[发明专利]一种脉动CO2

说明书

本发明公开了一种脉动CO₂泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置及方法，通过CO₂增压液化系统和泡沫压裂液定量注入系统实现了不同泡沫质量CO₂泡沫压裂液的配制；高温高压泡沫性能评价系统能模拟研究深部高温高压环境下不同配比的CO₂泡沫稳定性能；脉动压裂控制系统能实现高频大幅度脉动压裂；三轴岩心夹持器可模拟深部原位应力环境，其与声发射监测系统结合能研究压裂过程裂缝扩展及破裂能量规律；另外将三轴岩心夹持器和渗透率测量系统结合，能用于评估压裂前后试样渗透率的变化情况；因此本发明能模拟非常规天然气储层脉动CO₂泡沫压裂过程，获取各种不同情况的试验数据，从而能对CO₂泡沫压裂液的配比进行优选，并能研究不同脉动参量对于压裂效果的影响。

技术领域

本发明涉及非常规天然气开采技术领域，具体是一种脉动CO₂泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置及方法。

背景技术

我国非常规天然气(煤层气、页岩气、致密砂岩气等)资源丰富，其产量约为全国天然气产量的1/10。非常规天然气是一种高热量的清洁能源，其有效开采可以优化能源消费结构。但是，非常规天然气资源赋存条件复杂，直接打井筒或钻孔抽采效果不佳，无法实现非常规天然气的商业化开采，需要采取人工致裂增透措施(水力压裂等)，对储层进行体积压裂，增加气体导流通道。传统的水力压裂措施对非常规天然气开采方面做出了卓越的贡献，但是仍然存在着以下几个方面的问题：一是压裂作业耗水量巨大，压裂液对水资源污染严重；二是滤失量大影响储层改造效果；三是携带支撑剂能力不足；四是对于水资源匮乏地区及水敏感性地层水力压裂技术则不再适用。基于上述不足，具有耗水量少、滤失量小、携带支撑剂能力强、压裂效果好、压裂液返排率高等优点的泡沫压裂技术被提出来。然而，泡沫压裂液是非稳定流体，其在高温高压环境下的稳定性能至关重要。由于泡沫压裂液黏度较高，裂缝起裂压力增大，造缝长度较短，影响储层压裂效果。

基于上述技术缺陷，有学者提出脉动CO₂泡沫压裂技术，利用脉动泵进行脉动式加载，对储层造成疲劳损伤，促进储层中微小孔裂隙的扩张，形成复杂缝网，增加储层裂缝长度。 CO₂气体吸附性强于CH₄，因此，CO₂气体的注入还能在储层中形成驱替效应，再者就是可以将CO₂封存在地下，减少CO₂排放到空气中。然而，当前的脉动CO₂泡沫压裂技术仅仅处于理论阶段，并未有具体如何进行压裂的具体方案及其压裂所需的相关参数确定的研究，因此，亟需提供脉动CO₂泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置及方法，使其能对CO₂泡沫压裂所需的参数进行试验测定，为后续实际使用提供数据支撑。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种脉动CO₂泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置及方法，能对不同围压和轴压情况下的煤岩体进行CO₂泡沫压裂，获得不同情况下的试验数据，为后续实际使用提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种脉动CO₂泡沫压裂及评价模拟一体化试验装置，包括数据采集控制系统、渗透率测量系统、三轴岩心夹持器、声发射监测系统、脉动压裂控制系统、高温高压泡沫性能评价系统、泡沫压裂液定量注入系统和CO₂增压液化系统；

所述三轴岩心夹持器包括夹持器主体、平流泵一、左侧堵头、右侧堵头和多个声波传导杆，夹持器主体内设有三轴加载机构，岩心试样设置在三轴加载机构内，岩心试样上设有钻孔；平流泵一通过两个分支管路与三轴加载机构连接，用于控制三轴加载机构对岩心试样施加三轴围压模拟井下实际应力情况；夹持器主体两端均开设端口，左侧堵头和右侧堵头分别设置在两个端口处，用于封堵两个端口；多个声波传导杆一端分别伸入夹持器主体内，并与岩心试样表面贴合接触；且各个声波传导杆的侧部与夹持器主体固定连接；夹持器主体外部被加热套一包裹；