专利摘要

本发明公开了一种评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置及方法，该装置结构包括酸液输送单元、CO2输送单元、混合罐、平板夹持器、回收液罐、真空泵；所述混合罐设有酸液入口、CO2气体入口、混相流体出口，酸液入口连接酸液输送单元，CO2气体入口CO2输送单元连接，混相流体出口连接平板夹持器，平板夹持器连接回收液罐，回收液罐连接真空泵。CO2输送单元包括CO2气瓶，与CO2气瓶连接的气体增压泵，气体增压泵出口连接混合罐的气体入口。本发明的测试装置和方法能够真实模拟施工过程中CO2、酸混合流体与岩石的化学反应，在不同环境条件下测试酸岩反应速率，用以指导CO2酸压工艺技术措施。

权利要求

1.一种评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置，其特征在于，包括酸液输送单元、CO2输送单元、混合罐、平板夹持器、回收液罐、真空泵；所述混合罐设有酸液入口、CO2气体入口、混相流体出口，酸液入口连接酸液输送单元，CO2气体入口与CO2输送单元连接，混相流体出口连接平板夹持器，平板夹持器连接回收液罐，回收液罐连接真空泵；

所述CO2输送单元包括CO2气瓶，与CO2气瓶连接的气体增压泵，在CO2气瓶与气体增压泵连接的管线上设置气体流量计和压力传感器，气体增压泵出口连接混合罐的气体入口；

所述混合罐密封设置，罐体外表面包裹有加热套，罐内设置温度传感器和压力传感器；混合罐的混相流体出口依次连接液体流量计、柱塞泵和平板夹持器，平板夹持器出液口依次连接回压阀和回收液罐，混合罐与平板夹持器之间的管线外表面包裹有管线保温层；所述回收液罐内装有电磁液位计和压力传感器；通过控制气体增压泵的压力和混合罐内的温度，使混合罐内压力和温度满足超临界CO2的临界压力和温度，得到超临界CO2，得到的混合流体为超临界CO2与酸液混合物。

2.如权利要求1所述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置，其特征在于，所述酸液输送单元包括酸液罐和柱塞泵，通过柱塞泵将酸液罐内的酸液泵入混合罐内。

3.如权利要求1所述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置，其特征在于，所述平板夹持器主体为长方形箱体，箱体左右两端分别设置进液口和出液口，进液口和出液口内部流道设置为喇叭口形状导流槽，两个喇叭口相对并朝向平板夹持器内部，进液喇叭口导流槽和出液喇叭口导流槽之间为岩板安装腔。

4.如权利要求3所述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置，其特征在于，所述岩板是由地层岩石切割而成的两个相同的长方形岩板，两个岩板上下重叠放置，岩板之间的间隙模拟裂缝，岩板侧面粘贴耐腐蚀胶皮，胶皮外侧面覆盖钢板，所述平板夹持器上与钢板正对的侧面上设置有至少四个紧固螺杆，紧固螺杆可调节松紧度以推动钢板挤压胶皮而密封岩板侧面。

5.一种利用如权利要求1-4任意一项所述测试装置进行评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、安装平板夹持器及整个测试装置，确保整个装置的气密封；

S2、开启真空泵，确保整个测试装置流程完全真空，关闭真空泵，压力计调零；

S3、气体增压泵以一定排量注入气态CO2进入混合罐，记录压力传感器、气体流量计读数，柱塞泵以一定排量注入酸液盐酸进入混合罐，控制混合罐内压力和温度为CO2的超临界压力和温度，完成超临界CO2与酸液的均匀混合，得到混相流体；

S4、混合罐温度稳定后，设置出口回压，柱塞泵泵注混相流体进入平板夹持器内发生酸岩反应，记录任意时刻回收液罐中含CO2的体积，最后根据如下公式计算任意时刻的酸岩反应速率：

式中，J—酸岩反应速率，mol/s·cm2；

Q—酸液注入速率，cm3/s；

Vj—任意时刻回收液罐含CO2体积，L，j＝1，2，…；

Pj—任意时刻回收液罐压力，Pa，j＝1，2，…；

Pa—CO2气瓶注入CO2压力，Pa；

Va—CO2气瓶注入CO2体积，L；

ωj—任意时刻泵注混相流体量百分比；

A—酸岩反应面积，cm2；

P—标况条件下的压力，常数1.013×105Pa；

Vm—标况条件下气体摩尔体积，常数24.5L/mol；

VHCl—任意时刻参与反应的酸液体积，L。

6.如权利要求5所述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试方法，其特征在于，所述酸岩反应速率计算公式的推导过程如下：

根据玻-马定律PVb＝PaVa，则标况条件25℃，1.013×105Pa下气瓶注入CO2体积为：

任意时刻回收液罐含CO2标况体积为：

任意时刻泵注混相流体量百分比：

任意时刻参与反应的混注CO2标况体积：

Vd＝Vbωj (4)

任意时刻酸岩反应产生CO2标况体积：

Ve＝Vj’-Vd(5)

任意时刻酸岩反应产生CO2物质的量：

根据酸岩反应的化学反应计量式2HCl→CO2↑，则任意时刻参与反应酸液物质的量：

任意时刻反应后酸液浓度：

酸岩反应速率：

将式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)代入式(9)，最终得到酸岩反应的计算公式：

式中：

P—标况条件下的压力，常数1.013×105Pa；Pa—气瓶注入CO2压力，Pa；Pj—任意时刻回收液罐压力，Pa，j＝1，2，…；Va—气瓶注入CO2体积，L；Vb—气瓶注入CO2标况体积，L；Vc—注入混合流体体积，L；Vd—任意时刻参与反应的混注CO2标况体积，L；Ve—任意时刻酸岩反应生成CO2标况体积，L；Vj—任意时刻回收液罐含CO2体积，L，j＝1，2，…；Vj’—任意时刻回收液罐含CO2标况体积，L，j＝1，2，…；Vo—搅拌混合罐体积，L；—任意时刻酸岩反应产生CO2物质的量，mol；Vm—标况条件下气体摩尔体积，常数24.5L/mol；—任意时刻参与反应酸液物质的量，mol；C—反应前酸液浓度，mol/L；VHCl—任意时刻参与反应的酸液体积，L；Cj—任意时刻反应后酸液浓度，mol/L；Q—酸液注入速率，cm3/s；A—酸岩反应面积，cm2；J—酸岩反应速率，mol/s·cm2。

7.如权利要求5所述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，安装平板夹持器的方法是：两个岩板上下重叠放置，岩板之间的间隙模拟裂缝，岩板上沿着流体流动方向的两个侧面粘贴耐腐蚀胶皮，胶皮外侧面覆盖钢板后置于平板夹持器内腔，在平板夹持器上与钢板正对的侧面上通过紧固螺杆紧固钢板。

说明书

技术领域

本发明涉及油气田开采技术领域，特别是一种评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置及方法。

背景技术

近年来，国内多个油气田开展了CO2加砂压裂技术研究，该技术仅应用于砂岩、页岩油气藏，而将CO2与酸液相结合应用于低渗非均质碳酸盐岩油气藏的酸压增产改造尚处于起步阶段，如国外开展了CO2伴注酸压技术试验(Sanchez Bernal,M.,Tate,J.,Idris,M.,Soriano,J.E.,Lopez,A.E.,&Fatkhutdinov,D..Acid Fracturing Tight GasCarbonates Reservoirs Using CO2 to Assist Stimulation Fluids:An Alternativeto Less Water Consumption while Maintaining Productivity[C].SPE 172913-MS)；国内申请号为201910843809.3的发明专利公开了一种用于低渗非均质碳酸盐岩气藏的CO2酸压方法。酸岩反应速率是直接决定酸液有效作用距离的关键因素，进而影响酸压增产效果。因此，分析评价CO2对酸岩反应的影响，准确计算酸岩反应速率，对于提高CO2酸压改造效果具有重要意义。

申请号为201210239116.1的发明专利公开了一种模拟平板酸岩反应的测试装置及方法，该测试装置还存在以下不足：①由于没有超临界CO2与酸液混合装置，难以真实模拟地层中超临界CO2与酸液形成的混合流体与岩石的化学反应，如果直接在测试管线中混合容易形成段塞状混合流体，无法达到均匀混合状态；②整个流程管线没有采用保温层设计，造成测试流体流动过程中热量散失，导致不能形成稳定相态的超临界CO2，无法真实模拟地层中CO2、酸混合流体与岩石的化学反应；③无法计量混注CO2体积，进而不能准确计算在回收液罐中混注CO2分压，导致无法评价CO2对酸岩反应的影响。

发明内容

本发明的目的针对现有的平板酸岩反应的测试装置无法模拟地层中CO2、酸混合流体与岩石的化学反应的问题，提供一种评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置及方法，使其能够真实模拟施工过程中CO2、酸混合流体与岩石的化学反应，准确计算酸岩反应速率，以指导施工方案优化设计。

本发明提供的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置，其结构包括酸液输送单元、CO2输送单元、混合罐、平板夹持器、回收液罐、真空泵。所述混合罐设有酸液入口、CO2气体入口、混相流体出口，酸液入口连接酸液输送单元，CO2气体入口与CO2输送单元连接，混相流体出口连接平板夹持器，平板夹持器连接回收液罐，回收液罐连接真空泵。

其中，所述CO2输送单元包括CO2气瓶，与CO2气瓶连接的气体增压泵，在CO2气瓶与气体增压泵连接的管线上设置气体流量计和压力传感器，气体增压泵出口连接混合罐的气体入口。

所述酸液输送单元包括酸液罐和柱塞泵，通过柱塞泵将酸液罐内的酸液泵入混合罐内。

所述混合罐密封设置，罐体外表面包裹有加热套。该加热套优选水浴加热套。罐内设置温度传感器和压力传感器。混合罐的混相流体出口依次连接液体流量计、柱塞泵和平板夹持器，平板夹持器出液口依次连接回压阀和回收液罐，混合罐与平板夹持器之间的管线外表面包裹有管线保温层；所述回收液罐内装有电磁液位计和压力传感器；通过控制气体增压泵的压力和混合罐内的温度，使混合罐内压力和温度满足超临界CO2的临界压力和温度，得到超临界CO2，得到的混合流体为超临界CO2与酸液混合物。

所述平板夹持器主体为长方形箱体，箱体左右两端分别设置进液口和出液口，进液口和出液口内部流道设置为喇叭口形状导流槽，两个喇叭口相对并朝向平板夹持器内部，进液喇叭口导流槽和出液喇叭口导流槽之间为岩板安装腔。所述岩板是由地层岩石切割而成的两个相同的长方形岩板，两个岩板上下重叠放置，岩板之间的间隙模拟裂缝，岩板侧面粘贴耐腐蚀胶皮，胶皮外侧面覆盖钢板，所述平板夹持器上与钢板正对的侧面上设置有至少四个紧固螺杆，紧固螺杆可调节松紧度以推动钢板挤压胶皮而密封岩板侧面。所述平板夹持器左侧面或右侧面开设用于插入电加热棒的加热孔。

本发明测试装置中，水浴加热套将混合罐外表面包裹进行加热，将混合罐内流体加热至CO2的超临界温度。平板夹持器内腔放置岩板，内有电加热棒将平板夹持器、岩板加热至地层温度；混合罐设置有回压阀，确保稳定相态的超临界CO2与酸液均匀混合互溶。平板夹持器入口设置管线保温层、出口设置回压阀，确保形成稳定相态的超临界CO2，能够真实模拟地层中CO2、酸混合流体与岩石的化学反应。真空泵确保整个测试流程完全真空，排除空气干扰，提高了实验数据的准确性。回收液罐为钢质，内壁喷覆聚四氟乙烯，同时罐体连通电磁液位计，既能耐腐蚀、抗压，又能够准确读取罐内流体体积。气体流量计、液体流量计准确记录气体、液体体积，结合压力传感器数值计算标况下注入夹持器的CO2体积。

利用上述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置进行测试并计算酸岩反应速率的原理如下：

根据玻-马定律PVb＝PaVa，则标况条件25℃，1.013×105Pa下气瓶注入CO2体积为：

任意时刻回收液罐含CO2标况体积为：

任意时刻泵注混相流体量百分比：

任意时刻参与反应的混注CO2标况体积：

Vd＝Vbωj (4)

任意时刻酸岩反应产生CO2标况体积：

任意时刻酸岩反应产生CO2物质的量：

根据酸岩反应的化学反应计量式2HCl→CO2↑，则任意时刻参与反应酸液物质的量：

任意时刻反应后酸液浓度：

酸岩反应速率：

将式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)代入式(9)，最终得到酸岩反应速率的计算公式：

式中：

P—标况条件下的压力，常数1.013×105Pa；Pa—气瓶注入CO2压力，Pa；Pj—任意时刻回收液罐压力，Pa，j＝1，2，…；Va—气瓶注入CO2体积，L；Vb—气瓶注入CO2标况体积，L；Vc—注入混合流体体积，L；Vd—任意时刻参与反应的混注CO2标况体积，L；Ve—任意时刻酸岩反应生成CO2标况体积，L；Vj—任意时刻回收液罐含CO2体积，L，j＝1，2，…； —任意时刻回收液罐含CO2标况体积，L，j＝1，2，…；Vo—搅拌混合罐体积，L； —任意时刻酸岩反应产生CO2物质的量，mol；Vm—标况条件下气体摩尔体积，常数24.5L/mol； —任意时刻参与反应酸液物质的量，mol；C—反应前酸液浓度，mol/L；VHCl—任意时刻参与反应的酸液体积，L；Cj—任意时刻反应后酸液浓度，mol/L；Q—酸液注入速率，cm3/s；A—酸岩反应面积，cm2；J—酸岩反应速率，mol/s·cm2。

根据公式(10)就可以计算酸岩反应速率，因此需要通过上述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置进行实验测试，测出公式(10)中的各参数，最后计算出酸岩反应速率。

利用该进行评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置进行测试的方法，步骤如下：

S1、安装平板夹持器及整个测试装置，确保整个装置的气密封。安装平板夹持器的方法是：两个岩板上下重叠放置，岩板之间的间隙模拟裂缝，岩板上沿着流体流动方向的两个侧面粘贴耐腐蚀胶皮，胶皮外侧面覆盖钢板后置于平板夹持器内腔，在平板夹持器上与钢板正对的侧面上通过紧固螺杆紧固钢板。

S2、开启真空泵，确保整个测试装置流程完全真空，关闭真空泵，压力计调零。

S3、气体增压泵以一定排量注入气态CO2进入混合罐，记录压力传感器、气体流量计读数，柱塞泵以一定排量注入酸液盐酸进入混合罐，控制混合罐内压力和温度为CO2的超临界压力和温度，完成超临界CO2与酸液的均匀混合，得到混相流体；

S4、混合罐温度稳定后，设置出口回压，柱塞泵泵注混相流体进入平板夹持器内发生酸岩反应，记录任意时刻回收液罐中含CO2的体积，最后根据如下公式计算任意时刻的酸岩反应速率：

式中，J—酸岩反应速率，mol/s·cm2；

Q—酸液注入速率，cm3/s；

Vj—任意时刻回收液罐含CO2体积，L，j＝1，2，…；

Pj—任意时刻回收液罐压力，Pa，j＝1，2，…；

Pa—CO2气瓶注入CO2压力，Pa；

Va—CO2气瓶注入CO2体积，L；

ωj—任意时刻泵注混相流体量百分比；

A—酸岩反应面积，cm2；

P—标况条件下的压力，常数1.013×105Pa；

Vm—标况条件下气体摩尔体积，常数24.5L/mol；

VHCl—任意时刻参与反应的酸液体积，L。

上述方法中，电磁液位计准确读取罐内流体体积。气体流量计、液体流量计准确记录气体、液体体积，结合压力传感器数值计算标况下注入夹持器的CO2体积。最后计算任意时刻的酸岩反应速率。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)具有控温压混合驱替一体化功能，实现稳定相态的超临界CO2与酸液均匀混合互溶，能够真实模拟地层中CO2、酸形成的混合流体与岩石的化学反应。(2)采用管线保温层设计，有效降低测试流体流动过程中热量散失，确保形成稳定相态的超临界CO2，能够真实模拟地层中CO2、酸形成的混合流体与岩石的化学反应。(3)准确计量混合前的CO2体积，进而准确计算在回收液罐中混注CO2分压，能够评价CO2对酸岩反应的影响。(4)使用这种测试装置和方法，能够真实模拟施工过程中CO2、酸形成的混合流体与岩石的化学反应，满足在不同环境条件下酸岩反应速率的测试要求，用以指导采用合理的CO2酸压工艺技术措施，提高酸压井的改造效果。(5)本发明的测试装置，原理可靠，结构简单，测试方法切实可行。本发明不仅可用于准确计算酸岩反应速率，还能分析评价CO2对平板酸岩反应的影响，克服了现有技术的缺陷，为本领域研究提供了专用设备和测试方法。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、本发明的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置结构示意图。

图2、平板夹持器的正面图。

图3、图2所示平板夹持器沿A-A水平截面截开后的截面俯视图。

图中标号：

CO2气瓶1、气体增压泵2、气体流量计3、压力传感器4、混合罐5、酸液罐6、柱塞泵7、温度传感器8、压力传感器9、液体流量计10、柱塞泵11、平板夹持器12、回压阀13、回收液罐14、电磁液位计15、压力传感器16、真空泵17、进液口18、出液口19、喇叭口形状导流槽20、岩板21、耐腐蚀胶皮22、钢板23、紧固螺杆24、管线保温层25、加热孔26。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置，其结构包括酸液输送单元、CO2输送单元、混合罐5、平板夹持器12、回收液罐14、真空泵17。所述混合罐5设有酸液入口、CO2气体入口、混相流体出口，酸液入口连接酸液输送单元，CO2气体入口与CO2输送单元连接，混相流体出口连接平板夹持器12，平板夹持器依次连接回压阀13和回收液罐14，回收液罐连接真空泵17。

其中，所述CO2输送单元包括CO2气瓶1，与CO2气瓶连接的气体增压泵2，在CO2气瓶与气体增压泵连接的管线上设置气体流量计3和压力传感器4，气体增压泵出口连接混合罐5的气体入口。在气体增压泵与混合罐之间的管线上设置有阀门开关。

所述酸液输送单元包括酸液罐6和柱塞泵7，通过柱塞泵将酸液罐内的酸液泵入混合罐5内。柱塞泵与混合罐之间的管线上设置有阀门开关。

所述混合罐5密封设置，罐体外表面包裹有加热套(未示出)。该加热套优选恒温水浴加热套，对罐内流体进行加热。罐内设置温度传感器8和压力传感器9。混合罐的混相流体出口依次连接液体流量计10、柱塞泵11和平板夹持器12。混合罐5与液体流量计10之间的管线上设置阀门开关。平板夹持器出液口连接依次连接回压阀13和回收液罐14，混合罐与平板夹持器之间的管线外表面缠绕有聚氨酯制成的管线保温层25；所述回收液罐14内装有电磁液位计15和压力传感器16；通过控制气体增压泵的压力和混合罐内的温度，使混合罐内压力和温度满足超临界CO2的临界压力和温度，得到超临界CO2，得到的混合流体为超临界CO2与酸液混合物。

如图2和3所示，所述平板夹持器12主体为长方形箱体，箱体左右两端分别设置进液口18和出液口19，进液口和出液口内部流道设置为喇叭口形状导流槽20，两个喇叭口相对并朝向平板夹持器内部，进液喇叭口导流槽和出液喇叭口导流槽之间为岩板21的安装腔。所述岩板21是由地层岩石切割而成的两个相同的长方形岩板，两个岩板上下重叠放置，岩板之间的间隙模拟裂缝，重叠放置后的岩板四个侧面中相对的两侧面上粘贴耐腐蚀胶皮22将两岩板之间的间隙密封，另外两相对侧面的间隙口分别作为流体的进口和出口，流体的进口与进液喇叭口导流槽正对连接，流体的出口与出液喇叭口导流槽正对连接。胶皮外侧面覆盖钢板23，所述平板夹持器上与钢板正对的侧面上设置有至少四个紧固螺杆24，紧固螺杆可调节松紧度以推动钢板挤压胶皮而密封岩板侧面。所述平板夹持器左侧面或右侧面开设用于插入电加热棒的加热孔26。

利用上述的评价CO2对平板酸岩反应速率影响的测试装置进行实验测试的方法，步骤如下：

S1、安装平板夹持器及整个测试装置，确保整个装置的气密封。安装平板夹持器的方法是：将储层岩石切割成略小于岩板夹持器内腔尺寸的一对岩板，长度170～176mm、宽度35～36mm、厚度25±5mm；两个岩板上下重叠放置，岩板之间的间隙模拟裂缝，岩板上沿着流体流动方向的两个侧面粘贴耐腐蚀胶皮，胶皮外侧面覆盖钢板后置于平板夹持器内腔，在平板夹持器上与钢板正对的侧面上通过紧固螺杆紧固钢板。

S2、整套测试装置安装完成后，开启真空泵，确保整个测试装置流程完全真空，关闭真空泵，压力计调零。

S3、开启气体增压泵以一定排量注入气态CO2进入混合罐，记录气体流量计3和压力传感器4的读数，柱塞泵以一定排量注入酸液(盐酸)进入混合罐，记录酸液注入量，调节控制混合罐内压力和温度为CO2的超临界压力和温度，完成超临界CO2与酸液的均匀混合，得到混相流体；

S4、混合罐温度稳定后，设置出口回压，柱塞泵泵注混相流体进入平板夹持器内发生酸岩反应，记录回收液罐中含CO2的体积，最后根据公式(10)计算酸岩反应速率。

在另一实施例中，本发明测试装置中，气体增压泵、气体流量计、混合罐、所有压力传感器和温度传感器、柱塞泵、液体流量计、回压阀、电磁液位计、真空泵均连接至数据采集及控制面板，数据采集及控制面板则与计算机相连。实验过程中所有数据通过数据采集与控制板传输至计算机。数据采集控制板可实现智能化装置控制与实验数据采集，然后通过计算机实时记录分析数据。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

一种评价CO对平板酸岩反应速率影响的测试装置及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。