用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统及测试方法，属于压裂改造过程中流固耦合作用实验系统技术领域。该系统由加压供液单元、循环流动单元及耦合反应单元组成，加压供液单元能够随时制备得到实验所需的CO2干法压裂液，并完成泵送，然后进入循环流动单元及耦合反应单元。本发明专利技术的系统设计合理，各个单元配合工作，能够在耦合反应单元模拟实际工况条件下研究液态/超临界CO2与页岩的耦合作用随温度、压力、剪切速率等因素的变化规律；并能够通过后期水样和页岩样品分析，得到耦合作用对页岩的物性改造机理，对页岩气藏后期改造及产能评价具有重要的指导意义。

High parameter experimental system and test method for simulating fluid solid coupling of CO2 dry fracturing in shale gas reservoirs

The invention discloses a high parameter experimental system and a test method for simulating the fluid solid coupling of carbon dioxide dry fracturing in shale gas reservoir, which belongs to the technical field of the fluid solid coupling experimental system during the fracturing process. The system consists of a pressurized liquid supply unit, a circulating flow unit and a coupling reaction unit. The pressure supply unit can prepare the CO2 dry fracturing fluid needed for the experiment at any time, and complete the pump, and then enter the circulating flow unit and the coupling reaction unit. The system design of the invention is reasonable and the various units work together. The coupling action of the liquid / supercritical CO2 and the shale can be studied by the coupling reaction unit in the actual working condition. The coupling action can be obtained through the analysis of the later water samples and shale samples. The physical property transformation mechanism of rocks is of great guiding significance for the later stage transformation and productivity evaluation of shale gas reservoirs.

【技术实现步骤摘要】
用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统及测试方法
本专利技术属于压裂改造过程中流固耦合作用实验系统
，具体涉及一种用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统及测试方法。
技术介绍
国内页岩气储量丰富，据国土资源部统计，我国页岩气可采储量为25.08万亿方，开发潜力巨大，但目前的水基压裂液用于页岩气开发时，存在用水量大、储层伤害严重等问题，将CO2干法压裂技术用于国内页岩气藏的开发具有用水量少、储层伤害小、返排率高、有利于甲烷解吸等优势。在页岩气藏的CO2干法压裂过程中，液态/超临界CO2、水与页岩相互作用，会对页岩的物性产生影响，进而影响后期改造及产能。但是，目前国内外还没有对页岩气藏CO2干法压裂流固耦合作用进行模拟的实验系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统及测试方法，该实验系统设计合理，基于该系统能够测试不同干法压裂液体系、添加剂等对流固耦合作用的影响，可研究不同压裂施工条件下，液态/超临界CO2、水与页岩耦合作用对页岩气层孔隙结构、吸附特性、力学性质等影响机制。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种用于模拟页岩气藏CO2干法压裂流固耦合的高参数实验系统，包括用于模拟液态/超临界CO2与页岩的相互作用的耦合反应单元，以及用于循环CO2干法压裂液的循环流动单元；所述耦合反应单元，包括中间容器、手动压力泵、反应器、样品管及油浴加热装置，手动压力泵的出液端与中间容器的进液端相连，中间容器的出液端与反应器相连，样品管置于反应器中，油浴加热装置以油套方式和反应器相连；所述循环流动单元包括缓冲罐和循环泵；缓冲罐的出液端与循环泵的进液端相连，循环泵的出液端与反应器相连；缓冲罐的进液端与反应器相连；还包括与循环流动单元的进液管路相连的加压供液单元，加压供液单元用于制备和输送CO2干法压裂液。优选地，手动压力泵的顶部还设有用于盛装煤油的烧杯，手动压力泵的进液端与烧杯相连。优选地，反应器的底部还设有分离器，反应器的底部出口与分离器的入口相连，分离器的出口端分别连接有放空管路和取样瓶。进一步优选地，所述加压供液单元包括液体二氧化碳储罐、氮气瓶、高压柱塞泵、预热器、加热器、恒流泵、储液罐及回压阀；液体二氧化碳储罐的进液端与氮气瓶的出口相连，液体二氧化碳储罐的出液端与高压柱塞泵的进液端相连，高压柱塞泵出液端连接有安全阀，储液罐的出液端与恒流泵的进液端相连，恒流泵的出液端与高压柱塞泵的出液端通过三通均连接至预热器的入口，预热器的出口与加热器的入口相连，加热器的出口分别与回压阀的入口和循环流动单元的进液管路相连，回压阀的出口与放空管路相连。优选地，该实验系统的压力范围为0～50MPa，温度范围为室温～180℃。优选地，该实验系统能够模拟动态流固耦合反应过程、静态流固耦合反应过程及动静态流固耦合反应过程。优选地，当该实验系统模拟动态流固耦合反应过程时，开启循环流动单元进行动态实验；当该实验系统模拟静态流固耦合反应过程时，关闭循环流动单元，给反应器充液，封闭反应器进行静态实验；当该实验系统模拟动静态流固耦合反应过程时，先开启循环流动单元进行动态实验，当循环一定时间后，关闭循环流动单元，给反应器充液，封闭反应器进行静态实验。本专利技术还公开了基于上述的实验系统模拟测试实际工况条件下液态/超临界CO2与页岩的耦合反应的方法，其中：动态测试方法如下：当制备好的CO2干法压裂液充满反应器及循环流动管路后，开启循环流动单元，采用循环泵模拟注入CO2过程中CO2在地层中的剪切流动，循环泵的流量能够实现精确控制；设置相应的流量，使CO2干法压裂液在循环管路中以一定的剪切速率进行剪切，CO2干法压裂液循环流动经过反应器，能够保证页岩岩样和水充分暴露在CO2干法压裂液中，使CO2干法压裂液循环剪切通过反应器中的样品，同时开启油浴加热装置，保证在实验温度下进行耦合实验；静态测试方法如下：无需开启循环流动单元，给反应器充填CO2干法压裂液，当达到实验压力后，封闭反应器，模拟注入CO2后焖井的过程，使CO2与水、页岩在静态条件下发生耦合反应，并打开油浴加热装置，实时观测反应器温度和压力，当温压发生变化时，进行相应调整，在实验结束后，从反应器下部取水样，并打开反应器取出岩样，进行相应的分析测试；动静态测试方法如下：先开启循环流动单元按上述动态测试进行方法动态实验，然后关闭循环流动单元，给反应器充液，封闭反应器，然后按照上述静态测试方法进行静态实验。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术构建了高参数的用于模拟页岩气藏CO2干法压裂流固耦合的实验系统，该系统由加压供液单元、循环流动单元及耦合反应单元组成，加压供液单元能够随时制备得到实验所需的CO2干法压裂液，并完成泵送，然后进入循环流动单元及耦合反应单元。本专利技术的系统设计合理，各个单元配合工作，能够在耦合反应单元模拟实际工况条件下研究液态/超临界CO2与页岩的耦合作用随温度、压力、剪切速率等因素的变化规律；并能够通过后期水样和页岩样品分析，得到耦合作用对页岩的物性改造机理，对页岩气藏后期改造及产能评价具有重要的指导意义。该系统能够测试不同干法压裂液体系、添加剂等对流固耦合作用的影响，可研究不同压裂施工条件下，液态/超临界CO2、水与页岩耦合作用对页岩气层孔隙结构、吸附特性、力学性质等影响机制。本专利技术公开的基于该系统的模拟测试实际工况条件下液态/超临界CO2与页岩的耦合反应的方法，操作简单，能够根据实际测试需求，模拟动态、静态及动静态下的流固耦合反应过程。附图说明图1为本专利技术的用于模拟页岩气藏CO2干法压裂流固耦合的高参数实验系统结构图。其中，1为液体二氧化碳储罐；2为氮气瓶；3为高压柱塞泵；4为安全阀；5为三通；6为预热器；7为加热器；8为恒流泵；9为储液罐；10为回压阀；11为缓冲罐；12为循环泵；13为中间容器；14为手动压力泵；15为烧杯；16为反应器；17为样品管；18为分离器；19为放空管路；20为取样瓶；21为油浴加热装置。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参见图1，本专利技术的用于模拟页岩气藏CO2干法压裂流固耦合的高参数实验系统，包括用于制备和输送CO2干法压裂液的加压供液单元，用于循环CO2干法压裂液的循环流动单元以及用于模拟液态/超临界CO2与页岩的相互作用的耦合反应单元；所述加压供液单元，包括液体二氧化碳储罐1、氮气瓶2、高压柱塞泵3、安全阀4、三通5、预热器6、加热器7、恒流泵8、储液罐9及回压阀10；液体二氧化碳储罐1的进液端与氮气瓶2的出口相连，液体二氧化碳储罐1的出液端与高压柱塞泵3的进液端相连，高压柱塞泵3出液端连接有安全阀4，储液罐9的出液端与恒流泵8的进液端相连，恒流泵8的出液端与高压柱塞泵3的出液端通过三通5均连接至预热器6的入口，预热器6的出口与加热器7的入口相连，加热器7的出口分别与回压阀10的入口和循环流动单元管路相连，回压阀10的出口与放空管路19相连；所述循环流动单元，包括缓冲罐11和循环泵12；缓冲罐11的出液端与循环泵12的进液端相连，循环泵12的出液端与反应器16相连；缓冲罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，包括用于模拟液态/超临界CO2与页岩的相互作用的耦合反应单元，以及用于循环CO2干法压裂液的循环流动单元；所述耦合反应单元，包括中间容器(13)、手动压力泵(14)、反应器(16)、样品管(17)及油浴加热装置(21)，手动压力泵(14)的出液端与中间容器(13)的进液端相连，中间容器(13)的出液端与反应器(16)相连，样品管(17)置于反应器中(16)，油浴加热装置(21)以油套方式和反应器(16)相连；所述循环流动单元包括缓冲罐(11)和循环泵(12)；缓冲罐(11)的出液端与循环泵(12)的进液端相连，循环泵(12)的出液端与反应器(16)相连；缓冲罐(11)的进液端与反应器(16)相连；还包括与循环流动单元的进液管路相连的加压供液单元，加压供液单元用于制备和输送CO2干法压裂液。

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，包括用于模拟液态/超临界CO2与页岩的相互作用的耦合反应单元，以及用于循环CO2干法压裂液的循环流动单元；所述耦合反应单元，包括中间容器(13)、手动压力泵(14)、反应器(16)、样品管(17)及油浴加热装置(21)，手动压力泵(14)的出液端与中间容器(13)的进液端相连，中间容器(13)的出液端与反应器(16)相连，样品管(17)置于反应器中(16)，油浴加热装置(21)以油套方式和反应器(16)相连；所述循环流动单元包括缓冲罐(11)和循环泵(12)；缓冲罐(11)的出液端与循环泵(12)的进液端相连，循环泵(12)的出液端与反应器(16)相连；缓冲罐(11)的进液端与反应器(16)相连；还包括与循环流动单元的进液管路相连的加压供液单元，加压供液单元用于制备和输送CO2干法压裂液。2.根据权利要求1所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，手动压力泵(14)的顶部还设有用于盛装煤油的烧杯(15)，手动压力泵(14)的进液端与烧杯(15)相连。3.根据权利要求1所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，反应器(16)的底部还设有分离器(18)，反应器(16)的底部出口与分离器(18)的入口相连，分离器(18)的出口端分别连接有放空管路(19)和取样瓶(20)。4.根据权利要求3所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，所述加压供液单元包括液体二氧化碳储罐(1)、氮气瓶(2)、高压柱塞泵(3)、预热器(6)、加热器(7)、恒流泵(8)、储液罐(9)及回压阀(10)；液体二氧化碳储罐(1)的进液端与氮气瓶(2)的出口相连，液体二氧化碳储罐(1)的出液端与高压柱塞泵(3)的进液端相连，高压柱塞泵(3)出液端连接有安全阀(4)，储液罐(9)的出液端与恒流泵(8)的进液端相连，恒流泵(8)的出液端与高压柱塞泵(3)的出液端通过三通(5)均连接至预热器(6)的入口，预热器(6)的出口与加热器(7)的入口相连，加热器(7)的出口分别与回压阀(10)的入口和循环流动单元的进液管路相连，回压阀(10)的出口与放空管路(19)相连。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗向荣，任晓娟，王树众，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61