一种高压核磁共振co2地质封存模型试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高压核磁共振CO2地质封存模型试验装置，荷载控制装置通过管道与试样可视化观测装置连接，流体控制装置通过流体注入管道与试样可视化观测装置中的岩心夹持器连接，数据采集处理装置中的轴压传感器、围压传感器分别安装在荷载控制装置中轴压泵、围压泵与岩心夹持器相连管道上，数据采集处理装置中的左部水压传感器、右部水压传感器分别连接在流体控制装置中左部咸水注入泵和右部咸水注入泵与岩心夹持器相连管道上，数据采集处理装置中的注气压传感器、流量计连接在流体控制装置中CO2注入泵与岩心夹持器相连管道上。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。
【专利说明】—种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模型试验装置，尤其涉及一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，它适用于模拟真实环境下C02地质封存过程，还用于研究不同温度、不同初始应力条件下C02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】
[0002]C02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C02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C02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C02的泄露，因此，研究C02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。
[0003]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C02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、盖层装置变形破坏和渗流变化的试验尚无。
【发明内容】
[0004]本实用新型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C02地质封存模型试验装置，本实用新型用于C02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C02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C02在储、盖层装置中的运移过程以及储、盖层的变形破坏过程，同时，可以研究C02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C02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。
[0005]为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施:
[0006]其技术构思:
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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，C02注入泵往储层注入C02，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。
[0010]4、用核磁共振技术观测C02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。
[0011]一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，它由试样可视化观测装置、荷载控制装置、流体控制装置和数据采集处理装置组成，各个装置之间的连接关系是:荷载控制装置通过管道与试样可视化观测装置连接，通过管道向可视化观测装置中的岩心夹持器提供需要施加在试样上的轴压和围压；流体控制装置通过流体注入管道与试样可视化观测装置中的岩心夹持器连接，通过岩心夹持器向试样注入试验所需的咸水和C02 ;数据采集处理装置中的轴压传感器、围压传感器分别安装在荷载控制装置中轴压泵、围压泵与岩心夹持器相连的管道上，监测轴压泵、围压泵的压力并通过数据线将压力值传给信息采集卡；数据采集处理装置中的左部水压传感器、右部水压传感器分别连接在流体控制装置中左部咸水注入泵和右部咸水注入泵与岩心夹持器相连的管道上，监测左部水压传感器、右部水压传感器的压力并通过数据线将压力值传给信息采集卡；数据采集处理装置中的注气压传感器、流量计连接在流体控制装置中C02注入泵与岩心夹持器相连的管道上，监测C02注入泵注入的压力和流量并通过数据线将压力值传给信息采集卡；数据采集处理装置中的差压计两端分别连接在左部咸水注入泵和右部咸水注入泵与岩心夹持器相连的管道上，监测左、右两端注入的流体压力的差值，并将测得的压力差传递给信息采集卡。试样可视化观测装置中的核磁共振仪通过数据线连接数据采集处理装置中的电脑。
[0012]试样可视化观测装置包括:试样、岩心夹持器、热缩套、垫块、核磁共振仪。连接关系是:试样和垫块保持中心线一致紧挨对接。热缩套套在试样和垫块外热缩紧固。热缩套、试样和垫块插在试样夹持器内。试样夹持器水平放置于核磁共振仪的探头线圈内。岩心夹持器通过垫块向试验施压轴向压力或注入介质。热缩套防止形成表面流。核磁共振仪用于观测流体在试样中的运移。
[0013]荷载控制装置包括:轴压泵、围压泵、温控循环器。轴压泵用于给试样施加水平作用力，轴压泵与围压泵无直接连接，轴压泵与温控循环器无直接连接。围压泵用于向试样施加环向作用力。温控循环器与围压泵通过管道相连，通过控制管道内的介质温度，在恒围压条件下给试样提供不同的温度条件。
[0014]流体控制装置包括:左部咸水注入泵、右部咸水注入泵、C02注入泵、流体温控装置，其连接关系是:左部咸水注入泵和岩心夹持器通过咸水注入管道连接。右部咸水注入泵和岩心夹持器通过咸水注入管道连接。C02注入泵和岩心夹持器通过C02注入管道连接。流体温控装置通过加热管道分别与左部咸水注入泵、右部咸水注入泵和C02注入泵连接。左部咸水注入泵和右部咸水注入泵分别给试样左、右两端施加恒压或者恒流量边界条件，C02注入泵往试样的储层底部注入C02以模拟超临界C02驱替咸水的过程，流体温控装置用于控制整个外围流体管路的温度。
[0015]数据采集处理装置包括:轴压传感器、围压传感器、左部水压传感器、右部水压传感器、注气压传感器、流量计、差压计、信息采集卡、电脑，其连接关系是:轴压传感器、围压传感器、左部水压传感器、右部水压传感器、注气压传感器、流量计和差压计分别通过数据线与信息采集卡连接，信息采集卡通过数据线与电脑连接。轴压传感器用于监测轴压泵施加给试样的作用力，并将测得的压力传递给信息采集卡。围压传感器用于监测围压泵施加给试样的作用力，并将测得的压力传递给信息采集卡。左部水压传感器和右部水压传感器分别用于监测左部咸水注入泵和右部咸水注入泵分别给试样左、右两端注入的流体压力，并将测得的压力传递给信息采集卡。注气压传感器和流量计分别用于监测C02注入泵向试样注入的C02压力和流量，并将测得的压力和流量传递给信息采集卡。差压计用于监测左部咸水注入泵和右部咸水注入泵分别给试样左、右两端注入的流体压力的差值，并将测得的压力差传递给信息采集卡。信息采集卡用于集中轴压传感器、围压传感器、左部水压传感器、右部水压传感器、注气压传感器、流量计和差压计监测的压力或流量值，统一传送给电脑。电脑用于记录和显示轴压传感器、围压传感器、左部水压传感器、右部水压传感器、注气压传感器、流量计和差压计监测的压力或流量值。
[0016]本实用新型具有以下优点和积极效果:
[0017](I)能够提供接近工程实际的试验条件。试样设计成层状以模拟现场储、盖层结构；围压和轴压装置以模拟初始地应力条件；温控循环装置可以模拟现场的地层温度条件；咸水注入泵可以模拟现场的渗流边界条件；注气泵可以模拟现场的定压注入或定流量注入方式。
[0018](2)无损监测。核磁共振仪可以利用水分子中氢原子的核磁共振现象观测到水在试样中的运移现象，从而可以观测到C02的运移、储层和盖层的变形破坏过程；另外通过利用氢原子的弛豫时间谱和核磁信号强度，可以反演两相饱和度、渗透率、毛管压力等。上述监测过程无需破坏试样，在正常试验条件下即可完成。
[0019](3)能够模拟渗流-力学耦合过程。C02的注入引起储、盖层有效应力的变化，进而引起其发生变形，同时，储、盖层的应力应变亦会对C02的运移产生影响。本实用新型既包括荷载控制装置，又包括流体控制装置，可以同时模拟渗流-力学相互作用的过程。
[0020](4)能够考虑断层、裂隙等地质体。试样由人工浇筑而成，因此，可以在储、盖层中包含断层、裂隙等地质体。
[0021](5)具有多种功能。研究C02运移规律和储盖层变形破坏规律；研究注气压力控制；研究储、盖层和断层稳定性；研究C02地质封存容量等。
[0022]总之，本实用新型在C02地质封存机理研究方面具有很强的适用性，同时，由于可以真实模拟现场实际条件，因此，也具有工程应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为一种试样的结构示意图。
[0024]图2为一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置示意图。
[0025]图3为一种岩心夹持器纵断面图原理图。
[0026]图4为一种岩心夹持器的整体结构主视示意图。
[0027]图5为一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置的结构示意图。
[0028]图6为图5的具体结构示意图。
[0029]图中:
[0030]1000—试样可视化观测装置:
[0031]1100 一试样 1101—试样盖层 1102—试样储层 1103—试样盖层 1200—岩心夹持器1300—热缩套1500—核磁共振仪(MacroMR12-150H)
[0032]2000—荷载控制装置:
[0033]2100—轴压泵(ISC0-6ro 计量泵)2200—围压泵(ISC0-E500 计量泵)2300—温控循环器(恒温油槽FC94Y)
[0034]3000—流体控制装置:
[0035]3100—左部咸水注入泵(ISC0-E500计量泵)3200—右部咸水注入泵(ISC0-E500计量泵)3300— C02注入泵(ISC0-260D计量泵)3400—流体温控装置(FC300A恒温水槽)
[0036]4000—数据采集处理装置:
[0037]4100—轴压传感器(SETRA-C20450cpgg311e2s00) 4200— 围压传感器(SETRA-C20450cpgg3Ile2s00) 4300—左部水压传感器(SETRA-C20450cpgg31Ie2s00)4400—右部水压传感器(SETRA-C20450cpgg311e2s00) 4500—注气压传感器(SETRA-C20450cpgg311e2s00) 4600—流量计(Bronkhorst-M13_IP65) 4700—差压计4800—信息采集卡4900—电脑。
【具体实施方式】
[0038]实施例1:
[0039]一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，由试样可视化观测装置1000、荷载控制装置2000、流体控制装置3000和数据采集处理装置4000组成，其连接关系是:荷载控制装置2000通过管道与试样可视化观测装置1000连接，通过管道向可视化观测装置1000中的岩心夹持器1200提供需要施加在试样1100上的轴压和围压。流体控制装置3000通过流体注入管道与试样可视化观测装置1000中的岩心夹持器1200的试样下游注水孔1203、试样下游注水孔1205和C02注入孔1220连接，通过岩心夹持器1200向试样1100注入试验所需的咸水和C02。数据采集处理装置4000中的轴压传感器4100、围压传感器4200分别安装在荷载控制装置2000中轴压泵(2100)、围压泵2200与岩心夹持器1200相连的管道上，监测轴压泵2100、围压泵2200的压力并通过数据线将压力值传给信息采集卡4800。数据采集处理装置4000中的左部水压传感器4300、右部水压传感器4400分别连接在流体控制装置3000中左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200与岩心夹持器1200相连的管道上，监测左部水压传感器4300、右部水压传感器4400的压力并通过数据线将压力值传给信息采集卡4800。数据采集处理装置4000中的注气压传感器4500、流量计4600连接在流体控制装置3000中C02注入泵3300与岩心夹持器1200相连的管道上，监测C02注入泵3300注入的压力(压力范围0-25MPa)和流量并通过数据线将压力值传给信息采集卡4800。数据采集处理装置4000中的差压计4700，两端分别连接在左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200与岩心夹持器1200相连的管道上，监测左、右两端注入的流体压力的差值，并将测得的压力差传递给信息采集卡4800。试样可视化观测装置1000中的核磁共振仪1500通过数据线连接数据采集处理装置4000中的电脑4900。
[0040]试样可视化观测装置1000包括:试样1100、岩心夹持器1200、热缩套1300、核磁共振仪1500，其连接关系是:试样1100置于岩心夹持器1200内，和试样上游垫块1215、试样下游垫块1217保持中心线一致紧挨对接。热缩套1300套在试样上游垫块1215、试样1100和试样下游垫块1217外热缩紧固。热缩套1300、试样1100和试样上游垫块1215、试样下游垫块1217插在试样夹持器1200内。试样夹持器1200水平放置于核磁共振仪1500的探头线圈内。岩心夹持器1200通过试样上游垫块1215、试样下游垫块1217向试样1100施压轴向压力或注入咸水。热缩套1300防止形成表面流。核磁共振仪1500用于观测流体在试样1100中的运移。
[0041]岩心夹持器1200包括:夹持器端盖1201、固定堵1202、试样下游注水孔1203、筒身1204、试样上游注水孔1205、油缸下游注油孔1206、油缸上游注油孔1207、油缸端盖1208、位移传感器支柱1209、WYDC-10L型压杆式位移传感器1210(量程10mm，精度±0.1%F.S，尺寸Φ 20X205mm)、密封圈1211、油缸1212、活塞1213、循环液压油进口 1214、试样上游垫块1215、试样下游垫块1217、循环液压油出口 1218、螺栓1219、C02注入孔1220。
[0042]岩心夹持器1200的具体连接方式如下:
[0043]1.夹持器端盖1201与固定堵1202用螺栓1219连接。循环液压油出口 1218为固定堵1202内部的开孔，固定堵1202与筒身1204用螺纹连接。筒身1204与油缸1212用螺纹连接。油缸下游注油孔1206、油缸上游注油孔1207和循环液压油进口 1214为油缸1212内部的开孔，油缸1212与油缸端盖1208用螺纹连接，并由密封圈1211密封，试样上游注水孔1205为试样上游垫块1215内部的开孔。试样上游垫块1215直接插入活塞1213进行连接，试样下游注水孔1203为试样下游垫块1217内部的开孔。试样下游垫块1217直接插入夹持器端盖1201进行连接。岩心试样1100置于试样上游垫块1215和试样下游垫块1217之间，使上游垫块1215、岩心试样1100和下游垫块1217中心线保持一致，然后在外面套上热缩管，并用热风枪使之热缩紧固。位移传感器支柱1209与活塞1213用螺纹连接。位移传感器支柱1209与压杆式位移传感器1210用夹紧连接。
[0044]2.筒身1204、试样上游垫块1215和试样下游垫块1217皆米用无核磁信号的高强PEEK材料加工而成，既能传递足够的荷载，又不会干扰实验过程中的核磁信号，其它部件均为不锈钢材料加工而成。试样下游垫块1217和试样上游垫块1215位于试样1100左、右两端，中间加工有试样下游注水孔1203和试样上游注水孔1205，并在其贴近试样1100的端平面上刻有环向凹槽。下游注水孔1203和试样上游注水孔1205用管路与左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200相连。因此，下游注水孔1203和试样上游注水孔1205可用来传递轴向荷载以及给试样1100施加边界孔压力。
[0045]3.循环液压油进口 1214和循环液压油出口 1218与外接加热、加压循环装置连接，可给试样1100施加围压和控制温度。油缸上游注油孔1207与外接泵相连，往油缸1212注入油体，推动活塞1213前进时，通过试样上游垫块1215给岩心试样1100施加轴向荷载，同时位移传感器支柱1209和压杆式位移传感器1210跟随活塞1213移动，测量岩心试样1100的轴向变形。；油缸下游注油孔1206与外接泵相连，可用于推动活塞1213回程，另外，在活塞1213前进给岩心试样1100施加轴压时,油缸下游注油孔1206也可用来排除油体。试样下游注水孔1203、试样上游注水孔1205与外接泵相连，用于给岩心试样1100注入流体或者施加孔压边界条件，油缸1212和试样上游垫块1215里面的试样上游注水孔1205用无核磁信号的PEEK管相连；C02注入孔1220与试样上游注水孔1205、循环液压油进口 1214处于相同的截面处，且三者形状相同。
[0046]4.试样上游垫块1215与试样下游垫块1217的尾部皆加工成圆形插销形式，分别插入夹持器端盖1201与活塞1213的凹槽中，可自由拆卸和安装；试样上游垫块1215与试样下游垫块1217的主体部分可加工成圆形或者方形，长度可变动，以用于不同形状和尺寸的试样，另外，主体部分的横截面要比尾部横截面要大，用来承载活塞1213施加的轴向荷载。
[0047]荷载控制装置2000包括:轴压泵2100、围压泵2200、温控循环器2300，其连接关系是:轴压泵2100用于给试样1100施加(T330kN的轴向压力，轴压泵2100与围压泵2200无直接连接，轴压泵2100与温控循环器2300无直接连接。围压泵2200用于向试样1100施加环向作用力。温控循环器2300与围压泵2200通过管道相连，通过控制管道内的介质温度，在恒围压条件下给试样1100提供不同的温度条件。
[0048]流体控制装置3000包括:左部咸水注入泵3100、右部咸水注入泵3200、C02注入泵3300、流体温控装置3400，其连接关系是:左部咸水注入泵3100、右部咸水注入泵3200、C02注入泵3300、流体温控装置3400，连接关系是:左部咸水注入泵3100和岩心夹持器1200的试样下游注水孔1203通过咸水注入管道连接。右部咸水注入泵3200和岩心夹持器1200的试样上游注水孔1205通过咸水注入管道连接。C02注入泵3300和岩心夹持器1200的C02注入孔1220通过C02注入管道连接。流体温控装置3400通过加热管道分别与左部咸水注入泵3100、右部咸水注入泵3200和C02注入泵3300连接。左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200分别给试样1100左、右两端施加恒压或者恒流量边界条件，C02注入泵3300往试样1100的储层底部注入C02以模拟超临界C02驱替咸水的过程，流体温控装置3400用于控制整个外围流体管路的温度。
[0049]数据采集处理装置4000包括:轴压传感器4100、围压传感器4200、左部水压传感器4300、右部水压传感器4400、注气压传感器4500、流量计4600、差压计4700、信息采集卡48、电脑49，其连接关系是:轴压传感器4100、围压传感器4200、左部水压传感器4300、右部水压传感器4400、注气压传感器4500、流量计4600和差压计4700分别通过数据线与信息采集卡4800连接，信息采集卡4800通过数据线与电脑4900连接。轴压传感器4100用于监测轴压泵2100施加给试样1100的作用力，并将测得的压力传递给信息采集卡4800。围压传感器4200用于监测围压泵2200施加给试样1100的作用力，并将测得的压力传递给信息采集卡4800。左部水压传感器4300和右部水压传感器4400分别用于监测左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200分别给试样1100左、右两端注入的流体压力，并将测得的压力传递给信息采集卡4800。注气压传感器4500和流量计4600分别用于监测C02注入泵3300向试样1100注入的C02压力和流量，并将测得的压力和流量传递给信息采集卡4800。差压计4700用于监测左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200分别给试样1100左、右两端注入的流体压力的差值，并将测得的压力差传递给信息采集卡4800。信息采集卡4800用于集中轴压传感器4100、围压传感器4200、左部水压传感器4300、右部水压传感器4400、注气压传感器4500、流量计4600和差压计4700监测的压力或流量值，统一传送给电脑4900。电脑4900用于记录和显示轴压传感器4100、围压传感器4200、左部水压传感器4300、右部水压传感器4400、注气压传感器4500、流量计4600和差压计4700监测的压力或流量值。
[0050]本实用新型用于C02地质封存的渗流-力学相互作用过程的机理研究，结合图5、图6对具体操作流程进行详细说明:
[0051]①配置相似材料,并烧筑成长方体试样1100,蒸汽养护试样达到规定的强度后，把试样放进真空干燥箱抽真空干燥。
[0052]②连接好试样1100各个位置处的注入管接头，在试样四个菱边涂上密封胶，然后给试样套上热缩管1300，并用电吹风使热缩管热缩成形，紧贴试样。
[0053]③把试样1100装入试样夹持器1200，置于试样上游垫块1215和试样下游垫块1217之间，打开F2和F3，用轴压泵2100对试样施加一个较小的轴压，保证试样在平放时能与岩心夹持器1200里面的试样上游垫块1215、试样下游垫块1217紧密相连。
[0054]④打开F4和F7，关闭F5和F6，用围压泵2200通过夹持器1200的循环液压油进口 1214往试样夹持器1200中注入氟油，并控制围压为某个固定值。
[0055]⑤打开F5和F6，开启循环温控器2300，不断循环加热，直至循环装置的温度达到某个固定值。
[0056]⑥调节轴压泵2100，增大轴向压力并保持为某个固定值，并用位移传感器记录活塞的初始位移值。
[0057]⑦调节流体温控装置3400，把左部咸水注入泵3100、右部咸水注入泵3200、C02注入泵3300以及流体管路装置加热到某个值并保持恒定。
[0058]⑧打开F12、F14、F17和F20，关闭F15、F18和F19，用左部咸水注入泵(3100)从试样1100的一端缓缓注入NaCl溶液，并同时开启核磁共振仪1500监测核磁信号强度的变化，待整个试样的核磁信号强度保持不变后，即试样饱和NaCl溶液后，打开F15，调节左部咸水注入泵3100和右部咸水注入泵3200压力到某一固定值，并保持两者尽量压力相等。打开F18和F19，关闭F15，用差压计4700测量两端压差，不断调节两端咸水注入泵，使差压计的读数为零。
[0059]⑨用C02注入泵3300以恒压模式或者恒流量模式往储层注入C02，用注气压力传感器4500和流量计4600记录注入过程累积流量和注入压变化过程；用位移传感器记录活塞的位移。
[0060]⑩用核磁共振仪1500记录整个注入过程的C02运移过程和储盖层变形破坏过程。
[0061]下面结合附图对有关功能部件进行详细说明:
[0062]一、试样可视化观测装置1000:
[0063]试样可视化观测装置1000包括:试样1100、试样夹持器1200、热缩套1300、核磁共振仪1500。
[0064]1、试样 1100:
[0065]如图1所示，试样为长方体结构，分为上、中、下三层以模拟实际工程中的储、盖层装置，试样用相似材料浇筑而成，可以在试样中构建断层、裂隙。
[0066]2、试样夹持器1200:
[0067]如图3、图4，岩心夹持器1200包括:持器端盖1201、固定堵1202、试样下游注水孔1203、筒身1204、试样上游注水孔1205、油缸下游注油孔1206、油缸上游注油孔1207、油缸端盖1208、位移传感器支柱1209、WYDC-10L型压杆式位移传感器1210 (量程10mm，精度±0.1%F.S，尺寸Φ20Χ205_)、密封圈1211、油缸1212、活塞1213、循环液压油进口1214、试样上游垫块1215、试样下游垫块1217、循环液压油出口 1218、螺栓1219、C02注入孔1220。夹持器筒身1204和试样上游垫块1215、试样下游垫块1217皆由无核磁信号的PEEK材料加工而成，其它部分皆为不锈钢材料；夹持器筒身1204与固定堵1202及活塞油缸1212之间采用螺纹连接，固定堵1202与左部端盖1201采用螺栓连接；夹持器筒身1204与试样上游垫块1215、试样下游垫块1217之间的间隙充满无核磁信号的氟油，用来给试样1100施加围压和加热；活塞1213可左、右移动给试样1100施加轴向荷载；位移传感器1210与活塞1213用一细长杆相连，可测定C02注入过程中活塞1205的位移；另外，在固定堵1202和活塞油缸1212里面加工有细孔，用来注C02、注咸水和注氟油。
[0068]3、热缩套 1300:
[0069]如图5所示，热缩套1300套在试样1100和试样上游垫块1215、试样下游垫块1217表面，用热风枪使热缩套1300热缩紧固，防止用于施加围压的氟油与试样1100中的流体混八口 ο
[0070]5、核磁共振仪1500:
[0071]如图4所示，核磁共振仪1500探头为左右通透的圆柱筒，试样夹持器1200塞入圆筒中间。利用核磁共振仪1500测试氢原子的弛豫时间以及核磁信号强度，根据核磁共振特性与孔隙度、饱和度、渗透率、流速、毛管压力等的相关性，测定C02注入过程中各项参数的变化，同时利用核磁共振成像技术，可视化观测C02的运移和储、盖层的变形破坏。
[0072]二、荷载控制装置2000:
[0073]荷载控制装置2000包括:轴压泵2100、围压泵2200、温控循环器2300。
[0074]如图4所示，温控循环器2300与围压泵2200相连，前者兼具循环流体(氟油)和对流体(氟油)进行温控加热的功能，后者则是施加围压的装置。围压泵2200和轴压泵2100皆为精密计量泵，可实现恒流量加载和恒压加载。
[0075]三、流体控制装置3000:
[0076]流体控制装置3000包括:左部咸水注入泵3100、右部咸水注入泵3200、C02注入泵3300、流体温控装置3400。
[0077]如图4所示，左部咸水注入泵3100、右部咸水注入泵3200和C02注入泵3300皆为精密计量泵，采用定压或定流量方式注入流体，三个计量泵以及整个管阀装置的温度由流体温控装置3400调节，该装置采用水浴加热的方式。
[0078]四、数据采集处理装置4000:
[0079]数据采集处理装置4000包括:轴压压力传感器4100、围压传感器4200、左部水压传感器4300、右部水压传感器4400、注气压传感器4500、流量计4600、差压计4700、信息采集卡4800、电脑4900。
[0080]如图4所示，所有的传感器皆采用已经标准化的元件，其中轴压传感器4100用于精确测量试样所受的轴向荷载，即水平构造应力；围压传感器4200用于精确测量试样的围压，即地层压力；左部水压传感器4300与右部水压传感器4400用于精确测量试样的孔压边界条件；、注气压传感器4500和流量计4600用于精确测量C02注入过程压力变化和累计流量；、信息采集卡4800和电脑4900用于采集上述信号及分析处理数据。
【权利要求】
1.一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，由试样可视化观测装置(1000)、荷载控制装置(2000)、流体控制装置(3000)和数据采集处理装置(4000)组成，其特征在于:荷载控制装置(2000 )通过管道与试样可视化观测装置(1000 )连接，流体控制装置(3000 )通过流体注入管道与试样可视化观测装置(1000)中的岩心夹持器(1200)连接，数据采集处理装置(4000)中的轴压传感器(4100)、围压传感器(4200)分别安装在荷载控制装置(2000)中轴压泵(2100)、围压泵(2200)与岩心夹持器(1200)相连的管道上，数据采集处理装置(4000)中的左部水压传感器(4300)、右部水压传感器(4400)分别连接在流体控制装置(3000)中左部咸水注入泵(3100)和右部咸水注入泵(3200)与岩心夹持器(1200)相连的管道上，数据采集处理装置(4000)中的注气压传感器(4500)、流量计(4600)连接在流体控制装置(3000)中C02注入泵(3300)与岩心夹持器(1200)相连的管道上，数据采集处理装置(4000)中的差压计(4700)两端分别连接在左部咸水注入泵(3100)和右部咸水注入泵(3200)与岩心夹持器(1200)相连的管道上，试样可视化观测装置(1000)中的核磁共振仪(1500)通过数据线连接数据采集处理装置(4000)中的电脑(4900)。
2.按权利要求1所述的一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，其特征在于:所述的试样可视化观测装置(1000)包括:试样(1100)、岩心夹持器(1200)、热缩套(1300)、核磁共振仪(1500),试样(1100)和岩心夹持器(1200)中的试样上游垫块(1215)、试样下游垫块(1217)中心线一致对接，热缩套(1300)套在试样上游垫块(1215)、试样(1100)和试样下游垫块(1217)外热缩紧固，热缩套(1300)、试样(1100)和试样上游垫块(1215)、试样下游垫块(1217)插在试样夹持器(1200)内，试样夹持器(1200)水平放置于核磁共振仪(1500)的探头线圈内，岩心夹持器(1200)通过试样上游垫块1215、试样下游垫块1217向试验(1100)施压轴向压力或注入介质。
3.按权利要求1所述的一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，其特征在于:所述的荷载控制装置(2000)包括:轴压泵(2100)、围压泵(2200)、温控循环器(2300)，轴压泵(2100)与围压泵(2200)无直接连接，轴压泵(2100)与温控循环器(2300)无直接连接，温控循环器(2300)与围压泵(2200)通过管道相连。
4.按权利要求1所述的一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，其特征在于:所述的流体控制装置(3000)包括:左部咸水注入泵(3100)、右部咸水注入泵(3200)、C02注入泵(3300)、流体温控装置(3400)，左部咸水注入泵(3100)通过咸水注入管道和岩心夹持器(1200)的试样下游注水孔(1203)连接，右部咸水注入泵(3200)通过咸水注入管道和岩心夹持器(1200)的试样上游注水孔(1205)连接，C02注入泵(3300)通过C02注入管道和岩心夹持器(1200)的C02注入孔(1220)连接，流体温控装置(3400)通过加热管道分别与左部咸水注入泵(3100)、右部咸水注入泵(3200)和C02注入泵(3300)连接。
5.按权利要求1所述的一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，其特征在于:所述的数据采集处理装置(4000)包括:轴压传感器(4100)、围压传感器(4200)、左部水压传感器(4300)、右部水压传感器(4400)、注气压传感器(4500)、流量计(4600)、差压计(4700)、信息采集卡(4800)、电脑(4900)，轴压传感器(4100)、围压传感器(4200)、左部水压传感器(4300)、右部水压传感器(4400)、注气压传感器(4500)、流量计(4600)和差压计(4700)分别通过数据线与信息采集卡(4800)连接，信息采集卡(4800)通过数据线与电脑(4900)连接。
6.按权利要求1所述的一种高压核磁共振C02地质封存模型试验装置，其特征在于:所述的岩心夹持器(1200)包括夹持器端盖(1201 )、固定堵(1202)、筒身(1204)、位移传感器支柱(1209)、油缸(1212)、试样上游垫块(1215)，夹持器端盖(1201)与固定堵(1202)用螺栓(1219)连接，循环液压油出口(1218)为固定堵(1202)内部的开孔，固定堵(1202)与筒身(1204)连接，筒身(1204)与油缸(1212)连接，油缸下游注油孔(1206)、油缸上游注油孔(1207)和循环液压油进口(1214)为油缸(1212)的开孔，油缸(1212)与油缸端盖(1208)连接，并由密封圈(1211)密封，试样上游注水孔(1205)为试样上游垫块(1215 )的开孔，试样上游垫块(1215)直接插入活塞(1213)连接，试样下游注水孔(1203)为试样下游垫块(1217)的开孔，试样下游垫块(1217)直接插入夹持器端盖(1201)连接，岩心试样(1100)置于试样上游垫块(1215)和试样下游垫块(1217)之间，位移传感器支柱(1209)与活塞(1213)连接，位移传感器支柱(1209)与压杆式位移传感器(1210)连接。
【文档编号】G01N24/08GK203929685SQ201420357657
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】李小春, 袁维, 方志明 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所