一种压缩空气储能库循环交变注采储层评价实验装置

本技术属于压缩空气储能，尤其涉及一种压缩空气储能库循环交变注采储层评价实验装置。

背景技术

1、大 背景技术： 压缩空气储能(caes)的发展与挑战

2、在碳中和背景下，压缩空气储能作为大规模长时物理储能的核心技术，因其环保性(无化石燃料消耗、零有害排放)和电网调峰能力，成为支撑可再生能源消纳的关键设施。盐穴、枯竭油气藏等地下空间因其巨大的储存容量和地质封闭性，被广泛改造为储能库，实现电能的“削峰填谷”。然而，储能库在实际运行中呈现“大吞大吐、注采交替、高压运行”的特点，单井日注采频次高达1次(远高于传统储气库的1–2次/年)，导致储层承受高频次交变应力。这种工况引发核心问题：储层渗透率不可逆损伤：多轮次注采引起的孔隙压力波动导致岩石骨架应力敏感效应加剧，渗透率随有效应力升高呈指数衰减。实验表明，渗透率在首次加压阶段下降最显著(降幅达8％–12％)，卸压后仅部分恢复，长期累积损伤将严重削弱储能库产能。传统渗流模型未考虑高频交变下的非达西流动及渗透率动态衰减，导致注采压差设计缺乏理论支撑。

3、小背景技术：储层评价实验装置的局限性

4、现有储层渗透率测试装置主要针对静态或单次循环条件，难以模拟实际高频交变注采工况，存在以下缺陷：首先是实验模拟能力不足：循环机制简单，常规装置仅支持单次升压/降压测试，无法复现储能库高频注采应力路径；围压控制精度低：传统围压泵响应慢，难以维持恒外压(模拟上覆岩层应力)下实现内压动态交变。

5、总之，目前储层评价装置无法满足高频交变、高压恒围压核心需求，导致实验数据难以指导注采参数优化(如最大/最小注采压差边界、渗透率衰减阈值)。亟需一种直接关联“净有效覆盖压力–渗透率”的动态实验装置，为储能库安全运行提供理论基础。

6、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

7、(1)储层渗透率不可逆损伤：多轮次注采引起的孔隙压力波动导致岩石骨架应力敏感效应加剧，渗透率随有效应力升高呈指数衰减。实验表明，渗透率在首次加压阶段下降最显著(降幅达8％–12％)，卸压后仅部分恢复，长期累积损伤将严重削弱储能库产能。传统渗流模型未考虑高频交变下的非达西流动及渗透率动态衰减，导致注采压差设计缺乏理论支撑。

8、(2)现有储层渗透率测试装置主要针对静态或单次循环条件，难以模拟实际高频交变注采工况，存在以下缺陷：首先是实验模拟能力不足：循环机制简单，常规装置仅支持单次升压/降压测试，无法复现储能库高频注采应力路径；围压控制精度低：传统围压泵响应慢，难以维持恒外压(模拟上覆岩层应力)下实现内压动态交变。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种压缩空气储能库循环交变注采储层评价实验装置。

2、本实用新型是这样实现的，一种压缩空气储能库循环交变注采储层评价实验装置包括：

3、气瓶、调压阀、压力表、岩心夹持器、压力表、皂膜流量计、手摇泵；

4、气瓶右端通过气管连接调压阀；调压阀右端通过气管连接压力表；压力表底部通过气管连接岩心夹持器；岩心夹持器右端通过气管连接压力表。

5、进一步，所述压力表底部通过气管连接皂膜流量计。

6、进一步，所述皂膜流量计右端通过气管连接手摇泵。

7、进一步，所述岩心夹持器：密封固定岩心，内置围压腔(连接手摇泵)。

8、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本实用新型所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

9、第一、本实用新型通过装置结构优化与实验路径设计，构建了一种兼具“交变压力–动态监测”能力的实验系统，能够真实模拟压缩空气储能库中高频注采引起的复杂应力环境。装置研发过程中，围绕围压控制稳定性、岩心夹持密封性、流量检测精度等关键技术指标，反复试验验证，最终实现了高还原度、高适应性的实验平台。通过对该装置在多轮次交变加载下的应用测试，验证了其实验可行性、数据连续性及渗透率动态衰减监测能力，证明该技术方案不仅有效解决了传统设备无法模拟交变注采应力路径、数据离散等技术难题，而且为后续储能库安全运行参数优化提供了可直接应用的理论支撑与量化依据，具备显著的技术创造性与工程应用价值。具体描述如下：

10、1.工况模拟真实：突破传统静态实验仅用固定围压的局限，通过手摇泵灵活调节围压，复现储气库注采过程中“注气加压-采气卸压”的循环交变应力，使岩心所处的力学环境与地下储层动态压力变化高度吻合，减少静态实验与现场实际的偏差，为后续渗流规律研究提供真实场景支撑，确保实验数据能直接反映储层在动态注采下的真实响应。

11、2.方法科学量化：围压调控→渗流测试→渗透率计算，实现全流程数据联动。围压调控匹配注采阶段应力变化，同步监测渗流速度、压力损耗等数据，再通过标准化公式推导渗透率数值，定量揭示“围压变化-渗透率波动”的关联规律，为储气库注采压力差优化、长期稳定性评估等提供可直接应用的量化依据，解决了传统方法数据碎片化的问题。

12、3.装置普适性强：采用精简结构设计，模块化夹持系统可兼容不同尺寸和岩性(砂岩、碳酸盐岩等)的岩心，无需频繁更换核心部件。既能对比不同岩心差异，又能追踪同一岩心动态变化，减少实验误差。

13、4.安全性与可视化兼顾：系统配置双压力表和皂膜流量计，可实时监测岩心两端压强与气体渗流速度，避免过压风险。皂膜流量计为直观可视结构，实验过程中可直接观察气体流速变化；岩心夹持器密封性强，具备防泄漏功能，保证测试过程安全稳定。

14、第二，本实用新型能够在实验室条件下高度还原压缩空气储能库高频交变注采的力学工况，实现恒定围压条件下多轮次循环内压调节，并同步测量渗透率的动态变化。该技术方案可带来以下价值：

15、1.安全性提升、寿命延长、成本降低：通过真实模拟地下储层在注采过程中承受的动态应力，获取围压变化与渗透率衰减的量化关系，为确定最大、最小注采压差提供依据，降低渗透率不可逆损伤风险，避免储层早期失效；利用实验数据优化注采制度，可有效延缓渗透率衰减过程，减少因储层损伤导致的修复或报废，降低长期运维成本。

16、2.广泛的推广价值：装置结构简洁、模块化程度高，适配多种岩性(如砂岩、碳酸盐岩)和不同尺寸的岩心，不仅适用于压缩空气储能，还可推广至二氧化碳地质封存等涉及多轮次注采的地下工程领域。

17、3.经济与社会的双重价值：该装置可推动可再生能源的高效消纳和电网调峰能力提升，兼具显著经济效益与社会效益。

18、当前国内外尚无专门面向压缩空气储能库循环交变注采条件下储层渗透率动态评价的实验装置，现有设备大多局限于静态或单循环测试，无法满足多轮次内压交变的实验需求。本实用新型首次突破了实验边界的局限：由静态/单循环测试拓展至高频、多轮次循环测试；突破应力控制能力不足的局限：实现围压恒定的同时灵活调节内压，精确复现现场注气加压与采气卸压路径；

19、储能库在实际运行中“日注日采、交替高压”工况对储层渗透率的累积不可逆损伤，是业内长期关注但难以在实验室准确再现和量化的技术难题。主要难点包括：无法在实验室内稳定模拟恒定围压条件下的多轮次动态应力；渗透率在高频交变注采下的变化规律缺乏实验数据支撑；实验数据碎片化，难以形成围压—渗透率的定量关联。

20、本实用新型通过围压腔+手摇泵的压力调控系统，配合皂膜流量计与双压力表，实现了内外压协同变化的可控模拟，并在一次实验中连续获取多轮次升降压条件下的渗透率变化曲线，为储能库运行参数优化提供了可直接应用的实验依据。

21、长期以来，行业普遍认为储层渗透率评价在静态或低频循环条件下进行即可，忽视了高频交变应力对渗透率的累积影响。这种技术偏见导致：测试结果与实际运行条件差异较大，无法准确预测长期运行下的储层性能衰减；注采压差设计缺乏对高频交变损伤的量化考量，存在运行风险。

22、本实用新型在实验设计中主动引入多轮次、高频率的交变内压路径，并保持围压恒定，使实验条件与现场实际高度吻合。实验结果显示渗透率在早期应力增加阶段下降最显著，卸压后仅部分恢复，验证了高频交变条件下不可逆衰减的存在，从而突破了传统实验的技术认知局限，纠正了长期存在的工程设计偏差。