沉淀量。本发明专利技术操作简单，实现了计算机自动化控制、采集、处理，克服了传统实验仪器与方法的局限和缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测试岩石渗透性的装置及方法，具体涉及一种用于深部咸水层的二氧化碳地质储存项目中岩石渗透特性测定的多相渗透仪及方法。
技术介绍
将二氧化碳封存到深部咸水层中被认为是缓解气候变暖的有效途径。当二氧化碳注入到深部咸水层，由于埋深大于800m，咸水层的压力和温度超过临界值(7.38MPa，31.1°C)，因此，实验室模拟二氧化碳驱替咸水，必须模拟相应的地层环境。经检索，中国专利文献CN 104132881A公开了一种储层渗透介质多相流体压裂-渗流气液分离式实验系统，包括机架；机架上设置有提升机构；提升机构与压力室连接；机架的中部固定有油缸；压力室包括可置于移动小车上的底盖；底盖上螺栓连接有上座；上座的上端固定有导向盖；导向盖的中心配合有压杆；压杆内沿轴向平行设置有第一水孔和第一气孔；第一水孔的下端螺纹配合有上压头；底盖的中心固定有压座；压座上固定有立柱；立柱的上端固定有下压头；压座、立柱和下压头上设置有贯通的出孔；底盖上设置有出水孔；机架固定在加热油箱上；加热油箱内设置有油温传感器、加热管和循环泵；出孔与水气分离测量系统连接。这类现有的可用于二氧化碳驱替咸水的室内实验仪器，其气液分离器均设置在模拟系统外，这种实验装置的缺点在于:气液分离以后，由于温差导致气体冷凝，对收集到的气、液的量均会产生影响。国内的实验仪器一般人工计量天平读数，但是对于实验周期较长的实验，人工观察会导致人力的浪费。可见，设计一种能够根据驱替原理模拟地层压力、温度条件下二氧化碳驱替咸水过程中物理特性的变化等多相流驱替过程的测试仪器已成为亟待解决的技术问题。【专利技术内容】专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种实验仪器，仪器可在模拟地层压力、地层温度条件下开展研宄，在一定流速下使流体通过岩心，通过测定岩心进出口压差和流过岩心的流量，结合其他参数，根据达西定律计算岩心渗透率。通过对出口产物的研宄，观察二氧化碳驱替咸水过程中物理特性的变化。技术方案:为解决上述技术问题，本专利技术提供的多相渗透仪，包括注入系统、制冷系统、模型系统、计量系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统和数据采集处理系统，所述注入系统用于注入二氧化碳和液体，所述制冷系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统和模型系统用于模拟地层条件，所述计量系统与数据采集处理系统用于测量。具体地，所述注入系统包括注入泵、中间容器和管阀件，所述注入泵分为平流泵和二氧化碳注入泵，平流泵最大工作压力42MPa，流量范围0.01-20ml/min，可以恒压或者恒流注入液体，二氧化碳注入泵最大工作压力40MPa，流量范围0.01-35ml/min，可以恒速或者恒压注入二氧化碳；中间容器分为二氧化碳容器和液体容器，均起到储存与缓冲作用，液体容器容积2000ml，耐压40MPa，二氧化碳容器容积1000ml，耐压20MPa。具体地，所述制冷系统利用冷水浴对气态二氧化碳进行制冷。具体地，所述模拟系统包括岩心夹持器、恒温箱、回压和环压系统，所述岩心夹持器安装于恒温箱内，所述岩心夹持器包括硬质管体和封闭于管体两端的螺母，螺母分别与流体进入管道和流体流出管道连通，所述管体内具有弹性夹套，所述管体中部连通环压注水管和排气阀，所述回压系统包括依次连接的回压阀，回压缓冲罐和回压泵。所述岩心夹持器适用直径50mm，长度不超过200mm的岩心，对于较短的岩心可以加铁质岩心垫层(即假岩心，中间有半径为2mm的圆柱形细通道)，工作压力20MPa，环压25MPa，夹持器采用胶套密封，环压泵的工作压力40MPa，用于给岩心夹持器施加环向压力，密封岩心，回压系统耐压25MPa，控制出口压力，在岩心模型出口加载一个高于大气压直至所模拟地层压力的值，使流出液平稳、防止蒸发，恒温箱的工作温度为150°C ±0.5°C，工作室内尺寸为1400 X 900 X 700mm (长 X 宽 X 高)。具体地，所述计量系统包括压力测量、温度测量、水蒸气含量测量，气体体积测量和液体重量测量等，压力传感器用于测量进口压力、出口压力，量程0-40MPa，温度计量采用测温探头，利用干燥剂测量水蒸气含量，采用天平称重法计算液体流量，气体流量计测量气体瞬时流量以及累积流量，天平量程2200g，精度0.0lg,计算机自动采集天平数据计算流量值，对于出口计量，由气液分离器(气液分离器不小于1000ml)，液体计量天平(量程2200g，精度0.0lg)组成，气液分离器主要用于模型出口的气体和液体的分离，液体留在分离器中，利用吊式法测量实时累计重量，气体进入干燥剂以后接入气体计量装置，当气体流量较大时利用气体流量计测量，当气体流量较小时切换线路，通过排水法对产出气体进行精确测量。具体地，所述抽真空系统由真空容器、真空泵和真空压力表组成，真空度:IXKT1P0具体地，所述数据采集与处理系统用于对测量过程的自动控制和提示，以及压力、流量、温度、出口气体数据的自动采集和处理。本专利技术同时提供一种使用上述多相渗透仪测定岩石渗透特性的方法，包括依次进行的抽真空、饱和岩心、驱替实验，通过注入泵改变注入速率与注入压力，得到渗透实验所需参数，测量干化效应产生的盐沉淀量。具体地，所述驱替实验是液体驱替、气体驱替或气体液体混合驱替。本专利技术同时提供一种使用上述多相渗透仪测定二氧化碳地质封存过程中干化效应盐沉淀量的方法，是将试样抽真空，使咸水达到完全饱和状态，在模拟地层条件下，注入干燥的二氧化碳驱替咸水，将气液分离后的气体导入灵敏干燥剂，将干燥剂放在气体天平上，最终根据水蒸气的量得到干化效应产生盐沉淀的量。使用时，本专利技术的多相渗透仪，由注入系统、制冷系统、模型系统、计量系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统、数据采集与处理系统组成，其特征在于:(I)注入系统由注入泵、中间容器、管阀件组成，可将各种流体按一定流量注入到模型内，注入泵包括液体注入泵一一平流泵和二氧化碳注入泵，平流泵最大工作压力42MPa，流量范围0.01-20ml/min，可以恒压或者恒流注入液体，二氧化碳注入泵最大工作压力40MPa，流量范围0.01-35ml/min，可以恒压或者恒流注入二氧化碳，中间容器分为二氧化碳容器和液体容器，均起到储存与缓冲作用，液体容器容积2000ml，耐压40MPa，二氧化碳容器容积100ml，耐压20MPa ；(2)制冷系统利用冷水浴对气态二氧化碳进行制冷；(3)模拟系统由岩心夹持器、恒温箱、回压和环压系统组成，岩心夹持器适用直径50mm，长度不超过200mm的岩心，对于较短的岩心可以加铁质岩心垫层(即假岩心，中间有半径为2mm的圆柱形细通道)，工作压力20MPa，环压25MPa，夹持器采用胶套密封，环压泵的工作压力40MPa，用于给岩心夹持器施加环向压力，密封岩心，回压系统耐压25MPa，控制出口压力，在岩心模型出口加载一个高于大气压直至所模拟地层压力的值，使流出液平稳、防止蒸发，恒温箱的工作温度为1500C ±0.5°C，工作室内尺寸为1400X900X700mm (长X宽X高)；(4)计量系统包括压力测量、温度测量、水蒸气含量测量，气体体积测量和液体重量测量等，压力传感器用于测量进口压力、出口压力，量程0-40MPa，温度计量采用测温探头，利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相渗透仪，其特征在于：包括注入系统、制冷系统、模型系统、计量系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统和数据采集处理系统，所述注入系统用于注入二氧化碳和液体，所述制冷系统、自动控制系统、回压系统、抽真空系统和模型系统用于模拟地层条件，所述计量系统与数据采集处理系统用于测量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王媛，任杰，冯迪，刘阳，吴跃，胡叶军，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32