[发明专利]一种模拟井下煤层低温流体相变膨胀压的测定装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟井下煤层低温流体相变膨胀压的测定装置及方法，先通过边注入边排气的方式向密封圆筒内注入低温流体；为了获得低温流体液位在密封圆筒内的高度，通过对各个热电偶进行编号，从而通过对应编号热电偶测量的温度值能得到低温流体在密封圆筒内的高度，接着通过恒温水浴温控箱使水浴筒内的水温达到设定的温度值、且水温均匀无梯度；通过多次重复测试，能测量不同体积的低温流体在固定密闭容积内的膨胀压变化规律及临界压力大小、不同环境温度下等体积低温流体在固定密闭容积内的膨胀压变化规律及临界压力大小，最终实现对低温流体根据温度‑空间‑注入量对其相变膨胀压的变化情况进行测定，进而获得其相变膨胀压影响规律。

技术领域

本发明涉及一种模拟井下煤层低温流体相变膨胀压的测定装置及方法，属于煤层增透及低温流体膨胀压特性测试技术领域。

背景技术

中国非常规天然气资源丰富，发展潜力大，其中煤层气可采资源量约为10.87×10¹²m³,页岩气可采资源量为15×10¹²～25×10¹²m³，未来10～20年，中国非常规天然气产量将显著增长，在弥补常规油气产量短缺中扮演日益重要的角色。我国非常规天然气资源储量虽大，但储层复杂且致密，储集空间主体为纳米级孔喉系统，局部发育微米～毫米级孔隙。因此，强化增透措施对于开发这类能源至关重要。水力压裂增透技术是页岩气规模开发成功的关键技术，该技术能有效对页岩进行压裂，从而实现页岩气的开采，但同时其也存在一些问题，如：压裂液泄露会污染地下水体、水敏性地层孔隙会由于压裂液的注入堵塞、坚硬地层内水力压裂时所需的启动压力过高、以及该技术需要耗费大量水资源等。

由于上述水力压裂存在的问题，目前行业开始关注低温流体进行煤层压裂增透的技术，由于低温流体具有极低的冷冲击温度，同时受热能气化膨胀，主要包括液氮、液态二氧化碳和液态氧等，以液氮为例，其常压下温度为-196℃，与固体接触时可迅速降低固体的温度，使固体收缩且沿内部径向形成热应力；同时，液氮汽化膨胀为21℃纯气体时具有696倍的膨胀率，在注入煤层内部有限空间内可产生巨大气压；若煤层内部孔隙中有水，还会由于低温导致水相变成冰产生约9％的体积膨胀，理论上能够产生高达207MPa的冻胀力。这些特性若能充分作用于煤层气储层，增透效果将十分明显。

低温流体虽然存在上述优点，但是由于低温流体受温度高低、空间大小及注入量多少的变化，产生的膨胀力变化差距较大，因此在注入煤层内部后基于煤层的温度环境下会极不稳定，迅速产生明显的相变膨胀，若未充分探究低温流体在注入煤层内部后温度-空间-注入量对其相变膨胀压的变化影响规律，会使增透过程变得不可控进而易发生危险。但是目前还没有对低温流体根据温度-空间-注入量对其相变膨胀压的变化影响进行测定的装置及方法，从而导致目前基于低温流体进行煤层压裂增透的技术实际应用还未实现。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟井下煤层低温流体相变膨胀压的测定装置及方法，对低温流体根据温度-空间-注入量对其相变膨胀压的变化情况进行测定，进而获得其相变膨胀压影响规律，为后续低温流体进行煤层压裂增透时选择具体注入量提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模拟井下煤层低温流体相变膨胀压的测定装置，包括外壳、水浴筒、棚板、低温流体密闭装置、操控台支架、支撑架和恒温循环水系统，