一种多功能致裂模拟测试系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气开发技术领域，特别涉及一种多功能致裂模拟测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]由于非常规天然气进行直接开采十分困难，通过压裂技术(水力压裂、0)2压裂)对油气储层进行改造成为最切实有效的手段之一。鉴于压裂技术在油气开采中的重要性，研制一种能分别进行水力压裂、纯CO2压裂、改进的CO2压裂(添加有化学试剂)的多功能压裂致裂模拟测试系统，并借助该系统对起裂压力、致裂效果进行系统的研究，就显得尤为重要。现有的压裂致裂模拟测试系统存在功能单一(通常仅能进行水力压裂)、结构复杂等缺点，且在进行0)2压裂时没有设计相应的化学试剂供应装置，同时由于简化过多而忽略了许多重要的细节问题(如未考虑压裂液以及添加化学试剂对栗的腐蚀)，并且缺乏采用综合手段对致裂效果进行评价的功能，而给压裂致裂试验研究的开展带来极大不便。
【发明内容】
[0003]为了克服上述现有技术功能单一、结构复杂、在进行CO2压裂时没有设计相应的化学试剂供应装置、由于简化过多而忽略细节问题(如未考虑压裂液及添加化学试剂对栗的腐蚀)、缺乏对致裂效果进行综合评价的功能等缺点，本发明的目的在于提供一种多功能致裂模拟测试系统，能分别进行水力压裂与CO2压裂，并借助该系统对起裂压力、致裂效果等进行系统的研究。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0005]一种多功能致裂模拟测试系统，包括一号气瓶1、二号气瓶2、小型盛水容器13和大型盛水容器25，其中一号气瓶I的出口通过一号阀3与过滤器5的入口连接，二号气瓶2的出口通过二号阀4与过滤器5的入口连接，过滤器5与低温浴槽7的入口连接且连接管路上有流量计6，低温浴槽7的出口与搅拌容器19的进气口连接且连接管路上依次设置有一号温度传感器8、一号栗9、一号安全阀10和一号单向阀11 ;小型盛水容器13设置在一号天平12上，小型盛水容器13通过管道与小型活塞容器16连接且连接管道上依次设置有三号阀14和二号栗15，小型活塞容器16与搅拌容器19的进水口连接且连接管道上依次设置有二号安全阀17和二号单向阀18 ;搅拌容器19中部的采样口通过管道与岩样室36连接且连接管道上依次设置有一号加热器20、二号温度传感器21、一号压力表22和四号阀23 ;大型盛水容器25设置在二号天平24上，大型盛水容器25通过管道与与大型活塞容器28连接且连接管道上依次设置有五号阀26和三号栗27，大型活塞容器28与岩样室36连接且连接管道上依次设置有三号安全阀29、三号单向阀30、二号加热器31、三号温度传感器32、二号压力表33和六号阀34，岩样室36位于三轴加载装置37上，三轴加载装置37上布置有声发射监测装置38。
[0006]本发明设置有多个气瓶，可根据需要灵活的选择气瓶即一号气瓶1、二号气瓶2的接入数量，同时气瓶口向下倾斜固定放置，便于0)2气体更好的保存并液化输出。
[0007]所述过滤器5为气体过滤器，其目的是为了除去原始CO2中混杂的杂质，提纯获得高精度CO2。
[0008]所述四号阀23后的管道与六号阀34后的管道并联后与岩样室36连接，且连接管道上设置四号温度传感器35。
[0009]所述流量计6、一号温度传感器8、二号温度传感器21、三号温度传感器32、四号温度传感器35、一号压力表22和二号压力表33均连接数据采集控制卡，用于对管道内的流量、温度、压力进行实时监控，并有效采集数据。
[0010]所述一号安全阀10、二号安全阀17、三号安全阀29是为了保护管道与仪表，防止栗压力过大损害管道或仪表。
[0011]所述一号单向阀11、二号单向阀18、三号单向阀30是为了防止CO2、化学试剂、水力压裂液等的回流。
[0012]所述一号天平12、二号天平24均为精密数字天平是为了测定盛水容器的排量，并经过换算得出输出压裂液的体积。
[0013]所述小型活塞容器16和大型活塞容器28均由水槽40、活塞41、压裂液槽39组成，其中水槽40在下方，压裂液槽39在上方，活塞41位于水槽40和压裂液槽39之间。小型活塞容器16和大型活塞容器28是为了防止直接输送化学试剂、水力压裂液对栗造成损害，而采用清水推动压裂液槽39中的化学试剂、水力压裂进行输送。
[0014]所述搅拌容器19为密闭保温搅拌容器，是为了使0)2与化学试剂能有效混合，使得溶解更充分。
[0015]所述一号加热器20、二号加热器31为精密数字化控制的表面加热器，是为了对压裂液进行加温，以使压裂液在不同温度下显示不同的特性。
[0016]所述岩样室36与三轴加载装置37是为了对岩样进行三轴加载，以模拟地层受力条件。
[0017]所述声发射监测装置38为美国物理声学公司生产的声发射监测装置，是为了对三轴压缩过程中岩样室的岩样的声发射信号进行实时米集，并配合一号压力表22、二号压力表33的读数变化以判别起裂压力，且兼具有对致裂效果初步评价的功能。
[0018]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；且连接低温浴槽7到四号温度传感器35的管道均用保温材料缠绕包裹。
[0019]与现有技术相比，本发明能够根据需要选择支路分别进行水力压裂、纯CO2压裂、改进的0)2压裂(添加有化学试剂)模拟测试。
【附图说明】
[0020]图1是本发明结构示意图。
[0021]图2是本发明中小型活塞容器16、大型活塞容器28的具体结构示意图，它们结构相同，尺寸不同。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0023]如图1所不，本发明一种多功能致裂模拟测试系统，包括一号气瓶1、二号气瓶2、一号阀3、二号阀4、过滤器5、流量计6、低温浴槽7、一号温度传感器8、一号栗9、一号安全阀10、一号单向阀11、一号天平12、小型盛水容器13、三号阀14、二号栗15、小型活塞容器16、二号安全阀17、二号单向阀18、搅拌容器19、一号加热器20、二号温度传感器21、一号压力表22、四号阀23、二号天平24、大型盛水容器25、五号阀26、三号栗27、大型活塞容器28、三号安全阀29、三号单向阀30、二号加热器31、三号温度传感器32、二号压力表33、六号阀34、四号温度传感器35、岩样室36、三轴加载装置37、声发射监测装置38。一号气瓶1、二号气瓶2分别通过一号阀3、二号阀4与过滤器5的入口连接；过滤器5的出口通过管道依次与流量计6、低温浴槽7、一号温度传感器8、一号栗9、一号安全阀10、一号单向阀11相连接；一号天平12与小型盛水容器13通过平面相接触；小型盛水容器13通过管道与小型活塞容器16连接且连接管道上依次设置有三号阀14和二号栗15，小型活塞容器16与搅拌容器19的进水口连接且连接管道上依次设置有二号安全阀17和二号单向阀18。搅拌容器19中部的采样口通过管道与岩样室36连接且连接管道上依次设置有一号加热器20、二号温度传感器21、一号压力表22和四号阀23 ;大型盛水容器25设置在二号天平24上，大型盛水容器25通过管道与与大型活塞容器28连接且连接管道上依次设置有五号阀26和三号栗27，大型活塞容器28与岩样室36连接且连接管道上依次设置有三号安全阀29、三号单向阀30、二号加热器31、三号温度传感器32、二号压力表33和六号阀34，岩样室36位于三轴加载装置37上，通过平面相接触，三轴加载装置37表面布置有声发射监测装置38。四号阀23后的管道与六号阀34后的管道并联后与岩样室36连接，且连接管道上设置四号温度传感器35。
[0024]0)2压裂支路工作时，将一号阀3、二号阀4、一号栗9、三号阀14、二号栗15、四号阀23处于打开状态，一号气瓶1、二号气瓶2中的032分别通过一号阀3、二号阀4进入过滤器5，经过滤器5过滤后依次流经流量计6、低温浴槽7、一号温度传感器8、一号栗9、一号安全阀10、一号单向阀11 ;同时一号天平12用来测量小型盛水容器13中水的质量，小型盛水容器13中的水通过管道流经三号阀14、二号栗15而后进入小型活塞容器16的下部，通过小型活塞容器16中的活塞运动而使容器上部的化学试剂流经二号安全阀17、二号单向阀18，而后在搅拌容器19与流经一号单向阀11的0