[发明专利]一种高压核磁共振CO2地质封存模型试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型试验系统，尤其涉及一种高压核磁共振CO₂地质封存模型试验系统，它适用于模拟真实环境下CO₂地质封存过程，还用于研究不同温度、不同初始应力条件下CO₂在储层和盖层中的运移规律以及储层和盖层的变形破坏规律。 

背景技术

CO₂地质封存技术是当前一种非常有效的温室气体控制手段。大量的CO₂注入地层会引起孔隙压力的增大，从而导致岩体有效应力的降低，同时，有效应力的变化反过来会影响岩体的孔隙率、渗透率和毛管压力，进而对CO₂的运移产生影响。在这个渗流-力学相互作用的过程中，有可能引起盖层的失稳、断层的活化等一系列力学问题，同时还可能导致CO₂的泄露，因此，研究CO₂在储、盖层中的运移规律和储、盖层岩体的变形破坏规律具有重要的工程意义。 

目前对于上述问题的研究大多数集中在数值模拟方面，而在室内试验方面研究甚少。核磁共振技术在CO₂地质封存方面的研究主要集中在岩心尺度的两相流体驱替试验，对于考虑力学影响的试验较少，而同时模拟储、盖层系统变形破坏和渗流变化的试验尚无。 

发明内容

本发明的目的是为了克服当前研究手段的不足，是在于提供了一种高压核磁共振CO₂地质封存模型试验系统，本发明用于CO₂地质封存渗流-力学相互作用的机理研究，具体说来，研究不同温度、不同竖直应力和不同水平应力条件下的CO₂在储层和盖层中的运移规律、储层和盖层的变形破坏规律。通过核磁共振可视化手段，能够观测到CO₂在储、盖层系统中的运移过程以及储、盖层的变形破坏过程，同时，可以研究CO₂注入过程中岩体孔隙率、饱和度、渗透率和毛管压力等的变化和储盖层的变形位移，研究最大容许注入压力，研究储、盖层（含断层）的力学稳定性和完整性，为深刻认识CO₂地质封存过程的渗流-力学相互作用提供一种新的研究手段。 

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

其技术构思：

1、试样用相似材料浇筑，形状为长方体，分为上、中、下三层，中间为储层，上、下部分为盖层，并保持对称，防止施加轴向荷载时试样偏心弯曲。在试验过程中，试样表面用热缩套管包裹并热缩紧固，防止流体形成表面流。试样形状如图1所示。

2、设计的围压循环加热装置可以同时调节试样的温度和围压，以模拟真实的地层压力和温度；设计的横向加载装置可以给试样施加不同的水平荷载，以模拟不同的水平构造应力。 

3、左、右两边的咸水注入泵给试样左、右端提供定压或定流量边界条件，CO₂注入泵往储层注入CO₂，并用流量传感器和压力传感器记录注入过程中累计流量和注入压力随时间的变化趋势。 

4、用核磁共振技术观测CO₂的运移和储盖层的变形破坏，并通过反演确定试样的孔隙率、渗透率、毛管压力、饱和度、各向位移等参数的变化。