一种CO2泡沫酸化压裂物理实验系统及方法

本技术涉及低渗透煤层增透，尤其涉及一种co2泡沫酸化压裂物理实验系统及方法。

背景技术：

1、低渗透煤层是指渗透率较低的煤层，其渗透率通常小于1md，远低于常规煤层的渗透性，这使得瓦斯在煤层中的流动变得非常困难，抽采效率低下。由于低渗透煤层的渗透率低，瓦斯在低渗透煤层中的运移速度较慢，容易在煤层中积聚，导致低渗透煤层的瓦斯含量较高，增加了瓦斯爆炸的风险。

2、酸化压裂技术可以有效提高低渗透煤层的透气性。该技术是通过化学反应和高压水力冲击，有效促进裂隙和裂纹的形成，从而提高低渗透煤层的透气性。一方面，通过酸化压裂技术可以有效地释放被困在煤体孔隙中的气体，提高气体抽采效率。另一方面，通过酸化压裂技术可以增加瓦斯释放速度。

3、co2泡沫酸化压裂液作为酸化压裂技术中常用的压裂液，具备多重优势。首先，co2泡沫酸化压裂液流动性较好，能够有效渗透至低渗透煤层深部，从而实现对低渗透煤层更广泛区域的作用。其次，co2泡沫酸化压裂液在酸化压裂结束后可迅速消退，作为残留物的co2泡沫具有较低的污染性，可减少对地下水和周围环境的污染，具有较高的环境友好性，符合环保要求。再次，co2泡沫还具备实现增强煤层气采收的潜力，有助于提高煤层气的采收率和利用效率。最后，在高压作用下，co2泡沫中的碳酸还能够与低渗透煤层中的矿物质发生化学反应，具有腐蚀煤中矿物质的作用，有助于增大低渗透煤层内部孔隙和裂隙，进一步提高低渗透煤层透气性，有效提升低渗透煤层的瓦斯抽采效率。

4、co2泡沫酸化压裂液为泡沫状不易储存，在实际应用中，均是将现场制备的co2泡沫酸化压裂液直接注入低渗透煤层进行酸化压裂，由于是现场生成与制备，以及煤炭资源实际地下开采隐蔽性的特点，使得很难得知co2泡沫酸化压裂液的生成质量与低渗透煤层酸化压裂效果的关系，从而阻碍低渗透煤层瓦斯资源的高效开发。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供一种co2泡沫酸化压裂物理实验系统及方法，能够解决目前很难得知co2泡沫酸化压裂液的生成质量与低渗透煤层酸化压裂效果的关系，从而阻碍低渗透煤层瓦斯资源的高效开发。

2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种co2泡沫酸化压裂物理实验系统，包括co2泡沫酸化压裂液产生机构、反应釜、轴压机构、排废机构、监测机构、压力提供机构和数据存储及控制机构；所述反应釜包括顶盖、筒体、底座、压杆、第一块体、第二块体和固定壳；所述顶盖设置于所述筒体的顶部，所述底座设置于所述筒体的底部；煤样放置于所述底座上并位于所述筒体的内腔；所述第一块体的底面设置有球面凸起；所述第二块体的顶面设置有与所述球面凸起相配合的球面凹槽；所述球面凸起卡于所述球面凹槽，然后将所述第一块体和所述第二块体设置于所述压杆和所述煤样之间；所述固定壳套设于所述第一块体、所述第二块体和所述压杆的底端；所述压杆穿设于所述顶盖，底端抵于所述第一块体的顶部；所述轴压机构被配置为向所述压杆的顶端施加不同压力的恒压；所述co2泡沫酸化压裂液产生机构的输出端与所述筒体的内腔连通；所述底座设置有连通所述底座的底面与外界的第一通孔；所述排废机构与所述第一通孔连通；所述压力提供机构与所述筒体的内腔连通；所述监测机构的测量端设置于所述筒体的内腔，操作端位于所述筒体外；所述co2泡沫酸化压裂液产生机构、轴压机构、排废机构、监测机构、压力提供机构均与所述数据存储及控制机构电连接。

4、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述co2泡沫酸化压裂液产生机构包括co2存储瓶、流量控制器、酸性硫酸钙溶液箱、恒速水泵、泡沫发生器和活塞容器；所述co2存储瓶的输出口与所述流量控制器的输入端连通；所述酸性硫酸钙溶液箱输出口与所述恒速水泵的输入端连通；所述流量控制器和所述恒速水泵的输出端均与所述泡沫发生器的输入端连通；所述泡沫发生器的输出端与所述活塞容器的输入端连通；所述活塞容器的输出端通过液压管与所述筒体的内腔连通；所述流量控制器和所述恒速水泵均与所述数据存储及控制机构电连接。

5、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述co2泡沫酸化压裂液产生机构还包括第一单向阀；所述流量控制器和所述恒速水泵的输出端均设置一个所述第一单向阀。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，co2泡沫酸化压裂物理实验系统还包括渗透压控制泵、第一渗透压流量计、第二渗透压流量计、流体透过板和隔离筒；所述隔离筒设置于所述底座上并位于所述筒体的内腔；所述隔离筒的底部和顶部均设置一个所述流体透过板；所述煤样设置于所述隔离筒内并位于两个所述流体透过板之间；所述压杆的底端抵于所述流体透过板的上表面；所述底座设置有连通所述底座的底面与外界的第二通孔；所述渗透压控制泵的输入端用于输入流体；所述渗透压控制泵和第一渗透压流量计的输入端均与所述第二通孔连通；所述压杆设置有连通自身底面与外界的第三通孔；所述第二渗透压流量计与所述第三通孔连通；所述渗透压控制泵、所述第一渗透压流量计和所述第二渗透压流量计均与所述数据存储及控制机构电连接。

7、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述反应釜还包括进口管、进口阀和电动分子筛；所述进口管插设于所述顶盖，所述进口阀设置于所述进口管上，所述电动分子筛设置于所述进口管的顶部。

8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述排废机构包括出口阀、第二单向阀、分离结构、干燥结构、第一称重结构、排气管和排气阀；输出管路的一端连通于第一通孔，另一端连通于所述分离结构的输入端，其上依次设置出口阀和第二单向阀；所述分离结构分离的气体、液体被排除，固体通过干燥结构干燥，之后通过第一称重结构进行称重；所述称重结构与所述数据存储及控制机构电连接；所述排气管插设于所述顶盖；所述排气阀设置于所述排气管上。

9、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述分离结构包括舱体、入口管、挡板、捕雾器、气体出口管、横板、降液管、分配器、液体出口管、过滤网和固体出口管；所述入口管设置于所述舱体的上部，与所述输出管路连通；所述挡板竖向固设于所述舱体的内壁，且表面正对所述入口管的输出口；所述横板横向卡设于所述舱体的内壁；所述降液管插设于所述横板，输入口与所述入口管的输出口均位于挡板的同侧；所述分配器设置于所述降液管的输出口；所述过滤网至少包括一个，至少一个所述过滤网的网孔直径不一致，按直径从大到小从上至下横向卡设于所述舱体的内壁，且位于所述分配器的下方；所述液体出口管设置于所述舱体的下部；所述固体出口管设置于所述舱体的底部；所述捕雾器设置于所述舱体的顶部；所述气体出口管设置于所述舱体的顶端。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述监测机构包括压力变送器、第二称重结构、ph测量结构和温度测量结构；所述压力变送器、所述第二称重结构、所述ph测量结构和所述温度测量结构的测量端设置于所述筒体的内腔，操作端位于所述筒体外，并均与所述数据存储及控制机构电连接。

11、第二方面，本发明另一实施例提供了一种co2泡沫酸化压裂物理实验方法，基于上述泡沫酸化压裂物理实验系统，包括：

12、将煤样放置于反应釜的底座上并位于筒体的内腔，将第一块体的底面设置的球面凸起卡于第二块体的顶面设置的与所述球面凸起相配合的球面凹槽，然后将所述第一块体和所述第二块体设置于压杆和所述煤样之间，固定壳套设于所述第一块体、所述第二块体和所述压杆的底端，将顶盖设置于所述筒体的顶部，压杆穿设于所述顶盖且底端抵于所述第一块体的顶部；

13、通过co2泡沫酸化压裂液产生机构产生co2泡沫酸化压裂液，并将所述co2泡沫酸化压裂液输入所述筒体的内腔；

14、轴压机构向所述压杆的顶端施加不同压力的恒压，并将压力数据传输至数据存储及控制机构；

15、监测机构实时监测所述筒体的内腔的温度、ph值、压力和co2泡沫酸化压裂液的重量并将数据传输至数据存储及控制机构；

16、数据存储及控制机构控制压力提供机构调节所述筒体的内腔的压力保持在设定的范围内；

17、将废物通过反应釜的底座设置的第一通孔排出至排废机构。

18、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

19、本发明实施例提供的co2泡沫酸化压裂物理实验系统，在实际实验时，首先将煤样放置于反应釜的底座上并位于筒体的内腔，将第一块体的底面设置的球面凸起卡于第二块体的顶面设置的与球面凸起相配合的球面凹槽，然后将第一块体和第二块体设置于压杆和煤样之间，固定壳套设于第一块体、第二块体和压杆的底端，将顶盖设置于筒体的顶部，压杆穿设于顶盖且底端抵于第一块体的顶部。同时通过co2泡沫酸化压裂液产生机构产生co2泡沫酸化压裂液，并将co2泡沫酸化压裂液输入筒体的内腔。然后轴压机构向压杆的顶端施加不同压力的恒压，并将压力数据传输至数据存储及控制机构。监测机构实时监测筒体的内腔的温度、ph值、压力和co2泡沫酸化压裂液的重量并将数据传输至数据存储及控制机构。数据存储及控制机构控制压力提供机构调节筒体的内腔的压力保持在设定的范围内。最后将废物通过反应釜的底座设置的第一通孔排出至排废机构。本技术能够通过实验量化分析co2泡沫酸化压裂液的生成质量对低渗透煤层的酸化腐蚀效果，从而得知co2泡沫酸化压裂液的生成质量与低渗透煤层酸化压裂效果的关系，实现现场co2泡沫酸化压裂液的精准制备极大地提高了实验效率和操作便利性。