超临界地热岩石原位渗透率测试设备

    技术2024-12-25  39


    本发明属于岩石裂隙渗流试验,尤其涉及超临界地热岩石原位渗透率测试设备。


    背景技术:

    1、干热岩型地热资源是一种典型的清洁能源,该能源分布范围广泛、运行稳定且储量巨大,具有很高的利用价值。开发干热岩地热资源需要建立增强型地热系统(egs),该系统通过注入低温流体,利用地下深层温度几乎恒定的特性,使低温流体升温,并将其从地下抽出获得高温流体,利用高温流体进行发电以提取地热能源。储层的渗透性直接影响该系统的运行效率及寿命。

    2、目前,测渗透率的时候使用的胶套都无法超过300度,一旦温度过高,胶套变软,进而不能提供围压,而在实际工况中,超临界地热温度可能高达500℃,现有的试验设备不能准备模拟工况环境,导致试验数据不准确,因此,亟需超临界地热岩石原位渗透率测试设备来解决。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是提供超临界地热岩石原位渗透率测试设备,以解决上述问题。

    2、为实现上述目的,本发明提供了如下方案:

    3、超临界地热岩石原位渗透率测试设备,包括:

    4、试样箱体,所述试样箱体内安装有试样夹具,试样安装在所述试样夹具内,所述试样夹具的外壁与所述试样箱体内壁之间设有空腔,所述试样箱体上固接有第二温度传感器;

    5、加热部,用于加热所述试样箱体;

    6、保温部,包裹在所述试样箱体和所述加热部的外侧;

    7、围压部,设置在所述保温部外侧,所述围压部的出液端贯穿所述保温部和所述加热部与所述空腔连通,所述空腔内填充有聚醚醚酮,所述围压部通过对所述聚醚醚酮施压产生对所述试样的围压;

    8、流体渗透组件,与所述试样连通,用于测量所述试样渗透率。

    9、优选的,所述加热部包括若干加热板,若干所述加热板环绕设置在所述试样箱体外侧壁,所述加热板与所述试样箱体侧壁固接,所述加热板上固接有第三温度传感器。

    10、优选的,所述保温部包括保温介质,所述保温介质包裹在所述试样箱体和若干所述加热板的外侧。

    11、优选的,所述围压部包括围压材料注入管,所述围压材料注入管固接在位于顶部的所述加热板的顶面,所述围压材料注入管的底端贯穿位于顶部的所述加热板和所述试样箱体的顶部,所述围压材料注入管的底端与所述空腔连通,所述聚醚醚酮通过所述围压材料注入管注入至所述空腔内,所述聚醚醚酮传动连接有油泵试压部。

    12、优选的,所述油泵试压部包括施压滑块,所述施压滑块竖直滑动设置在所述围压材料注入管内,所述聚醚醚酮位于所述施压滑块的底部,所述施压滑块的顶部与所述围压材料注入管内壁之间的腔体连通有油压泵,所述油压泵通过注入液压油驱动所述施压滑块挤压所述聚醚醚酮产生围压,所述施压滑块上固接有围压传感器。

    13、优选的,所述流体渗透组件包括夹持部、流体进入部和流体回收部;

    14、所述流体进入部和所述流体回收部分别设置在所述试样箱体的两端,所述试样夹具夹持在所述流体进入部和所述流体回收部之间,所述流体进入部和所述流体回收部分别与相对应的所述试样夹具的端部抵接,所述流体进入部和所述流体回收部均与所述试样连通;

    15、所述夹持部将所述流体进入部和所述流体回收部夹持在中间。

    16、优选的,所述夹持部包括固定反力板,所述固定反力板的一侧固接有两个上下对称设置的滑道的一端,两个所述滑道的另一端固接在固定板上,两个所述滑道上水平滑动有滑动施压板;

    17、所述流体进入部和所述流体回收部位于所述滑动施压板和所述固定反力板之间;

    18、所述滑动施压板与所述固定板之间设有压力机,所述压力机的固定端与所述固定板中部固接,所述压力机的活动端与所述滑动施压板中部固接,所述压力机连通有压力泵。

    19、优选的,所述流体进入部包括施压嘴托,所述施压嘴托水平滑动设置在所述试样箱体的一端,所述施压嘴托尺寸与所述试样箱体内径相匹配,所述施压嘴托一侧内部设置有阶梯状结构,所述阶梯状结构内匹配设置有注入嘴,所述注入嘴与所述施压嘴托水平滑动设置,所述注入嘴的一端与所述施压嘴托限位配合,所述注入嘴的另一端抵接在所述试样夹具的一端;

    20、所述施压嘴托远离所述注入嘴的一端固接有若干导力杆的一端,若干所述导力杆的另一端固接在同一个流体注入导力块的一端,所述流体注入导力块的另一端与所述滑动施压板远离所述压力机一侧中部固接;

    21、所述注入嘴远离所述试样的一端通过注入管道连通有注入泵,所述注入管道的出液端依次贯通所述流体注入导力块和所述施压嘴托的中心与所述注入嘴连通;

    22、所述注入管道外壁上绕设有用于对流体加热的预加热线圈,所述注入管道内固接有用于检测注入压力的渗透压力传感器和用于检测注入温度的第一温度传感器。

    23、优选的,所述流体回收部包括反压嘴托,所述反压嘴托水平滑动设置在所述试样箱体远离所述施压嘴托的一端,所述反压嘴托靠近所述试样一侧开设有阶梯状结构,流出嘴设置在所述反压嘴托的阶梯状结构内,所述流出嘴的一端与所述试样夹具远离所述施压嘴托的一端抵接,所述流出嘴的另一端与所述反压嘴托限位配合,所述反压嘴托远离所述流出嘴的一侧固接有若干反力杆的一端,若干所述反力杆的另一端固接在所述固定反力板上,所述流出嘴的一端与所述试样连通,所述流出嘴的另一端通过管路连通有流量计,所述管路内固接有用于检测渗出流体的温度的第四温度传感器和用于检测渗出流体的压力的渗出压力传感器。

    24、优选的,所述第一温度传感器、渗透压力传感器、围压传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、渗出压力传感器和流量计电性连接有数据采集器,所述数据采集器电性连接有计算机。

    25、与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:

    26、使用时,在试样外侧包裹由聚酰亚胺制成的薄膜套筒,随后将试样通过试样夹具安装在试样箱体内,同时在试样箱体的外部设置加热部以及包裹保温部,将试样夹具的外壁与试样箱体内壁之间的空腔与围压部连通,通过围压部向空腔内填充聚醚醚酮,随后通过加热部对试样箱体进行加热使空腔内填充的聚醚醚酮呈熔融态作为围压流体,并通过围压部对聚醚醚酮施压产生对试样的围压,在试验环境设置完毕后,通过将流体渗透组件与试样连通,本装置通过采用聚醚醚酮作为围压流体,可进行常温至600℃条件下的岩心渗透率测试,由于聚醚醚酮熔点为343℃,即使在450℃下也具有350pa·s的高粘度,因此可以为岩心在高温下施加稳定的高围压,解决现有技术中由于高温使胶套变软的技术问题,同时防止薄膜套筒和样品表面之间的短路流动。



    技术特征:

    1.超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述加热部包括若干加热板(9),若干所述加热板(9)环绕设置在所述试样箱体(27)外侧壁,所述加热板(9)与所述试样箱体(27)侧壁固接,所述加热板(9)上固接有第三温度传感器(19)。

    3.根据权利要求2所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述保温部包括保温介质(8),所述保温介质(8)包裹在所述试样箱体(27)和若干所述加热板(9)的外侧。

    4.根据权利要求2所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述围压部包括围压材料注入管(25),所述围压材料注入管(25)固接在位于顶部的所述加热板(9)的顶面,所述围压材料注入管(25)的底端贯穿位于顶部的所述加热板(9)和所述试样箱体(27)的顶部,所述围压材料注入管(25)的底端与所述空腔连通,所述聚醚醚酮(26)通过所述围压材料注入管(25)注入至所述空腔内,所述聚醚醚酮(26)传动连接有油泵试压部。

    5.根据权利要求4所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述油泵试压部包括施压滑块(24),所述施压滑块(24)竖直滑动设置在所述围压材料注入管(25)内,所述聚醚醚酮(26)位于所述施压滑块(24)的底部,所述施压滑块(24)的顶部与所述围压材料注入管(25)内壁之间的腔体连通有油压泵(20),所述油压泵(20)通过注入液压油驱动所述施压滑块(24)挤压所述聚醚醚酮(26)产生围压,所述施压滑块(24)上固接有围压传感器(17)。

    6.根据权利要求1所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述流体渗透组件包括夹持部、流体进入部和流体回收部;

    7.根据权利要求6所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述夹持部包括固定反力板(1),所述固定反力板(1)的一侧固接有两个上下对称设置的滑道(2)的一端,两个所述滑道(2)的另一端固接在固定板(4)上,两个所述滑道(2)上水平滑动有滑动施压板(3);

    8.根据权利要求7所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述流体进入部包括施压嘴托(30),所述施压嘴托(30)水平滑动设置在所述试样箱体(27)的一端,所述施压嘴托(30)尺寸与所述试样箱体(27)内径相匹配,所述施压嘴托(30)一侧内部设置有阶梯状结构,所述阶梯状结构内匹配设置有注入嘴(32),所述注入嘴(32)与所述施压嘴托(30)水平滑动设置,所述注入嘴(32)的一端与所述施压嘴托(30)限位配合,所述注入嘴(32)的另一端抵接在所述试样夹具(28)的一端;

    9.根据权利要求8所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述流体回收部包括反压嘴托(34),所述反压嘴托(34)水平滑动设置在所述试样箱体(27)远离所述施压嘴托(30)的一端,所述反压嘴托(34)靠近所述试样(29)一侧开设有阶梯状结构,流出嘴(33)设置在所述反压嘴托(34)的阶梯状结构内,所述流出嘴(33)的一端与所述试样夹具(28)远离所述施压嘴托(30)的一端抵接,所述流出嘴(33)的另一端与所述反压嘴托(34)限位配合,所述反压嘴托(34)远离所述流出嘴(33)的一侧固接有若干反力杆(35)的一端,若干所述反力杆(35)的另一端固接在所述固定反力板(1)上,所述流出嘴(33)的一端与所述试样(29)连通,所述流出嘴(33)的另一端通过管路连通有流量计(23),所述管路内固接有用于检测渗出流体的温度的第四温度传感器(21)和用于检测渗出流体的压力的渗出压力传感器(22)。

    10.根据权利要求9所述的超临界地热岩石原位渗透率测试设备,其特征在于:所述第一温度传感器(15)、渗透压力传感器(16)、围压传感器(17)、第二温度传感器(18)、第三温度传感器(19)、第四温度传感器(21)、渗出压力传感器(22)和流量计(23)电性连接有数据采集器(12),所述数据采集器(12)电性连接有计算机(11)。


    技术总结
    本发明属于岩石裂隙渗流试验技术领域,尤其涉及超临界地热岩石原位渗透率测试设备,包括:试样箱体,试样箱体内安装有试样夹具,试样安装在试样夹具内,试样夹具的外壁与试样箱体内壁之间设有空腔,试样箱体上固接有第二温度传感器;加热部,用于加热试样箱体;保温部,包裹在试样箱体和加热部的外侧;围压部,设置在保温部外侧,围压部的出液端贯穿保温部和加热部与空腔连通,空腔内填充有聚醚醚酮,围压部通过对聚醚醚酮施压产生对试样的围压;流体渗透组件,与试样连通,用于测量试样渗透率。本装置通过采用聚醚醚酮作为围压流体,可以为岩心在高温下施加稳定的高围压,解决现有技术中由于高温使胶套变软的技术问题。

    技术研发人员:岳高凡,李晓媛,朱喜
    受保护的技术使用者:中国地质科学院水文地质环境地质研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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