CN111948056B - 一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***及方法。本发明提供了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***，包括二氧化碳气源供给单元、柱塞泵注单元、三轴应力加载单元和主管线；主管线的一端连接二氧化碳气源供给单元，主管线的另一端连接三轴应力加载单元；其中，主管线上设有支管线，二氧化碳气源供给单元和三轴应力加载单元均通过支管线连接柱塞泵注单元；柱塞泵注单元包括柱塞泵和中间容器单元；中间容器单元包括第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器；第一中间容器装配有第一控温设备；第二中间容器装配有第二控温设备。本发明的***实现了不同二氧化碳相态的泵注，还能观察压后二氧化碳裂缝形态。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发中的水力压裂物理模拟实验技术领域。更具体地，涉及一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***及方法。
背景技术
传统的水基压裂液存在破胶不完全，返排不彻底，在地层中滞留量大等问题，对地层伤害严重。因此二氧化碳压裂技术得到了关注和研究，其具有低伤害、易返排等优势，目前已经在各种不同储层得到了广泛的应用，特别是水敏性储层。
另一方面，由于储层地质条件的复杂性和二氧化碳不同相态下造缝机理认识的不明确，仍然制约着该工艺技术的有效实施。因此对不同相态下的二氧化碳压裂裂缝起裂和延伸机理的认识势在必行。
近年来通过开展室内水力压裂物理模拟实验对裂缝起裂延伸机理问题进行深入的研究成为业内研究的热点。针对不同压裂工艺的物模实验技术也得到不断改进和创新。例如，申请号为201710589324.7的专利提供了一种孔隙压力饱和下的超临界二氧化碳岩心压裂实验方法，能够在模拟地层高温、高应力状态以及含孔隙压力条件下，实现超临界二氧化碳压裂。申请号为201610105722.2的专利提供了一种三轴应力下超临界二氧化碳致裂页岩实验试件制作方法，具体涉及一种能够模拟储层温度、压力条件下不同工艺参数对超临界二氧化碳致裂页岩效果影响的压裂实验试件制作方法，但存在共同的问题是：所述试件为圆柱形岩石,其直径为38mm,其长度为直径的2-2.5倍，样品尺寸很小，由于尺度效应无法实现对裂缝稳定扩展的模拟；对样品施加的围压只是拟三维，不是全三维；该专利只是针对单一超临界二氧化碳流体注入模拟方法，而压裂效果即裂缝形态的描述方法并未提及。申请号为201510287459.9的专利提供了一种超临界二氧化碳岩石压裂试验***，能够实现岩石样品在地应力条件下被超临界二氧化碳致裂的实验模拟，同时还可进行二氧化碳携砂功能的模拟；但存在的问题是：样品仍然是圆柱体，因此施加的围压只是拟三维，不是全三维；高压柱塞泵直接与气源连接，随着气瓶压力的降低存在气化现象，则需要对二氧化碳进行液化增压，降低了实验效率，且二氧化碳对泵存在一定程度腐蚀，不利于设备安全；此外该专利也未提及压后对裂缝形态观察的方法。申请为201610972423.9的专利提供了一种一种超临界二氧化碳压裂模拟实验装置，虽然进行的是全三维应力加载，也对二氧化碳提前进行了液化处理，但由于加热***位于试样加载框架内，不能实现多种不同相态流体的实施切换泵注，且压后裂缝形态采用直观观察法，不能实现对二氧化碳造缝的准确描述。
综上所述，前人申请的专利虽然都能够实现对超临界二氧化碳的泵注压裂实验，但均存在样品尺寸较小，拟三轴加载不能真正实现模拟裂缝稳定扩展的目的，或者存在二氧化碳相态转换效率低、不能进行多种相态交替泵注的问题。此外最大的问题即二氧化碳致裂裂缝形态观察仍然未得到有效解决，一般物模实验对裂缝形态的观察主要由两种手段，小尺度样品(30cm以内)可以采用CT扫描的方式，或者对压裂液进行染色处理。然而目前市面上也很难找到与二氧化碳溶剂互溶的染色剂，因此传统观察裂缝形态的方式均不适用于二氧化碳泵注压裂大尺度岩石的观察。
因此，本发明提供了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***。
本发明的另一个目的在于提供一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***，包括二氧化碳气源供给单元、柱塞泵注单元、三轴应力加载单元和主管线；所述主管线的一端连接二氧化碳气源供给单元，所述主管线的另一端连接三轴应力加载单元；其中，
所述主管线上设有支管线，所述二氧化碳气源供给单元和所述三轴应力加载单元均通过支管线连接所述柱塞泵注单元；
所述柱塞泵注单元包括柱塞泵和中间容器单元；
所述支管线包括第一支管线、第二支管线和第三支管线；
所述中间容器单元包括第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器；所述第一中间容器装配有第一控温设备；所述第二中间容器装配有第二控温设备；
所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的一端分别通过第一支管线、第二支管线和第三支管线连接主管线；所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的另一端均连接柱塞泵。
本发明中，所述二氧化碳气源供给单元用于提供二氧化碳气源；
所述柱塞泵注单元用于实现不同流态二氧化碳的稳定实时切换泵注和对压后二氧化碳裂缝形态进行染色；其中，第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器分别用于向三轴应力加载单元提供液态二氧化碳、超临界态二氧化碳和水基压裂液，柱塞泵用于将中间容器单元中的流体泵入三轴应力加载单元；
所述第一控温设备用于调控第一中间容器中流体的温度；
所述第二控温设备用于调控第二中间容器中流体的温度；
所述三轴应力加载单元用于盛放样品及对样品进行真三维地应力加载；所述真三维地应力包括最大水平应力、最小水平应力和垂向应力。
优选地，所述二氧化碳气源供给单元包括二氧化碳气瓶和冷凝器；所述冷凝器的一端连接二氧化碳气瓶，所述冷凝器的另一端连接所述中间容器单元。
优选地，所述二氧化碳气瓶和所述冷凝器之间设有第一阀门。
优选地，所述第一支管线上设有第二阀门；所述第二支管线上设有第三阀门；所述第三支管线上设有第四阀门。
优选地，所述第一中间容器与所述柱塞泵之间设有第五阀门；所述第二中间容器与所述柱塞泵之间设有第六阀门；所述第三中间容器与所述柱塞泵之间设有第七阀门。
优选地，所述柱塞泵注单元还包括空压设备和真空设备；所述空压设备和所述真空设备均设于所述中间容器单元和所述三轴应力加载单元之间。
优选地，所述真空设备为真空泵，所述空压设备为空压机。
优选地，所述支管线还包括第四支管线和第五支管线；所述空压设备和所述真空设备分别通过第四支管线和第五支管线连接主管线。
优选地，所述第四支管线上设有第八阀门；所述第五支管线上设有第九阀门。
优选地，所述三轴应力加载单元包括三轴应力加载框架和置于三轴应力加载框架中的样品。
优选地，所述三轴应力加载框架的尺寸为不低于1m×1m×1m。
优选地，所述主管线与所述三轴应力加载单元连接处设有第十阀门。
优选地，所述二氧化碳气瓶的一端设有压力表。
优选地，所述第一中间容器、所述第二中间容器和所述三轴应力加载单元的一端均设有压力表和温度表。
优选地，所述第一控温设备控制温度范围为-10～30℃。
优选地，所述第二控温设备控制温度范围为室温～100℃。本发明中所述的室温为20℃
优选地，所述第一控温设备为低温浴槽。
优选地，所述第二控温设备为高温浴槽。
优选地，所述柱塞泵的排量为不超过12L/min，单冲程体积为不超过3700ml，泵注压力为不超过82Mpa。
优选地，所述第一中间容器、所述第二中间容器和所述第三中间容器的容积均至少为3000ml。
优选地，所述第一中间容器、所述第二中间容器和所述第三中间容器的材料为不锈钢316L，至少耐压50MPa，耐CO2。
优选地，所述第一阀门至第四阀门、以及第八阀门至第十阀门均为电磁远程控制气动球阀，材料为不锈钢316L，至少耐压50MPa，耐CO2，可实现三种不同中间容器内流体的实时切换泵注。
优选地，所述第五阀门至第七阀门均为手控阀门。
本发明还提供了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，该方法使用上述***，包括如下步骤：
1)样品准备：将样品置于三轴应力加载单元，加载三向应力；
2)水基压裂液准备：将水基压裂液注入第三中间容器；
3)二氧化碳流体准备：使用二氧化碳气源供给单元向第一中间容器提供二氧化碳流体，使用柱塞泵将第一中间容器中的二氧化碳流体泵入第二中间容器中；使用第一控温设备和第二控温设备分别控制第一中间容器和第二中间容器的温度，获得不同流态的二氧化碳流体；
4)压裂实验阶段：使用柱塞泵将第一中间容器和/或第二中间容器中不同流态的二氧化碳流体泵入三轴应力加载单元；
5)二氧化碳压裂裂缝形态诊断：二氧化碳流体泵入完毕后，使用柱塞泵将第三中间容器中的水基压裂液泵入三轴应力加载单元；取出样品，观察裂缝形态。
优选地，步骤2)中所述水基压裂液中含有染色剂。
优选地，步骤3)中所述二氧化碳流体准备过程，具体包括如下步骤：
关闭第一阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第八阀门，打开第二阀门、第三阀门、第四阀门、第九阀门和第十阀门，开启真空设备抽真空，直至真空设备读数为-100至-200mm.Hg时抽真空完毕；
关闭第二阀门、第三阀门、第四阀门、第九阀门、第十阀门和真空设备，打开第一阀门、第二阀门和第一控温设备，控制第一中间容器的温度和压力，令第一中间容器中充满液态二氧化碳；
关闭第一阀门，打开第三阀门，开启柱塞泵和第二控温设备，将第一中间容器的液态二氧化碳泵入第二中间容器中，关闭第二阀门和第五阀门，打开第六阀门，控制第二中间容器的温度和压力，令第二中间容器中的二氧化碳保持超临界状态。
优选地，步骤4)中所述压裂实验阶段过程，具体包括如下步骤：
泵入液态二氧化碳时，保持第一阀门、第三阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门关闭，打开第二阀门、第五阀门和第十阀门，开启柱塞泵，将第一中间容器中的液态二氧化碳泵入三轴应力加载单元；
泵入超临界状态二氧化碳时，保持第一阀门、第二阀门、第四阀门、第五阀门、第七阀门、第八阀门和第九阀门关闭，打开第三阀门、第六阀门和第十阀门，开启柱塞泵，将第二中间容器中的超临界状态二氧化碳泵入三轴应力加载单元。
优选地，步骤5)中所述二氧化碳压裂裂缝形态诊断过程，具体包括如下步骤：
二氧化碳流体泵入完毕后，保持第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第六阀门、第八阀门和第九阀门关闭，打开第四阀门、第七阀门和第十阀门，开启柱塞泵，将第三中间容器中的水基压裂液泵入三轴应力加载单元；取出样品，观察裂缝形态。
优选地，步骤5)中所述第三中间容器中的水基压裂液完成泵入三轴应力加载单元后，还包括如下步骤：三轴应力加载单元的压力降为0，关闭第十阀门，打开第二阀门、第三阀门、第四阀门和第八阀门，将第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器活塞落底至初始位置。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***，通过改进柱塞泵注方式，增加多组并联排列中间容器，不仅能够实现不同二氧化碳相态的稳定实时切换泵注，还能够对压后二氧化碳裂缝形态进行染色观察。从而为科研人员研究二氧化碳压裂裂缝扩展机理提供了更有效的技术手段；
本发明提供的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，克服了传统压裂模拟实验方法中不能对不同相态二氧化碳进行连续稳定泵注、不能有效进行二氧化碳致裂裂缝形态诊断的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明提供的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***的示意图；
其中，1-二氧化碳气瓶，4-冷凝器，19-第一中间容器，20-第二中间容器，21-第三中间容器，22-第一控温设备，23-第二控温设备，29-柱塞泵，11-空压设备，12-真空设备，24-三轴应力加载框架，25-样品，3-第一阀门，7-第二阀门，8-第三阀门，15-第四阀门，26-第五阀门，27-第六阀门，28-第七阀门，9-第八阀门，10-第九阀门，16-第十阀门，30-主管线，31-第一支管线，32-第二支管线，33-第三支管线，34-第四支管线，35-第五支管线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
为解决现有技术中存在的样品尺寸较小、拟三轴加载不能真正实现模拟裂缝稳定扩展，二氧化碳相态转换效率低、不能进行多种相态交替泵注，以及二氧化碳致裂裂缝形态观察仍然未得到有效解决等问题，本发明提出了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***及方法，不仅实现了不同二氧化碳相态的稳定实时切换泵注，而且实现了对压后二氧化碳裂缝形态进行染色观察。
具体地，结合图1，一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验***，包括二氧化碳气源供给单元、柱塞泵注单元、三轴应力加载单元和主管线30；所述主管线30的一端连接二氧化碳气源供给单元，所述主管线30的另一端连接三轴应力加载单元；其中，
所述主管线30上设有支管线，所述二氧化碳气源供给单元和所述三轴应力加载单元均通过支管线连接所述柱塞泵注单元；
所述柱塞泵注单元包括柱塞泵29和中间容器单元；
所述支管线包括第一支管线31、第二支管线32和第三支管线33；
所述中间容器单元包括第一中间容器19、第二中间容器20和第三中间容器21；所述第一中间容器19装配有第一控温设备22；所述第二中间容器20装配有第二控温设备23；
所述第一中间容器19、第二中间容器20和第三中间容器21的一端分别通过第一支管线31、第二支管线32和第三支管线33连接主管线30；所述第一中间容器19、第二中间容器20和第三中间容器21的另一端均连接柱塞泵29；
所述二氧化碳气源供给单元用于提供二氧化碳气源；
所述柱塞泵注单元用于实现不同流态二氧化碳的稳定实时切换泵注和对压后二氧化碳裂缝形态进行染色；其中，第一中间容器19、第二中间容器20和第三中间容器21分别用于向三轴应力加载单元提供液态二氧化碳、超临界态二氧化碳和水基压裂液，柱塞泵29用于将中间容器单元中的流体泵入三轴应力加载单元；
所述第一控温设备22用于调控第一中间容器19中流体的温度；
所述第二控温设备23用于调控第二中间容器20中流体的温度；
所述三轴应力加载单元用于盛放样品及对样品进行真三维地应力加载；所述真三维地应力包括最大水平应力、最小水平应力和垂向应力。
作为本发明一个优选地实施方式，所述二氧化碳气源供给单元包括二氧化碳气瓶1和冷凝器4；所述冷凝器4的一端连接二氧化碳气瓶1，所述冷凝器4的另一端连接所述中间容器单元。二氧化碳气瓶1中，满量的二氧化碳一般为液态常温高压保存，压力为7-8MPa，然而随着二氧化碳的使用，压力降低可能存在气态情况，因此，冷凝器4配合第一控温设备22对从二氧化碳气瓶1流出的流体进行初次制冷。
为控制二氧化碳气瓶中二氧化碳流体的流出速度、流出量等，作为本发明一个优选地实施方式，所述二氧化碳气瓶1和所述冷凝器4之间设有第一阀门3。
进一步地，为更直观调控二氧化碳流体的相态，所述二氧化碳气瓶1的一端设有压力表。
此外，为更便利地实现不同二氧化碳相态的切换，所述第一支管线31上设有第二阀门7；所述第二支管线32上设有第三阀门8；所述第三支管线33上设有第四阀门15；所述第一中间容器19与所述柱塞泵29之间设有第五阀门26；所述第二中间容器20与所述柱塞泵29之间设有第六阀门27；所述第三中间容器21与所述柱塞泵29之间设有第七阀门28。
作为本发明一个优选地实施方式，所述柱塞泵注单元还包括空压设备11和真空设备12；所述空压设备11和所述真空设备12均设于所述中间容器单元和所述三轴应力加载单元之间；其中所述真空设备用于将中间容器单元和管线中残余空气排空；所述空压设备与柱塞泵配合使用，将完成单次泵注的中间容器的活塞落底，准备进行二次泵注；进一步地，所述真空设备12为真空泵，所述空压设备11为空压机。
作为本发明一个优选地实施方式，所述支管线还包括第四支管线34和第五支管线35；所述空压设备11和所述真空设备12分别通过第四支管线34和第五支管线35连接主管线30；进一步地，所述第四支管线34上设有第八阀门9；所述第五支管线35上设有第九阀门10。
作为本发明一个优选地实施方式，所述三轴应力加载单元包括三轴应力加载框架24和置于三轴应力加载框架中的样品25；进一步地，所述三轴应力加载框架的尺寸为不低于1m×1m×1m；该大尺寸三轴应力加载框架能够用于大尺度压裂岩样品的真三维(最大水平应力、最小水平应力和垂向应力)地应力加载，地应力最高可达69MPa，以模拟真实地层应力状态；进一步地，所述主管线与所述三轴应力加载单元连接处设有第十阀门16；所述三轴应力加载单元的一端也设有压力表和温度表，从而直观显示三轴应力加载单元的温度和压力，便于控制。
作为本发明一个优选地实施方式，为对从二氧化碳气瓶1中流出的流体进行低温制冷，通过温度条件保证二氧化碳的液态，所述第一控温设备22控制温度范围为-10～30℃，PID控温；此外，为方便第一控温设备22调整温度，所述第一中间容器19的一端设有压力表和温度表；进一步地，所述第一控温设备为低温浴槽。
作为本发明一个优选地实施方式，为对从第一中间容器19中流出的流体进行加温，通过温度条件实现二氧化碳的超临界状态，所述第二控温设备23控制温度范围为室温～100℃，PID控温；此外，为方便第二控温设备23调整温度，所述第二中间容器20的一端设有压力表和温度表；进一步地，所述第二控温设备为高温浴槽。
作为本发明一个优选地实施方式，所述柱塞泵29的排量为不超过12L/min，单冲程体积为不超过3700ml，泵注压力为不超过82Mpa。
作为本发明一个优选地实施方式，所述第一中间容器19、所述第二中间容器20和所述第三中间容器21的容积均至少为3000ml；所述第一中间容器19、所述第二中间容器20和所述第三中间容器21的材料为不锈钢316L，至少耐压50MPa，耐CO2。
作为本发明一个优选地实施方式，所述第一阀门至第四阀门、以及第八阀门至第十阀门均为电磁远程控制气动球阀，材料为不锈钢316L，至少耐压50MPa，耐CO2，可实现三种不同中间容器内流体的实时切换泵注。
作为本发明一个优选地实施方式，所述第五阀门至第七阀门均为手控阀门。
作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，该方法使用上述***，包括如下步骤：
1)样品准备：将样品25置于三轴应力加载框架24，加载三向应力；
2)水基压裂液准备：将含染色剂的水基压裂液注入第三中间容器21；
3)二氧化碳流体准备：关闭第一阀门3、第五阀门26、第六阀门27、第七阀门28和第八阀门9，打开第二阀门7、第三阀门8、第四阀门15、第九阀门10和第十阀门16，开启真空设备12抽真空，直至真空设备12读数为-100至-200mm.Hg时抽真空完毕；
关闭第三阀门8、第四阀门15、第九阀门10、第十阀门16和真空设备12，打开冷凝器4、第一阀门3、第二阀门7和第一控温设备22，控制第一中间容器的温度和压力，令第一中间容器19中充满液态二氧化碳；
关闭第一阀门3，打开第三阀门8，开启柱塞泵29和第二控温设备23，将第一中间容器19的液态二氧化碳泵入第二中间容器20后，关闭第二阀门7和第五阀门26，打开第六阀门27，控制第二中间容器20的温度和压力，令第二中间容器20中的二氧化碳保持超临界状态；
4)压裂实验阶段：
泵入液态二氧化碳时，保持第一阀门3、第三阀门8、第四阀门15、第六阀门27、第七阀门28、第八阀门9和第九阀门10关闭，打开第二阀门7、第五阀门26和第十阀门16，开启柱塞泵29，将第一中间容器19中的液态二氧化碳泵入三轴应力加载框架24中；
泵入超临界状态二氧化碳时，保持第一阀门3、第二阀门7、第四阀门15、第五阀门26、第七阀门28、第八阀门9和第九阀门10关闭，打开第三阀门8、第六阀门27和第十阀门16，开启柱塞泵29，将第二中间容器20中的超临界状态二氧化碳泵入三轴应力加载框架24中；
5)二氧化碳压裂裂缝形态诊断：二氧化碳流体泵入完毕后，保持第一阀门3、第二阀门7、第三阀门8、第五阀门26、第六阀门27、第八阀门9和第九阀门10关闭，打开第四阀门15、第七阀门28和第十阀门16，开启柱塞泵29，将第三中间容器21中的水基压裂液泵入三轴应力加载框架24中；以前期二氧化碳泵注井口压力(即在水基压裂液泵入前一阶段二氧化碳泵注即第4)阶段结束时的井口压力)为基准，定压力注入含染色剂的水基压裂液，当完成设计泵注体积后停止注入，当井口压力降为0后，将柱塞泵29复位后，关闭第十阀门16，打开第二阀门7、第三阀门8、第四阀门15和第八阀门9，将第一中间容器19、第二中间容器20和第三中间容器21活塞落底至初始位置；取出样品，观察裂缝形态。
本发明提供的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，克服传统压裂模拟实验方法中不能对不同相态二氧化碳进行连续稳定泵注、不能有效进行二氧化碳致裂裂缝形态诊断的问题；通过改进柱塞泵注方式，增加多组并联排列中间容器，不仅能够实现不同二氧化碳相态的稳定实时切换泵注，还能够对压后二氧化碳裂缝形态进行染色观察，从而为科研人员研究二氧化碳压裂裂缝扩展机理提供了更有效的技术手段。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，其特征在于，所述大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法使用大尺度压裂实验***，所述大尺度压裂实验***包括二氧化碳气源供给单元、柱塞泵注单元、三轴应力加载单元和主管线；所述主管线的一端连接二氧化碳气源供给单元，所述主管线的另一端连接三轴应力加载单元；其中，
所述主管线上设有支管线，所述二氧化碳气源供给单元和所述三轴应力加载单元均通过支管线连接所述柱塞泵注单元；
所述二氧化碳气源供给单元包括二氧化碳气瓶和冷凝器；所述冷凝器的一端连接二氧化碳气瓶，所述冷凝器的另一端连接所述中间容器单元；
所述三轴应力加载单元包括三轴应力加载框架和置于三轴应力加载框架中的样品；
所述柱塞泵注单元包括柱塞泵、中间容器单元、空压设备和真空设备；
所述支管线包括第一支管线、第二支管线、第三支管线、第四支管线和第五支管线；
所述中间容器单元包括第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器；所述第一中间容器装配有第一控温设备；所述第二中间容器装配有第二控温设备；所述第一控温设备控制温度范围为-10～30℃；所述第二控温设备控制温度范围为室温～100℃；
所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的一端分别通过第一支管线、第二支管线和第三支管线连接主管线；所述第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的另一端均连接柱塞泵；
所述空压设备和所述真空设备均设于所述中间容器单元和所述三轴应力加载单元之间；
所述空压设备和所述真空设备分别通过第四支管线和第五支管线连接主管线；
所述方法包括如下步骤：
1)样品准备：将样品置于三轴应力加载单元，加载三向应力；
2)水基压裂液准备：将水基压裂液注入第三中间容器；
3)二氧化碳流体准备：使用二氧化碳气源供给单元向第一中间容器提供二氧化碳流体，使用柱塞泵将第一中间容器中的二氧化碳流体泵入第二中间容器中；使用第一控温设备和第二控温设备分别控制第一中间容器和第二中间容器的温度，获得不同流态的二氧化碳流体；
4)压裂实验阶段：使用柱塞泵将第一中间容器和/或第二中间容器中不同流态的二氧化碳流体泵入三轴应力加载单元；
5)二氧化碳压裂裂缝形态诊断：二氧化碳流体泵入完毕后，使用柱塞泵将第三中间容器中的水基压裂液泵入三轴应力加载单元；取出样品，观察裂缝形态。
2.根据权利要求1所述的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，其特征在于，所述二氧化碳气瓶和所述冷凝器之间设有第一阀门。
3.根据权利要求1所述的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，其特征在于，所述第一支管线上设有第二阀门；所述第二支管线上设有第三阀门；所述第三支管线上设有第四阀门；所述第一中间容器与所述柱塞泵之间设有第五阀门；所述第二中间容器与所述柱塞泵之间设有第六阀门；所述第三中间容器与所述柱塞泵之间设有第七阀门。
4.根据权利要求1所述的不同流态二氧化碳注入条件下的大尺度压裂实验及压后裂缝形态诊断方法，其特征在于，所述第四支管线上设有第八阀门；所述第五支管线上设有第九阀门。
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