用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置與方法。用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置包括：超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)和注入水循環(huán)系統(tǒng)，超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)包括測(cè)量管線段內(nèi)管，注入水循環(huán)系統(tǒng)包括測(cè)量管線段外管；水在測(cè)量管線段外管、測(cè)量管線段內(nèi)管之間的環(huán)空內(nèi)流動(dòng)；超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)為二氧化碳提供高溫高壓下閉合的循環(huán)回路；注入水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳在測(cè)量管線段內(nèi)管中進(jìn)行熱交換。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)較大壓力和溫度范圍內(nèi)超臨界二氧化碳的定壓比熱的測(cè)量，可得到不同溫壓條件下超臨界二氧化碳定壓比熱；設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、可行性高；測(cè)量方法科學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的參數(shù)測(cè)量。
【專利說(shuō)明】用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣開(kāi)采【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)油氣能源需求量的急劇增長(zhǎng)以及油氣能源新戰(zhàn)略的實(shí)施，油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，從整裝、高壓、中高滲均質(zhì)砂巖等良好地質(zhì)條件的油氣田，逐漸轉(zhuǎn)移到了復(fù)雜斷塊、低滲、稠油油藏、壓力衰竭的老油田、致密氣、頁(yè)巖氣以及煤層氣等非常規(guī)天然氣資源。非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層一般呈低孔隙度、低滲透率，低孔喉半徑的物性特征，氣流的阻力比常規(guī)油氣藏大得多，而且隨著埋深的增加，物性會(huì)變得更差。對(duì)于致密氣、頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣藏的開(kāi)采，保護(hù)油氣層的鉆完井技術(shù)能有效提高非常規(guī)油氣藏的最終采收率。
[0003]超臨界二氧化碳具有高密度、低粘度、低表面張力、高擴(kuò)散系數(shù)，并具有良好的傳熱、傳質(zhì)性能。使用超臨界二氧化碳鉆完井對(duì)儲(chǔ)層沒(méi)有傷害，可有效的避免近井地層堵塞、保護(hù)油氣層、改善儲(chǔ)層滲透性。超臨界二氧化碳流體由于其自身具有的優(yōu)異特性使它成為了一種極具應(yīng)用潛力的保護(hù)油氣層鉆完井流體介質(zhì)。目前，受溫度、壓力影響，超臨界二氧化碳傳熱規(guī)律相當(dāng)復(fù)雜，高溫高壓下所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，對(duì)于傳熱的機(jī)理也沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的解釋，因而成為超臨界流體傳熱領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)。超臨界二氧化碳定壓比熱是傳熱規(guī)律分析的重要參數(shù)，研究表明二氧化碳定壓比熱受溫度壓力影響很大，特別是在臨界點(diǎn)附近變化劇烈。受超臨界二氧化碳定壓比熱的測(cè)量難以實(shí)現(xiàn)高溫高壓實(shí)驗(yàn)條件的限制，多數(shù)專家學(xué)者以數(shù)值模擬分析為主要手段，其計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性有待于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置與方法，該實(shí)驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單，方法易于實(shí)施，可以快速的測(cè)量出不同溫壓條件下超臨界二氧化碳的定壓比熱，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，分析超臨界二氧化碳流動(dòng)和傳熱機(jī)理，為超臨界二氧化碳鉆完井工程設(shè)計(jì)和理論研究提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)和注入水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)包括測(cè)量管線段內(nèi)管，注入水循環(huán)系統(tǒng)包括測(cè)量管線段外管；水在測(cè)量管線段外管、測(cè)量管線段內(nèi)管之間的環(huán)空內(nèi)流動(dòng)；超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)為二氧化碳提供高溫高壓下閉合的循環(huán)回路；注入水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳在測(cè)量管線段內(nèi)管中進(jìn)行熱交換。
[0007]用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，采用上述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，進(jìn)行超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，二氧化碳?xì)庠磧?nèi)的二氧化碳通過(guò)氣體增壓泵的增壓以及加熱系統(tǒng)的加熱達(dá)到超臨界狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體增壓泵和加熱系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)期的壓力和溫度條件，打開(kāi)氣體循環(huán)泵開(kāi)始循環(huán)，同時(shí)注入水系統(tǒng)也開(kāi)始反向循環(huán)，待流動(dòng)參數(shù)穩(wěn)定后，采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量。
[0008]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下:(I)、能夠?qū)崿F(xiàn)較大壓力和溫度范圍內(nèi)超臨界二氧化碳的定壓比熱的測(cè)量，可得到不同溫壓條件下超臨界二氧化碳定壓比熱；
(2)、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、可行性高；(3)、測(cè)量方法科學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的參數(shù)測(cè)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0010]圖中:1、二氧化碳?xì)庠矗?、氣體緩沖罐；3、氣體增壓泵；4、加熱系統(tǒng)；5、氣體流量計(jì)；6、壓力計(jì)；7、二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)；8、測(cè)量管線段內(nèi)管；9、二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)；10、冷卻裝置；11、氣體循環(huán)泵；12、水罐；13、循環(huán)水泵；14、電磁流量計(jì)；15、水進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)；16、測(cè)量管線段外管；17、水出口測(cè)量溫度計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)和注入水循環(huán)系統(tǒng)。超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)為二氧化碳提供高溫高壓下閉合的循環(huán)回路；注入水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳在測(cè)量管線段內(nèi)管中進(jìn)行熱交換。
[0012]超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)，包括:二氧化碳?xì)庠?、氣體緩沖罐2、氣體增壓泵3、加熱系統(tǒng)4、氣體流量計(jì)5、測(cè)量管線段內(nèi)管8、冷卻裝置10、氣體循環(huán)泵11 ;氣體緩沖罐2、氣體增壓泵3、加熱系統(tǒng)4、氣體流量計(jì)5、測(cè)量管線段內(nèi)管8、冷卻裝置10、氣體循環(huán)泵11通過(guò)管線依次連接組成密閉的環(huán)路系統(tǒng)，二氧化碳沿氣體緩沖罐2向氣體增壓泵3密閉循環(huán)；二氧化碳?xì)庠碔與氣體緩沖罐2相連。在密閉環(huán)路中，所有部件和管路均耐壓60MPa，溫度上限為500K，可實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳在高溫高壓下定壓比熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。二氧化碳?xì)庠碔提供實(shí)驗(yàn)所用的二氧化碳，氣體緩沖罐2儲(chǔ)存高壓的二氧化碳?xì)怏w，氣體增壓泵3為二氧化碳增壓以滿足實(shí)驗(yàn)壓力要求，加熱系統(tǒng)4對(duì)二氧化碳加熱以滿足實(shí)驗(yàn)溫度要求，氣體流量計(jì)5測(cè)量二氧化碳循環(huán)管路中二氧化碳的質(zhì)量流量，測(cè)量管線段內(nèi)管8為超臨界二氧化碳流動(dòng)提供流動(dòng)通道，冷卻裝置10為超臨界二氧化碳冷卻降溫，以滿足下一次實(shí)驗(yàn)條件要求，氣體循環(huán)泵11為二氧化碳提供閉合循環(huán)的動(dòng)力。測(cè)量段管線內(nèi)管8為內(nèi)徑8mm、壁厚2mm、長(zhǎng)度5m的銅管。
[0013]氣體流量計(jì)5、測(cè)量管線段內(nèi)管8之間的管線上安裝有壓力計(jì)6、二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)7，壓力計(jì)6位于氣體流量計(jì)5和二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)7之間，二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)7靠近測(cè)量管線段內(nèi)管8設(shè)置；測(cè)量管線段內(nèi)管8、冷卻裝置10之間的連接管線上安裝有二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)9，二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)9靠近測(cè)量管線段內(nèi)管8設(shè)置。壓力計(jì)6實(shí)時(shí)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)管路壓力，二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)7測(cè)量管線段內(nèi)管8進(jìn)口處溫度，二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)9測(cè)量測(cè)量管線段內(nèi)管8出口處溫度。
[0014]注入水循環(huán)系統(tǒng)包括水罐12、循環(huán)水泵13、電磁流量計(jì)14、測(cè)量管線段外管16 ;水罐12、循環(huán)水泵13、電磁流量計(jì)14、測(cè)量管線段外管16通過(guò)管線依次連接組成密閉的環(huán)路系統(tǒng)，水沿循環(huán)水泵13向電磁流量計(jì)14循環(huán)；水罐12提供實(shí)驗(yàn)所用的水，循環(huán)水泵13為水提供閉合循環(huán)的動(dòng)力，電磁流量計(jì)14用于測(cè)量水循環(huán)管路中水的質(zhì)量流量。
[0015]測(cè)量管線段外管16進(jìn)口處安裝水進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)15，測(cè)量管線段外管16出口處安裝水出口測(cè)量溫度計(jì)17。水進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)15測(cè)量測(cè)量管線段外管16的水進(jìn)口溫度，水出口測(cè)量溫度計(jì)17測(cè)量測(cè)量管線段外管16的水出口溫度。測(cè)量管線段內(nèi)管8嵌套于測(cè)量管線段外管16之中，測(cè)量管線段外管16為內(nèi)徑16mm、壁厚1mm、長(zhǎng)度4.6m的銅管，測(cè)量管線段內(nèi)管8兩端分別預(yù)留0.2m的流動(dòng)穩(wěn)定段。水在測(cè)量管線段外管16、測(cè)量管線段內(nèi)管8之間的環(huán)空內(nèi)相對(duì)于超臨界二氧化碳閉合循環(huán)回路反向流動(dòng)。
[0016]進(jìn)行超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，二氧化碳?xì)庠碔內(nèi)的二氧化碳通過(guò)氣體增壓泵3的增壓以及加熱系統(tǒng)4的加熱達(dá)到超臨界狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體增壓泵3和加熱系統(tǒng)4，達(dá)到預(yù)期的壓力和溫度條件，打開(kāi)氣體循環(huán)泵11開(kāi)始循環(huán)，同時(shí)注入水系統(tǒng)也開(kāi)始反向循環(huán)，待流動(dòng)參數(shù)穩(wěn)定后，采集數(shù)據(jù)，超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)定方法具體如下:
[0017](I)、開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建立循環(huán)，穩(wěn)定2min ；
[0018](2)、讀取二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)7的溫度、二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)9的溫度Tco2- 5
[0019](3)、讀取水進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)15的溫度Twin、水出口測(cè)量溫度計(jì)17的溫度Twout ；
[0020](4)、讀取氣體流量計(jì)5的讀數(shù)，得到二氧化碳的質(zhì)量流量-;
[0021](5)、讀取電磁流量計(jì)14的讀數(shù)，得到水的質(zhì)量流量mw ；
[0022](6)、計(jì)算得到超臨界二氧化碳的定壓比熱Cpco: '
【權(quán)利要求】
1.一種用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，包括:超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)和注入水循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于:超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)包括測(cè)量管線段內(nèi)管，注入水循環(huán)系統(tǒng)包括測(cè)量管線段外管；水在測(cè)量管線段外管、測(cè)量管線段內(nèi)管之間的環(huán)空內(nèi)流動(dòng)；超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)為二氧化碳提供高溫高壓下閉合的循環(huán)回路；注入水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳在測(cè)量管線段內(nèi)管中進(jìn)行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，超臨界二氧化碳循環(huán)系統(tǒng)包括:二氧化碳?xì)庠?、氣體緩沖罐、氣體增壓泵、加熱系統(tǒng)、氣體流量計(jì)、測(cè)量管線段內(nèi)管、冷卻裝置、氣體循環(huán)泵；氣體緩沖罐、氣體增壓泵、加熱系統(tǒng)、氣體流量計(jì)、測(cè)量管線段內(nèi)管、冷卻裝置、氣體循環(huán)泵通過(guò)管線依次連接組成密閉的環(huán)路系統(tǒng)，二氧化碳沿氣體緩沖罐向氣體增壓泵密閉循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，氣體流量計(jì)、測(cè)量管線段內(nèi)管之間的管線上安裝有壓力計(jì)、二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)，壓力計(jì)位于氣體流量計(jì)和二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)之間，二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)靠近測(cè)量管線段內(nèi)管設(shè)置；測(cè)量管線段內(nèi)管、冷卻裝置之間的連接管線上安裝有二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)，二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)靠近測(cè)量管線段內(nèi)管設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1-3所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，注入水循環(huán)系統(tǒng)包括水罐、循環(huán)水泵、電磁流量計(jì)、測(cè)量管線段外管；水罐、循環(huán)水泵、電磁流量計(jì)、測(cè)量管線段外管通過(guò)管線依次連接組成密閉的環(huán)路系統(tǒng)，水沿循環(huán)水泵向電磁流量計(jì)循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，測(cè)量管線段外管進(jìn)口處安裝水進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)，測(cè)量管線段外管出口處安裝水出口測(cè)量溫度計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，水在測(cè)量管線段外管、測(cè)量管線段外管之間的環(huán)空內(nèi)相對(duì)于超臨界二氧化碳閉合循環(huán)回路反向流動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，測(cè)量段管線內(nèi)管為內(nèi)徑8mm、壁厚2mm、長(zhǎng)度5m的銅管，測(cè)量管線段外管為內(nèi)徑16mm、壁厚1mm、長(zhǎng)度4.6m的銅管，測(cè)量管線段內(nèi)管嵌套于測(cè)量管線段外管之中，測(cè)量管線段內(nèi)管兩端分別預(yù)留0.2m的流動(dòng)穩(wěn)定段。
8.用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，采用權(quán)利要求1-7所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，進(jìn)行超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，二氧化碳?xì)庠磧?nèi)的二氧化碳通過(guò)氣體增壓泵的增壓以及加熱系統(tǒng)的加熱達(dá)到超臨界狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)氣體增壓泵和加熱系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)期的壓力和溫度條件，打開(kāi)氣體循環(huán)泵開(kāi)始循環(huán)，同時(shí)注入水系統(tǒng)也開(kāi)始反向循環(huán)，待流動(dòng)參數(shù)穩(wěn)定后，采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)定方法具體如下: (1)、開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建立循環(huán)； (2)、讀取二氧化碳進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)的溫度、二氧化碳出口測(cè)量溫度計(jì)的溫度；(3)、讀取水進(jìn)口測(cè)量溫度計(jì)的溫度、水出口測(cè)量溫度計(jì)的溫度； (4)、讀取氣體流量計(jì)的讀數(shù)，得到二氧化碳的質(zhì)量流量； (5)、讀取電磁流量計(jì)的讀數(shù)，得到水的質(zhì)量流量； (6)、計(jì)算得到超臨界二氧化碳的定壓比熱:
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于超臨界二氧化碳定壓比熱測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于，建立循環(huán)后穩(wěn)定2min。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK103439356SQ201310221100
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】孫寶江, 王金堂, 王志遠(yuǎn), 王寧, 侯磊, 孫小輝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)