一种CO2增压计量系统的制作方法

本实用新型涉及石油与天然气开发技术或者co2有关的化工领域，尤其涉及一种co2增压计量系统。

背景技术：

由于低渗透石油天然气藏直接开采十分困难，通过压裂技术(含水力压裂、co2压裂)对油气储层进行改造，成为最切实有效的手段。co2压裂技术的研究是当前行业内的一个热点方向，研制一种能为纯co2压裂、改进的co2压裂(co2中添加有化学试剂)等多功能压裂致裂模拟测试系统提供稳定的压裂液供给，并借助该系统对co2压裂起裂压力、致裂效果进行更好地系统研究，就显得尤为重要。

行业内现有的致裂模拟测试系统功能单一，一般仅能进行水力压裂，不能进行co2压裂的试验模拟功能。个别致裂模拟测试系统含有co2压裂模拟的功能，但是在进行co2压裂时，可能具有以下几个方面缺点：(1)设计相应的化学试剂添加功能存在缺陷，在对压裂液的混合和输出时，对压力的控制方面，设计的比较简单，导致压裂液输出压力不够稳定，可能有脉冲，影响测量效果，计量不准确。(2)化学试剂在co2压裂液中浓度控制和计量精度不够。(3)对压裂液的搅拌混合方面存在不足，搅拌不够充分，搅拌时转速不能调节，或者搅拌器容易受到化学试剂或者co2的腐蚀。(4)实验时，岩样破裂后，不能立即停止压裂液的输出，导致实验样品浪费，甚至造成实验安全危险。总之，缺乏采用综合手段对co2压裂致裂过程进行更好地控制，而给压裂致裂试验研究的开展带来极大不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种co2增压计量系统，解决了现有技术中存在的不足。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供的一种co2增压计量系统，包括储液箱、混合液计量泵、储气瓶、冷机、co2计量泵、第一活塞容器和岩样，其中，储液箱的出水口经过混合液计量泵与第一活塞容器的上部连接；储气瓶用于储存co2气体，其出气口依次经过冷机、co2计量泵与第一活塞容器的下部连接，第一活塞容器下部的co2出口与岩样的入口连接。

优选地，该co2增压计量系统还包括手摇泵，手摇泵的出口设置有第二安全阀，手摇泵的出口处设置有一条支路，该条支路的出口连接有第一背压阀，所述第一背压阀设置在co2计量泵与第一活塞容器下部之间的连接管道上；

手摇泵的该条支路的出口与第一背压阀之间的连接通道上依次设置有第六阀和第二压力计；第一背压阀和第六阀之间设置有第一缓冲罐；第一缓冲罐上设置有第一安全阀。

优选地，冷机和第一背压阀之间的连接通道上依次设置有第四阀、co2计量泵和第五阀。

优选地，手摇泵的出口处还设置有一条支路，该条支路的出口连接有第二活塞容器的底部入口，第二活塞容器的上部填充有化学试剂；第二活塞容器的上部出口与第一活塞容器的下部入口连接，两者之间的连接通道上设置有第七阀。

优选地，第一活塞容器的下部安装有用于混合化学试剂的磁搅拌器。

优选地，手摇泵的出口处还设置有一条支路，该条支路的出口连接有第二背压阀，第二背压阀设置在第一活塞容器下部与岩样之间的连接管道上；

手摇泵的该条支路的出口与第二背压阀之间的连接管道上依次设置有第八阀和第三压力计；第二背压阀的回路出口连接有第二缓冲罐；

第二背压阀和岩样之间设置有回压阀；

第二缓冲罐出口设置有第三安全阀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种co2增压计量系统，在常规的真三轴压裂模拟设备上增加了co2加压注入系统，在实验的时候，通过真三轴压裂模拟设备对实验岩样施加一定围压，对岩样的起裂压力和致裂效果进行研究，待压裂完成后，可以通过分析岩样表面破裂裂缝形态尺寸，声发射监测内部裂缝起裂破裂特征，及ct扫描内部裂缝特征相结合，来判断破裂效果。还可以通过测量压裂后的破碎岩样的质量、尺寸，进而获得相应的分形维数，并借助分形岩石力学方法，通过分形维数对致裂效果进行评价；

本实用新型采用第一活塞容器实现co2无水压裂液的注入功能，首先将co2液体注入第一活塞容器的下部，再将储液罐中的清水注入第一活塞容器的顶部，将通过上部的清水压力驱使下部的co2压裂液注入真三轴压裂模拟设备中的岩样内，对实验岩样的起裂压力和致裂效果进行研究，由于co2液体压力和压裂液的注入均通过背压阀控制，实现了稳定的co2无水压裂液注入功能。注入排量和注入压力可通过混合液计量泵调节。

进一步的，本系统还设置有化学试剂注入系统，能够根据需要选择支路分别进行纯co2压裂或添加有化学试剂的co2压裂。

进一步的，本系统通过手摇泵、第六阀和第一背压阀的连通，实现了对注入第一活塞容器的下部co2的起始压力进行控制。

进一步的，本系统通过手摇泵、第八阀和第二背压阀的连通，实现了对注入岩样的压裂液的起始压力进行控制。实验过程中，岩样完全破裂时，第二背压阀可以立刻结束压裂液输出，防止第一活塞容器内部压裂液全部快速流出，造成压裂液不必要的浪费或者造成实验危险。

进一步的，第一缓冲罐可以起到压力缓冲作用，使得系统压力保存平稳。

附图说明

图1是本实用新型的co2增压计量控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实验系统相对于常规仅具有水力压裂功能的真三轴压裂模拟设备，重点增加了co2和化学试剂混合加压注入及准确计量功能，借助该系统对co2压裂致裂注入功能进行更好地控制。实验的时候，需要借助于常规的真三轴压裂模拟设备(行业公知)对实验岩样施加一定围压，可以便于对起裂压力、致裂效果等更好的研究。

如图1所示，本实用新型提供的一种co2增压计量控制系统，包括储液箱1、第一阀2、混合液计量泵3、第二阀4、储气瓶5、第三阀6、冷机7、第一压力计8、第四阀9、co2计量泵10、第五阀11、第一背压阀12、磁搅拌器13、第一活塞容器14、高压压力计15、第一缓冲罐16、第一安全阀17、第二压力计18、第六阀19、手摇泵20、第二安全阀21、第二活塞容器22、第七阀23、第八阀24、第二缓冲罐25、第三安全阀26、第三压力计27、第二背压阀28、回压阀29和岩样30，其中，所述储液箱1中储存足够干净清水即可，为混合液计量泵3提供充足顶替液；所述储气瓶5中主要用来储存co2气体，为实验提供气源。

储液箱1依次通过第一阀2、混合液计量泵3和第二阀4与第一活塞容器14的上部相连接；储气瓶5依次通过第三阀6、冷机7、第四阀9、co2计量泵10、第五阀11和第一背压阀12与第一活塞容器14的下部相连接。

所述第一活塞容器14上设置有温控装置，便于对其下部的co2及化学试剂进行温度控制，调节到设定的实验温度。

其中，冷机7上另连接有第一压力计8；第一活塞容器14的上部还连接有高压压力计15，下部设计有磁搅拌容器13。

第一活塞容器14的下部依次通过第二背压阀28和回压阀29与岩样30的入口连接。

另设计有手摇泵20，手摇泵20的出口设置有第二安全阀21，起到超压保护作用；手摇泵20的出口设置有三条支路，其中：

第一条支路的出口与第二活塞容器22的下部连接，第二活塞容器22的上部盛放有化学试剂，第二活塞容器22的上部通过第七阀23与第一活塞容器14的下部相连接。

第二条支路的出口与第一背压阀12相连接，该条支路的出口与第一背压阀12之间的连接管道上依次设置有第六阀19和第二压力计18；第一背压阀12的回路出口连接第一缓冲罐16。

此外，第一缓冲罐16上面设计有第一安全阀17，起到超压保护作用。

第三条支路的出口与第二背压阀28连接，该条支路的出口与第二背压阀28之间的连接管道上依次设置有第八阀24和第三压力计27；第二背压阀28的回路出口连接第二缓冲罐25；第二缓冲罐25上设置有第三安全阀26。

所述混合液计量泵3和co2计量泵10均为恒速恒压泵，可以按照恒定排量恒定压力精确输出，输出排量、压力可以调节。

所述第一缓冲罐16、第二缓冲罐25侧面分别设计有第一安全阀17和第三安全阀26；所述手摇泵20出口设计有第二安全阀21，防止系统内部压力过高带来危险。

所述冷机7可以调节管路流经的co2的温度，并且将co2制冷为液态，便于后续泵的稳定输出。

所述第一背压阀12通过手摇泵20及第六阀19控制，调节经过第一背压阀12的压力阻力；与之相连接的第一缓冲罐16可以起到缓冲作用，有助于平稳调节该压力。

所述磁搅拌器13可以灵活调节搅拌的转速，采用的是磁搅拌的方式，防止所加入的化学试剂及co2对搅拌器的腐蚀作用。

所述第二背压阀28通过手摇泵20及第八阀24控制，调节经过第二背压阀28的压力阻力。与之相连接的第二缓冲罐25可以起到缓冲作用，有助于平稳调节该压力。

所述回压阀29防止管路中压裂液等流体回流。

所述岩样30是用于致裂模拟真三轴实验的样品，可以根据需要设定尺寸，他需要借助于常规的真三轴设备对其施加一定围压。

第二活塞容器22上部可以盛放实验需要用的化学试剂，可以通过手摇泵20注入清水对活塞下部施加一定压力，使得第二活塞容器22上部的化学试剂经过管路注入到第一活塞容器14下部，与其中的co2混合。

第一活塞容器14，具有温度调节功能，对内部的co2及化学试剂进行温度控制，调节到理想的实验温度后，通过混合液计量泵3注入清水，顶替第一活塞容器14活塞，将下部的压裂液或者co2经过第二背压阀28、回压阀29注入岩样30开展压裂实验。

所述手摇泵20通过第八阀门24及管路调节第二背压阀28，调节从第一活塞容器14注入岩样30的压裂液的注入起始压力。实验过程中，岩样完全破裂时，第二背压阀28可以立刻结束压裂液输出，防止第一活塞容器14内部压裂液全部快速流出，造成压裂液不必要的浪费或者造成实验危险。

储气瓶5中co2气体依次经过第三阀6、冷机7制冷后成为液态，经过第四阀9、进入co2计量泵10，便于输送到管路中，经过第五阀11、第一背压阀12进入第一活塞容器14的下部。其中冷机7上另连接有第一压力计8，便于检测系统压力。

所述系统所有连接管线均采用316l管线，以防压裂液对管线的酸性腐蚀，且管线均用保温材料缠绕包裹。特别是第一背压阀12，第二背压阀28外部均增设有加热及控温功能，防止此处压力释放，容易冰堵，堵塞管线。

所述排量、温度、压力等参数均可以通过数据采集控制卡采集数据，用于对管道内的流量、温度、压力进行实时监控和数据采集。

所述使用方法具体如下：

(1)打开储气瓶5，第三阀6，第四阀9，将储气瓶5中co2气体依次经过第三阀6、冷机7制冷后成为液态，经过第四阀9、进入co2计量泵10，便于输送到管路中，经过第五阀11、第一背压阀12进入第一活塞容器14的下部，同时利用系统采集注入co2的排量、注入压力和质量。其中冷机7上另连接有第一压力计8，便于检测压力。

(2)分别通过操作第六阀19，第七阀23，第八阀24，选择控制手摇泵20出口相连接的三条支路：

a.打开第七阀23，关闭第六阀19和第八阀24，控制手摇泵20出口第一条支路：通过手摇泵20注入清水，可以将第二活塞容器22上部可盛放化学试剂加压顶替经过第七阀23进入第一活塞容器14的下部，并且计量注入化学试剂的量。

手摇泵20能够实现计量注入到第二活塞容器22下部的清水体积，该体积与驱替到第一活塞容器14下部的化学试剂等体积，因此能够实现用于计量混合后形成压裂液中化学试剂与co2的质量比。

b.打开第六阀19，关闭第七阀23和第八阀24，控制手摇泵20出口第二条支路，通过手摇泵20注入清水，通过管线中第六阀19，第一缓冲罐16、第一背压阀12相连接，便于控制co2计量泵10泵入co2流经第一背压阀12进入第一活塞容器14的起始压力。

c.关闭第六阀19，第七阀23，打开第八阀24，控制手摇泵20出口第三条支路：通过手摇泵20注入清水，通过管线中第八阀24及管路控制第二背压阀28，调节从第一活塞容器14注入岩样30的压裂液的注入起始压力。实验过程中，岩样完全破裂时，第二背压阀28可以立刻结束压裂液输出，防止第一活塞容器14内部压裂液快速流出，造成压裂液不必要的浪费或者造成实验危险。第三压力计27可以监测第二缓冲罐25内部压力，第二缓冲罐25上面设计有第三安全阀26，防止超压，便于系统安全。

(3)注意利用第一活塞容器14的上部还连接有高压压力计15监测内部压力防止系统超压，下部设计有磁搅拌器13可以将注入的co2和化学试剂充分搅拌，并且可以根据实验需要调节转速，使得内部物质混合均匀，同时将内部压裂液加热到实验需要的目标温度。

(4)能够根据需要，灵活选择是否打开第七阀23，选择是否添加第二活塞容器22中的化学试剂，选择支路分别进行纯co2压裂、改进的co2压裂(添加有化学试剂)模拟测试。另外，可以通过调节注入co2和化学试剂的量来，控制配置的压裂液中化学试剂的浓度。

(5)将目标岩样装入真三轴设备，调节好实验目标围压，同时与本实验系统连接好管线。

(6)打开第一阀2、第二阀4，将储液箱1中存储的清水利用混合液计量泵3注入第一活塞容器14的上部，顶替第一活塞容器14的活塞，使得压裂液经过回压阀29注入30岩样。同时监测记录计量泵3的注入排量、压力等数据。

(7)岩样30破裂后观测分析。待压裂实验完成后，可以通过分析岩样表面破裂裂缝形态尺寸，声发射监测内部裂缝起裂破裂特征，及ct扫描内部裂缝特征相结合，来判断破裂效果。还可以通过测量压裂后的破碎岩样的质量、尺寸，进而获得相应的分形维数，并借助分形岩石力学方法，通过分形维对致裂效果进行评价。也可以上述方法综合使用，评价压裂效果。