[發(fā)明專利]一種脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310147687.7
• 申請(qǐng)日: 2013-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN103196762A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸朝暉;賀培;程禮軍;劉俊峰;曾春林;張義;黃帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院
• 主分類號(hào): G01N3/36
• 分類號(hào): G01N3/36;G01N13/04
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置，包括脈沖發(fā)生與控制系統(tǒng)、三軸應(yīng)力加載裝置、裂縫監(jiān)測(cè)裝置和滲透率測(cè)定系統(tǒng)；其特征在于：

?所述三軸應(yīng)力加載裝置由巖心夾持器和軸向壓力和徑向壓力加載系統(tǒng)組成；所述巖心夾持器包括上鋼座（16）、下鋼座（18）和徑向夾持件（17），所述徑向夾持件（17）圍成筒狀，向夾持于筒內(nèi)的巖心試件傳遞徑向力，上鋼座（16）和下鋼座（18）分別位于徑向夾持件上下兩端，向巖心試件傳遞軸向力；所述上鋼座（16）和下鋼座（18）均有中心孔，與巖心試件的巖心中心孔相互連通；所述軸向壓力和徑向壓力加載系統(tǒng)是通過加載終端作用于徑向夾持件（17）、上鋼座（16）和下鋼座（18），提供加載的圍壓和軸向壓力；

所述脈沖發(fā)生與控制系統(tǒng)包括壓裂液池（1）、高壓泵（2）、節(jié)流閥（3）、溢流閥（12）、水力脈沖生成裝置（4）、壓力傳感器（10）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（9）；巖心夾持器的上下兩端，即上鋼座（16）和下鋼座（18）的中心孔分別通過管道連接節(jié)流閥（3）和溢流閥（12），進(jìn)液管從壓裂液池接出，通過高壓泵（2）、第一開關(guān)閥（15）連接節(jié)流閥（3）進(jìn)口，出液管從溢流閥（12）出口接至壓裂液池（1），形成液流循環(huán)；從壓裂液池（1）接有一分支管路至高壓泵（2）和第一開關(guān)閥（15）之間的管路，并在所述分支管路上安裝第二開關(guān)閥（14）；所述水力脈沖生成裝置（4）安裝在上鋼座（16）的中心孔出口位置；所述壓力傳感器（10）內(nèi)置于下鋼座（18）中，通過信號(hào)線連接外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（9）；

所述裂縫監(jiān)測(cè)裝置采用聲發(fā)射信號(hào)采集器（8），通過信號(hào)線連接安裝在巖心夾持器上的聲發(fā)射傳感器（20），其輸出信號(hào)連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（9）；

所述滲透率測(cè)定系統(tǒng)包括截止閥（21）、調(diào)壓閥（22）、流量計(jì)（23）、壓力計(jì)（24）和氣源（19），氣源（19）的輸氣管路連接調(diào)壓閥（22）、流量計(jì)（23）、壓力計(jì)（24），并由巖心夾持器的一端的管道接入，將氣體輸入巖心試件，氣體壓力由調(diào)壓閥（22）控制，截止閥（21）安裝在由巖心夾持器另一端的管道上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：還包括有墊圈（6），其固定在巖心試件的上、下兩端與上鋼座（16）、下鋼座（18）之間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述墊圈（6）由環(huán)氧樹脂膠結(jié)層（5）膠結(jié)固定。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：墊圈（6）的中心孔位置有凸起的嵌入部，嵌入巖心試件的巖心中心孔（13）。

5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于所在下鋼座（18）的中心孔出口至溢流閥（12）之間的管路上安裝有過濾裝置（11）。

6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述巖心夾持器兩端的管道是通過快換接頭與滲透率測(cè)定系統(tǒng)或脈沖發(fā)生與控制系統(tǒng)連接的。

7.根據(jù)使用權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的裝置進(jìn)行脈沖水力壓裂改造頁巖氣儲(chǔ)層的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）把巖心試件（7）裝入巖心夾持器中，在巖心夾持器兩端裝上滲透率測(cè)定系統(tǒng)，關(guān)閉截止閥（21），從調(diào)壓閥（22）端泵入氣體，測(cè)定壓裂前巖心滲透率，測(cè)試完后取出巖心試件；

（2）拆除滲透率測(cè)定系統(tǒng)，取出巖心試件，在巖心夾持器兩端裝上脈沖發(fā)生與控制系統(tǒng)，打開高壓泵（2），壓裂液經(jīng)高壓管線流到水力脈沖生成裝置（4）生成脈沖流體，壓力傳感器（10）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脈沖壓力狀況，數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)（9）記錄壓力傳感器（10）傳出的脈沖壓力、頻率；通過觀察記錄的脈沖壓力、頻率，調(diào)節(jié)節(jié)流閥（3）、溢流閥（11），達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需脈沖壓力和頻率，然后打開第二開關(guān)閥（14）、關(guān)閉第一開關(guān)閥（15）；

（3）把巖心試件裝入巖心夾持器中，調(diào)節(jié)三軸應(yīng)力加載裝置，達(dá)到預(yù)定要求；

（4）打開聲發(fā)射信號(hào)采集器（8）；

（5）打開第一開關(guān)閥（15），關(guān)閉第二開關(guān)閥（14），開始實(shí)驗(yàn)，由聲發(fā)射信號(hào)采集器（8）采集實(shí)驗(yàn)中巖心損傷發(fā)出的信號(hào)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)（9）記錄；

（6）再將滲透率測(cè)定系統(tǒng)替換安裝上去，關(guān)閉截止閥（21），從調(diào)壓閥（22）端泵入氣體，測(cè)定壓裂后巖心滲透率；

（7）根據(jù)不同脈沖頻率、脈沖壓力、三軸應(yīng)力需要，重復(fù)A-G步驟；

（8）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉高壓泵（2），卸掉三軸應(yīng)力，處理壓裂廢液。