[发明专利]一种超临界二氧化碳动态溶蚀岩石的加速试验方法

说明书

本发明涉及一种超临界二氧化碳动态溶蚀岩石的加速试验方法，属于岩石力学试验技术领域，利用二氧化碳高压柱塞泵提供高压条件(0～40MPa)，利用加热系统提供高温条件(0～400℃)，利用所提供的高温条件进行加速试验，利用搅拌装置提供流体流动条件，通过在高温高压反应釜内模拟储层环境，为进行岩石酸化试验奠定试验方法基础，以揭示超临界二氧化碳对岩石的长期动态溶蚀作用机理。本试验采用加速试验的方法，不仅达到了缩短试验时间的效果，而且增强了试验的可重复性，使试验有足够的重复观察次数，避免了采用等长时间进行实验而出现的偶然性。

技术领域

本发明涉及一种超临界二氧化碳动态溶蚀岩石的加速试验方法，属于岩石力学试验技术领域。

背景技术

化石能源作为中国能源消费结构的主体，在推动经济快速发展的同时，也对自然环境造成了极大的破坏，直接导致我国经济发展与环境保护矛盾的尖锐化，因此寻找能够替代化石能源的可再生清洁能源成为社会经济发展的重要任务。在众多新型可再生能源中，地热能分布广泛，储量巨大，且供能持续稳定，具有广阔的开发前景和发展潜力。按照地热能的成因和存储条件不用，可分为水热型地热资源和干热岩型地热资源，其中干热岩型地热资源储量极高，是国内外学者争相研究的重点。干热岩开采与利用需要通过EGS完成，传统的EGS通过采用水力压裂等人工激发技术，在热储岩体内产生新裂隙或者诱发原生裂隙的连通，形成裂隙网，而这一过程需要大量的水混着支撑剂和化学添加剂注入井内达到储层改造效果，因此产生了诸多弊端：一是压裂液的回流现象会对开采地区地下水造成污染，二是干热岩储层中黏土矿物含量普遍较高，黏土遇水易膨胀的特性会影响储层的改造效果，严重时会造成坍塌等安全事故，三是水力压裂对水资源的需求量极大，在水资源匮乏地区难以实现此种开采方式。针对水基压裂液存在的诸多弊端，国内外学者研究发现，超临界二氧化碳流体可有效避免黏土遇水膨胀问题，改善储层渗流通道，同时，其低粘特性能使储层产生诸多微裂隙，可最大限度地贯通天然裂隙，增强裂缝导流能力，提高采收率，因此超临界二氧化碳作为新型压裂液选项而受到重视。

利用超临界二氧化碳作为压裂液开采干热岩，是利用干热岩储层内的高温高压环境，促使液态二氧化碳转化为超临界状态。随着二氧化碳被注入井中，会挤压热储层中的地下水，使其向地层周围扩散，钻孔周围储层中的压裂液为超临界二氧化碳的单相液体，其外围储层是则超临界二氧化碳-水-岩耦合反应区，该区域液体环境复杂，储层中的岩体受到液体物理压裂与化学溶蚀两方面的共同作用，该区域也是当前研究重点集中区域。目前对于地热储层中化学溶蚀的研究主要借鉴石油天然气工程领域的技术，为了研究地热储层中岩石的化学溶蚀，必须依据场地EGS热储层的地质特征，模拟其反应条件和反应环境。但油气系统和地热系统有着明显的差别，油气储层埋深小，所处地温不高，因此油气试验通常采用热水加热、蒸汽加热、烟气直接加热等方式，以上三种方式加热慢、最大加热温度难以达到干热岩储层环境的温度条件；油气系统测试岩样多为岩石碎屑或颗粒，因此相关测试仪器容积较小，无法适用国际岩石力学协会推荐的力学测试样品尺寸；同时溶蚀试验通常采用静态浸泡试验，极少有流动酸液对岩石影响方面的研究。在模拟动态酸液时，通常使用搅拌反应釜，即采用在釜内设置搅拌装置的方式来实现，搅拌装置通常安装在反应釜上盖，这就导致搅拌杆与上盖的连接处难以实现密封，需要借助两块可以相互吸引的磁力装置，将搅拌杆连接一磁力装置，并与上盖一起实现密封；然后在外部使用另一磁力装置与电机连接，保证两块磁铁间的吸引力足够大，便可在保证密封的前提下，实现由电机带动磁力装置进而带动搅拌杆转动，从而在釜内形成动态流体。但是当温度高于200～250℃时，磁铁会出现失磁现象，这就导致搅拌反应釜难以突破这一温度屏障。而相关研究通常对岩石试块采用等时间长度酸化的处理方法来研究长期储层改造期间岩石的溶蚀损伤规律，这种方法试验周期长，可重复性差，而岩石材料的力学强度、矿物成分等方面均存在较大的离散性，若不进行重复试验、综合考量其测试结果，会存在较大误差，试验结果并不具有说服力。因此，必须采用加速试验的方法，才能缩短试验周期、进行重复试验。提高温度作为实现加速试验的主要途径，不仅更易实现，而且500℃以内的温度均不会对花岗岩产生热破裂影响。但由于提高搅拌反应釜的温度上限存在一定的技术困难，研究超临界二氧化碳对岩石的动态溶蚀作用机制缺少必要的仪器设备及试验方法，导致缺少必要的、充足的、可靠的试验研究数据，相关理论不完善，对现场试验不具有指导意义。