一种CO2驱替实验系统及实验方法技术方案

本发明专利技术公开一种CO2驱替实验系统及实验方法，包括气体制冷系统、气体注入系统、液体注入系统和岩心夹持系统；气体制冷系统由装有CO2的气瓶、净化器、制冷水浴、第一CO2泵和储罐依次连接组成；气体注入系统通过储罐与第二CO2泵和缓冲罐依次连接；液体注入系统包括并联的两个支路，第一支路包括第一活塞容器，第二支路由包扣第二活塞容器；液体注入系统的入口依次与注液泵、第一容器连接，出口与缓冲罐出口相连接；岩心夹持系统包括岩心夹持器；岩心夹持器连接气体注入系统和液体注入系统。本发明专利技术装置可以模拟并测试二氧化碳或者水溶液在不同排量、不同温度、不同压力、不同溶液配比情况下的对储层岩心的驱替过程，计算残余水饱和度，或者残余CO2饱和度。

【技术实现步骤摘要】
一种CO2驱替实验系统及实验方法
本专利技术属于二氧化碳和水多相流
，特别涉及一种CO2驱替实验系统及实验方法。
技术介绍
近年来，二氧化碳无水压裂技术，CO2驱替开发非常规天然气，以及CO2地质埋存等有关技术正逐渐成为当前人们研究的热点。它们均涉及到关于CO2和水(或水溶液，或水力压裂液)在储层的两相渗流或者驱替的过程。然而，现有的驱替实验系统仅仅针对气相驱替或者液相驱替，或者注入压力波动较大，造成实验误差较大，无法同时满足CO2和水(或水溶液，或水力压裂液)在储层的两相渗流和驱替的过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CO2驱替实验系统及实验方法，以解决上述技术问题；本专利技术装置可以模拟并测试二氧化碳或者水溶液在不同排量、不同温度、不同压力、不同溶液配比情况下的对储层岩心的驱替过程，计算残余水饱和度，或者残余CO2饱和度。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种CO2驱替实验系统，包括气体制冷系统、气体注入系统、液体注入系统和岩心夹持系统；所述气体制冷系统由装有CO2的气瓶(1)、第一阀(2)、净化器(3)、第二阀(4)、制冷水浴(5)、第五阀(10)、第一CO2泵(11)、第六阀(12)和储罐(14)依次连接组成；制冷水浴(5)经过第四阀(7)、过滤器(8)与储罐(14)的顶部相连接；所述气体注入系统通过储罐(14)与第二CO2泵(15)和缓冲罐(19)依次连接，此外，缓冲罐(19)的底部连接有由第八阀(20)控制的放空支路；所述液体注入系统包括并联的两个支路，第一支路包括第一活塞容器(24)，第二支路由包扣第二活塞容器(25)；液体注入系统的入口分别经过第十二阀(26)、第十三阀(27)与注液泵(28)、第一容器(29)连接，出口分别经过第十阀(22)、第十一阀(23)与缓冲罐(19)出口相连接；所述岩心夹持系统包括岩心夹持器(33)；岩心夹持器(33)连接气体注入系统和液体注入系统。进一步的，还包括回环压系统、计量系统和抽真空系统；所述回环压系统包括依次连接的手摇泵(36)、第十六阀(38)、第六压力计(40)和回压阀(41)；岩心夹持器(33)侧面依次通过第四压力计(34)、第十五阀(35)与手摇泵(36)相连接；手摇泵(36)通过阀门能够控制输出回压和环压的大小；岩心夹持器(33)的出口依次通过第五压力计(37)、第十七阀(39)连接回压阀(41)的第一入口；所述计量系统包括气液分离器(43)；回压阀(41)的出口连接气液分离器(43)的入口；气液分离器(43)的底部出口与第二容器(45)相连接，第二容器(45)的底部设置有天平(44)；气液分离器(43)的顶部设有气体流量计(42)；所述抽真空系统包括真空泵(30)，通过管线连接在第九阀(21)和第十四阀(31)之间。进一步的，CO2的气瓶(1)与净化器(3)之间设有第一阀(2)；净化器(3)与制冷水浴(5)之间设有第二阀(4)；制冷水浴(5)与第一CO2泵(11)之间设有第五阀(10)；第一CO2泵(11)与储罐(14)之间设有第六阀(12)；制冷水浴(5)依次经过第四阀(7)、过滤器(8)与储罐(14)的顶部相连接；在制冷水浴(5)的顶部还设置有通过第三阀(6)控制的第一放空支路；储罐(14)的顶部设置有第一压力计(13)和温度计(9)。进一步的，缓冲罐(19)与岩心夹持器(33)之间设有第九阀(21)和第十四阀(31)，缓冲罐(19)的底部连接有第八阀(20)控制的第二放空支路；缓冲罐(19)的顶部连接有第二压力计(17)、安全阀(18)和由第七阀(16)控制的第三放空支路；液体注入系统的第一支路由第十阀(22)、第一活塞容器(24)、第十二阀(26)依次连接组成，第二支路由第十一阀(23)、第二活塞容器(25)、第十三阀(27)依次连接组成；液体注入系统的出口连接第九阀(21)和第十四阀(31)之间；岩心夹持系统包括依次连接的第十四阀(31)、第三压力计(32)、岩心夹持器(33)、第五压力计(37)和第十七阀(39)；岩心夹持器(33)侧面设置有第四压力计(34)。进一步的，气体注入系统中第一CO2泵(11)采用双杠恒速恒压泵，第一CO2泵(11)的入口端经过第五阀(10)连接在制冷水浴(5)的底部，出口端经过第六阀(12)连接在储罐(14)的底部；第二CO2泵(15)能够根据出口压力，控制CO2输出的启动或者暂停，保证缓冲罐(19)中压力恒定。进一步的，所述抽真空系统用于在实验前，抽出岩样空隙和仪器系统中空气，消除空气对实验测试精度的干扰。进一步的，岩心夹持系统内部含有包裹实验岩心的套管。进一步的，气体流量计(42)为湿式气体流量计；天平(44)选用精度万分之一以上的高精度天平。一种CO2驱替实验方法，包括以下步骤：步骤1，对岩心孔隙度、孔隙体积、渗透率、进行测试；步骤2，将岩心放置于烤箱内烘干，去除其内部水分，随后称取岩心干重M0；步骤3，将称取岩心干重后的岩心放置于岩心夹持器(33)，并且关闭第九阀(21)、第十阀(22)、第十一阀(23)、第十五阀(35)和第十七阀(39)，打开抽真空系统抽真空；步骤4，将实验用的水溶液放置于第一活塞容器(24)或者第二活塞容器(25)的上部；打开注液泵(28)将第一容器(29)中清水吸入，将实验用水溶液驱替经过岩心夹持器(33)中的岩样，使之饱和水溶液，然后取出岩样称重M1；步骤5，打开第一阀(2)、第二阀(4)、第五阀(10)、第六阀(12)，使得CO2气体经过第一CO2泵进入储罐(14)，同时调节制冷水浴(5)和储罐(14)的温度至设定温度；调节第二CO2泵(15)，使得缓冲罐(19)中CO2保持在实验设定的稳定压力，并且不断输入到岩心夹持器(33)中，使得其中的岩样饱和CO2，然后对岩样称重M2；则在这一实验条件下的残余水饱和度Swr为：Swr＝(M2-M0)/(M1-M0)；步骤6，改变实验条件，调节不同温度、不同压力、不同排量以及不同液体配比，根据预先测得的岩心原始渗透率，得到相应条件下对储层岩心造成的伤害程度。进一步的，步骤4-5中，改变饱和与驱替的先后顺序，先让岩心用CO2驱替，使其饱和CO2，然后用水溶液驱替；假设岩心中CO2质量为M3，管道中CO2质量为M4，从岩心中流出的CO2质量为M5，以溶解条件流出CO2质量为M6，实验结束时温度压力条件下密度为R，岩心样品孔隙体积为V，则根据质量守恒定律，计算残留在岩样内部超临界CO2饱和度为Sgr：Sgr＝(M3+M4-M5-M6)/(RV)。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术专用于模拟并测试二氧化碳和水在不同温度、不同压力、不同排量、不同液体配比的情况下的对储层岩心的伤害程度。(2)气体制冷系统包括制冷水浴5可以灵活控制输出CO2温度，保证需要时以液态形式用第一CO2泵输出。(3)第一CO2泵11采用双杠恒速恒压泵，它保证CO2液体恒定压力或者恒定流量输出。制冷水浴5和储罐14顶部通过第四阀7和过滤器8连接，可以用于调节二者内部压力，且设计有第三阀6起到防控作用。储罐14设计有控温功能，保证内部CO2为液态。此外设计有缓冲罐19可以起到压力缓冲作用，有利于实验压力平稳进行。第二CO2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CO2驱替实验系统，其特征在于，包括气体制冷系统、气体注入系统、液体注入系统和岩心夹持系统；所述气体制冷系统由装有CO2的气瓶(1)、第一阀(2)、净化器(3)、第二阀(4)、制冷水浴(5)、第五阀(10)、第一CO2泵(11)、第六阀(12)和储罐(14)依次连接组成；制冷水浴(5)经过第四阀(7)、过滤器(8)与储罐(14)的顶部相连接；所述气体注入系统通过储罐(14)与第二CO2泵(15)和缓冲罐(19)依次连接，此外，缓冲罐(19)的底部连接有由第八阀(20)控制的放空支路；所述液体注入系统包括并联的两个支路，第一支路包括第一活塞容器(24)，第二支路由包扣第二活塞容器(25)；液体注入系统的入口分别经过第十二阀(26)、第十三阀(27)与注液泵(28)、第一容器(29)连接，出口分别经过第十阀(22)、第十一阀(23)与缓冲罐(19)出口相连接；所述岩心夹持系统包括岩心夹持器(33)；岩心夹持器(33)连接气体注入系统和液体注入系统。

【技术特征摘要】
1.一种CO2驱替实验系统，其特征在于，包括气体制冷系统、气体注入系统、液体注入系统和岩心夹持系统；所述气体制冷系统由装有CO2的气瓶(1)、第一阀(2)、净化器(3)、第二阀(4)、制冷水浴(5)、第五阀(10)、第一CO2泵(11)、第六阀(12)和储罐(14)依次连接组成；制冷水浴(5)经过第四阀(7)、过滤器(8)与储罐(14)的顶部相连接；所述气体注入系统通过储罐(14)与第二CO2泵(15)和缓冲罐(19)依次连接，此外，缓冲罐(19)的底部连接有由第八阀(20)控制的放空支路；所述液体注入系统包括并联的两个支路，第一支路包括第一活塞容器(24)，第二支路由包扣第二活塞容器(25)；液体注入系统的入口分别经过第十二阀(26)、第十三阀(27)与注液泵(28)、第一容器(29)连接，出口分别经过第十阀(22)、第十一阀(23)与缓冲罐(19)出口相连接；所述岩心夹持系统包括岩心夹持器(33)；岩心夹持器(33)连接气体注入系统和液体注入系统。2.根据权利要求1所述的一种CO2驱替实验系统，其特征在于，还包括回环压系统、计量系统和抽真空系统；所述回环压系统包括依次连接的手摇泵(36)、第十六阀(38)、第六压力计(40)和回压阀(41)；岩心夹持器(33)侧面依次通过第四压力计(34)、第十五阀(35)与手摇泵(36)相连接；手摇泵(36)通过阀门能够控制输出回压和环压的大小；岩心夹持器(33)的出口依次通过第五压力计(37)、第十七阀(39)连接回压阀(41)的第一入口；所述计量系统包括气液分离器(43)；回压阀(41)的出口连接气液分离器(43)的入口；气液分离器(43)的底部出口与第二容器(45)相连接，第二容器(45)的底部设置有天平(44)；气液分离器(43)的顶部设有气体流量计(42)；所述抽真空系统包括真空泵(30)，通过管线连接在第九阀(21)和第十四阀(31)之间。3.根据权利要求2所述的一种CO2驱替实验系统，其特征在于，CO2的气瓶(1)与净化器(3)之间设有第一阀(2)；净化器(3)与制冷水浴(5)之间设有第二阀(4)；制冷水浴(5)与第一CO2泵(11)之间设有第五阀(10)；第一CO2泵(11)与储罐(14)之间设有第六阀(12)；制冷水浴(5)依次经过第四阀(7)、过滤器(8)与储罐(14)的顶部相连接；在制冷水浴(5)的顶部还设置有通过第三阀(6)控制的第一放空支路；储罐(14)的顶部设置有第一压力计(13)和温度计(9)。4.根据权利要求3所述的一种CO2驱替实验系统，其特征在于，缓冲罐(19)与岩心夹持器(33)之间设有第九阀(21)和第十四阀(31)，缓冲罐(19)的底部连接有第八阀(20)控制的第二放空支路；缓冲罐(19)的顶部连接有第二压力计(17)、安全阀(18)和由第七阀(16)控制的第三放空支路；液体注入系统的第一支路由第十阀(22)、第一活塞容器(24)、第十二阀(26)依次连接组成，第二支路由第十一阀(23)、第二活塞容器(25)、第十三阀(27)依次连接组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，张国祥，王金意，荆铁亚，赵文韬，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11