[发明专利]一种二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的装置及方法

摘要

提出了一种二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置及方法，该实验装置及方法借助超临界二氧化碳控制管路、液态二氧化碳控制管路、气态二氧化碳控制管路、围压控制管路4条管路，可以同时模拟超临界态、液态、气态三种相态二氧化碳流经套管‑水泥环‑井筒过程中对套管‑水泥环‑井筒组合体影响的过程。

主权项

一种二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置，该实验装置包括储罐(1)、第一增压泵(2)、第二增压泵(3)、第三增压泵(4)、第四增压泵(5)、第一温度调节器(6)、第二温度调节器(7)、第三温度调节器(8)、第四温度调节器(9)、第一岩芯夹持器(10)、第二岩芯夹持器(11)、第三岩芯夹持器(12)、过滤器(13)、冷却器(14)、第一控制阀(15)、第二控制阀(16)、第三控制阀(17)、第四控制阀(18)、第五控制阀(19)、第六控制阀(20)、第一压力表(21)、第二压力表(22)、第三压力表(23)、第四压力表(24)、第一温度表(25)、第二温度表(26)、第三温度表(27)、第一套管‑水泥环‑井筒组合体(28)、第二套管‑水泥环‑井筒组合体(29)和第三套管‑水泥环‑井筒组合体(30)、GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统(31)；其中，储罐(1)用于对试验所需二氧化碳的存储，储罐有效容积15000L，初始二氧化碳储罐压力3MPa；第一增压泵(2)用于将由储罐(1)流出的二氧化碳加压至8MPa，使加压后的二氧化碳始终保持在液态二氧化碳所需要的压力以上，以实现二氧化碳保持液态流经第二套管‑水泥环‑井筒组合体(29)的压力条件；第二增压泵(3)用于将由储罐(1)流出的液二氧化碳加压至6MPa，为加压后的气态二氧化碳提供能量，使其克服二氧化碳流经管路和第一套管‑水泥环‑井筒组合体(28)的沿程阻力损失；第三增压泵(4)用于将由储罐(1)流出的液二氧化碳加压至4MPa，并通过连接管路为第一套管‑水泥环‑井筒组合体(28)、第二套管‑水泥环‑井筒组合体(29)、第三套管‑水泥环‑井筒组合体(30)提供4MPa的围压；第四增压泵(5)用于将由储罐(1)流出的液二氧化碳加压至8MPa，使加压后的二氧化碳始终保持在超临界态二氧化碳所需要的压力以上，并通过连接管路为第三套管‑水泥环‑井筒组合体(30)连续注入超临界态二氧化碳；第一温度调节器(6)用于调节第一增压泵(2)增压后的液态二氧化碳温度至25℃，使流经第一温度调节器(6)后的二氧化碳满足液态二氧化碳的温度条件，以实现流经第一温度调节器(6)后二氧化碳始终以液态二氧化碳的温度、压力条件流经第二套管‑水泥环‑井筒组合体(29)；第二温度调节器(7)用于调节第二增压泵(3)增压后的二氧化碳温度至15℃，使得流经第二温度调节器(7)的二氧化碳温度满足形成气态二氧化碳所需温度条件，以实现流出第二温度调节器(7)后的二氧化碳能始终保持气态温度、压力条件流经第一套管‑水泥环‑井筒组合体(28)；第三温度调节器(8)用于调节第四增压泵(5)增压后的二氧化碳温度至35℃，使得流经第三温度调节器(8)的二氧化碳温度满足形成超临界态二氧化碳所需温度条件，以实现流出第三温度调节器(8)后的二氧化碳始终保持超临界态的温度、压力条件流经第三套管‑水泥环‑井筒组合体(30)；第四温度调节器(9)用于调节放置第一岩芯夹持器(10)、第二岩芯夹持器(11)、第三岩芯夹持器(12)的恒温箱的温度，使得三组试验的外部温度条件都设置为20℃；第一岩芯夹持器(10)用于放置第一套管‑水泥环‑井筒组合体(28)；第二岩芯夹持器(11)用于放置第二套管‑水泥环‑井筒组合体(29)；第三岩芯夹持器(12)用于放置第三套管‑水泥环‑井筒组合体(30)；过滤器(13)用于过滤流经第一套管‑水泥环‑井筒组合体(28)、第二套管‑水泥环‑井筒组合体(29)和第三套管‑水泥环‑井筒组合体(30)后的二氧化碳中的固体杂质以及液体杂质；冷却器(14)用于将流经过滤器(13)的二氧化碳冷却至满足二氧化碳存储的温度，返回二氧化碳储罐(1)进行存储；第一控制阀(15)用于液态二氧化碳流通管路的关停控制；第二控制阀(16)用于气态二氧化碳流通管路的关停控制；第三控制阀(17)用于围压控制管路的关停控制；第四控制阀(18)用于控制流经三组岩芯夹持器后的二氧化碳回收管路的关停控制；第五控制阀(19)用于为三组岩芯夹持器提供围压管路关停控制；第六控制阀(20)用于超临界态二氧化碳流通管路关停控制；第一压力表(21)用于监测流经第一增压泵(2)加压后的二氧化碳是否达到液态二氧化碳实验设计压力8MPa；第二压力表(22)用于监测流经第二增压泵(3)加压后的二氧化碳是否达到气态二氧化碳实验设计压力6MPa；第三压力表(23)用于监测流经第三增压泵(4)加压后压力是否达到围压控制压力4MPa的实验设计要求；第四压力表(24)用于监测流经第四增压泵(5)的二氧化碳是否达到超临界态二氧化碳实验设计压力8MPa；第一温度表(25)用于监测流经第一温度调节器(6)调节后的液态二氧化碳温度是否满足实验设计温度25℃；第二温度表(26)用于监测流经第二温度调节器(7)调节后的气态二氧化碳温度是否满足实验设计温度15℃；第三温度表(27)用于监测流经第三温度调节器(8)调节后的超临界态二氧化碳温度是否满足实验设计温度35℃；GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统(31)用于对注入气态、液态、超临界态三种相态二氧化碳流经套管‑水泥环‑井筒组合体过程不同时间的组合体进行CT扫描。