[0001] 本发明属于液态二氧化碳可视化及其性质研究领域技术领域，具体涉及一种液态二氧化碳可视化装置及其使用方法。

[0002] 水力压裂和水平钻井技术的发展促进了页岩气资源的开发。然而，使用水力压裂有明显的缺点，如环境问题、引发地震、水资源浪费等。液态二氧化碳(包括超临界二氧化碳)具有特殊的物理性质，可替代水作为增产液提高页岩气采收率。这是因为液态二氧化碳具有比水更好的破岩能力，使其钻穿页岩地层时非常有效。与水力压裂相比，液态二氧化碳压裂制造的裂缝网络更丰富、更复杂，从而造成油气渗透率更高。同时用于页岩气回收领域，注入液态二氧化碳可以安全地将二氧化碳封存在页岩储层中，从而降低碳排放，有助于碳达峰和碳中和。

[0003] 然而，页岩气开采和封存过程中，页岩‑液态二氧化碳或卤水‑液态二氧化碳的相互作用会影响储层的正常关系。这种关系尚不明确，需要对液态二氧化碳的物理性质和化学性质进行深入研究。液态二氧化碳可视化是研究其物理性质和化学性质的有效方法。然而，由于二氧化碳固有的性质使其在常温下难以可视化。这是因为常压下干冰从固态二氧化碳不经过液态直接升华至气态。欲达到常温下液态二氧化碳，需要在压强高于8MPa下，且置于密闭容器方可实现。但是，仍然不能满足液态二氧化碳的可视化，造成研究液态二氧化碳物理性质和化学性质难以开展。因此，有必要开发一种能够实现在常温下液态二氧化碳可视化装置，方便室温下进行液态二氧化碳物理性质和化学性质研究。

[0004] 专利公开号为CN114053969A，名称为二氧化碳水合物封存实验装置及二氧化碳封存量计算方法的专利申请，公开了一种二氧化碳水合物封存实验装置及二氧化碳封存量的计算方法，该实验装置包括进气系统、反应釜、温度控制系统、温度传感器、压力传感器、显微相机以及数据采集与存储系统；进气系统用于将二氧化碳气体通入反应釜内；反应釜包括密封连接的釜体和釜盖，釜盖上设有第一可视化窗口，釜体上有相对的两个第二可视化窗口；温度传感器和压力传感器装在釜盖上，温度传感器深入到釜体内；显微相机用于通过可视化窗口对釜体内的二氧化碳水合物的生成情况进行实时观察；数据采集和储存系统分别采集温度传感器、压力传感器和显微相机的数据；温度控制系统包括恒温水浴箱以及外接的全透明水浴槽，反应釜置于全透明水浴槽内。

[0005] 该专利申请提供的是二氧化碳可视化装置应用到二氧化碳计量领域，解决的是二氧化碳计量的问题，并未解决液态二氧化碳如何可视化的问题。

[0006] 专利公开号为CN211347826U，名称为一种可视化二氧化碳无水压裂液流变性测试系统的专利申请，公开一种可视化二氧化碳无水压裂液流变性测试系统，包括：二氧化碳气瓶、活塞容器和测量杯；二氧化碳气瓶的出口连接活塞容器的上部入口，活塞容器的上部出口连接测量杯入口；活塞容器的底部还设有加压装置。该专利申请利用流变仪重点解决的液态二氧化碳流体性质如何表征的问题，关键部件在于流变仪，因流变仪是否精密和准确，决定对了液态二氧化碳流体性质表征是否准确。该专利申请是在流变仪自带高温高压系统上进行的设计，即如果没有流变仪自带高温高压系统，该液态二氧化碳可视化部件无法独立、自行工作，也就是不能单独作为液态二氧化碳可视化装置，无法独立实现液态二氧化碳可视化，仍然没有解决液态二氧化碳可视化的问题。

[0040] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0041] 需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

[0042] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0043] 下面结合附图对本发明进行详细说明。

[0044] 如图1至图3所示，本发明的一种液态二氧化碳可视化装置，包括：液态二氧化碳室1、透明板2和数字显示组件3。其中：

[0045] 所述液态二氧化碳室1上开设有可视化窗口，所述液态二氧化碳室1为采用抗腐蚀钢制作的密闭长方体，且所述液态二氧化碳室1的承压强度不低于25Mpa。

[0046] 可选的，所述液态二氧化碳室1的安全压力范围为25MPa～30MPa。

[0047] 所述透明板2嵌在所述液态二氧化碳室1的可视化窗口中；所述透明板2与所述可视化窗口之间密闭连接，以防止漏气。所述透明板2采用蓝宝石玻璃或有机玻璃，所述透明板2上配备有体积刻度尺，用于观察液态二氧化碳流体状态。

[0048] 所述透明板2的抗压强度≥10Mpa。可选的，所述透明板2的抗压强度为10MPa～20MPa。

[0049] 所述数字显示组件3设置在所述液态二氧化碳室1的外壁上；所述数字显示组件3能够显示所述液态二氧化碳室1内的压力。所述数字显示组件3的测量精度和显示精度均为0.1MPa。

[0050] 可选的，所述一种液态二氧化碳可视化装置还包括加压组件4所述加压组件4包括导管41和压力控制器42，所述压力控制器42通过导管41与所述液态二氧化碳室1相连，所述压力控制器42能够控制所述液态二氧化碳室1内的压力大小。所述压力控制器42的压力控制范围为0MPa～25MPa，步长为1MPa。

[0051] 所述压力控制器42上设置有限压装置，所述限压装置能够防止所述液态二氧化碳室1的压力超过所述限压装置所设定的数值。

[0052] 可选的，所述限压装置所设定的数值为20MPa。

[0053] 本发明一种液态二氧化碳可视化装置的使用方法，根据范德华方程PV＝NRT，可考虑通过吸热不加压、加压不吸热两种方法实现固态二氧化碳的液化，其中吸热不加压的液化方法包括以下步骤：

[0054] 首先，将固态二氧化碳放置在所述液态二氧化碳室1中，并将所述液态二氧化碳室1密封；使所述固态二氧化碳在室温下吸热，成为液态二氧化碳；通过透明板2监控液态二氧化碳的状态，并通过所述数字显示组件3观察所述液态二氧化碳室1中的压力状态。

[0055] 加压不吸热的液化方法包括以下步骤：

[0056] 首先，将固态二氧化碳放置在所述液态二氧化碳室1中，并将所述液态二氧化碳室1密封；通过所述加压组件4对所述液态二氧化碳室1加压，并通过所述数字显示组件3将所述液态二氧化碳室1内的压力调整至设定压力，使所述固态二氧化碳成为液态二氧化碳；通过透明板2监控液态二氧化碳的状态，并通过所述数字显示组件3观察所述液态二氧化碳室
1中的压力状态。

[0057] 实施例

[0058] 本发明通过提供多个实施例对本发明所述的一种液态二氧化碳可视化装置以及所带来的有益效果做进一步地解释和说明。实施例1～3为液态二氧化碳可视化装置的基础功能举例，分别为0℃、10℃、20℃下实现液态二氧化碳可视化的实例。实施例4～6为液态二氧化碳超临界状态可视化装置的基础功能举例，分别为30℃、40℃、50℃下实现液态二氧化碳超临界状态可视化的实例。因干液态二氧化碳在压力达到大于等于10MPa时，即使增加温度也能保持二氧化碳处于液态状态，且为超临界状态。基础功能是指在常温下或超过20℃下肉眼可见液态二氧化碳。实施例7～10为液态二氧化碳可视化装置可实现分别在20℃、30℃、40℃、50℃下，测试液态二氧化碳的粘度，并可计算出对应温度下的雷诺系数，从而得到液态二氧化碳在不同温度下的流体性质。同理，可以获得其他温度下，液态二氧化碳在不同温度下的流体性质，并不限于温度范围在20℃～50℃。实施例11～13为液态二氧化碳可视化装置可实现在20℃下，测试液态二氧化碳流量，以及压裂支撑剂对液态二氧化碳产生气泡的作用。

[0059] 实施例1

[0060] 本实施例以0℃下进行试验。首先，将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为8MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出8MPa的压力；当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到8MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，确保液态二氧化碳室1内部压力8MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。

[0061] 实施例2

[0062] 本实施例以10℃下进行试验。将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为9MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出9MPa的压力；当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到9MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，并有阀门保持系统为封闭状态，确保液态二氧化碳室1内部压力9MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。

[0063] 实施例3

[0064] 本实施例以室温20℃下进行试验。将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为10MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出10MPa的压力；当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到10MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，并有阀门保持系统为封闭状态，确保液态二氧化碳室1内部压力9MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。

[0065] 实施例4

[0066] 与实施例3不同的是，本实施例以室温30℃下进行试验，其他与实施例3相同。

[0067] 实施例5

[0068] 与实施例3不同的是，本实施例以室温40℃下进行试验，其他与实施例3相同。

[0069] 实施例6

[0070] 与实施例3不同的是，本实施例以室温50℃下进行试验，其他与实施例3相同。

[0071] 实施例7

[0072] 本实施例以室温20℃下进行试验。在液态二氧化碳室1上部开设小孔，供粘度计转子进入，待粘度计转子进入液态二氧化碳室1，并距离液态二氧化碳室1底部10mm处，停止进入，并封闭小孔。将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为10MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出10MPa的压力；当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到10MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，并有阀门保持系统为封闭状态，确保液态二氧化碳室1内部压力9MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。打开粘度计，测试液态二氧化碳粘度。通过计算得到液态二氧化碳在20℃时的雷诺系数，从而获得液态二氧化碳在20℃时的流体性质。

[0073] 实施例8

[0074] 与实施例7不同的是，本实施例以室温30℃下进行试验，其他与实施例7相同。

[0075] 实施例9

[0076] 与实施例7不同的是，本实施例以室温40℃下进行试验，其他与实施例7相同。

[0077] 实施例10

[0078] 与实施例7不同的是，本实施例以室温50℃下进行试验，其他与实施例7相同。

[0079] 实施例11

[0080] 本实施例以室温20℃下进行试验。在液态二氧化碳室1上部开设小孔，供流量计转子进入，待流量计进入液态二氧化碳室1，并距离液态二氧化碳室1底部10mm处，停止进入，并用封闭小孔。将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为10MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出10MPa的压力；当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到10MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，并有阀门保持系统为封闭状态，确保液态二氧化碳室1内部压力9MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。打开流量计，测试液态二氧化碳流体空隙率。

[0081] 实施例12

[0082] 本实施例以室温20℃下进行试验。将2g石英砂压裂支撑剂放入从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，随后再将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为10MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出10MPa的压力；
当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到10MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，并有阀门保持系统为封闭状态，确保液态二氧化碳室1内部压力9MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。观察石英砂压裂支撑剂对液态二氧化碳产生的气泡作用。

[0083] 实施例13

[0084] 本实施例以室温20℃下进行试验。将2g陶粒压裂支撑剂放入从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，随后再将10g干冰从液态二氧化碳室1上部导管41连接口放入液态二氧化碳室1内部，拧紧连接口，完成密封过程；利用压力控制器42设定压力为10MPa，启动加压组件4经由导管41向液态二氧化碳室1持续输出10MPa的压力；当数字显示组件3显示液态二氧化碳室1内部压力达到10MPa时，压力控制器42会自动停止加压组件4向液态二氧化碳室1输出压力，并有阀门保持系统为封闭状态，确保液态二氧化碳室1内部压力9MPa保持稳定；利用透明板2观察液态二氧化碳室1内部干冰状态，干冰由固态转变为液态；待干冰全部由固态转变为液态后，采用刻度尺读取液态二氧化碳的体积。观察陶粒压裂支撑剂对液态二氧化碳产生的气泡作用。

[0085] 在以上实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件，所涉及的结构设置方式、工作方式或控制方式如无特别说明，均为本领域常规的设置方式、工作方式或控制方式。

[0086] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。