[发明专利]用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统及测试方法

权利要求书

1.一种用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，包括用于模拟液态/超临界CO₂与页岩的相互作用的耦合反应单元，以及用于循环CO₂干法压裂液的循环流动单元；

所述耦合反应单元，包括中间容器(13)、手动压力泵(14)、反应器(16)、样品管(17)及油浴加热装置(21)，手动压力泵(14)的出液端与中间容器(13)的进液端相连，中间容器(13)的出液端与反应器(16)相连，样品管(17)置于反应器(16) 中，油浴加热装置(21)以油套方式和反应器(16)相连；

所述循环流动单元包括缓冲罐(11)和循环泵(12)；缓冲罐(11)的出液端与循环泵(12)的进液端相连，循环泵(12)的出液端与反应器(16)相连；缓冲罐(11)的进液端与反应器(16)相连；

还包括与循环流动单元的进液管路相连的加压供液单元，加压供液单元用于制备和输送CO₂干法压裂液；

该实验系统能够模拟动态流固耦合反应过程、静态流固耦合反应过程及动静态流固耦合反应过程；

当该实验系统模拟动态流固耦合反应过程时，开启循环流动单元进行动态实验；

当该实验系统模拟静态流固耦合反应过程时，关闭循环流动单元，给反应器(16)充液，封闭反应器(16)进行静态实验；

当该实验系统模拟动静态流固耦合反应过程时，先开启循环流动单元进行动态实验，当循环一定时间后，关闭循环流动单元，给反应器(16)充液，封闭反应器(16)进行静态实验。

2.根据权利要求1所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，手动压力泵(14)的顶部还设有用于盛装煤油的烧杯(15)，手动压力泵(14)的进液端与烧杯(15)相连。

3.根据权利要求1所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，反应器(16)的底部还设有分离器(18)，反应器(16)的底部出口与分离器(18)的入口相连，分离器(18)的出口端分别连接有放空管路(19)和取样瓶(20)。

4.根据权利要求3所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，所述加压供液单元包括液体二氧化碳储罐(1)、氮气瓶(2)、高压柱塞泵(3)、预热器(6)、加热器(7)、恒流泵(8)、储液罐(9)及回压阀(10)；

液体二氧化碳储罐(1)的进液端与氮气瓶(2)的出口相连，液体二氧化碳储罐(1)的出液端与高压柱塞泵(3)的进液端相连，高压柱塞泵(3)出液端连接有安全阀(4)，储液罐(9)的出液端与恒流泵(8)的进液端相连，恒流泵(8)的出液端与高压柱塞泵(3)的出液端通过三通(5)均连接至预热器(6)的入口，预热器(6)的出口与加热器(7)的入口相连，加热器(7)的出口分别与回压阀(10)的入口和循环流动单元的进液管路相连，回压阀(10)的出口与放空管路(19)相连。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于模拟页岩气藏二氧化碳干法压裂流固耦合的高参数实验系统，其特征在于，该实验系统的压力范围为0～50MPa，温度范围为室温～180℃。

6.基于权利要求1～5中任意一项所述的实验系统模拟测试实际工况条件下液态/超临界CO₂与页岩的耦合反应的方法，其特征在于：

动态测试方法如下：

当制备好的CO₂干法压裂液充满反应器(16)及循环流动管路后，开启循环流动单元，采用循环泵(12)模拟注入CO₂过程中CO₂在地层中的剪切流动，循环泵(12)的流量能够实现精确控制；设置相应的流量，使CO₂干法压裂液在循环管路中以一定的剪切速率进行剪切，CO₂干法压裂液循环流动经过反应器(16)，能够保证页岩岩样和水充分暴露在CO₂干法压裂液中，使CO₂干法压裂液循环剪切通过反应器(16)中的样品，同时开启油浴加热装置(21)，保证在实验温度下进行耦合实验；

静态测试方法如下：

无需开启循环流动单元，给反应器(16)充填CO₂干法压裂液，当达到实验压力后，封闭反应器(16)，模拟注入CO₂后焖井的过程，使CO₂与水、页岩在静态条件下发生耦合反应，并打开油浴加热装置(21)，实时观测反应器(16)温度和压力，当温压发生变化时，进行相应调整，在实验结束后，从反应器(16)下部取水样，并打开反应器(16)取出岩样，进行相应的分析测试；

动静态测试方法如下：

先开启循环流动单元按上述动态测试进行方法动态实验，然后关闭循环流动单元，给反应器(16)充液，封闭反应器(16)，然后按照上述静态测试方法进行静态实验。