[發明專利]一種巖石水力壓裂試驗裂縫介入增強成像方法

有效

• 申請號: 201610663060.0
• 申請日: 2016-08-12
• 公開（公告）號: CN106323999B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 李守定;周忠鳴;李曉;赫建明;劉艷輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N23/044
• 分類號: G01N23/044
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙)11482
• 代理人: 宋寶庫

技術領域巖石力學試驗技術領域

背景技術巖石水力壓裂試驗的一個重要觀測物理量是壓裂裂縫的分布，當前巖石水力壓裂試驗裂縫觀測主要依賴于聲發射監測和X射線CT成像技術。聲發射監測技術對于壓裂裂縫產生時聲信號采集能力強，但對于聲信號反演定位精度較差，特別是對于實驗室小尺寸樣品，無法獲得較為精確的壓裂裂縫分布；而X射線CT成像技術，對于壓裂裂縫定位精度較高，但是對于普通寬度裂縫難以分辨，丟失了實際存在的大量裂縫分布信息。

因此，當前巖石水力壓裂試驗裂縫觀測方法，不能滿足巖石水力壓裂試驗裂縫分布精確觀測的需求。

發明內容本發明提供一種能夠克服巖石水力壓裂裂縫分布定位精度差、普通寬度裂縫難以分辨的缺點和不足，提高巖石水力壓裂試驗裂縫觀測精度，有利于科學認識巖石水力壓裂裂縫發育規律的裂縫介入增強成像方法。其特征是將含介入增強劑的水溶液水壓致裂巖石，形成水力壓裂裂縫，裂縫中的介入增強劑提高了X射線在裂縫與巖石的質量衰減系數μ/ρ差值，同時提高了裂縫與巖石X射線質能吸收系數μ_en/ρ差值，進而改變探測器接收的線衰減系數，提高巖石水力壓裂裂縫的成像分辨率。

巖石水力壓裂試驗裂縫介入增強成像方法的主要技術方案是基于實驗室X射線工業CT和巖石水力壓裂試驗機的介入增強劑加載壓裂工藝。實驗室X射線工業CT特征為：由探測器立柱16及其上的探測器15，X射線源立柱17及其上的X射線源14，高精度轉臺12構成。X射線源14激發出的X射線束18透射巖樣1，被探測器15接受透射后的X射線，根據線衰減系數分布μ（x,y）計算得出CT圖像；巖石水力壓裂試驗機特征為：由巖樣1，上墊塊2，下墊塊3，球形座4，三軸缸5，圍壓增壓泵7，自平衡活塞上腔8，自平衡活塞下腔9，自平衡活塞10及軸向作動器11等構成，巖石水力壓裂試驗機置于高精度轉臺12之上，巖樣1置于上墊塊2與下墊塊3之間，球形座4減小加載時巖樣1端面效應，三軸缸5與圍壓增壓泵7對巖樣1實施圍壓加載，自平衡活塞上腔8，自平衡活塞下腔9，自平衡活塞10與軸向作動器11保證對巖樣1實施軸向加載，巖石水力壓裂試驗機進行圍壓、軸壓和水力壓裂加載時，轉臺12以一定的速率旋轉；介入增強劑加載壓裂工藝為：首先配置一定濃度的裂縫介入增強劑，介入增強劑為含分散劑的濃度為5000ppm的納米金水溶液，納米金的粒徑為12-15nm，其次通過含介入增強劑高壓水泵將介入增強劑壓入巖樣1中，使巖樣1致裂產生壓裂裂縫6。

基本原理與技術巖石X射線CT圖像反映巖石各部位對X射線吸收程度的大小，巖石中的礦物密度與X射線吸收系數成正比，礦物中原子序數愈高，X射線衰減愈明顯，質量衰減系數愈大。相鄰礦物密度相差越大，X射線CT成像對比度越大，分辨率越高。利用該原理，提供一種巖石水力壓裂裂縫介入增強CT成像方法，提高水力壓裂裂縫成像分辨率，其特征是運用納米級高原子序數金屬元素通過提高不同物質之間的質量衰減系數μ/ρ的差值，同時提高不同物質之間的質能吸收系數μ_en/ρ的差值的介入增強成像的方法影響X光投影過程。壓裂裂縫中的水與巖石衰減系數的差值較小，巖石CT成像對比度小，分辨率低，納米金屬粉液體的衰減系數比巖石的衰減系數高，當用納米金屬粉液體代替原始縫隙中的流體時，探測器接收的線衰減系數對比差值變大，進而提高巖石水力壓裂裂縫的成像分辨率。

巖石水力壓裂試驗裂縫介入增強成像方法的主要技術方案是基于實驗室X射線工業CT和巖石水力壓裂試驗機的介入增強劑加載壓裂工藝。

實驗室X射線工業CT特征為：由探測器立柱16及其上的探測器15，X射線源立柱17及其上的X射線源14，高精度轉臺12等設備構成。X射線源14激發出的X射線束18透射巖樣1，被探測器15接受透射后的X射線，根據線衰減系數分布μ（x,y）計算得出CT圖像。

巖石水力壓裂試驗機特征為：由巖樣1，上墊塊2，下墊塊3，球形座4，三軸缸5，圍壓增壓泵7，自平衡活塞上腔8，自平衡活塞下腔9，自平衡活塞10及軸向作動器11等構成，巖石水力壓裂試驗機置于高精度轉臺12之上，巖樣1置于上墊塊2與下墊塊3之間，球形座4減小加載時巖樣1端面效應，三軸缸5與圍壓增壓泵7對巖樣1實施圍壓加載，自平衡活塞上腔8，自平衡活塞下腔9，自平衡活塞10與軸向作動器11保證對巖樣1實施軸向加載，巖石水力壓裂試驗機進行圍壓、軸壓和水力壓裂加載時，轉臺12以一定的速率旋轉。