一种二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的装置及方法与流程

本发明属于地球物理探测领域，其涉及一种二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置及方法，其适用于二氧化碳在地质封存过程中从注入井井底注入不同相态的二氧化碳依次流经套管-水泥环-井筒过程中对套管-水泥环-井筒完整性影响研究的实验装置及其方法。

背景技术：

在二氧化碳地质埋存研究中，经常涉及温室气体二氧化碳地质封存的技术研究。但在二氧化碳地质封存过程当中会存在如下问题：

1二氧化碳在注入到盐水层之后，对注二氧化碳注入井关井对二氧化碳进行地质封存，但由于注二氧化碳封存的注入井前期开发过程中固井质量差、长期开发引起地应力不平衡造成水泥环破损、以及油水串层造成井壁密封失效等原因，造成封存的二氧化碳则会沿套管与水泥环、水泥环与井壁间胶结质量差的缝隙或者沿破损水泥环本体逃逸到大气当中，使得封存失败；

2二氧化碳在进行地质埋存过程当中，注入的二氧化碳依次穿过套管与水泥环第一胶结面、水泥环与井筒第二交界面以及水泥环本体时时会发生对第一胶结面以及第二交界面和水泥环本体的淋滤作用，且对于二氧化碳以何种相态条件注入封存储层中时，对于不同相态二氧化碳流经套管与水泥环间第一胶结面和水泥环与井壁之间第二胶结面以及水泥环本体产生的影响缺乏有效的研究，进而使得二氧化碳沿井筒泄露的风险评价难以实现。且目前对于二氧化碳在地质封存过程中对井筒完整性的影响研究较少，多数停留在对于二氧化碳地质封存过程中对于二氧化碳泄露可能性的监测，以及对于进行二氧化碳地质封存过程中，盖层密封性的风险性评估。

例如在中国专利申请CN102410908B中，公开了一种用于二氧化碳地质封存泄漏的监测系统，它包括样品采集处理单元、分析检测单元、可编程逻辑控制单元、人机界面、数据采集存储单元、无线传输单元和CO₂，以下类同地质封存监测中心；样品采集处理单元用于采集来自CO₂地质封存泄漏样点的样气，样气从各采样点进入样品采集处理单元内进行过滤、制冷及干燥处理后，一部分样气再经脱水、除尘处理后进入分析检测单元，其余样气经废气处理装置处理后排空；分析检测单元将接收到的样气进行检测、分析其CO₂浓度，将检测结果传送至可编程逻辑控制单元；可编程逻辑控制单元与人机界面进行信息交互，可编程逻辑控制单元根据分析检测单元的检测结果和人机界面传送的指令，向样品采集处理单元传送多样点检测指令，并将所获得的检测数据及图像信息传送至数据采集存储单元；数据采集存储单元将检测数据及图像信息经无线传输单元传送至CO₂地质封存监测中心完成监测。但该发明仅仅停留在如何监测二氧化碳地质封存过程当中的泄漏，并未分析二氧化碳封存失效的根本原因，以未提及二氧化碳在地质封存过程中对通过的介质井筒与水泥环间缝隙，水泥环本体破损区域，水泥环与套管之间缝隙的修复作用影响。

在另一份中国专利申请CN104615896A中，公开了二氧化碳地质封存场地盖层完整性指标不确定性估计方法，确定盖层完整性影响指标；确定破坏模式，并计算得在该破坏模式下的孔隙压力；对盖层完整性影响指标做5水平的龙卷风分析，删除影响因素为0的因子获得一次剔除指标；根据一次剔除指标确定二次多项式回归方程；根据二次多项式回归方程的线性系数和二次项系数的敏感度，对二次多项式回归方程和一次剔除指标进行优化，获得该场地最优二氧化碳地质封存条件。本发明根据盖层构造特点，分别对无断层和有断层盖层分别选取其完整性影响指标。并且可以有效提取关键影响指标。获得该二氧化碳地质封存场地盖层完整性关键影响指标的最佳设计方案。但该发明只提出了一种选择二氧化碳地质封存的适合的封存地质层的状况，并未提出二氧化碳在地质封存过程中井筒与水泥环之间缝隙，破损水泥环，水泥环与套管之间缝隙对于封存泄露的影响，同时并未说明注不同相态二氧化碳时对于井筒完整性的影响。

在实际的生产实践中，尤其在二氧化碳地质埋存中急需确定不同相态的二氧化碳在注入井注入地层过程中，不同相态的二氧化碳对流经的套管-水泥环-井筒组合体产生的影响是有利于封存井筒的完整性或是不利于封存井筒的完整性，进而预测存储二氧化碳是否会沿着套管-水泥环-井筒的组合体泄露，因此有必要对现有技术进行改进和变革。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明人经过多次设计和研究，提出了一种模拟二氧化碳地质封存过程中对套管-水泥环-井筒组合体完整性影响研究的实验装置及方法。该实验装置及方法借助超临界二氧化碳控制管路、液态二氧化碳控制管路、气态二氧化碳控制管路、围压控制管路4条管路，可以同时模拟超临界态、液态、气态三种相态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒过程中对套管-水泥环-井筒的完整性影响过程。

依据本发明的第一方面，提供一种适用于二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置，该实验装置包括储罐1、第一增压泵2、第二增压泵3、第三增压泵4、第四增压泵5、第一温度调节器6、第二温度调节器7、第三温度调节器8、第四温度调节器9、第一岩芯夹持器10、第二岩芯夹持器11、第三岩芯夹持器12、过滤器13、冷却器14、第一控制阀15、第二控制阀16、第三控制阀17、第四控制阀18、第五控制阀19、第六控制阀20、第一压力表21、第二压力表22、第三压力表23、第四压力表24、第一温度表25、第二温度表26、第三温度表27、第一套管-水泥环-井筒的组合体28、第二套管-水泥环-井筒的组合体29和第三套管-水泥环-井筒的组合体30、GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统(31)；

其中，储罐1用于对试验所需二氧化碳的存储，储罐有效容积15000L，初始二氧化碳储罐压力3MPa；

第一增压泵2用于将由储罐1流出的二氧化碳加压至8MPa，使加压后的二氧化碳始终保持在液态二氧化碳所需要的压力以上，以实现二氧化碳保持液态流经第二套管-水泥环-井筒组合体29的压力条件；

第二增压泵3用于将由储罐1流出的液二氧化碳加压至6MPa，为加压后的气态二氧化碳提供能量，使其克服二氧化碳流经管路和第一套管-水泥环-井筒组合体28的沿程阻力损失；

第三增压泵4用于将由储罐1流出的液二氧化碳加压至4MPa，并通过连接管路为第一套管-水泥环-井筒组合体28、第二套管-水泥环-井筒组合体29、第三套管-水泥环-井筒组合体30提供4MPa的围压；

第四增压泵5用于将由储罐1流出的液二氧化碳加压至8MPa，使加压后的二氧化碳始终保持在超临界态二氧化碳所需要的压力以上，并通过连接管路为第三套管-水泥环-井筒组合体30连续注入超临界态二氧化碳；

第一温度调节器6用于调节第一增压泵2增压后的液态二氧化碳温度至25℃，使流经第一温度调节器6后的二氧化碳满足液态二氧化碳的温度条件，以实现流经第一温度调节器6后二氧化碳始终以液态二氧化碳的温度、压力条件流经第二套管-水泥环-井筒组合体29；

第二温度调节器7用于调节第二增压泵3增压后的二氧化碳温度至15℃，使得流经第二温度调节器7的二氧化碳温度满足形成气态二氧化碳所需温度条件，以实现流出温度调节器7后的二氧化碳能始终保持气态温度、压力条件流经第一套管-水泥环-井筒的组合体28；

第三温度调节器8用于调节第四增压泵5增压后的二氧化碳温度至35℃，使得流经第三温度调节器8的二氧化碳温度满足形成超临界态二氧化碳所需温度条件，以实现流出温度调节器8后的二氧化碳始终保持超临界态的温度、压力条件流经第三套管-水泥环-井筒的组合体30；

第四温度调节器9用于调节放置第一岩芯夹持器10、第二岩芯夹持器11、第三岩芯夹持器12的恒温箱的温度，使得三组试验的外部温度条都设置为20℃；

第一岩芯夹持器10用于放置第一套管-水泥环-井筒的组合体28；

第二岩芯夹持器11用于放置第二套管-水泥环-井筒组合体29；

第三岩芯夹持器12用于放置第三套管-水泥环-井筒组合体30；

过滤器13用于过滤流经第一、第二、第三套管-水泥环-井筒组合体28、29、30后的二氧化碳中的固体杂质以及流出液体中的水相；

冷却器14用于将流经过滤器13的二氧化碳冷却至满足二氧化碳存储的温度，返回二氧化碳储罐1进行存储；

第一控制阀15用于液态二氧化碳流通管路的关停控制；

第二控制阀16用于气态二氧化碳流通管路的关停控制；

第三控制阀17用于围压控制管路的关停控制；

第四控制阀18用于控制流经三组岩芯夹持器后的二氧化碳回收管路的关停控制；

第五控制阀19用于为三组岩芯夹持器提供围压管路关停控制；

第六控制阀20用于超临界态二氧化碳流通管路关停控制；

第一压力表21用于监测流经第一增压泵2加压后的二氧化碳是否达到液态二氧化碳实验设计压力8MPa；

第二压力表22用于监测流经第二增压泵3加压后的二氧化碳是否达到气态二氧化碳实验设计压力6MPa；

第三压力表23用于监测流经第三增压泵4加压后压力是否达到围压控制压力4MPa，的实验设计要求；

第四压力表24用于监测流经第四增压泵5的二氧化碳是否达到超临界态二氧化碳实验设计压力8MPa；

第一温度表25用于监测流经第一温度调节器6调节后的液态二氧化碳温度是否满足实验设计温度25℃；

第二温度表26用于监测流经第二温度调节器7调节后的气态二氧化碳温度是否满足实验设计温度15℃；

第三温度表27用于监测流经第三温度调节器8调节后的超临界态二氧化碳温度是否满足实验设计温度35℃。

其中，二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置进一步包括GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统31，GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统31用于对注入气态、液态、超临界态三种相态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程不同时间的组合体进行CT扫描，分析注入气态、液态、超临界态三种相态二氧化碳不同时间，对套管与水泥环第一胶结面，水泥环本体，水泥环与井筒第二胶结面的完整性影响以及计算组合体在注入二氧化碳前后组合体孔隙度渗透率等物性参数的变化。

优选地，储罐1的输出口的主管路通过两通与第一控制阀15入口管路相连接，第一控制阀15的出口管路与第一增压泵2的入口管路相连接，第一增压泵2出口管路与第一压力表21入口管路连接，第一压力表21出口管路与第一温度调节器6的入口管路链接，第一温度调节器6的出口管路与第一温度表25入口管路连接，第一温度表25出口管路与第二岩芯夹持器11入口管路相连接，第二芯夹持器11入口管路与第二套管-水泥环-井筒组合体29中心的人工套管入口连接，第二岩芯夹持器11出口管路与过滤器13的入口通过三通连接，过滤器13的出口管路与冷却器14的入口管路连接，最后冷却器14的出口管与储罐1连接形成闭合回路。

另外地，储罐1的输出口的主管路上通过三通与第二控制阀16入口管路相连接，第二控制阀16的出口管路与第二增压泵3的入口管路相连接，第二增压泵3出口管路与第二压力表22入口管路连接，第二压力表22出口管路与第二温度调节器7的入口管路连接，第二温度调节器7的出口管路与第二温度表26入口管路连接，第二温度表26出口管路与第一岩芯夹持器10入口管路相连接，第一岩芯夹持器10入口管路与第一套管-水泥环-井筒组合体28连接的中心套管连接，第一岩芯夹持器10出口管路通过两通与过滤器13的入口管路连接，过滤器13的出口管与冷却器14的入口管路连接，最后冷却器14的出口管路与储罐连接形成闭合回路。

另外地，储罐1的输出口的主管路上通过两通与第六控制阀20入口管路相连接，第六控制阀20的出口管路与第四增压泵5入口管路连接，第四增压泵5出口管路与第四压力表24的入口管路连接，第四压力表24的出口管路与第三温度调节器8的入口管路连接，第三温度调节器8的出口管路与第三温度表27入口管路连接，第三温度表27出口管路与第三岩芯夹持器12入口管路连接，第三岩芯夹持器12入口管路与第三套管-水泥环-井筒组合体30的中心套管连接，第三岩芯夹持器12出口管路通过三通与过滤器13的入口管路连接，过滤器13的出口管路与冷却器14的入口管路连接，最后冷却器14的出口管路与储罐连接形成闭合回路。

进一步地，储罐1的输出口的主管路上通过三通与第三控制阀17入口管路相连接，第三控制阀17的出口管路与第三增压泵4入口管路连接，第三增压泵4出口管路与第三压力表23的入口管路连接，第三压力表23的出口管路与第一岩芯夹持器10的围压控制入口管路连接，第一岩芯夹持器10的围压控制出口与第二岩芯夹持器11的围压控制入口管路连接，第二岩芯夹持器11的围压控制出口管路与第三岩芯夹持器12的围压控制入口管路连接，最后由岩芯夹持器12的出口管路与储罐1通过三通连接形成闭合回路。

依据本发明的第二方面，提供一种二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法，其包括以下步骤：

第一步：实验开始前将储罐1与第一增压泵2之间的第一控制阀15、储罐1与第二增压泵3之间第二控制阀16、储罐1与第三增压泵4之间的第三控制阀17、储罐1与第四增压泵5之间的第六控制阀20、过滤器13与冷却器14之间的第四控制阀18全部打开；同时关闭储罐1与第三岩芯夹持器12围压控制出口之间的第五控制阀19；

第二步：在第一流通管路中，储罐1输出口通过两通与第一控制阀15入口管路连接，第一控制阀15控制该流通管路的通停，第一控制阀15的出口管路与第一增压泵2入口管路相连接，第一增压泵2对流经的二氧化碳增压至8MPa，使其满足液态二氧化碳所需压力条件，第一增压泵2出口管路与第一压力表21入口管路连接，第一压力表21用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力8MPa，第一压力表21出口管路与第一温度调节器6入口管路连接，第一温度调节器6对流经的二氧化碳调节温度至25℃，使其满足液态二氧化碳所需温度条件，第一温度调节器6出口分别与第一温度表25入口连接，第一温度表25用于监测第一温度调节器6调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度25℃，流经第一温度表25的二氧化碳满足液态二氧化碳的温度压力条件变为液态，液态二氧化碳由第一温度表25的出口管路流出并流经第二岩芯夹持器11后，进入第二套管水泥环井筒组合体28内的套管中并从套管中的射孔部位进入第二套管水泥环井筒组合体29，流经第二套管水泥环井筒组合体29的液态二氧化碳流向第二岩芯夹持器11出口管路，第二岩芯夹持器11出口管路通过三通与过滤器13入口管路连接，过滤器13对流出二氧化碳中的固体杂质以及液体杂质进行过滤，过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却器14对流经的二氧化碳冷却二氧化碳至储罐存储温度返回储罐1；

第三步：在第二流通管路中，储罐1输出口管路通过三通连接的第二控制阀16入口管路，第二控制阀16控制该流通管路的通停，第二控制阀16的出口管路与第二增压泵3入口管路相连接，第二增压泵3对流经的二氧化碳增压至6MPa使其可以克服流经管路以及第一套管-水泥环-井筒组合体28沿程阻力损失，第二增压泵3出口管路与第二压力表22入口管路连接，第二压力表22用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力6MPa，第二压力表22出口管路与第二温度调节器7入口管路连接，第二温度调节器7对流经的二氧化碳调节温度至15℃，使流经的二氧化碳保持在气态二氧化碳所需温度条件，第二温度调节器7出口管路分别与第二温度表26入口管路连接，第二温度表26用于监测温度调节器调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度15℃，第二温度表26出口管路流出的二氧化碳满足气态二氧化碳温度压力条件并流经第一岩芯夹持器10后，进入第一套管水泥环井筒组合体28内的套管中并从套管中的射孔部位流经第一套管水泥环井筒组合体28，流经第一套管水泥环井筒组合体28的气态二氧化碳流向第一岩芯夹持器10出口管路，第一岩芯夹持器10出口管路通过两通与过滤器13入口管路连接，过滤器13对流出二氧化碳中的固体杂质以及液体杂质进行过滤，过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却器14对流经的二氧化碳冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

第四步：在第三流通管路中，储罐1输出口通过三通与第六控制阀20入口管路连接，第六控制阀20控制该流通管路的通停，第六控制阀20的出口管路与第四增压泵5入口管路相连接，第四增压泵5对流经的二氧化碳增压至8MPa，使其满足超临界二氧化碳所需压力条件，第四增压泵5出口管路与第四压力表24入口连接，第四压力表24用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力8MPa，第四压力表24出口管路与第三温度调节器8入口管路连接，第三温度调节器8对流经的二氧化碳调节温度至35℃，使其满足超临界二氧化碳所需的温度条件，第三温度调节器8出口管路与第三温度表27入口管路连接，第三温度表27用于监测温度调节器调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度35℃，流经第三温度表27出口的二氧化碳满足超临界二氧化碳的温度压力条件，第三温度表27出口管路与第三岩芯夹持器12入口管路连接，超临界二氧化碳流经第三岩芯夹持器12后通过进入与第三岩芯夹持器12入口管路相连接的第三套管-水泥环-井筒组合体30的套管内部，并从套管的射孔部位流经第三套管-水泥环-井筒组合体30后由第三岩芯夹持器12出口管路流入过滤器13入口管路，过滤器13对流经的二氧化碳中的固体杂质以及液体杂质进行过滤，过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却器14用于对流经的二氧化碳冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

第五步：在第四流通管路中，储罐1输出口通过三通连接的第三控制阀17入口管路，第三控制阀17控制该流通管路的通停，第三控制阀17出口管路与第三增压泵4入口管路相连接，第三增压泵4对流经的二氧化碳增压至4MPa，使其为三组岩芯夹持器提供围压，第三增压泵4出口管路与第三压力表23入口管路连接，第三压力表23用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力4MPa，第三压力表23出口管路与第一岩芯夹持器10的围压控制入口管路相连接，第一岩芯夹持器10的围压控制出口管路与第二岩芯夹持器11的围压控制入口管路连接，第二岩芯夹持器11的围压控制出口管路与第三岩芯夹持器12的围压控制入口管路连接，第三岩芯夹持器12的围压控制出口管路与储罐1连接，第三岩芯夹持器12的围压控制出口与储罐1之间连接第五控制阀19关闭，使三个岩芯夹持器的围压都在4MPa；

第六步：在一种适用于二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验第一步、第二部、第三步、第四步、第五步的同时，通过GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统31从实验0时刻开始对未注入二氧化碳的套管-水泥环-井筒组合体28、29、30进行初始扫描并分析计算组合体的空隙度、渗透率物性参数，之后每隔5小时对套管-水泥环-井筒组合体28、29、30进行扫描，并分析计算组合体的空隙度、渗透率物性参数以及套管-水泥环第一胶结面、水泥环-井筒第二胶结面的密封状况，试验不间断进行120小时，通过CT扫描进而研究气态、液态、超临界态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒组合体物性参数的影响进而研究对井筒完整性的影响；

第七步：一种适用于二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验步骤一～步骤六，试验进行120小时后，对岩芯夹持器10、11、12中的套管-水泥环-井筒组合体28、29、30取出进行沿组合体轴向人工切片，并通过扫描电镜进一步观察套管与水泥环第一胶结面、水泥环本体、水泥环与井筒第二胶结面由于气态、液态、超临界态二氧化碳流经作用的影响效果。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出的实验装置及实验方法采用三组增压泵与温度调节器进行温度压力控制使二氧化碳注入三个岩芯夹持器内套管中时以气态、液态、超临界状态三种状态穿过套管-水泥环-井筒组合体，可以实现模拟二氧化碳地质封存时气态、液态、超临界态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井壁完整性的影响研究。

2、本发明提出的实验装置及实验方法对于二氧化碳地质封存过程中，以气态、液态、超临界态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对于套管-水泥环-井筒完整性的影响研究，有益于对进行宏观地质封存时的二氧化碳沿套管-水泥环-井筒组合体泄露风险进行评估，避免后期二氧化碳的泄露风险。

附图说明

附图1为本发明的二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响实验装置的结构示意图；

附图2为图1中所示实验装置中的第一、第二增压泵和温度调节器示意图；

附图3为本发明所使用的第一岩芯夹持器以及第一套管-水泥环-井筒组合体示意图；

附图4为本发明所使用的固体过滤器以及液体冷却器的示意图。

附图中的附图标记如下：1.储罐；2.第一增压泵；3.第二增压泵；4.第三增压泵；5.第四增压泵；6.第一温度调节器；7.第二温度调节器；8.第三温度调节器；9.第四温度调节器；10.第一岩芯夹持器；11.第二岩芯夹持器；12.第三岩芯夹持器；13.固体过滤器；14.液体冷却器；15.第一控制阀、16.第二控制阀、17.第三控制阀、18.第四控制阀、19.第五控制阀、20.第六控制阀；21.第一压力表、22.第二压力表、23.第三压力表、24.第四压力表，25.第一温度表、26.第二温度表、27第三温度表，28.第一套管-水泥环-井筒组合体、29.第二套管-水泥环-井筒组合体、30第三套管-水泥环-井筒组合体、31.GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至下述具体结构或部件或具体参数。

本发明的二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置及实验方法，其从二氧化碳注入井井底注入不同相态二氧化碳时，不同相态二氧化碳从注入井井低依次流经套管-水泥环-井筒组合体进入封存储层过程中对套管-水泥环-井筒组合体完整性影响的实验装置及方法，通过GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统对注入超临界态、液态、气态三种相态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体不同阶段的组合体进行CT扫描，分析注入超临界态、液态、气态三种相态二氧化碳对套管与水泥环第一胶结面，水泥环本体，水泥环与井筒第二胶结面的完整性影响，进而研究二氧化碳地质封存过程中超临界态、液态、气态三种相态二氧化碳从二氧化碳注入井注入流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒组合体的影响。一种模拟二氧化碳地质封存过程中对套管-水泥环-井筒组合体完整性影响研究的实验方法是在一种适用于二氧化碳地质封存过程中超临界态、液态、气态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒组合体完整性影响研究的实验装置中进行。

下面参考附图1-4，对本发明的二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置做出概要说明。

本发明的二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置主要由以下部件构成：储罐1、第一增压泵2、第二增压泵3、第三增压泵4、第四增压泵5、第一温度调节器6、第二温度调节器7、第三温度调节器8、第四温度调节器9、第一岩芯夹持器10、第二岩芯夹持器11、第三岩芯夹持器12、过滤器13、冷却器14、第一控制阀15、第二控制阀16、第三控制阀17、第四控制阀18、第五控制阀19、第六控制阀20；第一压力表21、第二压力表22、第三压力表23、第四压力表24、第一温度表25、第二温度表26、第三温度表27，第一套管-水泥环-井筒组合体28、第二套管-水泥环-井筒组合体29、第三套管-水泥环-井筒组合体30、GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统31。

在本发明的二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验装置中，适用于二氧化碳地质封存过程中不同相态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体，其中包括四个流道以及一套医用多层X光CT扫描系统组成。具体流道连接如下：

第一流道：储罐1的输出口的主管路上通过两通与第一控制阀15入口管路相连接，第一控制阀15的出口管路与第一增压泵2的入口管路相连接，第一增压泵2出口管路与第一压力表21入口管路连接，第一压力表21出口管路与第一温度调节器6的入口管路链接，第一温度调节器6的出口管路与第一温度表25入口管路连接，第一温度表25出口管路与第二岩芯夹持器11入口管路相连接，第二芯夹持器11入口管路与第二套管-水泥环-井筒组合体29中心的人工套管入口连接，第二岩芯夹持器11出口管路与过滤器13的入口通过三通连接，过滤器13的出口管路与冷却器14的入口管路连接，最后冷却器14的出口管与储罐1连接形成闭合回路。

第二流道：储罐1的输出口的主管路上通过三通与第二控制阀16入口管路相连接，第二控制阀16的出口管路与第二增压泵3的入口管路相连接，第二增压泵3出口管路与第二压力表22入口管路连接，第二压力表22出口管路与第二温度调节器7的入口管路连接，第二温度调节器7的出口管路与第二温度表26入口管路连接，第二温度表26出口管路与第一岩芯夹持器10入口管路相连接，第一岩芯夹持器10入口管路与第一套管-水泥环-井筒组合体28连接，第一岩芯夹持器10出口管路通过两通与过滤器13的入口管路连接，过滤器13的出口管与冷却器14的入口管路连接，最后冷却器14的出口管路与储罐连接形成闭合回路。

第三流道：储罐1的输出口的主管路上通过两通与第六控制阀20入口管路相连接，第六控制阀20的出口管路与第四增压泵5入口管路连接，第四增压泵5出口管路与第四压力表24的入口管路连接，第四压力表24的出口管路与第三温度调节器8的入口管路连接，第三温度调节器8的出口管路与第三温度表27入口管路连接，第三温度表27出口管路与第三岩芯夹持器12入口管路连接，第三岩芯夹持器12入口管路与第三套管-水泥环-井筒组合体30连接，第三岩芯夹持器12出口管路通过三通与过滤器13的入口管路连接，过滤器13的出口管路与冷却器14的入口管路连接，最后冷却器14的出口管路与储罐连接形成闭合回路。

第四流道：储罐1的输出口的主管路上通过三通与第三控制阀17入口管路相连接，第三控制阀17的出口管路与第三增压泵4入口管路连接，第三增压泵4出口管路与第三压力表23的入口管路连接，第三压力表23的出口管路与岩芯夹持器10、11、12的围压控制入口管路连接，最后由岩芯夹持器12的出口管路与储罐1通过三通连接形成闭合回路。

储罐有效容积15000L，用于储存实验所需二氧化碳；第一增压泵2使流经的二氧化碳增压至8MPa、第二增压泵3使流经的二氧化碳增压至6MPa、第四增压泵5使二氧化碳增压至8MPa，第一温度调节器6使二氧化碳增温至25℃、第二温度调节器7使二氧化碳增温至15℃、第三温度调节器8使二氧化碳增温至35℃，第四温度调节器9使恒温箱增温至20℃，的一套CT扫描系统为GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统。

此外，二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法包括以下步骤：

第一步：实验开始前将储罐1与第一增压泵2之间的第一控制阀15、储罐1与第二增压泵3之间第二控制阀16、储罐1与第三增压泵4之间的第三控制阀17、储罐1与第四增压泵5之间的第六控制阀20、过滤器13与冷却器14之间的第四控制阀18全部打开。同时关闭储罐1与第三岩芯夹持器12围压控制出口之间的第五控制阀19。

第二步：在第一流通管路中，储罐1输出口通过两通连接的第一控制阀15入口，第一控制阀15控制该流通管路的通停，第一控制阀15的出口与第一增压泵2入口管路相连接，第一增压泵2对流经的二氧化碳增压至8MPa，第一增压泵2出口管路与第一压力表21入口管路连接，第一压力表21用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力8MPa，第一压力表21出口管路与第一温度调节器6入口管路连接，第一温度调节器6对流经的二氧化碳调节温度至25℃，第一温度调节器6出口管路分别与第一温度表25入口管路连接，第一温度表25用于监测第一温度调节器6调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度25℃，第一温度表25的出口管路与第二岩芯夹持器11入口管路连接，第二岩芯夹持器11出口管路通过三通与固体过滤器13入口管路连接，对流出二氧化碳中的固体杂质进行过滤，过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

第三步：在第二流通管路中，储罐1输出口管路通过三通连接的第二控制阀16入口管路，第二控制阀16控制该流通管路的通停，第二控制阀16的出口管路与第二增压泵3入口管路相连接，第二增压泵3对流经的二氧化碳增压至6MPa，第二增压泵3出口管路与第二压力表22入口连接，第二压力表22用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力6MPa，第二压力表22出口管路与第二温度调节器7连接，第二温度调节器7对流经的二氧化碳调节温度至15℃，第二温度调节器7出口管路分别与第二温度表26入口管路连接，第二温度表26用于监测温度调节器调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度15℃，第二温度表26出口管路与第一岩芯夹持器10入口管路连接，第一岩芯夹持器10出口管路通过两通与固体过滤器13入口管路连接，固体过滤器13对流出二氧化碳中的固体杂质进行过滤，固体过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

第四步：在第三流通管路中，储罐1输出口通过三通连接的第六控制阀20入口管路连接，第六控制阀20控制该流通管路的通停，第六控制阀20的出口管路与第四增压泵5入口管路相连接，第四增压泵5对流经的二氧化碳增压，第四增压泵5出口管路与第四压力表24入口连接，第四压力表24用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力8MPa，第四压力表24出口管路与第三温度调节器8入口管路连接，第三温度调节器8对流经的二氧化碳调节温度至35℃，第三温度调节器8出口管路分别与第三温度表27入口管路连接，温度表27用于监测温度调节器调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度35℃，温度表27出口管路与第三岩芯夹持器12入口管路连接，第三岩芯夹持器12出口管路通过三通与固体过滤器13入口管路连接，固体过滤器13对流出二氧化碳中的固体杂质进行过滤，固体过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

第五步：在第四流通管路中，储罐1输出口通过三通连接的第三控制阀17入口管路，第三控制阀17控制该流通管路的通停，第三控制阀17出口管路与第三增压泵4入口管路相连接，第三增压泵4对流经的二氧化碳增压至4MPa，第三增压泵4出口管路与第三压力表23入口管路连接，第三压力表23用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力4MPa，第三压力表23出口管路与第一岩芯夹持器10的围压控制入口管路相连接，第一岩芯夹持器10的围压控制出口管路与第二岩芯夹持器11的围压控制入口管路连接，第二岩芯夹持器11的围压控制出口管路与第三岩芯夹持器12的围压控制入口管路连接，第三岩芯夹持器12的围压控制出口管路与储罐1连接，第三岩芯夹持器12的围压控制出口与储罐1之间连接第五控制阀19关闭，使三个岩芯夹持器的围压都在4MPa。

第六步：在采用实验第一步、第二步、第三步、第四步、第五步的同时，通过GE Light Speed8医用多层X光CT扫描系统31从实验0时刻开始对未注入二氧化碳的套管-水泥环-井筒组合体28、29、30进行初始扫描并分析计算组合体的空隙度、渗透率物性参数，之后每隔5小时对套管-水泥环-井筒组合体28、29、30进行扫描，并分析计算组合体的空隙度、渗透率物性参数以及套管-水泥环第一胶结面、水泥环-井筒第二胶结面的密封状况，试验不间断进行120小时，通过CT扫描进而研究气态、液态、超临界态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒组合体物性参数的影响进而研究对井筒完整性的影响。

第七步：采用实验步骤一～步骤六，试验进行120小时后，对岩芯夹持器10、11、12中的套管-水泥环-井筒组合体28、29、30取出进行沿组合体轴向人工切片，并通过扫描电镜进一步观察套管与水泥环第一胶结面、水泥环本体、水泥环与井筒第二胶结面由于气态、液态、超临界态二氧化碳流经作用的影响效果。

进一步，可以借助另外的实施方式来实现本发明。具体如下：本发明提供的一种模拟二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法分别实现超临界二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程、液态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程、气态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程、三组套管-水泥环-井筒组合体的围压控制。进而同时对气态、液态、超临界态三种相态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒组合体完整性的影响进行研究。一种模拟二氧化碳地质封存过程中对套管-水泥环-井筒组合体完整性影响研究的实验方法是在二氧化碳地质封存过程中不同相态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒完整性影响研究的实验装置中进行，其中储罐1在进行二氧化碳地质埋存过程中不同相态二氧化碳流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒完整性研究实验前已存储足量的液态二氧化碳，使用的液态二氧化碳储罐有效容积为15000L，第四温度调节器9在整个实验过程中保持盛放岩芯夹持器的恒温箱温度保持在20℃。

在实施模拟二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法的装置中，使用了模拟液态二氧化碳注入过程对套管-水泥环-井筒影响研究实验装置，用于模拟液态二氧化碳在进行封存的二氧化碳注入井注入流经套管-水泥环-井筒过程中，液态二氧化碳对组合体的淋滤作用对组合体产生的影响。其包括储罐1、第一制阀15、第一增压泵2、压力表21、第一温度调节器6、第一温度表25、第二岩芯夹持器11、固体过滤器13、冷却器14组成。其中，储罐1输出口通过两通连接的第一控制阀15入口，第一控制阀15控制该流通管路的通停，第一控制阀15的出口与第一增压泵2入口管路相连接，第一增压泵2对流经的二氧化碳增压至8MPa，第一增压泵2出口管路与第一压力表21入口连接，第一压力表21用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力8MPa，第一压力表21出口管路与第一温度调节器6入口管路连接，第一温度调节器6对流经的二氧化碳调节温度至25℃，第一温度调节器6出口分别与第一温度表25入口连接，第一温度表25用于监测第一温度调节器6调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度25℃，第一温度表25的出口管路与第二岩芯夹持器11入口连接，第二岩芯夹持器11出口管路通过三通与固体过滤器13入口管路连接，对流出二氧化碳中的固体杂质进行过滤，过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

在实施模拟二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法的装置中，使用了模拟气态二氧化碳注入过程对套管-水泥环-井筒影响研究实验装置，用于模拟气态二氧化碳在进行封存的二氧化碳注入井注入流经套管-水泥环-井筒过程中，气态二氧化碳对组合体在淋滤作用过程中对组合体产生的影响。其包括储罐1、第二控制阀16、第二增压泵3、第二压力表22、第二温度调节器7、第二温度表26、第一岩芯夹持器10、固体过滤器13、冷却器14组成。其中，储罐1输出口管路通过三通连接的第二控制阀16入口管路，第二控制阀16控制该流通管路的通停，第二控制阀16的出口管路与第二增压泵3入口管路相连接，第二增压泵3对流经的二氧化碳增压至6MPa，第二增压泵3出口管路与第二压力表22入口连接，第二压力表22用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力6MPa，第二压力表22出口管路与第二温度调节器7连接，第二温度调节器7对流经的二氧化碳调节温度至15℃，第二温度调节器7出口分别与第二温度表26入口连接，第二温度表26用于监测温度调节器调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度15℃，第二温度表26出口管路与第一岩芯夹持器10入口管路连接，第一岩芯夹持器10出口管路通过两通与固体过滤器13入口管路连接，固体过滤器13对流出二氧化碳中的固体杂质进行过滤，固体过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

在实施模拟二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法的装置中，使用了模拟超临界态二氧化碳注入过程对套管-水泥环-井筒影响研究实验装置，用于模拟在进行封存的二氧化碳注入井注入超临界二氧化碳流经套管-水泥环-井筒过程中，超临界二氧化碳对组合体在淋滤作用过程中对组合体产生的影响。其包括储罐1、第六控制阀20、第四增压泵5、第四压力表24、第三温度调节器8、第三温度表27、第三岩芯夹持器12、固体过滤器13、冷却器14组成。其中，储罐1输出口通过三通连接的第六控制阀20入口管路连接，第六控制阀20控制该流通管路的通停，第六控制阀20的出口管路与第四增压泵5入口管路相连接，第四增压泵5对流经的二氧化碳增压，第四增压泵5出口管路与第四压力表24入口连接，第四压力表24用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力8MPa，第四压力表24出口管路与第三温度调节器8入口管路连接，第三温度调节器8对流经的二氧化碳调节温度至35℃，第三温度调节器8出口管路分别与第三温度表27入口管路连接，温度表27用于监测温度调节器调节后的二氧化碳温度是否满足设计温度35℃，温度表27出口管路与第三岩芯夹持器12入口管路连接，第三岩芯夹持器12出口管路通过三通与固体过滤器13入口管路连接，固体过滤器13对流出二氧化碳中的固体杂质进行过滤，固体过滤器13出口管路与冷却器14入口管路连接，冷却二氧化碳至储罐温度返回储罐1；

在实施模拟二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法的装置中，使用了围压控制装置，其用于为实验过程中为套管-水泥环-井筒组合体28、29、30提供围压。其包括储罐1、第三控制阀17、第三增压泵4、第三压力表23、第一岩芯夹持器10、第二岩芯夹持器11、第三岩芯夹持器12的围压控制入口。其中，储罐1输出口通过三通连接的第三控制阀17入口管路，第三控制阀17控制该流通管路的通停，第三控制阀17出口管路与第三增压泵4入口管路相连接，第三增压泵4对流经的二氧化碳增压至4MPa，第三增压泵4出口管路与第三压力表23入口管路连接，第三压力表23用于监测管路中二氧化碳的压力是否满足设计压力4MPa，第三压力表23出口管路与第一岩芯夹持器10的围压控制入口管路相连接，第一岩芯夹持器10的围压控制出口管路与第二岩芯夹持器11的围压控制入口管路连接，第二岩芯夹持器11的围压控制出口管路与第三岩芯夹持器12的围压控制入口管路连接，第三岩芯夹持器12的围压控制出口管路与储罐1连接，第三岩芯夹持器12的围压控制出口与储罐1之间连接第五控制阀19关闭，使三个岩芯夹持器的围压都在4MPa。

在实施模拟二氧化碳地质封存过程中对井筒完整性影响研究的实验方法的装置中，使用了套管-水泥环-井筒组合体物性GE Light Speed 8医用多层X光CT扫描系统，用于在进行二氧化碳地质封存过程中气态、液态、超临界态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒完整性影响进行扫描分析。通过GE Light Speed8医用多层X光CT扫描系统31从实验开始每隔5小时对套管-水泥环-井筒组合体28、29、30进行扫描，试验不间断进行120小时，通过CT扫描进而研究超临界态、液态、气态二氧化碳从二氧化碳注入井井底流经套管-水泥环-井筒组合体过程中对套管-水泥环-井筒完整性影响。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。