一种超临界温压下的渗流测试实验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超临界温压下的渗流测试实验装置和方法，在深部超临界地热资源开发中，针对高温高压下地热储层渗透性演化不确定问题，解决了实验测试超临界地热储层渗透性动态演化问题，该装置包括数据采集系统、注入系统、缓冲液系统、预热系统、耐高温高压岩心夹持器系统、回压控制系统、冷凝系统和样品收集系统。所述耐高温高压岩心夹持器系统包括耐高温高压岩心夹持器，所述耐高温高压岩心夹持器包括壳体，所述壳体的两端分别通过第一堵头和第二堵头密封，所述第一堵头和所述第二堵头与所述壳体连接处设置有密封石墨圈。本发明专利技术能够测试岩心在超临界温度和压力条件下的渗透率及其随化学反应和应力变化影响下的动态演化特征。征。征。

【技术实现步骤摘要】
一种超临界温压下的渗流测试实验装置和方法


[0001]本专利技术涉及超临界地热资源开发
，具体涉及一种超临界温压下的渗流测试实验装置和方法。

技术介绍

[0002]地热能是一种清洁高效的非常规新能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。地热能高效开发，是当前国内外能源形势，碳达峰、碳中和的客观需求。其中，超临界地热资源勘探开发是世界地热研究的前沿领域。超临界地热通常指温度和压力达到水的超临界点(374℃，22.1MPa)以上，地壳深部流体以超临界相态存在。超临界水(流体)具有较低的密度和动力粘度，且具有更高的热焓和压缩系数，因此，超临界地热资源开发具有极大的发电潜力，可以用来建设下一代地热发电厂。
[0003]目前，全球超临界地热资源勘探开发处于初步探索阶段，仅冰岛、意大利、美国、新西兰、墨西哥、日本等少数发达国家开展了现场钻探工作，并成功在冰岛的Krafla和Reykjanes、美国的Geysers和Salton Sea、意大利的Larderello等多个地热场地钻获超临界地热资源。值得注意的是，冰岛基于Reykjanes地热田的IDDP
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2井，成功开展了为期5个月的冷水注入刺激改造和对流循环测试作业，有望实现突破超临界地热资源的试验性开发利用。国外发达国家对超临界地热资源的持续项目投入和研究结果表明，超临界地热资源是未来地下新能源开发的战略制高点。我国目前虽没有专门针对超临界地热资源开展相关研究工作，但已有研究表明我国在青藏高原(如西藏羊八井和云南腾冲地热田)和长白山等地区蕴藏有潜在的超临界地热资源。羊八井地热田是典型的岩浆型热田，地热井钻探至950～1350m时，岩体温度已达259℃；钻探至1850m时，岩体温度高达329℃。此外，大地电磁探测结果表明，在羊八井热田北区深部约5km以下存在未完全冷却的高温熔融体，区内超临界地热资源开发潜力巨大。
[0004]超临界地热开发过程中，地热流体沿地层和井筒向上运移过程中均伴随着较大的温度和压力变化，将造成显著的矿物溶解沉淀作用。尤其对于一些特殊的水解反应，造成次生矿物体积明显大于反应前的原生矿物，如石英水解为高含水的沸石或粘土类矿物。此时，基质和裂隙的孔隙度将直接受到矿物溶解沉淀作用的影响，并进一步改变地层的孔隙结构和渗透性。实验研究超临界地热流体在进入亚临界态、液态和气态过程中，温度和压力变化可能引发的剧烈流体流动和水岩化学耦合作用，定量评价高温高压下流体
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岩石水岩地球化学反应对地层渗透性的影响，对准确认识地壳深部流体运移和超临界地热动态开采特征具有重要意义。
[0005]目前国内现有的高温高压岩心渗流实验测试装置，其密封材料、密封方法和测试技术并不能满足超临界温压条件下的实验需求，因此还尚未开展超临界温压条件下的渗流实验，无法探索超临界地热开发过程中可能出现的储层堵塞和流体运移特征，而这些基础科学问题研究是保障超临界地热资源可持续开发的关键。
[0006]目前，国内用于高温高压条件下的岩心渗流实验装置温度不超过300℃，普遍具有
如下特征：(1)利用胶套作为高温高压隔离材料，耐温能力有限，不超过300℃，且在高温高压下开展实验使用寿命较短，增加了实验成本；(2)利用橡胶圈件作为密封圈，耐温能力有限，导致高温高压实验的密封性交叉，容易引起流动介质泄漏，造成实验测试结果不准确；(3)夹持器两端密封方法普遍采用旋转螺口进行两段紧固和密封支撑，但随着长时间序列的高温高压实验会出现松动，导致密封性能降低，影响实验正常进行。综上所述，这些密封材料和密封方法在超临界高温高压环境条件下均失效。可见，针对超临界地热所面临的高温高压特性，有必要提出全新的密封材料和密封方法，构建全新的耐高温高压岩心渗流实验测试装置，为超临界地热资源可持续开发相关的基础科学问题研究提供基础。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服
技术介绍
所提出的技术问题，公开了一种超临界温压下的渗流测试实验装置和方法，能够测试岩心在超临界温度和压力条件下的渗透率及其随化学反应和应力变化影响下的动态演化特征。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：
[0009]本专利技术的第一技术方案提供一种超临界温压下的渗流测试实验装置，所述装置包括数据采集系统、注入系统、缓冲液系统、预热系统、耐高温高压岩心夹持器系统、回压控制系统、冷凝系统和样品收集系统；
[0010]所述耐高温高压岩心夹持器系统包括耐高温高压岩心夹持器，所述耐高温高压岩心夹持器包括壳体，所述壳体的两端分别通过第一堵头和第二堵头密封，所述第一堵头和所述第二堵头与所述壳体连接处设置有密封石墨圈，所述第一堵头和所述第二堵头分别密封连接有进口组件和出口组件，所述壳体内可拆卸地设置有两个固定拉杆，所述两个固定拉杆通过密封紫铜套固定岩心，所述岩心的两端分别连接所述进口组件和所述出口组件，所述进口组件和所述出口组件与所述密封紫铜套之间设置有柔性石墨圈；
[0011]所述注入系统与所述缓冲液系统连接，所述缓冲液系统与所述预热系统连接，所述预热系统与所述进口组件连接，所述出口组件分别与所述回压控制系统、所述冷凝系统以及所述样品收集系统连接；
[0012]所述数据采集系统与所述注入系统、预热系统、耐高温高压岩心夹持器系统、回压控制系统和样品收集系统连接，以采集注入压力、预热温度、围压、回压和样品重量。
[0013]进一步地，所述固定拉杆配合固定螺母以及第二堵头以实现对所述岩心的密闭。
[0014]进一步地，所述注入系统包括注入管以及设置在所述注入管上的平流泵、第一压力传感器和第一阀门。
[0015]进一步地，所述缓冲液系统包括缓冲液管路和缓冲液容器，所述缓冲液管路与所述注入管连接，所述注入管上设置所述缓冲液容器。
[0016]进一步地，所述预热系统包括预热器，所述注入管上设置所述预热器，所述预热器中设置控温组件，所述预热器的出口端设置第一测温组件。
[0017]进一步地，所述耐高温高压岩心夹持器设置在一恒温容器中，所述恒温容器上设置有第二测温组件，所述耐高温高压岩心夹持器上设置有第二压力传感器。
[0018]进一步地，所述回压控制系统包括回压管、回压阀、缓冲罐、回压泵、第三压力传感器和回压控制器，所述回压管连接所述出口组件，所述回压管上设置所述回压阀、缓冲罐和
回压泵；所述回压管上设置至少一个第三压力传感器，所述回压控制器与所述第二压力传感器、第三压力传感器均信号连接，所述回压控制器与所述回压泵信号连接，以根据所述第二压力传感器、第三压力传感器分别馈送的压力数据控制回压泵的工作功率。
[0019]进一步地，所述样品收集系统包括样品收集管、样品收集容器以及电子称重器，所述样品收集管与所述出口组件连接，以将样品引流至所述样品收集容器，所述样品收集容器设置在所述电子称重器上。
[0020]本专利技术的第二技术方案提供一种超临界温压下的渗流测试实验方法，基于如上所述的装置，所述方法包括：
[0021]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超临界温压下的渗流测试实验装置，其特征在于：所述装置包括数据采集系统、注入系统、缓冲液系统、预热系统、耐高温高压岩心夹持器系统、回压控制系统、冷凝系统和样品收集系统；所述耐高温高压岩心夹持器系统包括耐高温高压岩心夹持器，所述耐高温高压岩心夹持器包括壳体，所述壳体的两端分别通过第一堵头和第二堵头密封，所述第一堵头和所述第二堵头与所述壳体连接处设置有密封石墨圈，所述第一堵头和所述第二堵头分别密封连接有进口组件和出口组件，所述壳体内可拆卸地设置有两个固定拉杆，所述两个固定拉杆通过密封紫铜套固定岩心，所述岩心的两端分别连接所述进口组件和所述出口组件，所述进口组件和所述出口组件与所述密封紫铜套之间设置有柔性石墨圈；所述注入系统与所述缓冲液系统连接，所述缓冲液系统与所述预热系统连接，所述预热系统与所述进口组件连接，所述出口组件分别与所述回压控制系统、所述冷凝系统以及所述样品收集系统连接；所述数据采集系统与所述注入系统、预热系统、耐高温高压岩心夹持器系统、回压控制系统和样品收集系统连接，以采集注入压力、预热温度、围压、回压和样品重量。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固定拉杆配合固定螺母以及第二堵头以实现对所述岩心的密闭。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述注入系统包括注入管以及设置在所述注入管上的平流泵、第一压力传感器和第一阀门。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述缓冲液系统包括缓冲液管路和缓冲液容器，所述缓冲液管路与所述注入管连接，所述注入管上设置所述缓冲液容器。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述预热系统包括预热器，所述注入管上设置所述预热器，所述预热器中设置控温组件，所述预热器的出口端设置第一测温组件。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述耐高温高压岩心夹持器设置在一恒温容器中，所述恒温容器上设置有第...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁益龙，许天福，郝洋，封官宏，钟承昊，汪禹，于涵，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：