[發(fā)明專利]儲(chǔ)層滲透介質(zhì)熱流固耦合多相流體壓裂-滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410356132.8
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN104155226A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹志光;許江;王維忠;李文璞;李銘輝;蔣長寶;李星;鄧博知;彭守建;宋真龍;韓佩博;康向濤
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08;G09B25/00;G01N3/18
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所(普通合伙) 50211
• 代理人: 張小曉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別是涉及一種用于研究非常規(guī)氣體壓裂-抽采聯(lián)合作用機(jī)理的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，目前規(guī)模生產(chǎn)并大量利用的常規(guī)能源供應(yīng)日益不能滿足市場需求，在這種嚴(yán)峻的能源形勢下，非常規(guī)天然氣表現(xiàn)出了巨大的資源潛力，而且我國非常規(guī)天然氣資源十分豐富，發(fā)展前景廣闊，非常規(guī)天然氣必然會(huì)成為未來能源供應(yīng)的重要來源。非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層滲透率是反映儲(chǔ)層內(nèi)流體滲流難易程度的物性參數(shù)，其與儲(chǔ)層裂隙發(fā)育特征、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力狀態(tài)、流體壓力、地溫、滲透介質(zhì)基質(zhì)的收縮作用、儲(chǔ)層埋深、滲透介質(zhì)結(jié)構(gòu)及地電場等密切相關(guān)，而儲(chǔ)層滲透率的大小對天然氣的儲(chǔ)存于排采、流體壓力的分布起著重要的作用。因此，對非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層及瓦斯儲(chǔ)層進(jìn)行開采條件下力學(xué)變形特性和滲流特性的實(shí)驗(yàn)研究是非常有必要的。

一般來說，非常規(guī)天然氣包括致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣和天然氣水合物等。我國非常規(guī)天然氣儲(chǔ)量非常豐富，開發(fā)潛力巨大，然而地質(zhì)條件復(fù)雜，埋藏深，開采成本高。在開發(fā)非常規(guī)天然氣的過程中，水力壓裂是一項(xiàng)提高效率、降低成本的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開始對儲(chǔ)層的水力壓裂破壞機(jī)理、裂縫擴(kuò)展幾何形態(tài)和裂縫延伸規(guī)律進(jìn)行了一些研究。然而，由于缺乏較為系統(tǒng)的科學(xué)研究，相關(guān)水力壓裂機(jī)理匱乏，未能將影響壓裂效果的相關(guān)主要參數(shù)進(jìn)行量化，所以該項(xiàng)技術(shù)在非常規(guī)天然氣儲(chǔ)層增滲領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展受到了一定程度的限制。

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置主要存在以下不足：1)所考慮的滲透率影響因素相對比較單一，不能進(jìn)行考慮應(yīng)力場、滲流場、溫度場等的多物理場耦合實(shí)驗(yàn)；2)如需測定滲透率，需取出巖心在另外的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行，而此時(shí)巖心因壓裂而產(chǎn)生的裂隙會(huì)重新閉合，不能定量精確測得原位巖心壓裂前后滲透率的變化；3)所進(jìn)行的滲流實(shí)驗(yàn)大多為單一的水相或氣相滲流實(shí)驗(yàn)，不能精確測量水氣各自流量；4)不能測得試件內(nèi)部的真空度，對于存在氣體吸附的實(shí)驗(yàn)來說不夠精確；5)安裝過程基本上靠手工搬運(yùn)，不方便且過程不夠穩(wěn)定，對試件有一定的影響。

因此，建立一種科學(xué)的非常規(guī)氣體壓裂-滲流實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)，探索水力壓裂作用下儲(chǔ)層滲透介質(zhì)的斷裂損傷及增滲機(jī)理，對水力壓裂的應(yīng)用與推廣有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能精確測量試件在多場耦合條件下壓裂前后滲透率變化的壓裂-滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)層滲透介質(zhì)熱流固耦合多相流體壓裂-滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括機(jī)架；所述機(jī)架的下部設(shè)置有平行導(dǎo)軌；所述平行導(dǎo)軌上設(shè)置有移動(dòng)小車；所述機(jī)架上設(shè)置有提升機(jī)構(gòu)；所述提升機(jī)構(gòu)與壓力室連接；所述機(jī)架的中部固定有油缸；所述油缸的活塞上固定有位移傳感器；所述活塞的伸出端固定有壓力傳感器；

所述壓力室包括可置于所述移動(dòng)小車上的底蓋；所述底蓋上螺栓連接有上座；所述上座的上端固定有導(dǎo)向蓋；

所述導(dǎo)向蓋的中心配合有壓桿；所述壓桿內(nèi)沿軸向平行設(shè)置有第一水孔和第一氣孔；所述第一水孔位于所述壓桿的中心；

所述第一水孔的下端螺紋配合有上壓頭；所述上壓頭的中心設(shè)置有與所述第一水孔連通的第二水孔；所述上壓頭上設(shè)置有若干個(gè)與所述第一氣孔連通的第二氣孔；

所述第二水孔的下端螺紋配合有壓裂頭；

所述底蓋的中心固定有壓座；所述壓座上固定有立柱；所述立柱的上端固定有下壓頭；所述下壓頭面向試件一側(cè)設(shè)置有若干第三氣孔；

所述壓座、立柱和下壓頭上設(shè)置有貫通的出孔；所述第三氣孔與所述出孔連通；所述底蓋上設(shè)置有出水孔；所述出孔的末端連接有出氣出水接頭；

所述機(jī)架固定在加熱油箱上；所述加熱油箱內(nèi)設(shè)置有油溫傳感器、加熱管和循環(huán)泵。

較佳的，所述提升機(jī)構(gòu)包括升降減速電機(jī)；所述升降減速電機(jī)的動(dòng)力通過傳動(dòng)帶傳遞至所述機(jī)架頂部對稱設(shè)置的帶輪；所述帶輪固定于傳動(dòng)絲桿上；所述傳動(dòng)絲桿的向所述機(jī)架的下方延伸并與所述上座的上部固定。

為便于操作，所述底蓋上固定有定位桿；所述導(dǎo)向蓋上設(shè)置有與所述定位桿對應(yīng)的定位孔。

為精確測量水流量和氣體流量，所述出孔與水氣分離測量系統(tǒng)連接；所述水氣分離測量系統(tǒng)包括與所述出氣出水接頭連接的三通閥；所述三通閥同時(shí)連接有第一截止閥和第二截止閥；所述第二截止閥與氣液分離器連接；所述氣液分離器同時(shí)與四通閥連接；所述四通閥同時(shí)連接有第三截止閥；所述第三截止閥與流量計(jì)連接；所述流量計(jì)同時(shí)與數(shù)據(jù)采集儀連接。