[发明专利]一种多场耦合渗流多功能实验装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种多场耦合渗流多功能实验装置，它包括装置本体、应力场控制系统、温度场控制系统、流体加载控制系统和流体渗流测量系统，它还公开了利用温度场、应力场、孔隙压力场、渗流场多场耦合状态下进行对致密气、页岩气、致密油、页岩油、天然气水合物和地热的渗流实验。本发明的有益效果是：不仅满足了致密气、页岩气、致密油、页岩油对温度压力的需要，更重要的是，在满足天然气水合物流动测试对低温需要的同时，还能满足地热开采对高温的需求；模拟真实地层环境，能够通过同一台设备分别完成对致密气、页岩气、致密油、页岩油，天然气水合物、干热岩等非常规能源的开采渗流实验。

技术领域

本发明涉及石油与天然气工程领域，特别是一种多场耦合渗流多功能实验装置及测试方法。

背景技术

近年来，随着石油工业的深入发展，致密气、页岩气、致密油、页岩油，天然气水合物、地热等非常规能源的开采越来越受到人们的重视，逐渐成为我国能源开发热点。上述非常规能源涉及的流体类型差异大、储存介质类型差异大、温度范围差异大、且均处于地层围压及上覆压力形成的应力场环境，给相关渗流实验装置设计及测试方法带来了巨大的挑战。

重庆大学许江等人的专利 《多功能真三轴流固耦合试验系统》 （申请号：201210231738.X）完成了对流固耦合实验系统的研制，但该发明专利缺少温度加载及控制系统，无法模拟真实地层环境下的渗流实验，实验对象仅限于煤层气，无法测试真实地层条件下页岩气、致密气、页岩油、致密油、天然气水合物、干热岩的渗流。

太原理工大学梁卫国等人的专利《一种煤岩高温高压真三轴压裂渗流实验装置》（申请号：201510080598.4）完成了在高温岩石的应力应变情况下煤岩渗流实验装置，但该实验装置缺少低温加载及控制系统，缺乏液体加载及渗流系统，致使该实验装置无法完成天然气水合物、页岩油、致密油渗流实验。

东北大学冯夏庭、陈天宇等在专利《含气页岩应力-渗流-温度耦合及驱替试验的装置及方法》（申请号：201310172572.3）中完成了高温驱替装置的设计，该实验装置同样因为缺少低温加载及控制系统，缺少液体加载及渗流系统，致使该实验装置无法完成天然气水合物、页岩油、致密油渗流实验。

西南石油大学潘毅等在专利《一种超临界CO₂与页岩中CH₄竞争吸附测试装置及其测试方法》（申请号：2015109996370）中，完成了竞争吸附测试装置的设计，但该装置缺少轴压加载系统，并且无法监测和测量岩样径向和轴向在应力的作用下的尺寸的变化，因此无法完成应力场作用下的页岩气、致密气、页岩油、致密油、天然气水合物、干热岩渗流实验。

针对致密气、页岩气、致密油、页岩油，天然气水合物、地热的多场耦合渗流测试，上述发明存在以下问题：（1）采用人造岩心，无法真实模拟地层岩样内部情况；（2）实验功能单一，针对页岩气，或者页岩油，或者天然气水合物，或者地热资源，每个实验对象需要一套专门的装置进行实验，测试成本高、测试周期长，设备占用空间大；（3）缺少一种在模拟三维应力条件下探究地下储层物性变化情况的装置；（3）无法满足天然气水合物及地热渗流实验对低、高温的需要。

总而言之，现有的多场耦合渗流实验设备功能相对单一，只能完成单一流体的多场耦合渗流实验，要么是煤层气多场耦合渗流、要么是页岩气多场耦合渗流、要么是致密气多场耦合渗流，无法利用同一套设备分别开展页岩气、致密气、页岩气、致密油、页岩油，天然气水合物、地热的多场耦合渗流实验。