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一种二 氧化 碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置

阅读：541发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及二氧化碳封存领域，具体涉及一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置。包括依次连接的输送系统、加热装置、岩心夹持器以及分离器，所述岩心夹持器还与 CT 扫描仪相连，其中，岩心夹持器的入口端、岩心夹持器本体上及岩心夹持器的出口端分别设置有入口端压力传感器、中间点压力传感器及出口端压力传感器；现有技术得到的实验结果一般较为单一，得到进出口端压力、注入流量、流出流量等数值；本实用新型可以测量岩心绝对渗透率、相对渗透率、次岩心尺度的饱和度和孔隙度分布、进一步得出驱替效率、残余封存量等结论，并提供可视化图像，实验结果大大丰富。，下面是一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，包括依次连接的输送系统、加热装置（8）、岩心夹持器（12）以及分离器（18），所述岩心夹持器（12）还与CT 扫描仪（11）相连，其中，岩心夹持器（12）的入口端、岩心夹持器（12）本体上及岩心夹持器（12）的出口端分别设置有入口端压力传感器（9）、中间点压力传感器（10）及出口端压力传感器（14）；
所述输送系统包括至少一个二氧化碳泵（2）和盐水泵（4），其中，二氧化碳泵（2）还与二氧化碳罐（1）连接，输送系统与加热装置（8）之间还设有电动阀（5）。
2.根据权利要求1所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，所述二氧化碳泵（2）和盐水泵（4）均设有两个。
3.根据权利要求2所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，所述CT扫描仪（11）还与计算机连接，CT扫描仪（11）对岩心夹持器（12）进行扫描并将扫描结果传输给计算机。
4.根据权利要求3所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器（12）还与围压泵（19）相连，岩心夹持器（12）还与围压泵（19）之间还设有围压压力传感器（15）。
5.根据权利要求4所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，还包括有回压泵（13），回压泵（13）设置在分离器（18）与盐水泵（4）之间。
6.根据权利要求5所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，所述二氧化碳罐（1）与二氧化碳泵（2）之间，岩心夹持器（12）与分离器（18）之间均设有过滤器（6）。
7.根据权利要求6所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，所述二氧化碳罐（1）与二氧化碳泵（2）之间、加热装置（8）与岩心夹持器（12）之间、岩心夹持器（12）与分离器（18）之间均设置有止回阀（7）。
8.根据权利要求7所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，还包括有多个安全阀（17），所述二氧化碳泵（2）、盐水泵（4）、围压泵（19）、回压泵（13）、入口端压力传感器（9）、出口端压力传感器（14）均连接有安全阀（17）。
9.根据权利要求8所述一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，其特征在于，所述岩心夹持器（12）型号是HKY。

说明书全文

一种二氧化 碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及二氧化碳封存领域，具体涉及一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置。

背景技术

[0002] 众多研究显示二氧化碳是造成全球变暖的主要温室气体，这就促使全球各国都采取措施来控制大气中CO2的含量，碳捕集与封存（CCS）技术作为其重要手段近年来备受关注，相比其他地层（枯竭油层、无法开采煤层等）的封存能力，盐水层是封存潜力最大、分布最广的地层，然而，CO2地质封存是一个极其复杂关于地层岩石-地层流体-CO2系统耦合的过程，因此为了减少在实际的工程操作之中的盲目性和危险性，首先研究清楚CO2在盐水层中的渗流规律是很有必要的，其对工程方案的制定有着很大的指导意义，而这一部分工作，就需要实验室物理模拟研究来完成；

[0003] 现有的实验室研究CO2封存机理的装置主要就是岩心驱替系统，一般分为流体注入系统、岩心夹持系统和数据记录系统等几部分，传统实验中我们都将岩心看做一个均匀的整体，在注入端泵入流体，在岩心两端装有压力计测量进口和出口压力，而在出口端放置流量计等数据采集装置。通过改变注入速度、压力、温度等得到不同条件下的流体流入量、流出量等数据来简单评价其封存能力；现有的研究CO2封存机理的岩心驱替装置有以下缺点：1.只测量入口和出口端压力，对岩心内部压力分布不清；2.将岩心看做是均匀的整体，无法获知次岩心尺度上的各个性质的变化；3.装置的简单化可能造成岩心样品干化等问题，无法稳态测定相渗曲线等问题；4.实验结果只是简单的数值，结果过于单一。实用新型内容

[0004] 针对现有技术中提到的问题，本实用新型提出一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置。

[0005] 本实用新型一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，包括依次连接的输送系统、加热装置、岩心夹持器以及分离器，所述岩心夹持器还与CT 扫描仪相连，其中，岩心夹持器的入口端、岩心夹持器本体上及岩心夹持器的出口端分别设置有入口端压力传感器、中间点压力传感器及出口端压力传感器；所述输送系统包括至少一个二氧化碳泵和盐水泵，其中，二氧化碳泵还与二氧化碳罐连接，输送系统与加热装置之间还设有电动阀。

[0006] 优选地，所述二氧化碳泵和盐水泵均设有两个。

[0007] 优选地，所述CT扫描仪还与计算机连接，CT扫描仪对岩心夹持器进行扫描并将扫描结果传输给计算机。

[0008] 优选地，所述岩心夹持器还与围压泵相连，岩心夹持器还与围压泵之间还设有围压压力传感器。

[0009] 优选地，还包括有回压泵，回压泵设置在分离器与盐水泵之间。

[0010] 优选地，所述二氧化碳罐与二氧化碳泵之间，岩心夹持器与分离器之间均设有过滤器。

[0011] 优选地，所述二氧化碳罐与二氧化碳泵之间、加热装置与岩心夹持器之间、岩心夹持器与分离器之间均设置有止回阀。

[0012] 优选地，还包括有多个安全阀，所述二氧化碳泵、盐水泵、围压泵、回压泵、入口端压力传感器、出口端压力传感器均连接有安全阀。

[0013] 优选地，所述岩心夹持器型号是HKY。

[0014] 本实用新型相对于现有技术，取得了以下的技术效果：

[0015] 1）和现有技术只有岩心进出口端压力传感器测量进出口压力相比，本实用新型采用长岩心驱替，并在岩心中间特定位置增加了中间点压力传感器，可以得到岩心内部压力剖面；

[0016] 2）现有技术中一般都将岩心看做是一个均质的整体，本实用新型利用增加的多个压力传感器和CT扫描仪可以将研究尺度降低到次岩心尺度；

[0017] 3）现有技术中一般采用单泵系统，会出现向岩心注入干燥CO2，注入两相流体难以充分混合等问题，本实用新型采用双泵循环系统可以保证连续的流体输送，可避免岩心样品干燥问题，保证流体充分混合，可稳态条件下测量相渗曲线；

[0018] 4）现有技术得到的实验结果一般较为单一，得到进出口端压力、注入流量、流出流量等数值；本实用新型可以测量岩心绝对渗透率、相对渗透率、次岩心尺度的饱和度和孔隙度分布、进一步得出驱替效率、残余封存量等结论，并提供可视化图像，实验结果大大丰富。附图说明

[0019] 图1为本实用新型结构示意图。

[0020] 附图标记：1-二氧化碳罐；2-二氧化碳泵；3-三通阀；4-盐水泵；5-电动阀；6-过滤器；7-止回阀；8-加热装置；9-入口端压力传感器；10-中间点压力传感器；11-CT扫描仪；12-岩心夹持器；13-回压泵；14-出口端压力传感器；15-围压压力传感器；16-手动阀；17-安全阀；18-分离器；19-围压泵。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 如图1所示，本实用新型一种二氧化碳在盐水层中封存机理的可视化实验装置，包括依次连接的输送系统、加热装置8、岩心夹持器12以及分离器18，所述岩心夹持器12还与CT扫描仪11相连，其中，岩心夹持器12的入口端、岩心夹持器12本体上及岩心夹持器12的出口端分别设置有入口端压力传感器9、中间点压力传感器10及出口端压力传感器14；所述输送系统包括至少一个二氧化碳泵2和盐水泵4，其中，二氧化碳泵2还与二氧化碳罐1连接，输送系统与加热装置8之间还设有电动阀5。所述二氧化碳泵2和盐水泵4均设有两个。所述CT扫描仪11还与计算机连接，CT扫描仪11对岩心夹持器12进行扫描并将扫描结果传输给计算机。所述岩心夹持器12还与围压泵19相连，岩心夹持器12还与围压泵19之间还设有围压压力传感器15。还包括有回压泵13，回压泵13设置在分离器18与盐水泵4之间。所述二氧化碳罐1与二氧化碳泵2之间，岩心夹持器12与分离器18之间均设有过滤器6。所述二氧化碳罐1与二氧化碳泵2之间、加热装置8与岩心夹持器12之间、岩心夹持器12与分离器18之间均设置有止回阀7。还包括有多个安全阀17，所述二氧化碳泵2、盐水泵4、围压泵19、回压泵13、入口端压力传感器9、出口端压力传感器14均连接有安全阀17。所述岩心夹持器12型号是HKY。

[0023] 本实施例中，岩心夹持器12具体型号HKY，参数是：长度不小于1m，最大工作压力50Mpa，最大工作温度160摄氏度，材质316L，为长度不小于1米的岩心夹持器12，岩心夹持器
12还连接有围压泵19、加热装置8及分离器18，围压泵19通过向岩心夹持器12周围注水形成围压来模拟地层压力，加热装置8可以将CO2和盐水集加热来模拟地层温度或指定具体温度，本实施例中，加热装置8采用电热丝加热，岩心夹持器12与围压泵19之间设置的围压压力传感器15能显示岩心夹持器12中岩样的围压；分离器18用于在CO2和盐水流出岩样后，通过重力作用将CO2和盐水分离出来，并返回至输送系统中，形成循环，其中，分离器18中有液位计，可以观察和测量实验过程中盐水和液态CO2的界面高度；

[0024] 岩心夹持器12在实验过程中，设置的入口端压力传感器9与出口端压力传感器14采用DG1300-BZ-B-Z-X型型号，60Mpa、10Mpa、1Mpa压力数显表，能分别测量出位于岩心夹持器12中岩样入口端和出口端的压力，测量出两端压力差值给出了岩样上的压降，该压降在可以计算只有一种流体时岩石样品的绝对渗透率和注入CO2和盐水时的每种流体相对渗透率，同时，位于岩心夹持器12中间位置设置有三个测压点，测压点上设置有中间点压力传感器10，中间点压力传感器10与岩样相连，来测量岩样中间不同位置的压力，这样可以沿岩样长度观察压力剖面，其中，设置入口端压力传感器9、出口端压力传感器14及中间点压力传感器10在运行前还可以相互校准，以确保测量时的精确度，还连接的CT扫描仪11将进行扫描，实验结束后，将采集到的数据上传至计算机中进行分析。

[0025] 输送系统包括二氧化碳泵2和盐水泵4，本实施例中设置的二氧化碳泵2和盐水泵4均为同步设置的两个泵，双泵结构设置能提供连续的流体输送，通过同步泵补充冲程，使至少一个泵始终输送流体，保持流量，充分混合，可以实现稳态法测定CO2-盐水的相渗曲线，使得CO2和盐水在系统中不断循环，因此两种流体保持着不断的接触，以确保CO2和盐水在注入岩心之前处于平衡状态，这种措施是为了避免岩心干燥，其次避免其中一个二氧化碳泵2或盐水泵4出现问题时，另一个二氧化碳泵2或盐水泵4能正常运行，并电动阀5门实现输送，二氧化碳泵2与二氧化碳罐1、分离器18通过三通阀3相连，能实现二氧化碳的循环使用，盐水泵4与分离器18之间还设置有回压泵13，回压泵13用于保持盐水流动时压力平衡。

[0026] 实施例2

[0027] 本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于本实施例中本装置各个部分均设置有手动阀16，手动阀16能在装置运行过程出现问题时，通过手动阀16控制本装置运行。

[0028] 使用时，将岩样处理好后测量其几何尺寸，之后将其装入岩心夹持器12并密封，实验开始时，首先测试系统的密封性，确保密封完好后，通过二氧化碳泵2和盐水泵4向岩样中注入二氧化碳和盐水，输送过程中通过加热装置8将二氧化碳和盐水混合物加热至指定温度，当二氧化碳和盐水混合物从岩样中流出后，通过分离器18将二氧化碳和盐水混合物分离，二氧化碳返回至二氧化碳泵2中，盐水返回至盐水泵4中形成循环；实验全部结束后，通过测量并记录了岩样内的温度、各点处压力、注入流量、注入压力，根据需要CT扫描仪11进行岩样扫描，CT扫描仪11实时测定岩样内部的CO2和盐水饱和度，以及岩样的孔隙度和孔隙结构，CT扫描仪11与计算机相连，从而得到流体饱和度和岩心孔隙结构图像，结合图像进行分析。

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