[发明专利]超临界CO2缝内携砂模拟实验装置及系统

说明书

本发明提出一种超临界CO₂缝内携砂模拟实验装置及系统，涉及石油、天然气钻井领域，超临界CO₂缝内携砂模拟实验装置包括裂缝模拟单元，裂缝模拟单元包括围压筒、携砂液输送管和裂缝模型，围压筒具有中空的容置腔，裂缝模型设置在容置腔内，裂缝模型内设有裂缝流道，裂缝流道的两端分别设有裂缝进口和裂缝出口，围压筒的外壁上开设有安装孔，携砂液输送管贯穿安装孔并与裂缝进口相连通，携砂液输送管的外壁与安装孔的内壁密封配合，裂缝出口与容置腔相连通，围压筒的外壁上还开设有携砂液出口。上述超临界CO₂缝内携砂模拟实验装置及系统，模拟温度和压力数据更接近的真实地层条件，能够为超临界CO₂压裂参数优化提供理论指导。

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井领域，特别涉及一种超临界CO₂缝内携砂模拟实验装置及系统。

背景技术

我国非常规及低渗透油气资源占剩余油气资源量的50％，开发非常规及低渗透油气藏将成为我国油气新的增长点，然而实现非常规及低渗透油气藏商业化开发，必须依靠大规模的水力压裂。由于非常规及低渗透的油气藏渗透率较低，开发难度大，故压裂液的选择对于非常规油气开发至关重要。常规的水基压裂液存在浪费水资源和易对储层造成伤害等弊端，大大制约了其在页岩气开发中的应用。因此针对常规压裂液存在的问题，中国石油大学(北京)沈忠厚院士率先提出利用超临界CO₂进行储层压裂改造。超临界CO₂压裂作为一种新型无水压裂技术，由于其具有环保、高效以及低储层伤害等优势而备受关注。

超临界CO₂流体是一种温度和压力均高于临界点(T_c31.1℃，P_c7.38MPa)的流体。该流体具有接近于气体的低粘度和高扩散性以及接近于液体的高密度等特性。根据国内外的研究表明，其低黏特性能使超临界CO₂压裂液比水基压裂液具有更低的起裂压力，而强扩散性，接近零的表面张力，易使流体渗入储层中的孔隙和微裂缝，从而产生大量的微裂缝网络。最重要的是，超临界CO₂流体对储层无任何污染，它既不含固体颗粒也不含水，使用它作为压裂液能够从根本上避免孔隙吼道堵塞、储层黏土膨胀、岩石润湿反转、水敏等危害的发生。此外，超临界CO₂压裂后无需返排，而且能够起到增能作用，进而提高非常规及低渗透油藏的采收率。因此超临界CO₂压裂在非常规油气藏开发过程中具有广阔的应用前景。

尽管如此，由于超临界CO₂密度和粘度较低，其在裂缝内支撑剂携带困难。目前在超临界CO₂携带支撑剂能力研究方面，国内外的研究主要集中在利用数值计算，验证超临界CO₂在裂缝内携带支撑剂运移的可行性，而对超临界CO₂携带支撑剂在裂缝中填充和铺设规律研究较少，尤其是针对该问题进行的实验研究尚未见报道。此前仅有中国石油大学(华东)利用超临界CO₂携砂流动装置，研究了支撑剂在超临界CO₂中沉降和运移特性。由于该装置存在模拟裂缝尺寸较小，加砂方式不符合实际工艺等问题，故无法模拟超临界CO₂携带支撑剂在裂缝中填充和铺设真实规律。因此有必要设计一套能够模拟真实地层条件下超临界CO₂携带支撑剂在裂缝内铺设情况的实验装置及系统，进而揭示超临界CO₂在裂缝中携带支撑剂的规律与特性，以便为超临界CO₂压裂参数优化提供理论指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界CO₂缝内携砂模拟实验装置及系统，能够承受较高的模拟压力和温度，其压力和温度数据更接近的真实地层条件，进而为超临界CO₂压裂参数优化提供理论指导。