[发明专利]模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂CT成像和评价装置及其使用方法

说明书

本发明公开一种模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂CT成像和评价装置及其使用方法，属于煤层气强化开采领域。该装置可提供试件尺寸为Φ50×100mm，试件轴压与围压可分别达50MPa，试件环境温度达100℃，模拟煤层埋藏深度达2000m的地质环境条件下的超临界二氧化碳压裂装置。该装置由原位环境模拟装置、CT扫描装置、超临界二氧化碳压裂装置、渗透率测量装置及数据采集装置组成。本发明克服了现有实验室研究过程中无法在模拟原位条件下直观观测超临界二氧化碳压裂后裂纹形态的不足，可实时观测超临界二氧化碳压裂后煤体内部的裂纹形态，并结合超临界二氧化碳压裂前后煤体的渗透性变化，综合评价超临界二氧化碳的压裂效果。

技术领域

本发明涉及一种模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂CT成像和评价装置及其使用方法，属于煤层气强化开采领域。

背景技术

我国煤层中蕴含丰富的煤层气资源，然而，我国煤层渗透率普遍较低，介于0.002×10^-15~16.17×10^-15m²，其中渗透率小于1×10^-15m²的煤层占已探明煤碳资源总量的72%，较低的煤层渗透率严重制约我国煤层气产业的发展。水力压裂作为一种改良储层渗透性的手段，近年来被广泛运用于煤层气开采过程中。然而，传统水力压裂过程中会出现水敏现象，影响煤层渗透率，且还存在压裂液回收工艺复杂、用水量较大等问题，尤其在较为缺水的地区，这一技术存在成本高、局限性大等问题。因此，诸如超临界二氧化碳压裂技术等新型低伤害无水压裂技术的研究相继兴起。

超临界二氧化碳是指二氧化碳温度超过31.1℃，压力超过7.38MPa时流体的一种特殊状态。超临界二氧化碳具有密度高、粘度低和流动性好的优点，使用超临界二氧化碳代替水作为压裂液，不仅可以解决压裂过程中储层的水敏问题，而且由于超临界二氧化碳在煤体中具有很强的吸附性，部分吸附的二氧化碳可以置换出煤体中吸附的瓦斯，提高煤层气的产量。目前，对于原位条件下超临界二氧化碳压裂过程中裂纹的扩展机制仍存在不足，实验室研究过程中仍存在采用的监测手段无法直观测得裂纹形态，仍需卸压取出试件观测，且在压裂后不能立即在原位条件下进行压裂效果评价等问题，因此，需要建立一种模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂成像装置及评价方法。

发明内容

本发明旨在提供一种模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂CT成像和评价装置及其使用方法，解决了上述压裂实验过程中的问题，公开了一种能够模拟原位应力及温度条件下，超临界二氧化碳压裂后煤岩内部裂纹形态观测及压裂效果评价的试验装置。

本发明提供了一种模拟原位条件下超临界二氧化碳煤岩压裂CT成像和评价装置及其使用方法，该装置可提供试件尺寸为Φ50×100mm，试件轴压与围压可分别达50MPa，试件环境温度达100℃，模拟煤层埋藏深度达2000m的地质环境条件下的超临界二氧化碳压裂；该装置由原位环境模拟装置、CT扫描装置、超临界二氧化碳压裂装置、渗透率测量装置与数据采集装置五大装置组成；

其中原位环境模拟装置主要围绕Φ50×100mm煤样试件，施加0~50MPa与20~100℃范围的压力温度条件，具体由岩心夹持器、轴压加载泵、围压双缸循环流体加载泵及温度控制子装置构成，煤样试件置于岩心夹持器内部，夹持器置于高精度机械转台之上，轴压加载泵通过高压管线与岩心夹持器底部的轴压缸体相连，为煤样试件提供稳定的轴向压力流体，围压双缸循环流体加载泵通过高压管线分别与岩心夹持器围压缸体的上部和下部连接，形成围压流体的内部循环流动，起连接作用的高压管线置于温度控制子装置的内部，温度控制子装置由热电偶和温度传感器组成，温度控制子装置通过加热注入的围压流体实现对岩心夹持器内部环境的温度控制；