[发明专利]一种液氮控温控压冻融损伤页岩实验装置及方法

摘要

本发明涉及一种液氮控温控压冻融损伤页岩实验装置及方法，本发明的自增压液氮罐通过耐低温金属管线与控温控压装置相连，自增压液氮罐内部装有超低温液氮；所述高压氮气瓶通过高压气体管线分别与控温控压装置和冻融损伤装置上端连接，高压氮气瓶内装有高压氮气；控温控压装置的下部通过耐低温金属管线与冻融损伤装置的下部连接；所述冻融损伤装置内部设有页岩岩心，并通过低温应变片与数据采集系统连接。有益效果是：本发明可进行不同温度、压力液氮作用下的页岩冻融损伤实验，可调温度范围大，能真实模拟地层岩石与液氮接触后的损伤劣化情况，实验方法简单，实验误差小，为超低温流体压裂技术开发页岩气藏提供科学依据和理论基础。

主权项

1.一种液氮控温控压冻融损伤页岩实验装置的实验方法，其特征是具体步骤如下：/n(a)、准备待实验的岩心，利用箱式电炉将页岩岩心（6）加热到预设温度，检查确认液氮控温控压冻融损伤页岩实验装置和管线上各阀门处于关闭状态；/n(b)、打开自增压液氮罐进液阀（12），向控温控压装置（2）内加注少量液氮对装置进行预冷，打开控温控压装置放空阀（28），等完全放出装置内氮气后关闭放空阀；/n(c)、页岩冻融损伤实验/n① 打开自增压液氮罐（1）上的进液阀（12），向控温控压装置（2）内加注液氮，关闭进液阀；打开高压氮气瓶（4）的减压阀（42），根据压力表将氮气压力调至预设冻融压力；打开总进气阀门（43）和第一阀门（271），向控温控压装置（2）充入氮气，当四通道温度压力数字显示器（3）显示控温控压装置（2）内气压达到冻融压力后，此时，冻融压力大于在该温度下氮的饱和蒸气压，其目的在于确保液氮在加热过程中不发生汽化；关闭第一阀门（271）；开启加热板（23），对液氮进行加热，当液氮温度接近预设冻融温度时，关闭加热板（23），利用加热板余热对液氮进行加热；微量打开放空阀（28），缓慢调节控温控压装置内气压至冻融压力，消除加热过程中液氮体积膨胀造成的压力上升；/n② 将页岩岩心（6）从箱式电炉中取出，贴上低温应变片（61）放置于冻融损伤装置（5）内；打开第二阀门（571），向冻融损伤装置（5）内充入氮气，当冻融损伤装置内气压达到冻融压力后，关闭总进气阀门（43），打开第一阀门（271）；打开控温控压装置排液阀（29），根据连通器原理，液氮从控温控压装置（2）流入冻融损伤装置（5）直至两装置液位相同；/n (d)、页岩冻融过程中，控制压力阀（53）实时监测冻融损伤装置（5）内气体压力，消除液氮汽化造成的压力波动，确保冻融压力为固定值；/n(e)、页岩冻融实验完成后，打开控温控压装置的放空阀（28）泄压，取出页岩岩心，实验完毕；/n所述的液氮控温控压冻融损伤页岩实验装置，包括自增压液氮罐（1）、控温控压装置（2）、冻融损伤装置（5）、高压氮气瓶（4）、数据采集系统；所述自增压液氮罐（1）通过耐低温金属管线（7）与控温控压装置（2）相连，耐低温金属管线（7）上安装有进液阀（12）与超低温流量计（11），自增压液氮罐（1）内部装有超低温液氮；所述高压氮气瓶（4）通过高压气体管线（27）分别与控温控压装置（2）和冻融损伤装置（5）上端连接，高压氮气瓶（4）内装有高压氮气；所述控温控压装置（2）的顶部安装有控温控压装置上端盖（24），控温控压装置（2）的下部通过耐低温金属管线（7）与冻融损伤装置（5）的下部连接，控温控压装置（2）下部出口处设有排液阀（29）；/n所述冻融损伤装置（5）内部设有一个或一个以上的页岩岩心（6），页岩岩心（6）上设有低温应变片（61），并通过低温应变片（61）与数据采集系统的应变测试仪（9）连接，在冻融损伤装置（5）的顶部设有冻融损伤装置上端盖（54），底部设有与耐低温金属管线（7）连接的出口；/n所述数据采集系统包括四通道温度压力数字显示器（3）、声发射检测仪（8）、应变测试仪（9）和计算机（10），其中，声发射检测仪（8）与应变测试仪（9）监测数据由计算机（10）负责记录；/n所述控温控压装置（2）分为内外两层，其内层为第一深冷钢内胆（22）、外层为第一聚氨酯绝热层（21），且第一聚氨酯绝热层（21）将控温控压装置上端盖（24）包裹在内，控温控压装置（2）的底部内胆与外层之间设有加热板（23），控温控压装置（2）的顶部的控温控压装置上端盖（24）安装有第一超低温温度传感器（25）、第一超低温压力传感器（26）和放空阀（28）；/n所述高压氮气瓶（4）的上方设有压力表（41）、减压阀（42）和总进气阀门（43），且与高压气体管线（27）连通，高压气体管线（27）上设有第一阀门（271）和第二阀门（571）；/n所述冻融损伤装置（5）分为内外两层，其内层为第二深冷钢内胆（52），外层为第二聚氨酯绝热层（51），且第二聚氨酯绝热层（51）将冻融损伤装置上端盖（54）包裹在内，顶部的冻融损伤装置上端盖（54）上安装有第二超低温温度传感器（55）、第二超低温压力传感器（56）、声发射传感器（58）、控制压力阀（53）和低温应变片导线（59）。/n