[发明专利]一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置和方法

说明书

本发明涉及一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置和方法，包括高温高压反应釜、真空泵、空气压缩机、增压泵、加热装置；所述的高温高压反应釜，由釜体、釜腔、釜盖、岩心夹套、滤网支架组成，所述釜体内部设置釜腔，釜腔上部伸出釜体，并在釜腔顶部安装釜盖，通过连通阀口注入压力流体实现岩心围压控制，并放置于釜腔内侧底部的滤网支架上，滤网支架垂直设置于釜腔底部中间，用于放置岩心夹套；在釜腔外侧设有加热装置；在釜盖上设有注气管线、排气管线和检测管线，并从釜腔穿过釜盖延伸到外部，注气管线与增压泵连接。本发明可实现在特定气体环境下，让岩样在超过水的临界温度和压力条件下与水发生反应，完成页岩与超临界水反应的室内模拟。

技术领域

本发明涉及一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置和方法，属于能源与环境技术领域。

背景技术

页岩储层基块致密，具有孔隙度低、渗流能力差的特点。为实现页岩气商业开采，需要采用长距离水平井和分段压裂技术。在水力压裂后的返排过程中，返排率往往较低，大量压裂液滞留于储层中，滞留的压裂液会导致储层出现水相圈闭损害等问题，是制约水力压裂增产效果的重要因素。

现有研究和矿场试验表明，人为地提高页岩储层的温度可能会解除水相圈闭损害，甚至形成热致裂缝。进一步的，如果将储层温度提高至水的临界温度即374.2℃以上，同时页岩储层地层压力大于水的临界压力即22.4MPa，则可将储层中滞留的压裂液原地转换为超临界态。显然，目前开发的页岩储层的地层压力均大于水的临界压力即22.4MPa。现有的研究显示，超临界水具有低密度、低粘度、强氧化性、有机物和气体溶解度高等特点，可与页岩孔隙内的黄铁矿等还原性组分发生反应。将滞留压裂液转换为超临界态，理论上会发生大量复杂的化学反应并伴随热作用，对页岩储层基质的气体渗流能力或裂缝的气体导流能力造成影响。

因此，在室内开展页岩与超临界水反应的室内实验，将有利于分析超临界水对页岩的作用机制。相关研究机构进行了一定的探索，如学位论文《不同地区油页岩的近临界水模拟提取及产物分析》。而目前业界关于超临界流体更多的是针对超临界二氧化碳与页岩的实验，如申请号为201610105722.2的《三轴应力下超临界二氧化碳致裂页岩实验试件制作方法》。常规的室内模拟装置可以实现岩样高温处理的室内实验或特定流体的驱替实验，但目前没有针对超临界水与页岩反应完整体系的室内模拟装置和配套方法，无法特定的针对超临界水来实现超临界水与页岩反应的室内模拟实验，进而无法深入开展定量评价研究和反应机理研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置和方法，可实现在特定气体环境下，让岩样在超过水的临界温度和压力条件下与水发生反应，完成页岩超临界水反应的室内模拟。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种超临界水与页岩反应的室内模拟装置，包括高温高压反应釜、真空泵、空气压缩机、增压泵、加热装置；

所述的高温高压反应釜，由釜体、釜腔、釜盖、岩心夹套、滤网支架组成，所述釜体内部设置釜腔，釜腔上部伸出釜体，并在釜腔顶部安装釜盖，岩心夹套用于夹持实验岩心，数量为至少2个；通过岩心夹套外壳上的连通阀口注入流体来控制岩心围压，并放置于釜腔内侧底部的滤网支架上，滤网支架垂直设置于釜腔底部中间，用于放置岩心夹套、提供排气管线通道和防止微小颗粒进入并堵塞排气管线；在釜腔外侧设有加热装置，加热装置通过电路穿过釜体连接到外部；

在釜盖上还设有注气管线，并从釜腔穿过釜盖延伸到外部，连接有增压泵，增压泵内设有三通阀，分别连接到空气压缩机和外部气体容器；

所述的滤网支架，包括上部支架、下部滤网和底部变径管，上部支架为中空管道，为釜内的排气管线提供通道，下部滤网主要用于放置岩心夹套，底部变径管位于滤网之下，可用于防止细小颗粒随流体进入管内堵塞管路。