岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种岩石全自动盐水‑超临界CO2两相渗透率测试系统及方法，该系统包括气体增压系统、恒速恒压泵、围压与轴压泵、三轴夹持器、气液分离器、数据采集与处理系统；其中，气体增压泵、恒速恒压泵、围压与轴压泵分别与三轴夹持器连接；三轴夹持器置于恒温箱内并与气液分离器连接；数据采集与处理系统与压力传感器、天平、气体流量计相连，得到气体压力值、围压值、轴压值、液体渗流量和气体流量，并计算得到渗透率。本发明专利技术可开展盐水单相、CO2单相以及盐水‑CO2两相渗透试验，实现不同围压、轴压、气体压力、液体压力以及温度等条件下渗透率测试，数据全自动采集与处理、测试精度高。

Automatic Salt Water-Supercritical CO2 Two-Phase Permeability Testing System and Method for Rocks

The invention discloses a rock fully automatic salt water supercritical CO2 two-phase permeability testing system and method, which includes gas boosting system, constant speed constant pressure pump, confining pressure and axial pressure pump, triaxial clamp, gas-liquid separator, data acquisition and processing system, in which gas boosting pump, constant speed constant pressure pump, confining pressure and axial pressure pump are connected with triaxial clamp respectively. The data acquisition and processing system is connected with pressure sensor, balance and gas flowmeter. The gas pressure, confining pressure, axial pressure, liquid seepage flow and gas flow are obtained, and the permeability is calculated. The method can carry out the permeability test of brine single phase, CO2 single phase and brine CO2 two phase, realize permeability test under different confining pressures, axial pressures, gas pressures, liquid pressures and temperatures, and fully automate data acquisition and processing, and has high test accuracy.

【技术实现步骤摘要】
岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统及方法
本专利技术涉及岩石力学与工程领域，具体为一种岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统及方法。
技术介绍
随着工业化的发展，温室气体不断增加，引起全球变暖。全球变暖会造成一系列环境和生态问题，如极地冰川融化，海平面上升及低洼陆地淹没，极端气候产生、海水酸化等，这些灾难严重威胁人类的生存安全。二氧化碳(CO2)作用约占所有温室气体60％以上，是温室效应的主要因素。深部咸水层是目前最具发展前景的地质封存方式之一。深部咸水层CO2封存是将超临界CO2注入并存储在深部咸水层中，为使CO2保持在超临界状态(压力不小于7.39MPa，温度不低于31.1℃)，至少需要注入到800m深的咸水层中。其中，深部咸水层盖层岩石的渗透率是评价咸水层CO2注入能力和存储能力至关重要参数。岩石盐水-超临界CO2两相渗透测试系统成为了评价深部咸水层盖层岩石渗透率的关键。而目前关于岩石气液两相渗透测试系统还存在以下不足：(1)未考虑CO2达到超临界状态所需的压力和温度条件，导致不能进行超临界态CO2渗透试验。(2)渗透方案局限，一般仅考虑了气体或液体单相的渗透，而对于液体-CO2两相联合渗透的研究不多。(3)自动化程度不高，对于数据的采集多采用人工判别、读数和记录，测试结果受人为主观影响、误差较大。
技术实现思路
为克服上述现有技术不足，本专利技术的目的是提供一种岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统及方法，以实现岩石盐水-超临界CO2两相渗透率全自动采集与计算。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统，包括气体增压泵、恒速恒压泵、围压与轴压泵、三轴夹持器、气液分离器、数据采集与处理系统，其中：所述气体增压泵包含两个入口及一个出口，气体增压泵的第一入口通过管路连接有CO2气瓶，且该管路上设置有第一阀门，气体增压泵的第二入口通过管路连接有空压机，且该管路上设置有第二阀门，气体增压泵的出口通过管路依次连接有气体缓冲容器、第一压力表、减压阀、第一单向阀、预热器和第一压力传感器，并最终与三轴夹持器连通；所述恒速恒压泵通过管路依次连接有液体缓冲容器、第二单向阀和预热器，并最终与三轴夹持器连通；所述围压与轴压泵的出口连接有两个出口管路，围压与轴压泵的第一出口管路依次连接有第三阀门和第二压力传感器，并最终与三轴夹持器连通；围压与轴压泵的第二出口管路依次连接有第四阀门和第三压力传感器，并最终与三轴夹持器连通；所述三轴夹持器内用于放置待测岩芯，三轴夹持器置于恒温箱内，三轴夹持器的出口通过管路连接有冷凝器；所述气液分离器置于天平上，气液分离器的入口与冷凝器连接，气液分离器的出口依次连接有干燥器、第一气体流量计、第二气体流量计和第三气体流量计；所述数据采集与处理系统分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、天平、第一气体流量计、第二气体流量计和第三气体流量计相连，用于得到气体压力值、围压值、轴压值、液体渗流量和气体流量等数据。一种岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，将待测岩芯安装于三轴夹持器内，打开预热器和恒温箱；步骤二，打开第三阀门，通过围压与轴压泵对待测岩芯施加围压；打开第四阀门，通过围压与轴压泵对待测岩芯施加轴压；步骤三，打开第一阀门和第二阀门，通过气体增压泵对待测岩芯注入高压CO2；步骤四，通过恒速恒压泵，对待测岩芯注入高压盐水；步骤五，通过气液分离器实现CO2和盐水的分离，由天平读取盐水质量，由第一气体流量计、第二气体流量计和第三气体流量计读取CO2流量；步骤六，通过数据采集与分析系统获得得到气体压力值、围压值、轴压值、液体渗流量和气体流量，处理得到渗透率。有益效果：与现有技术方案相比，本专利技术具有以下特点：(1)可以对CO2气体进行增压、预热后以超临界状态注入岩芯夹持器；同时可将盐溶液恒流注入夹持器；出口端流体气液分离后，分别量测气体体积和液体质量，从而分别获得气体和液体的渗透率。(2)利用该测试系统可以研究不同围压、轴压、气体压力、液体压力以及温度等条件下岩石渗透率，以及开展盐水单相渗透、CO2单相渗透以及盐水-CO2两相渗透试验。(3)数据采集与分析系统由计算机自动采集试验过程数据，并自主开发了数据处理软件，自动化程度高、测试精度高，避免了人为操作带来的主观误差。附图说明图1为专利技术的岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统结构示意图；图中，1-CO2气瓶；2-第一阀门；3-气体增压泵；4-空压机；5-第二阀门；6-气体缓冲容器；7-第一压力表；8-减压阀；9-第一单向阀；10-预热器；11-第一压力传感器；12-三轴夹持器；13-待测岩芯；14-恒速恒压泵；15-液体缓冲容器；16-第二单向阀；17-围压与轴压泵；18-第三阀门；19-第二压力传感器；20-第四阀门；21-第三压力传感器；22-天平；23-气液分离器；24-冷凝器；25-恒温箱；26-干燥器；27-第一气体流量计；28-第二气体流量计；29-第三气体流量计；30-数据采集与处理系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1为专利技术的一种岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统，包括气体增压泵3、恒速恒压泵14、围压与轴压泵17、三轴夹持器12、气液分离器23、数据采集与处理系统30，其中：气体增压泵3包含两个入口及一个出口，气体增压泵3的第一入口通过管路连接有CO2气瓶1，且该管路上设置有第一阀门2，气体增压泵3的第二入口通过管路连接有空压机4，且该管路上设置有第二阀门5，气体增压泵3的出口通过管路依次连接有气体缓冲容器6、第一压力表7、减压阀8、第一单向阀9、预热器10和第一压力传感器11，并最终与三轴夹持器12连通；其中，气体增压泵3最大气体输出压力为60MPa，预热器10最高温度100℃，空压机最大压力0.8MPa。恒速恒压泵14通过管路依次连接有液体缓冲容器15、第二单向阀16、和预热器10，并最终与三轴夹持器12连通；其中，恒速恒压泵14最大输出水压60MPa，最大流速9.99mL/min。围压与轴压泵17的出口连接有两个出口管路，围压与轴压泵17的第一出口管路依次连接有第三阀门18和第二压力传感器19，并最终与三轴夹持器12连通；围压与轴压泵17的第二出口管路依次连接有第四阀门20和第三压力传感器21，并最终与三轴夹持器12连通；其中，围压与轴压泵17最大输出压力60MPa。三轴夹持器12内用于放置待测岩芯13，三轴夹持器12置于恒温箱25内，三轴夹持器12的出口通过管路连接有冷凝器24；其中，恒温箱25的最高温度为200℃。气液分离器23置于天平22上，气液分离器23的入口与冷凝器24连接，气液分离器23的出口依次连接有干燥器26、第一气体流量计27、第二气体流量计28和第三气体流量计29；其中，气液分离器23最大承压能力为3MPa，天平22最大量测2kg，精度为0.0001g，第一气体流量计27量测为5mL/min，第二气体流量计28量测为100mL/min，第三气体流量计29量测为3L/min。数据采集与处理系统30分别与第一压力传感器11、第二压力传感器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石全自动盐水‑超临界CO2两相渗透率测试系统，其特征在于：包括气体增压泵(3)、恒速恒压泵(14)、围压与轴压泵(17)、三轴夹持器(12)、气液分离器(23)、数据采集与处理系统(30)，其中：所述气体增压泵(3)包含两个入口及一个出口，气体增压泵(3)的第一入口通过管路连接有CO2气瓶(1)，且该管路上设置有第一阀门(2)，气体增压泵(3)的第二入口通过管路连接有空压机(4)，且该管路上设置有第二阀门(5)，气体增压泵(3)的出口通过管路依次连接有气体缓冲容器(6)、第一压力表(7)、减压阀(8)、第一单向阀(9)、预热器(10)和第一压力传感器(11)，并最终与三轴夹持器(12)连通；所述恒速恒压泵(14)通过管路依次连接有液体缓冲容器(15)、第二单向阀(16)和预热器(10)，并最终与三轴夹持器(12)连通；所述围压与轴压泵(17)的出口连接有两个出口管路，围压与轴压泵(17)的第一出口管路依次连接有第三阀门(18)和第二压力传感器(19)，并最终与三轴夹持器(12)连通；围压与轴压泵(17)的第二出口管路依次连接有第四阀门(20)和第三压力传感器(21)，并最终与三轴夹持器(12)连通；所述三轴夹持器(12)内用于放置待测岩芯(13)，三轴夹持器(12)置于恒温箱(25)内，三轴夹持器(12)的出口通过管路连接有冷凝器(24)；所述气液分离器(23)置于天平(22)上，气液分离器(23)的入口与冷凝器(24)连接，气液分离器(23)的出口依次连接有干燥器(26)、第一气体流量计(27)、第二气体流量计(28)和第三气体流量计(29)；所述数据采集与处理系统(30)分别与第一压力传感器(11)、第二压力传感器(19)、第三压力传感器(21)、天平(22)、第一气体流量计(27)、第二气体流量计(28)和第三气体流量计(29)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种岩石全自动盐水-超临界CO2两相渗透率测试系统，其特征在于：包括气体增压泵(3)、恒速恒压泵(14)、围压与轴压泵(17)、三轴夹持器(12)、气液分离器(23)、数据采集与处理系统(30)，其中：所述气体增压泵(3)包含两个入口及一个出口，气体增压泵(3)的第一入口通过管路连接有CO2气瓶(1)，且该管路上设置有第一阀门(2)，气体增压泵(3)的第二入口通过管路连接有空压机(4)，且该管路上设置有第二阀门(5)，气体增压泵(3)的出口通过管路依次连接有气体缓冲容器(6)、第一压力表(7)、减压阀(8)、第一单向阀(9)、预热器(10)和第一压力传感器(11)，并最终与三轴夹持器(12)连通；所述恒速恒压泵(14)通过管路依次连接有液体缓冲容器(15)、第二单向阀(16)和预热器(10)，并最终与三轴夹持器(12)连通；所述围压与轴压泵(17)的出口连接有两个出口管路，围压与轴压泵(17)的第一出口管路依次连接有第三阀门(18)和第二压力传感器(19)，并最终与三轴夹持器(12)连通；围压与轴压泵(17)的第二出口管路依次连接有第四阀门(20)和第三压力传感器(21)，并最终与三轴夹持器(12)连通；所述三轴夹持器(12)内用于放置待测岩芯(13)，三轴夹持器(12)置于恒温箱(25)内，三轴夹持器(12)的出口通过管路连接有冷凝器(24)；所述气...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨圣奇，黄彦华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32