CN112881652A - 超临界co2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超临界CO2注入页岩储层焦耳‑汤姆逊效应试验模拟装置，包括数据采集分析单元及通过管路连通的超临界CO2生成单元和测试单元，超临界CO2生成单元和测试单元分别与数据采集分析单元通讯连接；超临界CO2生成单元用于生成超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至测试单元；测试单元模拟地下储层，并用于测试表征焦耳‑汤姆逊效应的焦耳‑汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化。针对不同的完井方式，试验模拟超临界CO2注入页岩所发生的多级次焦耳‑汤姆逊效应，监测超临界CO2温度、注入压力及流速等参数的变化，测试用于表征焦耳‑汤姆逊效应的焦耳‑汤姆逊系数，对降低超临界CO2工程注入风险和超临界CO2压裂工艺的安全实施具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及非常规天然气开采技术领域，具体涉及超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置。
背景技术
水力压裂是页岩气、煤层气等非常规天然气储层增产的主要技术措施之一，但水力压裂耗水量极大。我国非常规天然气储层大多数分布在水资源相对匮乏的地区，其中页岩气储层埋藏深，岩体结构致密，力学强度大，单口井水力压裂改造储层需要消耗15-60万吨水，耗水量巨大，水力压裂技术应用于水资源匮乏地区非常规天然气储层开发的适用性不强。此外，非常规天然气储层，尤其页岩气储层中黏土矿物含量高，遇水易膨胀，可导致储层的孔隙度和渗透率降低，造成储层水敏性伤害。这些问题严重制约了页岩气储层的商业化开发，适用于页岩气储层开发的方法亟待探索。
超临界CO2具密度大、粘性低、渗透力强等特点，页岩气储层吸附CO2能力大于CH4，高压注入到储层的CO2因竞争吸附优势可以置换与驱替储层中的CH4产出。超临界CO2替代水作为强化非常规天然气储层增产的介质，可有效降低因黏土矿物遇水膨胀导致的储层水敏性伤害。超临界CO2射流速度比水射流更快、射流核心区更长、扩散面积更广，超临界CO2具有比水力压裂更强的射流效果。超临界CO2与水反应形成碳酸对储层酸化，可降低储层破裂压力，更容易压裂储层。因此，超临界CO2被认为是强化页岩气储层开发的有利介质与有效方法，既可以减少耗水量，又可以实现温室气体CO2减排。
页岩气开发井的完井方式以裸眼完井、射孔完井最为常见。页岩储层具有孔隙裂隙结构，是类似于多孔筛的典型多孔介质。高压超临界CO2通过井筒射孔孔眼和储层过程中，受到射孔孔眼与储层的节流，会导致高压超临界CO2产生压力突变，继而引起温度发生改变，这种现象被称为焦耳-汤姆逊效应(Joule-Thomson effect)。不同完井方式下，高压超临界CO2节流次数不同，发生的焦耳-汤姆逊效应次数也不同。例如，裸眼完井方式下，高压超临界CO2由注入井直接进入储层，仅经过多孔介质储层的一次节流，相应发生一次焦耳-汤姆逊效应。射孔完井方式下，高压超临界CO2由注入井井筒上的射孔孔眼进入储层，经过射孔孔眼和多孔介质储层两次节流，发生的焦耳-汤姆逊效应相应增加一次。
在较高的超临界CO2初始注入温度、注入压力及注入流速下，经过井筒射孔孔眼和多孔介质储层的节流，近井地带储层来不及与周围环境发生热交换，CO2近似经历了绝热膨胀降温过程，CO2可能相态发生变化，密度和粘度改变，影响CO2流动特性，并且有可能形成干冰堵塞射孔孔眼和近井地带储层的渗流孔道。近井地带储层的温度场变化较大，温度降低明显，如果近井地带储层孔隙和裂隙中地层水的温度低于冰点，可能形成“冰塞”，进一步堵塞井筒射孔孔眼和近井地带储层的渗流孔道。因此，高压超临界CO2向储层注入的过程中，发生多级次的焦耳-汤姆逊效应，可造成超临界CO2注入速度下降，形成井筒内“憋压”，影响超临界CO2持续注入，威胁注入施工的安全性。
通常用焦耳-汤姆逊系数μ描述焦耳-汤姆逊效应，反映节流后气体温度随压强变化的情况，焦耳-汤姆逊系数计算公式如下：
公式中T表示温度，P表示压强。下标H表示过程为等焓过程。因为节流前后焓(H)不变(热交换不及时，近似经历了绝热过程)，焦耳-汤姆逊系数表示等焓过程中温度随压强的变化率。
因此，实施超临界CO2注入非常规天然气储层前，针对不同的完井方式，试验模拟超临界CO2注入非常规天然气储层所发生的多级次焦耳-汤姆逊效应，监测超临界CO2温度、注入压力、注入流速等参数的变化，测试用于表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数，确定优选合理的完井方式和降低焦耳-汤姆逊效应影响，对降低超临界CO2工程注入风险和超临界CO2压裂工艺的安全实施具有重要意义，但是目前缺乏试验模拟设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，旨在解决上述技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，包括数据采集分析单元及通过管路连通的超临界CO2生成单元和测试单元，所述超临界CO2生成单元和所述测试单元分别与所述数据采集分析单元通讯连接；所述超临界CO2生成单元用于生成超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至所述测试单元；所述测试单元模拟地下储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2的注入流量变化，所述数据采集分析单元采集所测量的温度、压力及注入流量以获得焦耳-汤姆逊系数。
本发明的有益效果是：模拟时，通过超临界CO2生成单元制备超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至测试单元；测试单元模拟地下储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2注入性的注入流量变化；同时，数据采集分析单元采集测试单元测试的相关数据，并进行处理分析，以获得焦耳-汤姆逊系数，进而对降低超临界CO2工程注入风险和超临界CO2压裂工艺的安全性进行评估。本发明针对不同的完井方式，试验模拟超临界CO2注入页岩储层所发生的多级次焦耳-汤姆逊效应，监测超临界CO2温度、注入压力及流速等参数的变化，测试用于表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数，对降低超临界CO2工程注入风险和超临界CO2压裂工艺的安全实施具有重要意义。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述测试单元包括模拟注入井的样品室，所述样品室内固定安装有用于装样品以模拟地下储层的密封胶套；所述样品室的一端敞口，并可拆卸的安装有完井模拟结构件，所述完井模拟结构件的一端上设有至少一个与所述密封胶套连通的贯穿的射孔，另一端与注入井井底模拟结构件的一端可拆卸连接，所述注入井井底模拟结构件的另一端通过管路与所述超临界CO2生成单元连通。
采用上述进一步方案的有益效果是通过在样品室内的密封胶套内装样品以模拟地下储层及其温度和压力初始条件，然后通过不同数量射孔的完井模拟结构件模拟不同完井方式，进而模拟多种不同完井方式对超临界CO2节流次数以及焦耳-汤姆逊效应的影响。
进一步，所述完井模拟结构件的一端内固定安装有分别用于采集超临界CO2经过所述射孔的孔眼节流后进入地下储层前的温度T2和压力P2的温度传感器一和压力传感器一，另一端内固定安装有分别用于采集注入井井底温度T1和压力P1的温度传感器二和压力传感器二；所述温度传感器一、所述温度传感器二、所述压力传感器一和所述压力传感器二分别通过线路与所述数据采集分析单元连接。
采用上述进一步方案的有益效果是通过温度传感器一和压力传感器一分别采集超临界CO2经过所述射孔的孔眼节流后进入储层前的温度T2和压力P2，同时通过温度传感器二和压力传感器二分别采集超临界CO2注入井井底温度T1和压力P1，然后数据采集分析单元采集对应的温度和压力，并进行处理分析计算得到一级节流产生的焦耳-汤普逊系数μ1，测量方便快捷，精准度高。
进一步，还包括真空单元，所述样品室的另一端敞口，并可拆卸的安装有堵头；所述堵头的一端与所述密封胶套连通，另一端通过管路与所述真空单元连通，所述真空单元通过线路与所述数据采集分析单元连接。
采用上述进一步方案的有益效果是通过真空单元对密封胶套进行抽真空处理，排出管线空气对试验的影响保证测试的顺利进行。
进一步，所述堵头内固定安装有分别用于采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3的温度传感器三和压力传感器三，所述温度传感器三和所述压力传感器三分别通过线路与所述数据采集分析单元连接。
采用上述进一步方案的有益效果是通过温度传感器三和压力传感器三分别采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3，然后数据采集分析单元采集对应的温度和压力，并进行处理分析计算得到二级节流产生的焦耳-汤普逊系数μ2，测量方便快捷，精准度高。
进一步，所述测试单元还包括恒压阀和流量计，所述恒压阀和所述流量计间隔固定安装在所述超临界CO2生成单元和所述完井模拟结构件另一端之间的管路上，其分别通过线路与所述数据采集分析单元连接。
采用上述进一步方案的有益效果是模拟时，通过恒压阀设定恒定的超临界CO2注入压力，同时通过流量计检测超临界CO2注入的流量，然后数据采集分析单元采集对应的温度和压力，并进行处理分析，测量方便快捷，精准度高。
进一步，还包括用于模拟控制地下储层有效压力的围压控制单元，所述围压控制单元包括储液罐和恒压泵，所述储液罐的出口、所述恒压泵以及所述样品室通过管路依次连通，所述储液罐的入口通过管路与所述样品室连通；所述恒压泵通过线路与所述数据采集分析单元连接。
采用上述进一步方案的有益效果是模拟时，通过恒压泵将储液罐内储存的液体(液压油或水)送至样品室内，以调节样品室内的压力，从而改变密封胶套及样品的压力，进而模拟试验储层的有效压力，提高模拟的效果。
进一步，所述密封胶套通过回收管路与用于收集试验废气收集罐连通。
采用上述进一步方案的有益效果是通过储液罐收集上述调压液体，实现液体的循环使用，节约成本。
进一步，所述测试单元还包括恒温箱，所述样品室通过托架架设在所述恒温箱内。
采用上述进一步方案的有益效果是通过恒温箱保持样品始终在恒定的温度条件下，提供模拟页岩储层的初始温度条件，保证模拟的效果。
进一步，所述超临界CO2生成单元包括通过管路依次连通的CO2气瓶、冷凝器、柱塞增压泵和超临界CO2生成罐，所述超临界CO2生成罐的出气口通过管路与所述测试单元连通；所述超临界CO2生成罐外固定套设有温度控制装置，所述冷凝器和所述柱塞增压泵分别通过线路与所述数据采集分析单元连接。
采用上述进一步方案的有益效果是超临界CO2制备时，储存在CO2气瓶内的CO2经冷凝器冷凝成液体，然后通过柱塞增压泵增压储存在超临界CO2生成罐内，再经过温度控制装置升温生成超临界CO2(温度大于31.4℃，并且压力高于7.38MPa)，制备方便快捷且高效。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明测试单元中样品室的内部结构示意图；
图3为本发明中射孔完井模拟结构件实施例一的结构示意图；
图4为本发明中射孔完井模拟结构件实施例二的结构示意图；
图5为本发明中射孔完井模拟结构件实施例三的结构示意图；
图6为本发明中裸眼完井模拟结构件的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、数据采集分析单元，2、超临界CO2生成单元，3、测试单元，4、样品室，5、密封胶套，6、完井模拟结构件，7、射孔，8、温度传感器一，9、压力传感器一，10、温度传感器二，11、压力传感器二，12、真空单元，13、堵头，14、温度传感器三，15、压力传感器三，16、恒压阀，17、流量计，18、围压控制单元，19、储液罐，20、恒压泵，21、试验废气收集罐，22、恒温箱，23、托架，24、CO2气瓶，25、冷凝器，26、柱塞增压泵，27、超临界CO2生成罐，28、温度控制装置，29、样品，30、把手插孔，31、注入井井底模拟结构件，32、锁紧结构件，33、产出井井底模拟构件，34、放置槽。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图6所示，本发明提供超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，包括数据采集分析单元1及通过管路连通的超临界CO2生成单元2和测试单元3，超临界CO2生成单元2和测试单元3分别与数据采集分析单元1通讯连接；超临界CO2生成单元2用于生成超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至测试单元3；测试单元3模拟地下页岩储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2的注入流量变化，数据采集分析单元1采集所测量的温度、压力及注入流量以获得焦耳-汤姆逊系数。模拟时，通过超临界CO2生成单元2制备超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至测试单元3；测试单元3模拟地下页岩储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2注入性的注入流量变化；同时，数据采集分析单元1采集测试单元3测试的相关数据，并进行处理分析，以获得焦耳-汤姆逊系数，进而对降低超临界CO2工程注入风险和超临界CO2压裂工艺的安全性进行评估。本发明针对不同的完井方式，试验模拟超临界CO2注入非常规天然气储层所发生的多级次焦耳-汤姆逊效应，监测超临界CO2温度、注入压力及流速等参数的变化，测试用于表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数，对降低超临界CO2工程注入风险和超临界CO2压裂工艺的安全实施具有重要意义。
实施例1
在上述结构的基础上，本实施例中，测试单元3包括模拟注入井的样品室4，样品室4内固定安装有用于装样品29以模拟地下储层的密封胶套5；样品室4的一端敞口，并可拆卸的安装有完井模拟结构件6，完井模拟结构件6的一端上设有至少一个与密封胶套5连通的贯穿的射孔7，另一端通过与注入井井底模拟结构件31的一端可拆卸连接，通常采用螺纹连接的方式，注入井井底模拟结构件31的另一端通过管路与超临界CO2生成单元2连通。模拟时，通过在样品室4内的密封胶套5内装样品29以模拟地下页岩储层，然后通过不同数量射孔7的完井模拟结构件6模拟不同完井方式，进而模拟多种不同完井方式对超临界CO2节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响。
上述样品室4的一端设有外螺纹，锁紧结构件32端设有内螺纹，锁紧结构件32可将完井模拟结构件6安装固定在样品室4内。注入井井底模拟结构件31设有内螺纹，完井模拟结构件6的一端设有外螺纹，因此完井模拟结构件6的一端与完井模拟结构件6的一端螺纹连接。
另外，锁紧结构件32和注入井井底模拟结构件31的两端上分别设有把手插孔30，方便拆装。
上述样品室4上还固定安装有用于测量其内部温度的温度传感器，上述温度传感器通过线路与数据采集分析单元1连接。
页岩气储层的完井方式以裸眼完井、射孔完井最为常见，当上述完井模拟结构件6上为通孔时，此时为裸眼完井(参见图6)；当上述完井模拟结构件6上射孔7的数量为多个时，此时为射孔完井(参见图3至图5)。
另外，当完井方式为射孔完井时，此时不同孔径的射孔7对超临界CO2节流产生的焦耳-汤姆逊效应同样存在影响，即射孔7的孔径增大，超临界CO2的节流变弱，那么焦耳-汤姆逊效应也会变弱，测试的焦耳-汤姆逊系数也相应变化。
实施例2
在实施例一的基础上，本实施例中，完井模拟结构件6的一端内通过螺栓固定安装有分别用于采集超临界CO2经过射孔7的孔眼节流后进入地下储层前的温度T2和压力P2的温度传感器一8和压力传感器一9，另一端内通过螺栓固定安装有分别用于采集注入井井底温度T1和压力P1的温度传感器二10和压力传感器二11；温度传感器一8、温度传感器二10、压力传感器一9和压力传感器二11分别通过线路与数据采集分析单元1连接，数据采集分析单元1采集各个温度传感器及压力传感器测量的温度和压力数值，以便后续计算焦耳-汤普逊系数μ1。测试时，通过温度传感器一8和压力传感器一9分别采集超临界CO2经过射孔7的孔眼节流后进入储层前的温度T2和压力P2，同时通过温度传感器二10和压力传感器二11分别采集超临界CO2注入井井底温度T1和压力P1，然后数据采集分析单元1采集对应的温度和压力，并进行处理分析计算得到焦耳-汤普逊系数μ1，测量方便快捷，精准度高。
实施例3
在实施例一的基础上，本实施例还包括真空单元12，样品室4的另一端敞口，并可拆卸的安装有堵头13；堵头13的一端与密封胶套5连通，另一端通过管路与真空单元12连通，真空单元12通过线路与数据采集分析单元1连接。模拟时，通过真空单元12对密封胶套5及管线进行抽真空处理，，排出空气对试验的影响，以便模拟地下储层，保证测试的顺利进行。
上述堵头13的一端上设有外螺纹，产气井井底结构件33设有内螺纹，二者螺纹连接，方便拆装；上述产气井井底结构件33也可以通过锁紧结构件32与堵头13连接。
另外，堵头13的两端上分别设有把手插孔30，方便拆装堵头13。
上述堵头13与样品室4之间以及完井模拟结构件6与样品室4之间分别固定安装有密封圈。
实施例4
在实施例三的基础上，本实施例中，堵头13内通过螺栓固定安装有分别用于采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3的温度传感器三14和压力传感器三15，温度传感器三14和压力传感器三15分别通过线路与数据采集分析单元1连接，数据采集分析单元1采集各个温度传感器及压力传感器测量的温度和压力数值，以便后续计算焦耳-汤普逊系数μ2。测试时，通过温度传感器三14和压力传感器三15分别采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3，然后数据采集分析单元1采集对应的温度和压力，并进行处理分析计算得到焦耳-汤普逊系数μ2，测量方便快捷，精准度高。
实施例5
在实施例一的基础上，本实施例中，测试单元3还包括恒压阀16和流量计17，恒压阀16和流量计17通过本领域技术人员所能想到的方式间隔固定安装在超临界CO2生成单元2和完井模拟结构件6另一端之间的管路上，其分别通过线路与数据采集分析单元1连接。模拟时，通过恒压阀16设定恒定的超临界CO2注入压力，同时通过流量计17监测超临界CO2注入的流量，然后数据采集分析单元1采集对应的温度和压力，并进行处理分析，测量方便快捷，精准度高。
上述各个温度传感器和压力传感器可以通过螺栓直接安装在设定的位置，也可以在设定的位置设置放置槽34，上述传感器安装在对应的放置槽34内，优选后者，更加节省空间，具体根据需求进行选择。
实施例6
在实施例一的基础上，本实施例还包括用于模拟控制地下储层有效压力的围压控制单元18，围压控制单元18包括储液罐19和恒压泵20，储液罐19的出口、恒压泵20以及样品室4通过管路依次连通，储液罐19的入口通过管路与样品室4连通；恒压泵20通过线路与数据采集分析单元1连接。模拟时，通过恒压泵20将储液罐19内储存的液体(液压油或水)送至样品室4内，以调节样品室4内的压力，从而改变样品29的压力，进而模拟试验储层的有效压力，提高模拟的效果。
实施例7
在实施例七的基础上，本实施例中，密封胶套5通过回收管路与用于收集试验废气收集罐21连通。测试时，通过收集罐21收集上述调压液体，实现液体的循环使用，节约成本。
上述储液罐19与样品室4之间的管路、储液罐19的出口与恒压泵20之间的管路以及恒压泵20与样品室4之间的管路上分别设有阀门，上述各个阀门均采用电磁阀，并分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
上述试验废气收集罐21可以通过管路直接与密封胶套5连通，也可以与真空单元12与密封胶套5之间的管路连通，优选后者，节省空间，管路排布合理，且试验废气收集罐21进气口处以及真空单元12进气管路上分别固定安装有阀门，上述阀门优选电磁阀，并分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
另外，上述试验废气收集罐21的底部设有排出口，排出口处固定安装有阀门，上述阀门优选为电磁阀，并通过线路与数据采集分析单元1连接。
实施例8
在实施例一的基础上，本实施例中，测试单元3还包括恒温箱22，样品室4通过托架23架设在恒温箱22内，托架23的上端与样品室4焊接或螺栓连接。测试时，通过恒温箱22保持样品29始终在恒定的温度条件下，提供模拟页岩储层的初始温度条件，保证模拟的效果。
除上述实施方式外，上述托架23可以为一个整体以支撑住样品室4，也可以包括两个架体，两个架体分别位于完井模拟结构件6和堵头13的下方，其上端分别与完井模拟结构件6和堵头13的底部焊接在一起。
实施例9
在上述结构的基础上，本实施例中，超临界CO2生成单元2包括通过管路依次连通的CO2气瓶24、冷凝器25、柱塞增压泵26和超临界CO2生成罐27，超临界CO2生成罐27的出气口通过管路与测试单元3连通；超临界CO2生成罐27外固定套设有温度控制装置28，冷凝器25和柱塞增压泵26分别通过线路与数据采集分析单元1连接。超临界CO2制备时，储存在CO2气瓶24内的CO2经冷凝器25冷凝成液体，然后通过柱塞增压泵26增压储存在超临界CO2生成罐27内，再经过温度控制装置升温生成超临界CO2(温度大于31.4℃，并且压力高于7.38MPa)，制备方便快捷。上述冷凝器25上也固定安装有温度传感器，上述温度传感器通过线路与数据采集分析单元1连接。
另外，超临界CO2生成罐27上固定安装有用于测量其内部温度和压力的温度传感器和压力传感器，上述温度传感器和压力传感器分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
上述CO2气瓶24与冷凝器25之间的管路上、柱塞增压泵26与超临界CO2生成罐27之间的管路上均固定安装有阀门；而且，超临界CO2生成罐27的底部设有排气口，排气口处固定安装有阀门。
另外，上述超临界CO2生成罐27固定套设的温度控制装置28通常采用电磁加热圈。
上述各个阀门优选电磁阀，其与电磁加热圈分别通过线路与数据采集分析单元1连接。
需要说明的是，上述各个实施例可根据组合为多个可行的方案，具体组合方式根据用户需求进行设计。
本发明的工作原理如下：
首先，沿着页岩储层的层理方向钻取试验所需的样品29，将样品29装入密封胶套5内；
其次，储存在CO2气瓶24内的CO2经冷凝器25冷凝成液体，然后通过柱塞增压泵26增压，然后通过柱塞增压泵26增压储存在超临界CO2生成罐27内，再经过温度控制装置升温生成超临界CO2；
对样品室4和管线通过真空单元12抽真空处理。然后，将制备好的超临界CO2送至注入井井底模拟结构件32，由注入井井底模拟结构件32通过完井结构件6进入样品室4内的样品29内，并通过恒压泵20将储液罐19内储存的液体(液压油或水)送至样品室4内，以调节样品室4内的压力，从而改变样品29的压力，进而模拟试验储层的有效压力；当样品室4内需要卸压时，其内部的液体通过对应的管路回流至储液罐19内；
最后，数据采集分析***1通过各个温度传感器、压力传感器以及恒压阀16和流量计17采集各个参数，并分析不同完井方式下各个参数对超临界CO2焦耳-汤姆逊效应的影响。
本发明的模拟试验方法，具体包括以下步骤：
S1：制备超临界CO2；
S11：通过冷凝器25将CO2冷凝液化处理，获得液态CO2；
S12：通过柱塞增压泵26将所获得的液态CO2增压，并存储在超临界CO2生成罐27内；
S13：通过控温装置28将超临界CO2生成罐27内的高压液态CO2升温，生成超临界CO2(温度大于31.4℃和压力高于7.38MPa)。
S2：模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应；
S21：模拟页岩储层的初始条件；
S22：向所模拟的页岩储层中注入超临界CO2，以模拟超临界CO2注入页岩储层的焦耳-汤姆逊效应。
S3：测量所述焦耳-汤姆逊效应中相应的温度参数和压力参数，根据所测量的温度参数和压力参数计算出焦耳-汤姆逊系数。
S4：根据所获得的焦耳-汤姆逊系数评估不同完井方式及射孔完井方式下不同数量射孔对超临界CO2注入页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊效应的影响。
当步骤S4中的完井方式为裸眼完井时，步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过储层后的温度T2，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过储层后的压力P2，所述焦耳-汤姆逊系数的计算公式如下：
式中，H表示过程为等焓过程。
当步骤S4中的完井方式为射孔完井时，步骤S3中所获得的温度参数包括注入井井底的温度T1和超临界CO2经过射孔孔眼节流后进入储层前的温度T2及采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3，且所获得的压力参数包括注入井井底的压力P1和超临界CO2经过射孔孔眼节流后进入储层前的压力P2及采集超临界CO2经过储层节流后的压力P3，所述焦耳-汤姆逊系数的计算公式如下：
式中，H表示过程为等焓过程，μ1为超临界CO2经过射孔节流产生的焦耳-汤姆逊系数，μ2为超临界CO2经过页岩储层节流产生的焦耳-汤姆逊系数。
需要说明的是，本发明所涉及到的各个电子部件均采用现有技术，并且上述各个部件与数据采集分析***电连接，数据采集分析***与各个部件之间的控制电路为现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：包括数据采集分析单元(1)及通过管路连通的超临界CO2生成单元(2)和测试单元(3)，所述超临界CO2生成单元(2)和所述测试单元(3)分别与所述数据采集分析单元(1)通讯连接；所述超临界CO2生成单元(2)用于生成超临界CO2，并将生成的超临界CO2送至所述测试单元(3)；所述测试单元(3)模拟地下储层及其温度和压力初始条件，并用于测试表征焦耳-汤姆逊效应的焦耳-汤姆逊系数所需的超临界CO2温度与压力变化及监测反应超临界CO2的注入流量变化，所述数据采集分析单元(1)采集所测量的温度、压力及注入流量以获得焦耳-汤姆逊系数。
2.根据权利要求1所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述测试单元(3)包括模拟注入井的样品室(4)，所述样品室(4)内固定安装有用于装样品(29)以模拟地下储层的密封胶套(5)；所述样品室(4)的一端敞口，并可拆卸的安装有完井模拟结构件(6)，所述完井模拟结构件(6)的一端上设有至少一个与所述密封胶套(5)连通的贯穿的射孔(7)，另一端与注入井井底模拟结构件(31)的一端可拆卸连接，所述注入井井底模拟结构件(31)的另一端通过管路与所述超临界CO2生成单元(2)连通。
3.根据权利要求2所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述完井模拟结构件(6)的一端内固定安装有分别用于采集超临界CO2经过所述射孔(7)的孔眼节流后进入地下储层前的温度T2和压力P2的温度传感器一(8)和压力传感器一(9)，另一端内固定安装有分别用于采集注入井井底温度T1和压力P1的温度传感器二(10)和压力传感器二(11)；所述温度传感器一(8)、所述温度传感器二(10)、所述压力传感器一(9)和所述压力传感器二(11)分别通过线路与所述数据采集分析单元(1)连接。
4.根据权利要求2所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：还包括真空单元(12)，所述样品室(4)的另一端敞口，并可拆卸的安装有堵头(13)；所述堵头(13)的一端与所述密封胶套(5)连通，另一端通过管路与所述真空单元(12)连通，所述真空单元(12)通过线路与所述数据采集分析单元(1)连接。
5.根据权利要求4所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述堵头(13)内固定安装有分别用于采集超临界CO2经过储层节流后的温度T3和压力P3的温度传感器三(14)和压力传感器三(15)，所述温度传感器三(14)和所述压力传感器三(15)分别通过线路与所述数据采集分析单元(1)连接。
6.根据权利要求2-5任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述测试单元(3)还包括恒压阀(16)和流量计(17)，所述恒压阀(16)和所述流量计(17)间隔固定安装在所述超临界CO2生成单元(2)和所述完井模拟结构件(6)另一端之间的管路上，其分别通过线路与所述数据采集分析单元(1)连接。
7.根据权利要求2-5任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：还包括用于模拟控制地下储层有效压力的围压控制单元(18)，所述围压控制单元(18)包括储液罐(19)和恒压泵(20)，所述储液罐(19)的出口、所述恒压泵(20)以及所述样品室(4)通过管路依次连通，所述储液罐(19)的入口通过管路与所述样品室(4)连通；所述恒压泵(20)通过线路与所述数据采集分析单元(1)连接。
8.根据权利要求7所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述密封胶套(5)内部一端通过回收管路与用于试验废气收集罐(21)连通。
9.根据权利要求2-5任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述测试单元(3)还包括恒温箱(22)，所述样品室(4)通过托架(23)架设在所述恒温箱(22)内。
10.根据权利要求1-5任一项所述的超临界CO2注入页岩储层焦耳-汤姆逊效应试验模拟装置，其特征在于：所述超临界CO2生成单元(2)包括通过管路依次连通的CO2气瓶(24)、冷凝器(25)、柱塞增压泵(26)和超临界CO2生成超临界CO2生成罐(27)，所述超临界CO2生成罐(27)的出气口通过管路与所述测试单元(3)连通；所述超临界CO2生成罐(27)外固定套设有温度控制装置(28)，所述冷凝器(25)和所述柱塞增压泵(26)分别通过线路与所述数据采集分析单元(1)连接。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |