本發明提出了一種超低溫二氧化碳多輪吞吐致裂頁巖的裝置，包括高精度注入泵、冰浴恒溫系統、二氧化碳中間容器、甲烷中間容器、壓力加載系統、聲發射監測系統、數據采集系統、溫度控制系統、氣體流量計及回壓閥；本發明還提供了一種超低溫二氧化碳多輪吞吐致裂頁巖的方法，通過超低溫CO₂流體循環注入頁巖巖心，導致頁巖出現新裂縫或者內部舊裂縫延伸，提高頁巖的滲透率。本發明方法可通過簡單、便捷的實驗操作使頁巖出現裂縫和滲透率增加，評價致裂增滲效果。而且通過多次單因素實驗可以優化實驗方案，得到目的儲層滲透率增加最大的最優實驗條件，該方法為致裂頁巖儲層提供了新思路，為CO₂驅油提高頁巖采收率方面提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及頁巖氣開采技術領域，涉及一種超低溫二氧化碳多輪吞吐致裂頁巖的裝置和方法。

背景技術

頁巖油是一種源儲共生的非常規石油，通常以游離態、吸附態及少量溶解態賦存于泥頁巖層系中。頁巖油資源豐厚，然而頁巖儲層物性差，孔喉比和滲透率極低，導致其衰竭開采采收率極低。例如巴肯威利斯頓盆地、北達科他、蒙大納等頁巖區，平均孔隙度為5％，滲透率為0.04md。平均衰竭開采采收率大約為7％，其中一些區塊采收率僅有1％～2％，頁巖油藏粘土含量高，微納米孔隙發育，注入能力低，因此，對頁巖油藏進行常規二次注水采油并非行之有效的方法，頁巖油的開發必須進行儲層壓裂和增滲改造，目前國內外主要采用水平井、水力壓裂、CO₂壓裂技術來提高頁巖油的采收率。

由于超低溫CO₂循環注入頁巖，導致頁巖接觸部分的內外溫度不均勻，熱應變不能自由進行，就會產生熱應力，這種熱應力會導致頁巖出現新裂縫或者內部舊裂縫延伸。通過調研，公開號為CN109298162A的專利申請提出一種用不同相態二氧化碳致裂頁巖裝置及實驗方法，該方法主要調節CO₂的壓力來物理模擬氣態、液態、超臨界CO₂致裂頁巖，與本方法的致裂機理存在不同。公開號為CN105672974B的專利申請提出一種三軸應力下超臨界二氧化碳致裂頁巖實驗試件制作方法，該方法夠模擬多場(地應力、溫度、壓力)耦合條件下不同參數(鉆孔深度、鉆孔直徑、不同注入速率)致裂頁巖效果的影響。目前，主要的致裂還是通過高壓注入(水、氮氣或者CO₂)導致頁巖產生裂縫，而通過超低溫效應導致頁巖出現新裂縫或者內部舊裂縫出現延伸的相關專利和文獻較少，有鑒于此，本發明提出一種超低溫致裂頁巖儲層的新思路，為頁巖有效開發新技術提供基礎實驗依據。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的第一方面提供了一種超低溫二氧化碳多輪吞吐致裂頁巖的裝置，所述裝置包括高精度注入泵、冰浴恒溫系統、二氧化碳中間容器、甲烷中間容器、壓力加載系統、聲發射監測系統、數據采集系統、溫度控制系統、氣體流量計及回壓閥，其中，

所述高精密注入泵用于控制注入二氧化碳的壓力；

所述冰浴恒溫系統用于控制注入二氧化碳的溫度；

所述壓力加載系統用于對頁巖加載不同的圍壓；

所述聲發射監測系統和數據采集系統用于檢測不同時間的頁巖聲波發射特征；

所述回壓閥用于排出燜井的二氧化碳氣體，同時保持巖心內部壓力不降低；

所述甲烷中間容器和氣體流量計用于測試超低溫二氧化碳吞吐前后頁巖的滲透率；

所述溫度控制系統用于控制巖心夾持器的溫度。

進一步地，所述聲發射檢測系統包括聲波發射器、聲波接收器及聲波控制系統，用于檢測不同時間的頁巖聲波發射特征。

進一步地，所述二氧化碳中間容器為二氧化碳氣瓶，甲烷中間容器為甲烷氣瓶。

本發明的第二方面提供了一種超低溫二氧化碳多輪吞吐致裂頁巖的方法，使用上述的超低溫二氧化碳多輪吞吐致裂頁巖的裝置，所述方法包括以下步驟：