【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含水层co2羽流运移及光纤测压试验，特别涉及基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置及其方法。
技术介绍
1、随着环境问题日益加剧，如何降低大气中co2含量，开发清洁能源是双碳目标急需解决的问题之一。co2羽流地热已成为一种新兴的能源利用方式，co2羽流地热系统利用天然孔隙介质，通过注入井将低温co2注入到深部热储层，注入co2在热储孔隙中渗透运移，在驱替水的同时与高温岩体进行换热，由于密度差异引起的浮力作用，co2在空间上形成一种向前向上的羽状分布形态，被加热后的co2通过生产井输送至地表用于供热或发电，然后将冷却后的co2重新注入到地下，co2在地层内的损失量即为地质封存量，co2羽流地热将co2地质封存和地热生产过程结合在一起，降低co2封存成本并产生清洁能源。
2、co2从生产井进入地下储层后，co2在储层中的流动情况决定着co2在地层中的封存效率和生产井的采热能力，因此如何监测co2在储层中的运移和分布情况，对于co2地质封存和生产井取热发电极为关键，而目前对于储层中co2羽流的监测方法极少，实验常规的监测方式是通过核磁共振仪来区分不同流体的响应幅度，然而此种设备造价昂贵，且无法用于实际场地的监测过程，由于co2和水性质的不同，co2在注入含水层后流体压力会发生变化，而光纤光栅可以通过波长的变化来感知压力的变化，不论在实验尺度还是场地尺度都能够铺设，依次选择不同灵敏度的光纤光栅即可。因此，尚缺少一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置及其方法，用以检测co2注入储层后的运移和分布情况。p>
技术实现思路
1、针对现有技术的上述问题，本专利技术提供了基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置及其方法，解决了现有技术无法满足室内和现场co2注入含水岩石后的运移研究及监测。为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置，包括：岩心夹持器、流体控制系统、光纤压力传感系统、围压-温度控制系统以及与岩心夹持器、流体控制系统、光纤压力传感系统、围压-温度控制系统电性连接的计算控制器，
2、所述岩心夹持器内部放置岩心，所述岩心的两端分别为左堵头和右堵头，所述左堵头和右堵头外部套对应设有左锥形环和右锥形环，所述左锥形环和右锥形环前端套设一橡胶套，所述橡胶套将岩心、左堵头、右堵头的外侧紧密贴合包裹，所述橡胶套外部为一金属筒体，所述金属筒体与橡胶套之间形成围压腔，所述金属筒体两端与左锥形环、右锥形环通过密封圈紧压保持围压腔的密封，所述左堵头中间设有流体进入管道，右堵头中间设有流体流出管道，
3、所述流体控制系统包括连接流体进入管道的流体注入控制组件，以及连接流体流出管道的流体检测组件；
4、所述光纤压力传感系统包括光纤光栅以及波长信号处理器，所述光纤光栅铺设在岩心内部，并在右堵头内集束从小孔穿出，连接到波长信号处理器上；
5、所述围压-温度控制系统与所述围压腔连接。
6、进一地，所述流体注入控制组件入口端设有co2气瓶，所述co2气瓶通过阀门a和冷却塔接，所述冷却塔通过阀门b和恒速恒压泵a连接，所述冷却塔与流体进入管道的连接管道上设有阀门c，所述阀门c控制co2的注入，所述流体注入控制组件还包括恒速恒压泵b，恒速恒压泵b一端连接水源，一端通过阀门d连接流体进入管道。
7、进一步地，所述流体检测组件包括从流体流出管道出口端依次连接的回压控制阀、硅胶干燥管和气体流量计，所述硅胶干燥管下有记录质量的变化的电子质量计，所述电子质量计、气体流量计均连接至计算控制器。
8、进一步地，所述岩心夹持器的流体进入管道、流体流出管道上对应设有压力表p4和p5，并可以将监测数据传输到计算控制器。
9、进一步地，所述光纤光栅从右堵头伸出，一共有4根，沿着岩心中心从上到下等间距排布，所述岩心以光线光栅的直径进行钻孔，每个钻孔直径2mm。
10、进一步地，所述围压-温度控制系统包括压力泵、阀门e和恒温箱，所述压力泵通过阀门e向围压腔内注水控制围压，所述阀门e处管道上设有压力表p3。
11、进一步地，所述左锥形环和右锥形环外侧有凹槽，凹槽上套一橡胶圈，左锥形环、右锥形环、橡胶圈和金属筒体紧密贴合。
12、一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测方法，包括如下步骤：
13、a.岩心试样制备：
14、选取完整岩石，将岩石加工成与夹持器内岩心大小相匹配的圆柱形试样，并进一步将试样钻孔，钻孔直径2mm，使其匹配右堵头上排布的光纤光栅，试样半径r、长度l；
15、b.试样的加载密封：
16、左锥形环和右锥形环还有橡胶套事先卡入金属筒体中，将右堵头上的光纤光栅插入试样钻孔中后，一起从夹持器右端放入橡胶套中，右堵头和右螺帽上的集束小孔保持在夹持器正上方，有刻度与金属筒体对齐，使得光纤光栅从上到下排列，夹持器左端放入左堵头，并通过螺栓使得左螺帽和右螺帽固定在金属筒体上，紧压堵头，使试样密封；
17、c.试验围压加载：
18、打开阀门e，用压力泵将水注入围压腔中，当围压表p3显示到设定数值时，关闭阀门e，围压加载范围0-50mpa；
19、d.试验温度加载：
20、用恒温箱对箱内部进行加热，温度加载范围20-150℃，为了确保在流体注入过程被加热到设定温度，管路被折叠起来延长加热时间，在折叠管路末端设有一温度表t，用来观察整个箱体内的温度保持情况；
21、e.流体的加载和渗透数据的采集：
22、f.光纤光栅数据的采集。
23、在步骤e中，
24、首先设置回压控制阀数值，为了模拟co2羽流在地层中的超临界态，此处设为8mpa，确保初始流体压力8mpa，打开阀门d，通过恒速恒压泵b恒流或者恒压注入水(咸水)，一是为了饱和试样，二是待流动稳定时记录流量值q和压差δp，流量值q通过恒速恒压泵b记录，压差δp由压力表p4和压力表p5之间的差值获得，用以测算岩石的渗透率，关闭阀门d,打开阀门a，将co2气瓶中的co2压缩到冷却塔中，当压力表p2显示为8mpa时，关闭阀门a，打开阀门b，打开恒速恒压泵a，以恒定压力8mpa使水充满恒速恒压泵a到冷却塔这一段的管路，随后将恒速恒压泵a设定恒流注入，用来推动冷却塔中的co2，同时打开阀门c，使得冷却塔中的co2可以恒流注入夹持器中，硅胶干燥管的质量变化和气体流量计的监测数据会实时传输到计算控制器上，用以记录两相流动中每一相的瞬时流量值，硅胶干燥管监测的实时水相流量值为q1，气体流量计监测的实时气相流量值为q2，从而计算每一相的有效渗透率和相对渗透率，
25、岩石渗透率k的计算公式：
26、
27、每一相相对渗透率kr计算公式：
28、
29、其中，ke为每一相对应的有效渗透率，将每一相的流量值q1或q2带入式(1)计算获得。
30、在步骤f中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，包括：岩心夹持器、流体控制系统、光纤压力传感系统、围压-温度控制系统以及与岩心夹持器、流体控制系统、光纤压力传感系统、围压-温度控制系统电性连接的计算控制器(501)，
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述流体注入控制组件入口端设有CO2气瓶(201)，所述CO2气瓶(201)通过阀门a(202)和冷却塔(203)连接，所述冷却塔(203)通过阀门b(205)和恒速恒压泵A(204)连接，所述冷却塔(203)与流体进入管道的连接管道上设有阀门c(208)，所述阀门c(208)控制CO2的注入，所述流体注入控制组件还包括恒速恒压泵B(206)，恒速恒压泵B(206)一端连接水源，一端通过阀门d(207)连接流体进入管道。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述流体检测组件包括从流体流出管道出口端依次连接的回压控制阀(209)、硅胶干燥管(210)和气体流量计(211)，所述硅胶干燥管(210)下有记录
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述岩心夹持器的流体进入管道、流体流出管道上对应设有压力表P4和P5，并可以将监测数据传输到计算控制器(501)。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述光纤光栅(301)从右堵头(103)伸出，一共有4根，沿着岩心(101)中心从上到下等间距排布，所述岩心(101)以光线光栅(301)的直径进行钻孔，每个钻孔直径2mm。
6.根据权利要求1一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述围压-温度控制系统包括压力泵(401)、阀门e(402)和恒温箱(403)，所述压力泵(401)通过阀门e(402)向围压腔内注水控制围压，所述阀门e(402)处管道上设有压力表P3。
7.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述左锥形环(104)和右锥形环(105)外侧有凹槽，凹槽上套一橡胶圈，左锥形环(104)、右锥形环(105)、橡胶圈和金属筒体(107)紧密贴合。
8.一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测方法，其特征在于，在步骤e中，
10.根据权利要求8所述的一种基于光纤光栅的CO2羽流运移模拟监测方法，其特征在于，在步骤f中，在饱水岩石还处于静水压力时(即还未注入CO2时)，波长信号处理器(302)通过光纤光栅(301)传递的波长信号记录了压力初始值，在CO2注入后，光纤光栅由于CO2和水密度粘度的差异，CO2羽流在驱动力和浮力作用下从岩心上部向前延伸，此时四根光纤光栅上每一点的波长数据就会发生变化，反应流体压力的变化，从流体进入管道到流体流出管道的流体压力呈梯度降低，，然而由于CO2和水性质的差异，岩心中流体压力等值线并不规则；岩心同一截面处光纤光栅所处的4个点，岩心截面上部光纤光栅压力小，岩心截面下部光纤光栅压力大，将四根光纤压力相同的点连接起来(实验尺度未考虑重力梯度)，在计算控制器(501)上显示实时的压力等值图像，以此判断CO2在岩心中的运移和分布情况。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，包括：岩心夹持器、流体控制系统、光纤压力传感系统、围压-温度控制系统以及与岩心夹持器、流体控制系统、光纤压力传感系统、围压-温度控制系统电性连接的计算控制器(501)，
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述流体注入控制组件入口端设有co2气瓶(201)，所述co2气瓶(201)通过阀门a(202)和冷却塔(203)连接，所述冷却塔(203)通过阀门b(205)和恒速恒压泵a(204)连接，所述冷却塔(203)与流体进入管道的连接管道上设有阀门c(208)，所述阀门c(208)控制co2的注入，所述流体注入控制组件还包括恒速恒压泵b(206)，恒速恒压泵b(206)一端连接水源，一端通过阀门d(207)连接流体进入管道。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述流体检测组件包括从流体流出管道出口端依次连接的回压控制阀(209)、硅胶干燥管(210)和气体流量计(211)，所述硅胶干燥管(210)下有记录质量的变化的电子质量计，所述电子质量计、气体流量计(211)均连接至计算控制器(501)。
4.根据权利要求3所述的一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述岩心夹持器的流体进入管道、流体流出管道上对应设有压力表p4和p5，并可以将监测数据传输到计算控制器(501)。
5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的co2羽流运移模拟监测装置，其特征在于，所述光纤光栅(301)从右堵头(103)伸出，一共有4根，沿着岩心(101)中心从上到下等间距排布，所述岩心(101)以光线光栅(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒彪，吴川东，杨皓，苗炅焱，田浩华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。