[發明專利]一種監測頁巖水力壓裂破裂過程的裝置和方法

在審

• 申請號: 201510982699.0
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105424490A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 王小瓊;葛洪魁;閆偉;吳珊;孟范寶;劉峻嶸;金璨;劉慶;劉敦卿
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 陶敏;黃健

技術領域

本發明涉及一種頁巖水力壓裂技術，具體涉及一種監測頁巖水力壓裂破裂過程的裝置和方法。

背景技術

頁巖儲層的滲透率較低，力學各向異性明顯，因此一般采用水力壓裂進行開采。在實施水力壓裂之前，需要進行水力壓裂相關研究。目前，通常采用大型真三軸裝置進行水力壓裂試驗，該裝置采用千斤頂在X、Y、Z三個方向獨立施加壓力，所加載荷大，可模擬高應力條件下的真實受力狀態，然而采用千斤頂直接加壓存在壓力均勻性偏差較大等問題。為了克服該問題，作為一種改進方式，在加壓過程中，通過將X、Y、Z三個方向與連接板、傳力板以及定向機構等裝置連接，從而將軸向加載系統的力均勻地傳到試樣的各個受力面上。盡管該改進方式克服了上述壓力均勻性偏差較大的問題，然而裝置體積龐大、不便于攜帶，無法適應復雜的現場情況。

發明內容

本發明提供一種監測頁巖水力壓裂破裂過程的裝置和方法，用于解決現有技術中的裝置體積龐大、不便于攜帶，無法適應復雜的現場情況等技術缺陷。

本發明提供一種監測頁巖水力壓裂破裂過程的裝置，包括：

支架，其底部設有底座；

固定支撐部，包括底板和兩個側板，底板設置在底座上，兩個側板分別設置在底板的兩個相鄰側邊上，在側板上開設有開孔；

垂向加載部，包括垂向加載板和垂向加載桿，垂向加載板水平設置在底板上方，垂向加載桿的下端固定在垂向加載板上，垂向加載桿的上端從支架頂部穿出，垂向加載桿的中部與支架頂部螺紋連接；

兩個側向加載部，分別與兩個側板相對設置，側向加載部包括側向加載板和側向加載桿，側向加載桿的一端固定在側向加載板上，側向加載桿的另一端從支架側部穿出，側向加載桿的中部與支架側部螺紋連接。

進一步地，在底板、兩個側板、垂向加載板和兩個側向加載板的內表面分別開設有至少一個用于安裝聲發射探頭的凹槽。

進一步地，在底板、兩個側板、垂向加載板和兩個側向加載板的內表面分別相對開設有兩個所述凹槽。

進一步地，在所述凹槽安裝有聲發射探頭。

本發明的裝置還包括伺服電機，所述伺服電機與所述側向加載桿連接以驅動所述側向加載桿旋轉。

進一步地，在所述垂向加載桿的上端設有手動加載柄。

進一步地，在所述垂向加載桿和兩個側向加載桿上均設有應力傳感器。

在一實施方式中，所述支架的頂部和底部均呈十字形，所述支架的側部包括四個立柱，各立柱設置在所述頂部與底部的各端部之間。

進一步地，所述支架的長度、寬度和高度均小于50cm。

本發明還提供一種監測頁巖水力壓裂破裂過程的方法，利用上述任一所述的裝置進行，并且所述方法包括：

取頁巖并將其裁切為長方體，在長方體上鉆孔，隨后干燥，制得試樣；

在所述裝置的底板、兩個側板、垂向加載板和兩個側向加載板的內表面分別安裝至少一個聲發射探頭，將試樣置于所述裝置中，分別旋轉所述垂向加載桿和兩個側向加載桿，對試樣加壓至達到預設壓力；

向試樣的孔中泵入液體，并利用聲發射探頭監測試樣壓裂破裂過程。

本發明提供的監測頁巖水力壓裂破裂過程的裝置結構簡單，體積小，具有很好的便攜性，安裝和使用方便，特別適合用于施工現場，現場可操作性強。本發明提供的監測頁巖水力壓裂破裂過程的方法采用上述裝置進行，該方法操作簡單，可控性強，適用范圍廣泛；特別是，該方法能夠在接近真實地層狀態下進行測試，并且能夠得到試樣在水力壓裂時的破裂形態、破裂方式、破裂位置等信息，從而有利于深入了解巖石水力壓裂的過程。

附圖說明

圖1為本發明一實施例提供的監測頁巖水力壓裂破裂過程的裝置的結構示意圖。

附圖標記說明：

1：支架；2：底座；3：底板；4：側板；5：垂向加載板；6：垂向加載桿；7：側向加載板；8：側向加載桿；9：凹槽；10：手動加載柄；11：頂部；12：底部；13：側部；14：螺紋孔。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明的附圖和實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1