[发明专利]一种超临界二氧化碳浸泡页岩实验装置

说明书

本发明公开了一种超临界二氧化碳浸泡页岩实验装置，包括封头和位于封头下方的承压容器筒体，所述封头上设有安全附件，封头与承压容器筒体之间通过法兰连接，所述承压容器筒体内设有用于升温和恒温的加热套筒，加热套筒和承压容器筒体组成将加热和承压分开的双层结构，加热套筒内部空间设有用于盛装和固定岩样的岩样固定篮，所述承压容器筒体侧壁上设有带切断阀的入口管和出口管。加热套筒包括由陶瓷材料制成的基体和设于基体内的螺旋加热线圈组成。该设备还考虑含水饱和度影响下的页岩浸泡实验，在容器进口管道上连接有可视的透明水箱。该设备体积较小，温度压力可灵活调节，页岩浸泡后便于携带至页岩力学性能实验处进行后续实验。

技术领域

本发明涉及一种浸泡页岩的实验装置，具体涉及一种超临界二氧化碳浸泡页岩实验装置。并可根据后续岩样力学实验要求调整浸泡的温度和压力。

背景技术

由于超临界二氧化碳的低黏、高扩散性、对储层伤害小并且能够显著提高页岩气的产量，同时可以在开发页岩气时将工业产生的二氧化碳永久封存在深部地层，因此超临界二氧化碳开发页岩气被认为是未来中国页岩气开发的关键技术。超临界二氧化碳与岩石之间的相互作用机理是国家973项目“超临界二氧化碳高效开发页岩气”的基础问题，因此急需开展一系列岩石力学和微观结构的实验研究。

但是目前国内外研究岩石力学和微观结构大多都是在无超临界二氧化碳作用的基础上开展的，与地层中浸润在超临界二氧化碳介质中的实际工况不符。因此，国内外专家学者都在致力于将页岩置于类似深部底层的高温、高压和压裂液的环境下进行页岩的力学实验。由于超临界二氧化碳压裂页岩的研究在国内外还处于初期阶段，相关页岩浸泡实验装置还处于空白阶段。澳大利亚学者在原有岩石力学三轴仪上加装二氧化碳气体注射装置，以达到创建超临界二氧化碳与岩石相互作用环境。这种方法由于三轴仪功能的局限，压力只能达到7Mpa左右，不能满足超临界二氧化碳在高压（大于7Mpa）和高于环境温度（大于40^O）范围内的力学实验需求。同时由于受到三轴仪的限制，该浸泡岩样不能开展其他抗拉强度和剪切强度实验，对研究超临界二氧化碳作用下的页岩力学特性十分不利。

因此，开发一种可调节压力温度的超临界二氧化碳浸泡页岩实验装置对推动973项目的基础研究，提高页岩气开发技术十分重要。并且这种装置还需要与三轴实验装置分离，便于携带，有利于开展岩石抗压强度、抗拉强度和抗切强度实验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计并制造一种便携式超临界二氧化碳浸泡页岩的实验装置，不仅能灵活的控制浸泡页岩的温度和压力，而且还必须体积小、耐腐蚀及方便携带，以便于开展后期的岩石力学实验。

根据目前973项目“超临界二氧化碳高效开发页岩气”的研究需要，本发明设计了一种超临界二氧化碳浸泡页岩的实验装置，将增压后的二氧化碳气源能量注入容器，同时采用耐腐蚀衬里对浸泡中的页岩和二氧化碳进行加热，以保证承压容器内二氧化碳的超临界状态。该设备可根据岩石所处环境温度和压力灵活调整页岩浸泡的温度压力，真实模拟页岩受到超临界二氧化碳的作用过程。在该浸泡实验设备里可对页岩进行几小时至一个月时间不等的多组浸泡实验，然后就地取出页岩岩样进行后续岩石力学性能试验，以测量接近底层高温高压工况下的页岩力学性能参数。

本发明主要完成超临界二氧化碳在设定压力和温度情况下的页岩浸泡实验，涉及对页岩浸泡工作环境的加热、增压、测量监控和稳压保温功能。

为了解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：

一种超临界二氧化碳浸泡页岩实验装置，包括封头和位于封头下方的承压容器筒体，其特征在于：所述封头上设有安全附件，封头与承压容器筒体之间通过法兰连接，所述承压容器筒体内设有用于升温和恒温的加热套筒，加热套筒和承压容器筒体组成将加热和承压分开的双层结构，加热套筒内部空间设有用于盛装和固定岩样的岩样固定篮，所述承压容器筒体侧壁上设有带切断阀的入口管和出口管。

作为改进，所述安全附件包括安全阀、压力表和温度传感器。