一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括恒溫箱，聲波接收器，設(shè)于所述恒溫箱中的溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置，氣液注入裝置，氣液排出裝置，以及圍壓氣液注入裝置；溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置包括筒狀且兩端開口的巖心夾持器，用于密封包裹實(shí)驗(yàn)巖心的密封膠套，與所述巖心夾持器兩端開口適配的上、下應(yīng)力傳遞連接頭，上、下壓力機(jī)傳力柱，上、下聲波發(fā)射與接收探頭，所述巖心夾持器的筒身上設(shè)有圍壓氣液注入接口。本發(fā)明客觀再造了地層巖心樣品在深部地層的原位環(huán)境中的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，真實(shí)模擬二氧化碳在深部地下巖體孔隙中的運(yùn)移方式，能實(shí)時(shí)獲取精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)。
【專利說明】一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)研究裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境和能源是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所關(guān)注的兩大主題，也是影響我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩大因素。近年來，氣候變化問題已被列為全球首要的環(huán)境問題，并且日益成為國際社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。2009年12月7日至12月19日，世界192個(gè)國家在哥本哈根召開聯(lián)合國氣候會(huì)議，商討應(yīng)對氣候變化的對策和措施。我國政府對氣候變化問題高度重視，承諾到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%?45%，我國面臨的二氧化碳減排壓力巨大。
[0003]目前，國際上提出了許多應(yīng)對全球變化的新方法和新技術(shù)，二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存(CGS)作為一種直接、有效的減排手段，是目前國際社會(huì)公認(rèn)的應(yīng)對氣候變化的重要對策，該技術(shù)既可滿足世界日益增長的能源需求，又不會(huì)對地球氣候造成威脅。CO2地質(zhì)儲(chǔ)存(C02GeologicalSequestration),即將固定點(diǎn)源(多數(shù)為發(fā)電廠或類似的工業(yè)點(diǎn)源)所產(chǎn)生的CO2通過收集，長期儲(chǔ)存于相對封閉的地質(zhì)構(gòu)造中，從而阻止或顯著減少CO2向大氣中的人為排放。CO2地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)引起了各國政府和科學(xué)家們的高度重視，歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)走在了前面，開展了大量的可行性研究、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算機(jī)模擬研究，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行了相關(guān)實(shí)際工程示范，取得了顯著的效果，一些關(guān)鍵技術(shù)已逐漸成熟。
[0004]前期的研究和工程實(shí)踐表明，二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的過程，涉及一系列的重大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)問題、科學(xué)技術(shù)問題和環(huán)境、安全問題。實(shí)現(xiàn)科學(xué)、有效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存，需要多學(xué)科科學(xué)和技術(shù)人員的共同努力和合作。
[0005]我國在二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存領(lǐng)域的研究剛剛起步，中國地質(zhì)調(diào)查局于2010年實(shí)施了我國第一個(gè)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存的計(jì)劃項(xiàng)目:全國二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程。研究二氧化碳在地質(zhì)儲(chǔ)層中的空間運(yùn)移的手段包括數(shù)值模擬、井下監(jiān)測、地面地震、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)等。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)是研究二氧化碳在儲(chǔ)層運(yùn)移演化以及獲取相關(guān)參數(shù)的重要方法和技術(shù)手段。由于二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存在我國目前處于起步階段，因此，亟需開發(fā)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置，用于科學(xué)研究和工程實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存技術(shù)研究裝置不能客觀表征實(shí)驗(yàn)巖心所處的原位環(huán)境條件下的溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合問題，通過本發(fā)明的研發(fā)裝置，實(shí)現(xiàn)客觀模擬和表征真實(shí)的地下原位環(huán)境條件，使得獲取的巖石物性參數(shù)和流體運(yùn)移特征數(shù)據(jù)更加科學(xué)合理。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括恒溫箱，聲波接收器，設(shè)于所述恒溫箱中的溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置，氣液注入裝置，氣液排出裝置，以及圍壓氣液注入裝置；其中，所述溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置包括筒狀且兩端開口的巖心夾持器，用于密封包裹實(shí)驗(yàn)巖心的密封膠套，與所述巖心夾持器兩端開口適配的上、下應(yīng)力傳遞連接頭，上、下壓力機(jī)傳力柱，上聲波發(fā)射探頭，下聲波接收探頭，中心設(shè)有與所述上、下應(yīng)力傳遞連接頭適配通孔的上、下密封堵頭，所述巖心夾持器的筒身上設(shè)有圍壓氣液注入接口 ；其中，
[0008]所述上、下密封堵頭分別與巖心夾持器開口兩端對接閉合，所述巖心夾持器內(nèi)置密封膠套；所述上應(yīng)力傳遞連接頭一端穿過上密封堵頭的通孔后頂持在密封膠套內(nèi)部的巖心上，且所述上應(yīng)力傳遞連接頭另一端頂持在上壓力機(jī)傳力柱上，所述上應(yīng)力傳遞連接頭與上壓力機(jī)傳力柱之間設(shè)有上聲波發(fā)射探頭；所述下應(yīng)力傳遞連接頭一端穿過下密封堵頭的通孔后頂持在密封膠套內(nèi)部的巖心上，且所述下應(yīng)力傳遞連接頭另一端頂持在下壓力機(jī)傳力柱上，所述下應(yīng)力傳遞連接頭與下壓力機(jī)傳力柱之間設(shè)有下聲波接收探頭；
[0009]所述聲波接收器分別與上聲波發(fā)射探頭以及下聲波接收探頭通過數(shù)據(jù)線連接；
[0010]所述上應(yīng)力傳遞連接頭內(nèi)設(shè)有與巖心夾持器內(nèi)部導(dǎo)通的氣液排出接口，所述下應(yīng)力傳遞連接頭內(nèi)設(shè)有與巖心夾持器內(nèi)部導(dǎo)通的氣液注入接口 ；所述氣液注入裝置通過管道與所述氣液注入接口連接，所述氣液排出裝置通過管道與所述氣液排出接口連接；
[0011]所述巖心夾持器、密封膠套、上密封堵頭以及下密封堵頭之間形成一環(huán)形密封腔，所述環(huán)形密封腔與圍壓氣液注入接口相通，所述圍壓氣液注入接口與圍壓氣液注入裝置通過管道連接。
[0012]優(yōu)選地，所述氣液注入裝置包括注入壓力傳感器，增壓泵，儲(chǔ)氣罐，調(diào)壓閥，進(jìn)氣閥，出氣閥，用于盛放增壓后的高壓氣體容器A，用于盛放實(shí)驗(yàn)過程中需要注入的液體的容器B，以及注入泵；其中，所述進(jìn)氣閥、增壓泵、儲(chǔ)氣罐、調(diào)壓閥、出氣閥以及氣液注入接口依次通過管道連接；
[0013]所述注入泵分別通過管道與容器A和容器B的輸入端連接，所述容器A和容器B的輸出端設(shè)于所述出氣閥和氣液注入接口之間的連接管道；
[0014]所述注入壓力傳感器設(shè)于出氣閥和氣液注入接口之間的連接管道上，且所述注入壓力傳感器位于出氣閥和容器A之間。
[0015]優(yōu)選地，所述注入壓力傳感器包括量程規(guī)格分別為10MPa、70MPa、40MPa的第一、第二以及第三壓力傳感器，F(xiàn)l閥及F2閥；其中，
[0016]所述第一壓力傳感器與Fl閥的輸入端連接，所述第三壓力傳感器與F2閥的輸入端連接，所述Fl閥的輸出端、第二壓力傳感器以及F2閥的輸出端匯聚在第一支管一端，所述第一支管另一端連接在出氣閥和氣液注入接口之間的連接管道上。
[0017]優(yōu)選地，所述深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括上、下壓緊環(huán)，上、下大帽；所述上壓緊環(huán)以及上大帽的軸心處均設(shè)有與所述上應(yīng)力傳遞連接頭適配的通孔，所述下壓緊環(huán)以及下大帽的軸心處均設(shè)有與所述下應(yīng)力傳遞連接頭適配的通孔；其中，
[0018]所述上大帽通過內(nèi)螺紋旋緊在巖心夾持器一端，所述上大帽內(nèi)的上壓緊環(huán)頂緊在上密封堵頭遠(yuǎn)離巖心夾持器方向一端上；
[0019]所述下大帽通過內(nèi)螺紋旋緊在巖心夾持器另一端，所述下大帽內(nèi)的下壓緊環(huán)頂緊在下密封堵頭遠(yuǎn)離巖心夾持器方向一端上。
[0020]優(yōu)選地，所述氣液排出裝置包括F3?F5閥，排出壓力傳感器，回壓傳感器，回壓閥，緩沖罐，回壓泵，液體盛放器，氣液分離器，以及流量計(jì)；其中，所述回壓閥上設(shè)有第一、第二以及第三回壓連接端口，所述回壓閥的第一和第二管道連接端口分別與所述氣液排出口通過管道連接，所述氣液分離器上設(shè)有第一、第二以及第三氣液分離連接端口 ；其中，
[0021]所述第一回壓連接端口與氣液排出口的連接管道上設(shè)有F3閥，所述排出壓力傳感器通過管道連接在第一管道連接端口與F3閥之間的管道上；
[0022]所述第二回壓連接端口與第一氣液分離連接端口通過管道連接，所述第二氣液分離連接端口的液體輸出端置于液體盛放器上方，所述第三氣液分離連接端口與所述氣液排出口通過管道連接，所述第三氣液分離連接端口與氣液排出口之間的管道上依次設(shè)有F5閥、流量計(jì)以及F4閥；
[0023]所述回壓泵與第三回壓連接端口之間通過管道連接，所述回壓泵與第三回壓連接端口之間的管道上連接第二支管一端，所述緩沖罐與回壓傳感器通過管道連接，所述第二支管另一端連接在緩沖罐與回壓傳感器之間的管道上。
[0024]優(yōu)選地，所述排出壓力傳感器包括量程分別為40MPa、10MPa的第四、第五壓力傳感以及F6閥；所述第四壓力傳感器與F6閥的輸入端連接，所述F6閥的輸出端和第五壓力傳感器匯聚在第三支管上，所述第三支管的另一端連接在第一回壓連接端口與氣液排出口的連接管道上。
[0025]優(yōu)選地，所述流量計(jì)包括量程分別為10SCCM、100SCCM、1000SCCM的第一、第二以
及第三流量計(jì)，以及用于根據(jù)管道流量大小自動(dòng)切換相應(yīng)量程的流量計(jì)進(jìn)行工作的Vi?V3自動(dòng)控制閥；其中，所述第三流量計(jì)與Vl自動(dòng)控制閥輸入端連接，所述第二流量計(jì)與V2自動(dòng)控制閥的輸入端連接，所述第一流量計(jì)與V3自動(dòng)控制閥的輸入端連接，所述Vl?V3的輸出端匯聚在第四支管的一端，且所述第四支管的另一端連接在F5閥與F4閥之間的連接管道上。
[0026]優(yōu)選地，所述圍壓氣液注入裝置包括圍壓泵以及圍壓傳感器，其中，所述圍壓泵與巖心夾持器通過管道連接，所述圍壓傳感器連接在圍壓泵與巖心夾持器之間的管道上。
[0027]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基于相關(guān)領(lǐng)域滲流研究的現(xiàn)狀，采用將溫度控制、流體壓力控制、地層應(yīng)力控制、流量計(jì)量與聲波采集相結(jié)合，客觀再造了地層巖心樣品在深部地層的原位環(huán)境中的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，為客觀模擬二氧化碳在地下巖體孔隙中的運(yùn)移提供了可行的技術(shù)保障，為獲取更加科學(xué)客觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)的巖石孔隙流體流動(dòng)參數(shù)提供了設(shè)備條件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是圖1中溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是圖1中氣液注入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是圖1中氣液排出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5是圖1中圍壓氣液注入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0033]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0034]如圖1至5所示，其中，圖1是本發(fā)明的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中氣液注入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1中氣液排出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖1中圍壓氣液注入裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括恒溫箱1，聲波接收器2，設(shè)于所述恒溫箱I中的溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置3，氣液注入裝置4，氣液排出裝置5，以及圍壓氣體液注入裝置6 ;其中，所述溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置3包括筒狀且兩端開口的巖心夾持器31，用于密封包裹實(shí)驗(yàn)巖心的密封膠套321，與所述巖心夾持器31兩端開口適配的上、下應(yīng)力傳遞連接頭331、332，上、下壓力機(jī)傳力柱341、342，上聲波發(fā)射探頭351，下聲波接收探頭352，中心設(shè)有與所述上、下應(yīng)力傳遞連接頭331、332適配通孔的上322、下密封堵頭323，所述巖心夾持器31的筒身上設(shè)有圍壓氣液注入接口 36 ;其中，
[0036]所述上、下密封堵頭322、323分別與巖心夾持器31開口兩端對接閉合，所述巖心夾持器31內(nèi)置密封膠套321 ;所述上應(yīng)力傳遞連接頭331 —端穿過上密封堵頭322的通孔后頂持在密封膠套321內(nèi)部的巖心7上，且所述上應(yīng)力傳遞連接頭331另一端頂持在上壓力機(jī)傳力柱341上，所述上應(yīng)力傳遞連接頭331與上壓力機(jī)傳力柱341之間設(shè)有上聲波發(fā)射探頭351 ;所述下應(yīng)力傳遞連接頭332 —端穿過下密封堵頭323的通孔后頂持在密封膠套321內(nèi)部的巖心7上，且所述下應(yīng)力傳遞連接頭332另一端頂持在下壓力機(jī)傳力柱342上，所述下應(yīng)力傳遞連接頭332與下壓力機(jī)傳力柱342之間設(shè)有下聲波接收探頭352 ；
[0037]所述聲波接收器2分別與上聲波發(fā)射探頭351以及下聲波接收探頭352通過數(shù)據(jù)線連接；
[0038]所述上應(yīng)力傳遞連接頭331內(nèi)設(shè)有與巖心夾持器31內(nèi)部導(dǎo)通的氣液排出接口324，所述下應(yīng)力傳遞連接頭332內(nèi)設(shè)有與巖心夾持器31內(nèi)部導(dǎo)通的氣液注入接口 325 ;所述氣液注入裝置4通過管道與所述氣液注入接口 325連接，所述氣液排出裝置5通過管道與所述氣液排出接口 324連接；
[0039]所述巖心夾持器31、密封膠套321、上密封堵頭322以及下密封堵頭323之間形成一環(huán)形密封腔，所述環(huán)形密封腔與圍壓氣液注入接口 36相通，所述圍壓氣液注入接口 36與圍壓氣液注入裝置6通過管道連接。
[0040]在本發(fā)明實(shí)施例中，為了保證溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置3的拆裝方便以及良好的密封性，所述深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括上、下壓緊環(huán)326、327，上、下大帽328、329 ;所述上壓緊環(huán)326以及上大帽328的軸心處均設(shè)有與所述上應(yīng)力傳遞連接頭331適配的通孔，所述下壓緊環(huán)327以及下大帽329的軸心處均設(shè)有與所述下應(yīng)力傳遞連接頭332適配的通孔；其中，所述上大帽328通過內(nèi)螺紋旋緊在巖心夾持器31 一端，所述上大帽328內(nèi)的上壓緊環(huán)326頂緊在上密封堵頭322遠(yuǎn)離巖心夾持器31方向一端上；所述下大帽329通過內(nèi)螺紋旋緊在巖心夾持器32另一端，所述下大帽329內(nèi)的下壓緊環(huán)327頂緊在下密封堵頭323遠(yuǎn)離巖心夾持器31方向一端上。
[0041]在本發(fā)明的實(shí)施例中，更具體的，所述氣液注入裝置4包括注入壓力傳感器41，增壓泵42，儲(chǔ)氣罐43，調(diào)壓閥44，進(jìn)氣閥45，出氣閥46，用于盛放增壓后的高壓氣體容器A47，用于盛放實(shí)驗(yàn)過程中需要注入的液體的容器B48，以及注入泵49 ;其中，所述進(jìn)氣閥45、增壓泵42、儲(chǔ)氣罐43、調(diào)壓閥44、出氣閥46以及氣液注入接口依次通過管道連接；
[0042]所述注入泵分別通過管道與容器A47和容器B48的輸入端連接，所述容器A47和容器B48的輸出端設(shè)于所述出氣閥46和氣液注入接口之間的連接管道；
[0043]所述注入壓力傳感器41設(shè)于出氣閥46和氣液注入接口之間的連接管道上，且所述注入壓力傳感器41位于出氣閥46和容器A47之間。
[0044]更具體的，所述注入壓力傳感器41包括量程規(guī)格分別為10MPa、40MPa、70MPa第一、第二以及第三壓力傳感器411、412、413，F(xiàn)l閥，以及F2閥；其中，
[0045]所述第一壓力傳感器411與Fl閥的輸入端連接，所述第三壓力傳感器413與F2閥的輸入端連接，所述Fl閥的輸出端、第二壓力傳感器412以及F2閥的輸出端匯聚在第一支管414 一端，所述第一支管414另一端連接在出氣閥46和氣液注入接口之間的連接管道上。
[0046]更具體的，所述氣液排出裝置5包括F3?F5閥，排出壓力傳感器51，回壓傳感器52，回壓閥53，緩沖罐54，回壓泵55，液體盛放器56，氣液分離器57，以及流量計(jì)58 ;其中，所述回壓閥53上設(shè)有第一、第二以及第三回壓連接端口，所述回壓閥53的第一和第二管道連接端口分別與所述氣液排出口通過管道連接，所述氣液分離器57上設(shè)有第一、第二以及第三氣液分離連接端口 ；其中，
[0047]所述第一回壓連接端口與氣液排出口的連接管道上設(shè)有F3閥，所述排出壓力傳感器51通過管道連接在第一管道連接端口與F3閥之間的管道上；
[0048]所述第二回壓連接端口與第一氣液分離連接端口通過管道連接，所述第二氣液分離連接端口的液體輸出端置于液體盛放器56上方，所述第三氣液分離連接端口與所述氣液排出口通過管道連接，所述第三氣液分離連接端口與氣液排出口之間的管道上依次設(shè)有F5閥、流量計(jì)58以及F4閥；
[0049]所述回壓泵55與第三回壓連接端口之間通過管道連接，所述回壓泵55與第三回壓連接端口之間的管道上連接第二支管59 —端，所述緩沖罐54與回壓傳感器52通過管道連接，所述第二支管59另一端連接在緩沖罐54與回壓傳感器52之間的管道上。
[0050]更具體的，所述排出壓力傳感器51包括量程分別為40MPa、10MPa的第四、第五壓力傳感511、512以及F6閥；所述第四壓力傳感器511與F6閥的輸入端連接，所述F6閥的輸出端和第五壓力傳感器512匯聚在第三支管513上，所述第三支管513的另一端連接在第一回壓連接端口與氣液排出口的連接管道上。
[0051]更具體的，所述流量計(jì)58包括量程分別為10SCCM、100SCCM、1000SCCM的第一、第二以及第三流量計(jì)581、582、583，以及用于根據(jù)管道流量大小自動(dòng)切換相應(yīng)量程的流量計(jì)進(jìn)行工作的Vl?V3自動(dòng)控制閥；其中，所述第三流量計(jì)583與Vl自動(dòng)控制閥輸入端連接，所述第二流量計(jì)582與V2自動(dòng)控制閥的輸入端連接，所述第一流量計(jì)581與V3自動(dòng)控制閥的輸入端連接，所述Vl?V3的輸出端匯聚在第四支管584的一端，且所述第四支管584的另一端連接在F5閥與F4閥之間的連接管道上。
[0052]更具體的，所述圍壓氣液注入裝置6包括圍壓泵61以及圍壓傳感器62，其中，所述圍壓泵61與巖心夾持器31通過管道連接，所述圍壓傳感器62連接在圍壓泵61與巖心夾持器31之間的管道上
[0053]在本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)際應(yīng)用過程中，具體使用方法如下步驟所示:
[0054](I)將準(zhǔn)備好的巖心放入密封膠套321中，將裝有巖心的密封膠套321放入巖心夾持器31 ；
[0055](2)將上、下密封堵頭322、323的凸出端分別塞入密封膠套321的兩端；
[0056](3)將上、下壓緊環(huán)326、327分別套壓在上、下密封堵頭322、323的遠(yuǎn)離膠套一端;
[0057](4)將帶有內(nèi)螺紋的上、下大帽328、329安裝在兩端分別帶有適配外螺紋的巖心夾持器31上。上、下大帽328、329的旋緊壓力通過上、下壓緊環(huán)326、327傳遞到上、下密封堵頭322、323上，實(shí)現(xiàn)上、下密封堵頭322、323與巖心夾持器31密封接觸。此時(shí)，在密封堵頭322、323、密封膠套321和巖心夾持器31三個(gè)部件之間形成了一個(gè)環(huán)形的空腔。這個(gè)空腔通過設(shè)在巖心夾持器31側(cè)壁的圍壓氣液注入接口 36與圍壓氣液注入裝置6相連接。在實(shí)驗(yàn)中，通過控制圍壓氣液注入裝置6的壓力，來控制該空腔中的壓力，空腔的壓力通過密封膠套321傳遞到巖心上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了巖心水平向應(yīng)力的加載；
[0058](5)將上、下應(yīng)力傳遞連接頭331、332穿過上、下大帽328、329的中間開口，和上、下密封堵頭322、323的中間開口，頂持在密封膠套321中的巖心的上、下兩端；上、下應(yīng)力傳遞連接頭331、332通過上、下傳力柱341、342，將實(shí)驗(yàn)壓力機(jī)(萬能試驗(yàn)機(jī))的設(shè)定壓力傳遞到實(shí)驗(yàn)巖心上，實(shí)現(xiàn)巖心的軸向應(yīng)力加載；
[0059](6)啟動(dòng)恒溫箱1，控制巖心室的溫度，啟動(dòng)氣液注入裝置4、氣液排出裝置5以及圍壓氣液注入裝置6，開始進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
[0060]本發(fā)明基于相關(guān)領(lǐng)域滲流研究的現(xiàn)狀，采用將溫度控制、流體壓力控制、地層應(yīng)力控制、流量計(jì)量與聲波采集相結(jié)合，客觀再造了地層巖心樣品在深部地層的原位環(huán)境中的流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，為真實(shí)模擬二氧化碳在地下巖體孔隙中的運(yùn)移提供了實(shí)現(xiàn)方式，在本發(fā)明實(shí)施例中，具體功能如下所示:
[0061](I)實(shí)現(xiàn)所指定的高溫高壓條件下，巖石孔隙流體驅(qū)替過程中的精確控制和計(jì)量。
[0062](2)可對流體驅(qū)替過程中樣品的聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行精確測量。
[0063](3)能夠進(jìn)行巖心的形變等系列力學(xué)參數(shù)測試。
[0064](4)能夠?qū)崿F(xiàn)不同溫度、壓力條件下巖心的孔隙度和滲透率變化的測試。
[0065](5)氣液排出裝置由壓力傳感器、天平和計(jì)量泵構(gòu)成，完成巖心液體滲透率、含水飽和度的測量。
[0066](6)設(shè)備能夠在所設(shè)定的溫、壓力條件下長時(shí)間(30天)持續(xù)工作且性能穩(wěn)定。
[0067](7)樣品加卸載采用頂部加卸載方式、立式且油、氣、水從下端注入。
[0068](8)計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成試驗(yàn)系統(tǒng)所涉及的軸壓、圍壓、滲透壓力、驅(qū)替壓力、溫度、流量、飽和度及聲學(xué)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，并儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)文件，實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)進(jìn)程曲線，使實(shí)驗(yàn)人員能及時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和效果。
[0069](9)試驗(yàn)系統(tǒng)所涉及的軸壓、圍壓、滲透壓力、驅(qū)替壓力、溫度及聲學(xué)采集控制儀器儀表整合在一個(gè)控制臺(tái)上，各個(gè)過程控制由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和處理。壓力控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三軸壓力獨(dú)立控制，壓力控制單元整合在一個(gè)面板中。
[0070]相比與現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果:[0071](I)本發(fā)明采用將溫度控制、流體壓力控制、地層應(yīng)力控制、流量計(jì)量與聲波采集相結(jié)合，客觀再造了地層巖心樣品所處的深部地層的溫度、應(yīng)力、流體壓力耦合的環(huán)境條件，為更加客觀的模擬二氧化碳在地下巖體孔隙中的運(yùn)移提供了實(shí)現(xiàn)方式。
[0072](2)本發(fā)明通過將聲波發(fā)射接收探頭內(nèi)置于上、下應(yīng)力傳遞接頭內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)巖心在實(shí)驗(yàn)過程的不同階段巖心聲學(xué)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過聲波信號(hào)的解譯，可以為流體驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和巖心二氧化碳流體的運(yùn)移提供重要信息和數(shù)據(jù)。
[0073]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括恒溫箱，聲波接收器，設(shè)于所述恒溫箱中的溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置，氣液注入裝置，氣液排出裝置，以及圍壓氣液注入裝置；其中，所述溫度壓力流動(dòng)應(yīng)力耦合巖心裝置包括筒狀且兩端開口的巖心夾持器，用于密封包裹實(shí)驗(yàn)巖心的密封膠套，與所述巖心夾持器兩端開口適配的上、下應(yīng)力傳遞連接頭，上、下壓力機(jī)傳力柱，上聲波發(fā)射探頭，下聲波接收探頭，中心設(shè)有與所述上、下應(yīng)力傳遞連接頭適配通孔的上、下密封堵頭，所述巖心夾持器的筒身上設(shè)有圍壓氣液注入接口 ；其中， 所述上、下密封堵頭分別與巖心夾持器開口兩端對接閉合，所述巖心夾持器內(nèi)置密封膠套；所述上應(yīng)力傳遞連接頭一端穿過上密封堵頭的通孔后頂持在密封膠套內(nèi)部的巖心上，且所述上應(yīng)力傳遞連接頭另一端頂持在上壓力機(jī)傳力柱上，所述上應(yīng)力傳遞連接頭與上壓力機(jī)傳力柱之間設(shè)有上聲波發(fā)射探頭；所述下應(yīng)力傳遞連接頭一端穿過下密封堵頭的通孔后頂持在密封膠套內(nèi)部的巖心上，且所述下應(yīng)力傳遞連接頭另一端頂持在下壓力機(jī)傳力柱上，所述下應(yīng)力傳遞連接頭與下壓力機(jī)傳力柱之間設(shè)有下聲波接收探頭； 所述聲波接收器分別與上聲波發(fā)射探頭以及下聲波接收探頭通過數(shù)據(jù)線連接； 所述上應(yīng)力傳遞連接頭內(nèi)設(shè)有與巖心夾持器內(nèi)部導(dǎo)通的氣液排出接口，所述下應(yīng)力傳遞連接頭內(nèi)設(shè)有與巖心夾持器內(nèi)部導(dǎo)通的氣液注入接口 ；所述氣液注入裝置通過管道與所述氣液注入接口連接，所述氣液排出裝置通過管道與所述氣液排出接口連接； 所述巖心夾持器、密封膠套、上密封堵頭以及下密封堵頭之間形成一環(huán)形密封腔，所述環(huán)形密封腔與圍壓氣液注入接口相通，所述圍壓氣液注入接口與圍壓氣液注入裝置通過管道連接。
2.如權(quán)利要求1所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還包括上、下壓緊環(huán)，上、下大帽；所述上壓緊環(huán)以及上大帽的軸心處均設(shè)有與所述上應(yīng)力傳遞連接頭適配的通孔，所述下壓緊環(huán)以及下大帽的軸心處均設(shè)有與所述下應(yīng)力傳遞連接頭適配的通孔；其中， 所述上大帽通過內(nèi)螺紋旋緊在巖心夾持器一端，所述上大帽內(nèi)的上壓緊環(huán)頂緊在上密封堵頭遠(yuǎn)離巖心夾持器方向一端上； 所述下大帽通過內(nèi)螺紋旋緊在巖心夾持器另一端，所述下大帽內(nèi)的下壓緊環(huán)頂緊在下密封堵頭遠(yuǎn)離巖心夾持器方向一端上。
3.如權(quán)利要求2所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液注入裝置包括注入壓力傳感器，增壓泵，儲(chǔ)氣罐，調(diào)壓閥，進(jìn)氣閥，出氣閥，用于盛放增壓后的高壓氣體容器A，用于盛放實(shí)驗(yàn)過程中需要注入的液體的容器B，以及注入泵；其中，所述進(jìn)氣閥、增壓泵、儲(chǔ)氣罐、調(diào)壓閥、出氣閥以及氣液注入接口依次通過管道連接； 所述注入泵分別通過管道與容器A和容器B的輸入端連接，所述容器A和容器B的輸出端設(shè)于所述出氣閥和氣液注入接口之間的連接管道； 所述注入壓力傳感器設(shè)于出氣閥和氣液注入接口之間的連接管道上，且所述注入壓力傳感器位于出氣閥和容器A之間。
4.如權(quán)利要求3所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述注入壓力傳感器包括量程規(guī)格分別為10MPa、70MPa、40MPa的第一、第二以及第三壓力傳感器，F(xiàn)l閥及F2閥；其中，所述第一壓力傳感器與Fl閥的輸入端連接，所述第三壓力傳感器與F2閥的輸入端連接，所述Fl閥的輸出端、第二壓力傳感器以及F2閥的輸出端匯聚在第一支管一端，所述第一支管另一端連接在出氣閥和氣液注入接口之間的連接管道上。
5.如權(quán)利要求4所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液排出裝置包括F3~F5閥，排出壓力傳感器，回壓傳感器，回壓閥，緩沖罐，回壓泵，液體盛放器，氣液分離器，以及流量計(jì)；其中，所述回壓閥上設(shè)有第一、第二以及第三回壓連接端口，所述回壓閥的第一和第二管道連接端口分別與所述氣液排出口通過管道連接，所述氣液分離器上設(shè)有第一、第二以及第三氣液分離連接端口 ；其中， 所述第一回壓連接端口與氣液排出口的連接管道上設(shè)有F3閥，所述排出壓力傳感器通過管道連接在第一管道連接端口與F3閥之間的管道上； 所述第二回壓連接端口與第一氣液分離連接端口通過管道連接，所述第二氣液分離連接端口的液體輸出端置于液體盛放器上方，所述第三氣液分離連接端口與所述氣液排出口通過管道連接，所述第三氣液分離連接端口與氣液排出口之間的管道上依次設(shè)有F5閥、流量計(jì)以及F4閥； 所述回壓泵與第三回壓連接端口之間通過管道連接，所述回壓泵與第三回壓連接端口之間的管道上連接第二支管一端，所述緩沖罐與回壓傳感器通過管道連接，所述第二支管另一端連接在緩沖罐與回壓傳感器之間的管道上。
6.如權(quán)利要求5所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述排出壓力傳感器包括量程分別為40MPa、10MPa的第四、第五壓力傳感以及F6閥；所述第四壓力傳感器與F6閥的輸入端連接，所述F6閥的輸出端和第五壓力傳感器匯聚在第三支管上，所述第三支管的另一端連接在第一回壓連接端口與氣液排出口的連接管道上。
7.如權(quán)利要求6所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述流量計(jì)包括量程分別為10SCCM、100SCCM、1000SCCM的第一、第二以及第三流量計(jì)，以及用于根據(jù)管道流量大小自動(dòng)切換相應(yīng)量程的流量計(jì)進(jìn)行工作的Vl~V3自動(dòng)控制閥；其中，所述第三流量計(jì)與Vl自動(dòng)控制閥輸入端連接，所述第二流量計(jì)與V2自動(dòng)控制閥的輸入端連接，所述第一流量計(jì)與V3自動(dòng)控制閥的輸入端連接，所述Vl~V3的輸出端匯聚在第四支管的一端，且所述第四支管的另一端連接在F5閥與F4閥之間的連接管道上。
8.如權(quán)利要求7所述的深部地層環(huán)境二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述圍壓氣液注入裝置包括圍壓泵以及圍壓傳感器，其中，所述圍壓泵與巖心夾持器通過管道連接，所述圍壓傳感器連接在圍壓泵與巖心夾持器之間的管道上。
【文檔編號(hào)】G09B23/00GK103927913SQ201410151319
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】王福剛, 許天福, 趙玉紅, 靖晶, 苑藝琳, 張延軍 申請人:吉林大學(xué)