[发明专利]用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于非常规油气开采技术领域，具体地，涉及一种用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置与方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，对石油天然气能源的需求与日俱增，而我们国家现在重新发现整装大庆、胜利、辽河这样整装大型油田的机会不会太多，在近期发现的油气资源里面，天然气的资源非常丰富。特别是非常规天然气，包括页岩气，煤层气还有致密天然气。与常规油气藏相比，非常规油气资源的渗透率极低，开发难度大，保护油气层的钻完井技术能有效提高非常规油气藏的最终采收率，超临界二氧化碳流体由于其自身具有的优异特性使它成为了一种极具应用潜力的保护油气层钻完井流体介质。

超临界二氧化碳具有特殊的相态特征，具有粘度小、扩散系数大、密度大、流动性好、良好的溶解性和传质特性，并且在临界点附近对温度和压力尤为敏感，初步研究表明，创新性地利用超临界二氧化碳的这些基本特点，可望使钻井、压裂过程中对储层污染的问题得到妥善的解决。目前，受温度、压力影响，超临界二氧化碳传热规律相当复杂，所得试验数据较少，对于传热的机理也没有一个系统的解释，因而成为超临界流体传热领域的一个难点。超临界二氧化碳表面传热系数(或对流换热系数)的早期研究主要用于二氧化碳制冷技术，但很少针对超临界二氧化碳在管道中的流动规律与换热性能进行实验研究，只进行了一些数值模拟。超临界二氧化碳表面传热系数是传热规律分析的重要参数，研究表明二氧化碳表面传热系数受温度压力影响很大，特别是在临界点附近变化剧烈。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置与方法，该实验装置操作简单，方法易于实施，可以快速的测量出不同温压条件下超临界二氧化碳的表面传热系数，进而系统分析超临界二氧化碳流动和传热机理，为超临界二氧化碳钻完井工程设计和理论研究提供实验基础。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置，包括：超临界二氧化碳循环系统和注入水循环系统，其特征在于：超临界二氧化碳循环系统具有测量管线段内管，注入水循环系统具有测量管线段外管，测量管线段内管嵌套于测量管线段外管之中；水在测量管线段外管、测量管线段内管之间的环空内流动；超临界二氧化碳循环系统为二氧化碳提供高温高压下闭合的循环回路；注入水循环系统用于实现超临界二氧化碳在测量管线段内管中进行热交换。

用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验方法，采用上述的实验装置，其特征在于，进行超临界二氧化碳表面传热系数测量实验时，二氧化碳气源内的二氧化碳通过气体增压泵增压以及加热系统加热达到超临界状态，通过调节气体增压泵和加热系统，达到预期的压力和温度条件，打开气体循环泵开始循环，同时注入水系统也开始反向循环，待流动参数稳定后，开始进行超临界二氧化碳表面传热系数的测定。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)、能够实现较大压力和温度范围内超临界二氧化碳的表面传热系数的测量，可得到不同温压条件下超临界二氧化碳表面传热系数；(2)、设备简单、操作方便、可行性高；(3)、测量方法科学，能够实现较高精度的参数测量。

附图说明

图1是本发明的用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置示意图。

图中：1、二氧化碳气源；2、气体缓冲罐；3、气体增压泵；4、加热系统；5、压力计；6、二氧化碳进口测量温度计；7、测量管线段内管；8、第一测量管线段内管外壁温度计；9、第二测量管线段内管外壁温度计；10、第三测量管线段内管外壁温度计；11、二氧化碳出口测量温度计；12、冷却装置；13、气体循环泵；14、水罐；15、循环水泵；16、电磁流量计；17、水进口测量温度计；18、测量管线段外管；19、水出口测量温度计。

具体实施方式

如图1所示，用于超临界二氧化碳表面传热系数测量的实验装置，包括：超临界二氧化碳循环系统和注入水循环系统。超临界二氧化碳循环系统为二氧化碳提供高温高压下闭合的循环回路；注入水循环系统用于实现超临界二氧化碳在测量管线段内管中进行热交换。