本發(fā)明涉及閉式循環(huán)取熱，特別是涉及到一種用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、鑒于開式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)存在的工質(zhì)泄露、管道腐蝕等一系列問題，閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)越來越受到各油氣開發(fā)企業(yè)的重視，利用現(xiàn)有廢棄或低產(chǎn)井與高溫廢棄油氣儲層進(jìn)行地?zé)崮芴崛〔橹車ぷ髡九c居民區(qū)供熱可有效實現(xiàn)油區(qū)廢棄油氣井資源的有效利用。

2、在已有的閉式循環(huán)取熱應(yīng)用中(包括單井同軸取熱、u型井取熱以及重力熱管取熱)均存在產(chǎn)出液溫度衰減快的問題。已有現(xiàn)場實驗結(jié)果表明采用單井同軸換熱時，初期產(chǎn)出液溫度為49℃，而取熱20天后產(chǎn)出液溫度即降至40℃以下。在u型井現(xiàn)場實驗中也同樣出現(xiàn)了產(chǎn)出液溫度衰減快的問題。對于重力熱管取熱，由于其取熱效率更高，溫度衰減將更加嚴(yán)重。分析其中的原因可知，開發(fā)一段時間后井筒周圍的熱量被提取后儲層溫度場難以恢復(fù)。因此，提出通過對井筒取熱段進(jìn)行儲層改造并向壓裂裂縫內(nèi)充填導(dǎo)熱支撐劑的方法，以提升儲層向井筒的熱量傳遞效果。

3、在申請?zhí)枺篶n201611064653.1的中國專利申請中，涉及到一種用于增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)的模擬實驗裝置及利用其測試增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)儲層熱能提取率的方法，所述模擬實驗裝置包括:換熱室，所述換熱室形成一封閉的腔室；所述換熱室的一側(cè)具有與所述腔室連通的入口，和位于所述換熱室的另一側(cè)且與所述腔室連通的出口；巖樣組，所述巖樣組由n?x?nx2個巖塊組成，所述n?x?n?x2個巖塊按照n?x?n?x2的排列方式排列并置于所述腔室中；所述巖塊為邊長295mm-300mm的正方體結(jié)構(gòu)；支撐劑；防水密封塞；電加熱板；集液槽。該發(fā)明解決了如何測試增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)不同儲層改造方式下熱提取效率、穩(wěn)產(chǎn)時間的技術(shù)問題。該發(fā)明著重于提供增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)熱能提取率的方法，該發(fā)明未考慮壓裂實施過程中支撐劑在裂縫內(nèi)的運移過程，同時也忽略了地應(yīng)力對裂縫閉合及對裂縫內(nèi)支撐劑分布形態(tài)的影響。

4、在申請?zhí)枺篶n202310192650.x的中國專利申請中，涉及到一種支撐劑運移和導(dǎo)流的可視化實驗裝置及實驗方法，其涉及巖層支撐劑實驗設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域，包括：容納機(jī)構(gòu)，用于容納巖石樣本，所述巖石樣本具有多個孔隙；加壓機(jī)構(gòu)，與所述容納機(jī)構(gòu)相連接，用于向所述巖石樣本及所述孔隙施加壓力；加溫機(jī)構(gòu)，與所述容納機(jī)構(gòu)相連接，用于提高所述巖石樣本的溫度；流體注射機(jī)構(gòu)，與所述容納機(jī)構(gòu)相連接，用于向所述孔隙內(nèi)注入流體；支撐劑注射機(jī)構(gòu)，與所述容納機(jī)構(gòu)相連接，用于向所述孔隙內(nèi)注入支撐劑；數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)，用于獲取所述孔隙內(nèi)的所述支撐劑和所述流體的運動信息。該發(fā)明提供的支撐劑運移和導(dǎo)流的可視化實驗裝置及實驗方法能模擬真實地層下的支撐劑運移和導(dǎo)流效果，且能提供可視化數(shù)據(jù)。該實驗中雖可對巖石試樣進(jìn)行溫度加載，但是針對巖石試驗環(huán)境溫度條件進(jìn)行腔室整體加載(本發(fā)明專利則是著重分析了壓裂支撐劑鋪置過程及其規(guī)律與支撐劑鋪置后巖石導(dǎo)熱性能間的關(guān)系)。

5、在申請?zhí)枺篶n202111282078.3的中國專利申請中，涉及到一種一種頁巖油壓裂開采裝置及方法，屬于石油工程領(lǐng)域。所述裝置包括：導(dǎo)電導(dǎo)熱層，設(shè)置于壓裂過程形成的裂縫區(qū)內(nèi)；加熱裝置，設(shè)置于加熱井內(nèi)；兩個電極，分別設(shè)置于生產(chǎn)井和加熱井內(nèi)，且兩個電極之間通過電極電纜連接。該發(fā)明的創(chuàng)新點在于電極、加熱裝置加熱與儲層支撐劑導(dǎo)電自加熱同時工作，實現(xiàn)對地層和壓裂裂縫同時進(jìn)行加熱，地層加熱溫度從每月15℃提高到30℃，將溫度加熱到250～300℃需要8～10個月時間，加熱效率提高約2倍；單井產(chǎn)油量從3.2～8.0m3/d提高到15～20.0m3/d，產(chǎn)量提高3～5倍。該發(fā)明提供了一種通過向壓裂縫中添加導(dǎo)電導(dǎo)熱支撐劑進(jìn)而提升頁巖油開發(fā)效果的方法，但該專利忽視了對注入裂縫形態(tài)與導(dǎo)熱性能提升幅度間定量關(guān)系的研究。

6、然而目前針對導(dǎo)熱支撐劑優(yōu)選這一問題，以及導(dǎo)熱支撐劑在壓裂裂縫內(nèi)的運移鋪置規(guī)律，導(dǎo)熱支撐劑類型、導(dǎo)熱支撐劑濃度、裂縫閉合壓力等對巖體導(dǎo)熱性能的提升規(guī)律等均不明確，國內(nèi)外未有相關(guān)研究。因此，有必要針對閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)的儲層改造過程，探究導(dǎo)熱支撐劑在裂縫內(nèi)的運移規(guī)律以及導(dǎo)熱支撐劑充填后對巖體導(dǎo)熱性能的影響，進(jìn)而提出最佳的閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)儲層壓裂改造方案。為此我們發(fā)明了一種新的用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置與方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種為基于儲層改造后裂縫內(nèi)填充導(dǎo)熱材料的閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)的可行性及產(chǎn)能預(yù)測提供技術(shù)支持的用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置與方法。

2、本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置，該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置包括導(dǎo)熱性能評價腔室，含裂縫巖體，壓裂液與支撐劑入口、壓裂液與支撐劑出口，加熱片和應(yīng)力加載裝置，該含裂縫巖體位于該導(dǎo)熱性能評價腔室中，所述壓裂液與支撐劑入口和所述壓裂液與支撐劑出口均具有多個，與該含裂縫巖體中裂縫對應(yīng)連接，所述加熱片位于該導(dǎo)熱性能評價腔室中該含裂縫巖體放置的一側(cè)，為支撐劑鋪置后導(dǎo)熱性能測試提供熱源，所述應(yīng)力加載裝置位于該導(dǎo)熱性能評價腔室中與裂縫面的垂直方向上，為裂縫閉合提供閉合應(yīng)力。

3、本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

4、該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置還包括導(dǎo)熱性能評價腔室外殼，該導(dǎo)熱性能評價腔室外殼位于該導(dǎo)熱性能評價腔室的外層。

5、所述加熱片具有多個，通過螺紋固定在該導(dǎo)熱性能評價腔室的壁面上。

6、該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置還包括多個溫度傳感器，在與所述加熱片相對的面上通過開孔設(shè)置所述溫度傳感器，所述溫度傳感器的連接線穿過該導(dǎo)熱性能評價腔室的壁面，并通過螺紋密封圈進(jìn)行緊固密封。

7、該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置還包括保溫層，該保溫層位于該含裂縫巖體周圍，以隔絕該含裂縫巖體與外界的熱量交換。

8、所述應(yīng)力加載裝置采用液壓密封膠套實現(xiàn)，對裂縫內(nèi)充填的導(dǎo)熱材料有壓坯的作用。

9、支撐劑通過所述壓裂液與支撐劑入口和所述壓裂液與支撐劑出口注入到該含裂縫巖體的裂縫中，支撐劑在裂縫內(nèi)出現(xiàn)沉降堆積。

10、本發(fā)明的目的也可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價方法，該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價方法采用了用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置，包括：

11、步驟1、制備含裂隙巖體；

12、步驟2、將含裂隙巖體裝入導(dǎo)熱性能評價腔室；

13、步驟3、根據(jù)模擬熱儲層所處地應(yīng)力條件確定裂縫閉合壓力，通過應(yīng)力加載裝置為含裂隙巖體加載地應(yīng)力；

14、步驟4、準(zhǔn)備實驗所需的壓裂液與導(dǎo)熱支撐劑；

15、步驟5、通過壓裂液與支撐劑注入口向裂隙巖體中注入導(dǎo)熱支撐劑；

16、步驟6、打開加熱片，監(jiān)測含裂隙巖體的壁面的溫度變化；

17、步驟7、關(guān)閉加熱片，記錄含裂隙巖體的裂縫內(nèi)導(dǎo)熱支撐劑鋪置狀態(tài)。

18、本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

19、在步驟1，含裂隙巖體可通過巖樣切割或巖樣劈裂的形式獲取。

20、該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價方法還包括，在步驟2之后，關(guān)閉導(dǎo)熱性能評價腔室上部密封蓋，導(dǎo)熱性能評價腔室上部密封蓋采用耐溫橡膠密封。

21、在步驟4，根據(jù)含裂隙巖體實際裂縫條數(shù)打開或關(guān)閉所需的壓裂液與支撐劑入口及出口，準(zhǔn)備實驗所需的壓裂液與導(dǎo)熱支撐劑，壓裂液包括清水、刮膠壓裂液、滑溜水壓裂液，導(dǎo)熱支撐劑包括金屬粉末、石墨粉這些高導(dǎo)熱系數(shù)粉末材料。

22、在步驟5，按實驗方案設(shè)置壓裂液注入排量與支撐劑加入間隔與加入量，待施加在裂隙巖體上的地應(yīng)力穩(wěn)定后，通過壓裂液與支撐劑注入口向裂隙巖體中注入導(dǎo)熱支撐劑，在注入壓力的作用下裂縫張開，導(dǎo)熱支撐劑也被帶入裂縫內(nèi)，隨即停止壓裂液注入，在地應(yīng)力作用下裂縫發(fā)生閉合，裂縫內(nèi)充填的導(dǎo)熱支撐劑在裂縫閉合后的壓坯作用下接觸更緊密。

23、在步驟6，單片加熱片功率設(shè)置為ph，加熱時間為th，通過位于含裂縫巖體兩對應(yīng)側(cè)面的溫度傳感器監(jiān)測含裂隙巖體的壁面的溫度變化。

24、在步驟7，關(guān)閉加熱片，待含裂隙巖體降溫后卸載地應(yīng)力，打開導(dǎo)熱性能評價腔室上部密封蓋，取出含裂隙巖體，打開每層裂縫，記錄含裂隙巖體的裂縫內(nèi)導(dǎo)熱支撐劑鋪置狀態(tài)。

25、該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價方法還包括，在步驟7之后，步驟8，改變壓裂液類型、導(dǎo)熱支撐劑材料類型、壓裂液注入排量、導(dǎo)熱支撐劑加入間隔、導(dǎo)熱支撐劑加入量、地應(yīng)力條件，重復(fù)步驟5-7。

26、該用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價方法還包括，在步驟8之后，步驟9，分析各實驗條件下位于含裂隙巖體的壁面上的溫度傳感器所獲得的溫度分布與演化規(guī)律及裂縫內(nèi)導(dǎo)熱支撐劑鋪置形態(tài)，計算含裂隙巖體各位置處的導(dǎo)熱熱阻，明確不同因素對裂縫內(nèi)導(dǎo)熱支撐劑鋪置形態(tài)的影響以及不同導(dǎo)熱支撐劑鋪置形態(tài)對含裂隙巖體導(dǎo)熱性能的影響，進(jìn)而給出最佳的閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)儲層改造方案。

27、在步驟9，巖體各位置處的導(dǎo)熱熱阻為，通過分析巖體內(nèi)各位置處的導(dǎo)熱熱阻，明確導(dǎo)熱支撐劑添加對巖體導(dǎo)熱性能提升的影響規(guī)律。

28、本發(fā)明中的用于閉式循環(huán)采熱的支撐劑導(dǎo)熱性能評價裝置與方法，是為了掌握閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)改造過程中導(dǎo)熱支撐劑在裂縫內(nèi)的運移規(guī)律以及導(dǎo)熱支撐劑填充后各影響因素對巖體導(dǎo)熱性能提升的影響規(guī)律，進(jìn)而提出的最佳的閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)儲層壓裂改造方案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)優(yōu)點：

29、1、可獲取地應(yīng)力條件下導(dǎo)熱材料在裂縫內(nèi)的運移鋪置規(guī)律以及各因素對導(dǎo)熱材料在裂縫內(nèi)運移的影響；

30、2、可獲取裂縫內(nèi)充填導(dǎo)熱材料后巖體導(dǎo)熱性能的變化規(guī)律，明確導(dǎo)熱材料填充特征對巖體導(dǎo)熱性能提升的影響；

31、3、可為基于儲層改造后裂縫內(nèi)填充導(dǎo)熱材料的閉式循環(huán)地?zé)嵯到y(tǒng)的可行性及產(chǎn)能預(yù)測提供技術(shù)支持。