[发明专利]一种热与化学流体改造储层模拟装置及方法

说明书

本发明涉及一种热与化学流体改造储层模拟装置及方法。适用岩体研究。包括伺服框架、注入单元、围压泵、轴压泵、加热装置、真空单元、回压及计量单元和数据采集处理中心；利用超临界二氧化碳和液氮两种化学流体，进行高低温化学流体交替注入煤储层，对煤岩裂隙网络改造和扩展演化进行观测影响，从而模拟储层煤岩所处地质环境下冷热化学流体与煤岩的作用过程，监测煤岩变形致裂、裂隙发育及渗透率变化情况，既能单独研究其中一种化学流体对煤岩等致密储层裂隙的改造效果，也能够模拟研究不同循环次数、不同温度差异冷热化学流体交替注入储层的情况，从而有效探索高效致裂煤岩等致密储层的变化和情况，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种模拟装置及方法，尤其适用于煤层气等地质新能源开发应用领域的一种热与化学流体改造储层模拟装置及方法。

背景技术

煤层气作为一种高效、清洁的化石能源，其开发利用不仅可直接获取经济效益和改善能源消费结构，而且对煤矿减灾、保护大气环境都具有重要意义。提高煤储层改造效果，在水力携砂压裂以外寻找新的储层改造技术，成为煤层气开发技术研发的前沿，符合当前提高煤层气井单井产量、增加天然气供给的国家需要和技术发展策略，也成为热储层和其他致密油气储层改造相关地质新能源领域技术人员重点关注的问题。

作为一种特殊的有机岩石，煤储层既是煤层气的源岩，又是其储集层。煤储层具有热敏感性和双重孔隙(孔隙-裂隙)的特点，而裂隙被认为是煤层气渗流的主要通道。由于煤岩力学强度小、发育天然裂缝、岩石物理非均质性显著，水力压裂裂缝在煤层中的形态复杂，很多情况下压裂缝长度和支撑达不到预期，煤储层压裂改造效果制约了煤层气(甲烷)在煤储层中的渗流和高效产出。因此，煤岩致裂的新方法与裂隙结构系统发育规律的模拟研究是揭示储层体积致裂新机制、改善储层改造效果的关键研究内容，对于煤层气等地质新能源的开发具有重要的现实意义。

目前，无论是利用水力压裂技术的传统压裂液进行煤层气增产的储层改造，还是将超临界二氧化碳或液氮作为压裂液，或使用泡沫压裂液，都只考虑单一流体机械作用下的储层致裂和支撑，及其对煤岩孔-裂隙结构的改造。因此，开展冷热两种流体交替、机械(煤基质块内外不一致温差变形)与化学(与超临界CO₂+H₂O反应)共同作用时煤岩裂隙发育扩展规律及其岩石物理性质变化的模拟研究非常必要。目前，进行岩石三轴力学特性模拟的方法已经成熟，但对煤岩等储层进行冷热化学流体交替作用模拟的方法还未见报道，尚未见不同渗压/温度/应力和不同化学流体单独或共同作用下煤岩体应力、应变、渗透率、温度、时间和裂隙演化特征的测试方法，也缺乏相应的模拟装置来模拟研究煤储层等岩体应用新方法改造的致裂效果。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单、使用效果好、能够模拟储层岩体所处地层环境下冷热流体交替与化学流体共同作用过程和结果，探究储层岩体在高低温流体交替作用循环缩胀和化学反应影响下储层裂隙网络的发展演化规律，以期形成煤储层等致密储层发达的微裂缝和自支撑，用于解决现有技术中难以形成储层微裂缝和必需支撑剂的弊端，提高致密储层压裂效果的热与化学流体改造储层模拟装置及方法

为了实现上述技术要求，本发明的热与化学流体改造储层模拟装置，包括伺服框架、注入单元、围压泵、轴压泵、加热装置、真空单元、回压及计量单元和数据采集处理中心；其中伺服框架内设有模型单元，模型单元包括围压室和轴压室，轴压室设置在围压室的上方，注入单元通过定容器a和定容器b与模型单元管路相连接，围压泵通过管路与围压室连接，轴压泵通过管路与轴压室相连，加热装置置于围压室内，真空单元和回压及计量单元分别通过管路与模型单元相连接；