一种高效混合超临界CO2及增粘剂驱替模拟装置的制作方法

本发明涉及非常规油气增产，具体为一种高效混合超临界co2及增粘剂驱替模拟装置。

背景技术：

1、能源是一个国家社会发展的动力源泉，化石能源是国家能源结构的主体部分，有效提高油气资源的勘察开发效率成为人们研发的热点，超临界二氧化碳压裂是一种新型的非常规油气藏储层改造技术，是提高非常规油气储层导流能力，实现非常规油气资源商业开采的重要手段，有利于实现绿色能源开采。

2、现有技术中驱替模拟装置存在的缺陷是：

3、1、专利文件us10801943b2公开了致密岩心视渗透率测量装置及方法，“该装置包括：岩芯夹持器、第一高压注入泵、第二高压注入泵，微差压计、微流量计、第一压力控制单元、第二压力控制单元，第一阀、第二阀，第一阀、第二阀、第三阀和第四阀；所述第一压力控制单元包括：第一耐压活塞容器和第二耐压活塞容器，二者均被活塞分为上腔和下腔，所述第一耐压活塞集装箱和第二抗压活塞集装箱的上腔充满气体并相互连通，并且所述第一耐压活塞容器的下腔填充有泵压力传递液体，并且所述第二耐压活塞容器。”该渗透率测量装置对液体进行加热时采用水浴加热，加热范围具有局限性，无法满足不同温度压力液体的测量需求。

4、2、专利文件cn209132138u公开了一种超临界二氧化碳高温高压pvt测试及驱替甲烷一体化的实验装置，“该装置包括液态二氧化碳储罐、液态甲烷储罐、容积泵、岩心夹持器、恒温油浴系统、pvt筒、环压发生装置、压差传感器、流量传感器、压力传感器、温度传感器、氢氧化钠吸收储罐、储气罐，液态二氧化碳储罐和液态甲烷储罐分别由第一管线、第二管线通过第三管线连接至pvt筒的入口，pvt筒的出口通过第四管线连接岩心夹持器的入口，管汇三通通过第五管线、第六管线、第七管线分别连接岩心夹持器的出口、氢氧化钠储罐的入口、第三管线，氢氧化钠储罐的出口通过第八管线连接储气罐。本实实用新型可以研究超临界二氧化碳在高温高压下的相态、粘度与驱替效率随温度、压力的变化规律。”该实验装置不能对增粘剂和二氧化碳气体进行充分混合，二氧化碳气体附着增粘剂不均匀降低了其通过岩心夹持器内部的效果，无法保证测试结果的准确性。

5、3、专利文件cn106840966b公开了评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置及方法，“评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置包括釜体，釜体为长方体外壳，长方体外壳围合成腔体，釜体两侧中部对称设有一对观察窗，釜体上设有温度和压力传感器，活塞位于腔体内，釜体中部设有试剂添加口，用于向釜体内部注入增粘剂；釜体顶部设有磁力搅拌装置、投球装置，投球装置与磁力搅拌装置同轴且相互独立并与釜体通过管道相通，小球通过投球装置投放；投球装置上设有投球装置出口开关。本发明提供一种评价聚合物在超临界二氧化碳中增粘效果的装置，用于研究超临界二氧化碳粘度压裂液增粘机理，为超临界二氧化碳压裂施工提供技术支撑。”该装置通过手动加压方式导致加压过程不够稳固，增加了工作人员的劳动强度，且加压后不能对手摇杆进行固定，无法保证加压试验过程的稳定性。

6、4、专利文件kr101249538b1公开了可换管的岩心夹持装置，“本发明是为了在为灯丝绕线机提供粗纺纱(7)具有恒定张力的crill盒(2)上的支架轴(4)上更快、更容易地固定和分离支管(6)，并提供可更换支管(5)的更换型支管固定装置(1)。本发明的套管(5)更换型支管固定装置(1)在支架轴(4)的前方内侧形成先端部设置有空气开关工具(3)的进气孔(8)，与支架轴(4)前方外缘部一侧形成的进气孔(9)相连。在支架轴(4)的后方内侧形成单独的空气储存孔(10)，与支架轴(4)后方外缘一侧形成的空气补充孔(11)相连。在支架轴(4)的外缘处，结合安装连接盖(20)和截止盖(30)，分别紧贴支架轴(4)的后端和船端，并在注入空气时膨胀的管(5)。所述支架轴(4)外缘部前后，通过流入的空气将管子(5)的前后端分别加压到截止帽(30)的背面和连接帽(20)的正面，形成环形的前贴合片(31)和后贴合片(21)，分别形成环形的加压槽(40)，使支架轴(4)和管子(5)密封。根据本发明，由于管子(5)的膨胀和收缩，使支管(6)的固定和分离更快速、更容易，最大限度地提高了工作的便利性和工作效率，而且管子(5)和支架轴(4)不用粘合剂粘合，因此不会出现制造不良。如果管子(5)出现异常，可以将封顶帽(30)分开，只更换管子(5)即可，从而显著降低维护、维修费用，与进气孔(8)分开形成空气储存孔(10)，维持一定的空气压力，因此即使长期使用，也可以期待支管(6)不会随意脱离等多方面的效果。”该夹持装置岩心夹持器与分离支管安装与拆卸过程较为复杂，不便于对岩心进行更换，降低了驱替模拟实验效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高效混合超临界co2及增粘剂驱替模拟装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效混合超临界co2及增粘剂驱替模拟装置，包括底架、固定支架和油浴恒温系统，所述底架的顶部设置有驱替模拟组件，所述驱替模拟组件用于对超临界co2及增粘剂进行驱替模拟，所述驱替模拟组件包括固定支架和岩心夹持器，所述固定支架安装在底架的顶部，所述底架的顶部设置有油浴恒温系统，所述油浴恒温系统包括油浴恒温罐和固定筒，所述油浴恒温罐安装在底架的顶部，所述油浴恒温罐的内壁上安装有固定筒。

3、优选的，所述底架的底部安装有底座，底架的顶部安装有驱动泵，且驱动泵位于驱替模拟组件的后方，底架的顶部安装有控制组件，所述控制组件用于对驱替模拟状态进行控制，所述控制组件包括控制模块和接收模块，所述控制模块的输出端连接有油浴恒温系统，控制模块的输出端连接有增粘剂驱动单元，所述增粘剂驱动单元对增粘剂存储箱内部增粘剂状态进行控制，控制模块的输出端连接有混合罐驱动单元，所述混合罐驱动单元对混合罐供液状态进行控制，控制模块的输出端连接有驱替模拟组件，驱替模拟组件的输出端连接有采集单元，所述接收模块用于对粘度检测器和采集单元的输出信号进行接收，接收模块的输出端连接有存储单元，所述存储单元用于对采集单元采集数据进行接收，存储单元的输出端连接有数据计算单元，所述数据计算单元用于对采集数据进行分析计算。

4、优选的，所述固定支架的顶部安装有固定顶架，固定支架的顶部安装有岩心夹持器，且固定顶架与固定支架对岩心夹持器进行限位，岩心夹持器的背面安装有连接框，连接框的外侧贯穿开设有操作孔，岩心夹持器的正面安装有驱动电机，驱动电机的输出端安装有螺纹杆，螺纹杆的输出端安装有加压活塞。

5、优选的，所述底架的顶部安装有增粘剂存储箱，增粘剂存储箱的底部安装有底框，增粘剂存储箱的底部安装有搅拌电机，且搅拌电机位于底框的内侧，搅拌电机的输出端安装有转杆，转杆的外侧安装有分流叶，增粘剂存储箱的内壁上安装有电热装置一，增粘剂存储箱的外侧顶端安装有进剂管，增粘剂存储箱的外侧底端设置有排剂口。

6、优选的，所述固定筒的外侧贯穿开设有凹槽，凹槽的内侧安装有恒温层，油浴恒温罐的内壁上安装有电热装置二，油浴恒温罐的内侧中心位置安装有二氧化碳储罐，且二氧化碳储罐与恒温层相配合，二氧化碳储罐的外侧安装有送气管，二氧化碳储罐的另一侧安装有排气管，固定筒之间设置有流通管道，油浴恒温罐的外侧安装有循环泵，且循环泵的输入端和输出端通过管道分别延伸至油浴恒温罐的内部。

7、优选的，所述底架的顶部安装有混合罐，混合罐的内壁上设置有保温层，混合罐的顶部安装有磁力搅拌头，磁力搅拌头的输出端安装有搅拌杆，搅拌杆的外侧安装有搅拌叶，混合罐的外侧贯穿安装有粘度检测器，混合罐的外侧安装有进气管，且进气管的输入端通过管道与排气管的输出端连接，混合罐的另一侧安装有回流管，混合罐的另一侧安装有输送管，且输送管的输出端通过管道与驱动泵的输入端连接，混合罐的正面安装有输剂管，且输剂管的输入端通过管道与排剂口的输出端连接。

8、优选的，所述岩心夹持器的内侧设置有岩心胶套，加压活塞在岩心胶套内侧滑动，岩心胶套的内侧设置有岩心体，岩心胶套的后端安装有驱替管，且驱替管的输入端与驱动泵的输出端通过管道连接，岩心胶套的底部安装有循环管，且循环管的输出端与回流管的输入端连接，岩心胶套的外侧安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆的输出端安装有卡板，且卡板与螺纹杆相配合。

9、优选的，所述岩心夹持器的内侧通过螺纹连接有密封端盖，密封端盖的外侧对称开设有滑槽，滑槽的内侧嵌合安装有卡架，且卡架与操作孔相配合，滑槽的内壁上安装有按压弹簧，且按压弹簧的外端与卡架的内侧相连接。

10、优选的，该驱替模拟装置的工作步骤如下：

11、s1、首先油浴恒温系统工作，电热装置二工作对油浴恒温罐内部油进行加热，循环泵运行对油浴恒温罐内部油进行抽取并输送至油浴恒温罐另一端内部，介质油经流通管道在油浴恒温罐内部循环流动对二氧化碳储罐内部的超临界二氧化碳进行油浴加热直至超临界二氧化碳加热至指定温度，介质油循环流动使超临界二氧化碳受热均匀，二氧化碳储罐内的超临界二氧化碳气体经排气管进入混合罐内部；

12、s2、电热装置一工作对增粘剂存储箱内部增粘剂进行加热，搅拌电机运行带动转杆旋转，转杆转动带动分流叶对增粘剂进行均匀搅拌，增粘剂温度与二氧化碳气体温度一致时增粘剂经排剂口流至混合罐内；

13、s3、驱动电机运行带动螺纹杆旋转实现对加压活塞水平方向上的位置调整，加压活塞在岩心胶套内侧移动对岩心胶套内部空间进行压缩实现对驱替模拟实验压力的调整，采集单元检测到岩心胶套内部压力达到指定压力后驱动电机停止工作，电动伸缩杆工作对卡板进行推动使卡板与螺纹杆卡接实现对加压活塞使用位置的限位固定；

14、s4、驱替模拟实验过程中需对岩心体进行更换时对卡架进行按压使其位于滑槽内侧，转动密封端盖解除密封端盖与岩心夹持器之间的螺纹连接关系，拆除连接框对岩心胶套内的岩心体进行更换，满足不同类型岩心体的驱替模拟实验需求，更换完成后按压卡架并螺纹旋入密封端盖，按压卡架与操作孔处于同一水平位置后卡架在按压弹簧的弹力作用下向外弹起卡合在操作孔内侧实现岩心夹持器与密封端盖之间的稳固连接。

15、优选的，在所述步骤s2中，还包括如下步骤：

16、s21、磁力搅拌头工作带动搅拌杆转动使搅拌叶对混合罐内的二氧化碳气体和增粘剂进行均匀搅拌，使二氧化碳气体和增粘剂充分混合，粘度检测器对超临界二氧化碳及增粘剂粘度进行检测，到达所需浓度时磁力搅拌头停止工作，超临界二氧化碳及增粘剂静置达到静止状态；

17、在所述步骤s3中，还包括如下步骤：

18、s31、驱动泵运行对混合罐内的超临界二氧化碳及增粘剂进行吸取，超临界二氧化碳及增粘剂经驱替管输送至岩心胶套内并经循环管回流至混合罐内，采集单元对驱替实验过程中的温度、压力数据进行采集并传输至控制组件，数据计算单元对采集数据进行分析计算出超临界二氧化碳及增粘剂的密度等实验结果。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、1、本发明通过在底架的顶部设置有油浴恒温系统，电热装置二工作对油浴恒温罐内部油进行加热，循环泵运行对油浴恒温罐内部油进行抽取并输送至油浴恒温罐另一端内部，介质油经流通管道在油浴恒温罐内部循环流动对二氧化碳储罐内部的超临界二氧化碳进行油浴加热直至超临界二氧化碳加热至指定温度，介质油循环流动使超临界二氧化碳受热均匀，二氧化碳储罐内的超临界二氧化碳气体经排气管进入混合罐内部，采用油浴恒温系统对超临界二氧化碳进行油浴加热增大了超临界二氧化碳的加热范围，满足不同温度压力气体的测量需求。

21、2、本发明通过在底架的顶部安装有混合罐，搅拌电机运行带动转杆旋转，转杆转动带动分流叶对增粘剂进行均匀搅拌，增粘剂温度与二氧化碳气体温度一致时增粘剂经排剂口流至混合罐内，磁力搅拌头工作带动搅拌杆转动使搅拌叶对混合罐内的二氧化碳气体和增粘剂进行均匀搅拌，使二氧化碳气体和增粘剂充分混合，粘度检测器对超临界二氧化碳及增粘剂粘度进行检测，对增粘剂和二氧化碳气体进行充分混合防止了二氧化碳气体附着增粘剂不均匀，提高了超临界二氧化碳及增粘剂通过岩心夹持器内部的测量效果，保证了驱替模拟测试结果的准确性。

22、3、本发明通过在螺纹杆的输出端安装有加压活塞，驱动电机运行带动螺纹杆旋转实现对加压活塞水平方向上的位置调整，加压活塞在岩心胶套内侧移动对岩心胶套内部空间进行压缩实现对驱替模拟实验压力的调整，采集单元检测到岩心胶套内部压力达到指定压力后驱动电机停止工作，电动伸缩杆工作对卡板进行推动使卡板与螺纹杆卡接实现对加压活塞使用位置的限位固定，自动驱动保证了加压过程的稳固，减轻了工作人员的劳动强度，加压后对螺杆进行限位固定保证了加压试验过程的稳定性。

23、4、本发明通过在岩心夹持器的内侧通过螺纹连接有密封端盖，驱替模拟实验过程中需对岩心体进行更换时对卡架进行按压使其位于滑槽内侧，转动密封端盖解除密封端盖与岩心夹持器之间的螺纹连接关系，拆除连接框对岩心胶套内的岩心体进行更换，满足不同类型岩心体的驱替模拟实验需求，更换完成后按压卡架并螺纹旋入密封端盖，按压卡架与操作孔处于同一水平位置后卡架在按压弹簧的弹力作用下向外弹起卡合在操作孔内侧实现岩心夹持器与密封端盖之间的稳固连接，对岩心体的快捷更换提高了驱替模拟实验效率。