一种高温高压气液两相可视及测量试验装置

1.本发明涉及一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，属于高温高压渗流技术领域。


背景技术：

2.原位注热开采属于原位溶浸采矿的范畴，它是通过在开采目标矿层上覆地表布置井网，将热解流体注入目标矿层，利用注入流体与矿层有用组分之间发生的物理、化学、热、力等耦合作用原理，对矿层进行热解并将其中有用组分转变为流体，流动传输至目标井，而后排采至地面的一种采矿方法。与露天开采或井工开采相比，具有安全、高效、节能、环保等方面的巨大优势，由于不破坏地表、不污染环境，在地下矿产资源开采、尤其是深部矿产资源开采中具有极为广阔的发展应用前景，因此，对原位注热开采进行理论研究，具有十分重要的意义与价值。
3.现有的煤层气领域研究主要侧重气井开发技术等方面，由于煤岩力学特性与实验条件等方面的限制，研究进展比较缓慢，针对煤层气井排水产气过程渗流特性及渗透率变化的实验理论研究还不足，在一定程度上制约了煤层气资源高效开发。已有的研究提出注过热水加热煤层，以达到提高煤层渗透性的技术方案是可行的，需要通过实验研究应力、温度作用下，解吸气体与煤层水两相渗流规律，目前由于高温对加热方式、渗透装置密封性能的限制，相关的实验研究大部分集中在100℃以下，对于高于100℃的温度条件及应力条件下煤体气液两相渗流的研究很少。其试验条件与地下注热条件相距甚远，不能体现深部矿物赋存的地应力条件。为更加真实模拟深部地下矿物的赋存条件，进行高温高压渗流实验研究，需要对试验装置及试验方法进行重要革新。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，克服了传统试验方法的缺陷与不足，根据开采煤层赋存条件下的地应力条件，公开提供一种能够满足在试验室内对地下深部煤层进行注热强化瓦斯抽采的两相渗流研究的先进、高效、直观、可靠的检测装置与相应方法。
5.本发明主要用于对低渗透煤层进行注热强化煤层气开采的气液两相渗流试验研究，通过对高温高压条件下试件进行渗透性试验、进行产水产气分析，为原位注热开采提供理论依据。
6.本发明提供了一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，该装置能够对试件在高温条件下加载轴压和围压，试件尺寸为ф50
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100mm，试件轴压与围压达70mpa，试件环境温度达250℃，可模拟煤层埋藏深度达1000m以深的地质环境条件。
7.一种高温高压气水两相可视及测量试验装置，该试验装置包括高精度计量装置、气液两相注入装置、流体产物排出装置、测试控制装置及岩心夹持器。
8.高精度计量装置是装置的重要组成部分，主要对实验注入与产出流体进行计量；
包括金属外壳、带刻度耐高压石英管、毛细管、密封垫、流体收集容器、阀门；岩心夹持器包括耐高温硅胶套筒、球形座、绝缘片及外壳。试件四周由耐高温硅胶套筒密封，试件流体流入端放置球形座，将试件和硅胶套筒放入夹持器内，流体流出端堵头位置包裹厚度0.5mm聚四氟乙烯（ptfe）绝缘片，将夹持器做绝缘处理，可测量不同流体含量下试件的电阻率；外壳端部设有流体进入孔；气液两相注入装置包括气相装置和液相装置，气相装置将高压气体注入到岩心夹持器，给试件加载不同的孔隙压力；液相装置将高压液体注入到岩心夹持器，给试件加载不同的轴压、围压、孔隙压力，以模拟矿物的真实埋藏地质环境。
9.气相装置包括气瓶、调压阀、进气阀，气体通过调压阀进行加压，通过流体进入孔进入夹持器内腔。液相装置包含加压手摇泵、压力表、稳压器、进液阀，加压手摇泵与带压力的液体连接，经过稳压器稳压，由流体进入孔进入夹持器腔内。
10.流体产物排出装置，主要将经高温高压渗流后流体排出夹持器并进行收集。该装置包括稳装置、高精度计量装置、流体收集器组成，气液两相流体排出后进入高精度计量装置进行分离与计量。
11.测试控制装置，主要通过温度传感器、温度控制装置、手摇泵、稳压器和压力表对试验过程进行精确测量与控制，以保证试验条件与测试结构的可靠性。包括围压稳压器、轴压稳压器、测温温度传感器、温度控制器，其中位于夹持器的控温温度传感器用来控制试验反应的温度；压力表用来控制进入夹持器内部的流体压力；位于夹持器侧面的稳压器和压力表用来提供试件轴向、径向压力。
12.本发明的高精度计量装置是重要组成部分，主要对实验注入与产出流体进行计量；气液两相注入装置包括气体和液体注入，气相装置将高压气体注入到样品筒中，给试件加载不同的轴压和围压，以模拟矿物的真实埋藏地质环境。流体产物排出装置，主要将经高温高压渗流后流体排出夹持器并进行收集。测试控制装置，主要通过温度传感器、温度控制装置、手摇泵、稳压器和压力表对试验过程进行精确测量与控制，以保证试验条件与测试结构的可靠性。
13.上述的一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，所述的高精度计量装置通过读取石英管液面可计量累计进液量、产液量、产气量，精度0.01ml。
14.上述的一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，所述的给试件加载的轴压和围压为0～70mpa，温度为20～250℃。
15.上述的一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，所述的流体注入装置，可进行单相流体渗流试验或两相流体渗流试验。
16.上述的一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，所述的气体收集装置可以收集生成的气体并进行保存，所述的液体收集装置可以收集生成的液体并进行保存。
17.上述的一种高温高压气液两相可视及测量试验装置，所述的夹持器加入绝缘材料，可进行试件不同流体饱和度下电阻率。
18.上述的一种高温高压气液两相可视及测量试验方法，所采用的装置为一种能够高温高压封装试件，可模拟矿物埋藏深度达1000m以深的地质环境条件的装置，该方法首先将试件置于硅胶套筒中，并将样品筒放入夹持器内腔，盖上夹持器两端压头，设定加热温度，开启温度控制器对试件进行加热，通过温度传感器测量温度，当温度达到设定值并稳定30
分钟后，通过手摇泵和稳压器对试件施加轴压与围压，通过压力表控制压力至设定压力值，通过调节气液两相注入装置使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态进行流体渗流试验，而后，开启流体产物排出装置，经高温高压渗流后的流体通过出口端进入流体产物排出装置。改变试件相应作用温度、压力、地质环境条件，重复上述步骤即可进行不同条件下的煤体气液两相渗流试验，其具体实施步骤为：1）将试件尺寸为ф50
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100mm的试件置于硅胶套筒中，并将其放入夹持器内腔，盖上夹持器压头并进行密封；2）设定加热温度，开启加热控制装置对试件进行加热，当温度达到设定值20～250℃并稳定30分钟后，通过手摇泵和稳压器对试件施加轴压与围压，通过压力表控制压力至设定压力值，至设定压力值0～70mpa；3）通过调节气液两相注入装置使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态进行气液两相渗流试验；4）开启流体产物排出装置，经高温高压渗流后的流体通过出口端进入流体产物排出装置，并通过高精度计量装置进行气液产物分离和计量。
19.本发明的有益效果：与现有的高温高压气液两相渗流装置与方法相比，该检测装置充分考虑矿物地质赋存条件下的地应力条件，可以对试件分别加载达到70mpa的轴压和围压，试件环境温度达250℃，可模拟矿物埋藏深度达1000m以深的地质环境条件。本发明不仅是高温高压热解反应的试验方法及试验装置的重要革新，更为大埋深不可开采矿物的原位溶浸采矿提供了可行的试验方法。
附图说明
20.图1为高温高压气液两相可视及测量试验装置示意图。
21.图中：1——试件；2——硅胶套筒；3——围压入口；4——轴压入口；5——流体进入孔；6——球形座；7——绝缘片；8——手摇泵；9——压力表；10——金属外壳；11——石英管；12——毛细管；13——密封垫；14——流体收集器；15——气瓶；16——调压阀；17——进气阀；18——稳压阀；19——进液阀；20——进液阀；21——补液阀；22——注液阀；23——连通阀；24——围压稳压器；25——轴压稳压器；26——进液稳压器；27——回压稳压器；28——保温装置；29——温度传感器；30——温度控制器。
具体实施方式
22.下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
23.如图1所示，一种高温高压气水两相可视及测量试验装置，该试验装置包括高精度计量装置、气液两相注入装置、流体产物排出装置、测试控制装置及岩心夹持器。
24.高精度计量装置是装置的重要组成部分，主要对实验注入与产出流体进行计量；包括金属外壳10、带刻度耐高压石英管11、毛细管12、密封垫13、流体收集容器14、阀门23；岩心夹持器包括耐高温硅胶套筒2、球形座6、绝缘片7及外壳。试件四周由耐高温硅胶套筒2密封，试件流体流入端放置球形座6，将试件1和硅胶套筒2放入夹持器内，流体流出端堵头位置包裹厚度0.5mm聚四氟乙烯（ptfe）绝缘片7，将夹持器做绝缘处理，可测量不
同流体含量下试件的电阻率。
25.气液两相注入装置包括气相装置和液相装置，气相装置将高压气体注入到岩心夹持器，给试件加载不同的孔隙压力；液相装置将高压液体注入到岩心夹持器，给试件加载不同的轴压、围压、孔隙压力，以模拟矿物的真实埋藏地质环境。
26.气相装置包括气瓶15、调压阀16、进气阀17和流体进入孔5，气体通过调压阀进行加压，通过流体进入孔5进入夹持器内腔。液相装置包含加压手摇泵8、压力表9、稳压器26、进液阀19、流体进入孔5，加压手摇泵8与带压力的液体连接，经过稳压器稳压，由流体进入口5进入夹持器腔内。
27.流体产物排出装置，主要将经高温高压渗流后流体排出夹持器并进行收集。该装置包括回压稳压器27、流体收集器14，气液两相流体排出后进入高精度计量装置进行分离与计量。
28.测试控制装置，主要通过温度传感器、温度控制装置、手摇泵、稳压器和压力表对试验过程进行精确测量与控制，以保证试验条件与测试结构的可靠性。该装置包括围压稳压器24、轴压稳压器25、温度传感器29、温度控制器30，其中位于夹持器的控温温度传感器用来控制试验反应的温度；压力表用来控制进入夹持器内部的流体压力；位于夹持器侧面的稳压器和压力表用来提供试件轴向、径向压力。
29.其中，高精度计量装置是重要组成部分，主要对实验注入与产出流体进行计量；气液两相注入装置，主要将高压气体、液体注入到样品筒中，给试件加载不同的轴压和围压，以模拟矿物的真实埋藏地质环境；流体产物排出装置，主要将经高温高压渗流后流体排出夹持器并进行收集；测试控制装置，主要通过温度传感器、温度控制装置、手摇泵、稳压器和压力表对试验过程进行精确测量与控制，以保证试验条件与测试结构的可靠性。
30.该试验装置能够满足模拟矿物埋藏深度达400m的地质环境条件的试验要求，通过温控装置将试件加热至30℃，通过气体压力注入装置给试件提供10mpa的轴压和围压，保持恒温恒压状态充分恒温24小时，通过对注入与产出流体进行计量，并对试件进行渗透性试验，对该试验条件下，低渗透煤层进行注热强化煤层气开采的气水两相渗流进行分析。具体操作步骤如下：ⅰ. 将试件尺寸为ф50
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100mm的试件置于硅胶套筒中，并将其放入夹持器内腔，盖上夹持器压头并进行密封；ⅱ. 设定加热温度为30℃，开启温度控制装置对试件进行加热，当温度达到设定值并稳定30分钟后，开启高压气体、液体注入到样品筒中，对试件施加轴压与围压，至设定压力值10mpa；ⅲ. 通过调节测试控制装置使试件保持在模拟地层条件下的恒温恒压状态以进行保温保压24小时；ⅳ. 开启流体产物排出装置，经高温高压渗流后的流体通过出口端进入流体产物排出装置，并通过高精度计量装置进行气液产物分离和计量；
ⅴ
. 通过对注入与产出流体进行计量，并对试件进行渗透性试验，对该试验条件下，低渗透煤层进行注热强化煤层气开采的气水两相渗流进行分析，本次高温高压气水两相测量试验完成。