[發(fā)明專利]一種巖石壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法

在審

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• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN108240942A
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設計）人: 王一博;翟鴻宇;常旭
• 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: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/06
• 代理公司: 北京方韜法業(yè)專利代理事務所(普通合伙) 11303
• 代理人: 馬麗蓮

本發(fā)明公開了一種巖石壓裂實驗系統(tǒng)，包括巖芯承壓容器、壓力加載裝置、被動源聲發(fā)射采集裝置、主動源超聲波信號發(fā)射/采集裝置、被動源聲發(fā)射記錄裝置、主動源超聲波信號控制/記錄裝置、CT掃描裝置；巖芯承壓容器用于內置巖芯；壓力加載裝置用于作用于巖芯承壓容器及巖芯；被動源聲發(fā)射采集裝置、主動源超聲波信號發(fā)射/采集裝置用于安裝在巖芯上，分別與被動源聲發(fā)射記錄裝置、主動源超聲波信號控制/記錄裝置連接；CT掃描裝置設置在巖芯承壓容器的外周。本發(fā)明還公開了一種利用上述實驗系統(tǒng)的實驗方法，采集CT掃描數(shù)據(jù)、巖芯速度與衰減數(shù)據(jù)和聲發(fā)射定位與反演數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以保證有效、實時、高精度地了解巖石內部結構的變化，適于推廣應用。

技術領域

本發(fā)明涉及巖石物理實驗領域，特別是涉及一種巖石壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法。

背景技術

當前的野外地球物理監(jiān)測手段和室內巖石物理壓裂監(jiān)測手段，如微地震監(jiān)測方法和聲發(fā)射監(jiān)測方法等，都屬于反演類方法，尤其受限于觀測系統(tǒng)的布置，反演精度存在一定誤差，從而無法準確了解并獲得巖石中裂縫的產(chǎn)生和動態(tài)擴展機制。而在實驗室的各類巖石壓裂設備中，當前的實驗設備僅能從觀測聲發(fā)射信號角度出發(fā)探索巖芯的破裂過程，其數(shù)據(jù)獲取手段單一，反演方法誤差大，無法很好的滿足當前工業(yè)生產(chǎn)及科學研究中對于大數(shù)據(jù)分析，動態(tài)實驗過程監(jiān)測的需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種有效、精度高、可以實時了解巖石內部結構的動態(tài)變化的巖石壓裂實驗系統(tǒng)及實驗方法。

為解決上述技術問題，采用如下技術方案：

一種巖石壓裂實驗系統(tǒng)，包括巖芯承壓容器、壓力加載裝置、被動源聲發(fā)射采集裝置、主動源超聲波信號發(fā)射/采集裝置、被動源聲發(fā)射記錄裝置、主動源超聲波信號控制/記錄裝置、CT掃描裝置；所述巖芯承壓容器用于內置巖芯；所述壓力加載裝置用于作用于巖芯承壓容器及巖芯；所述被動源聲發(fā)射采集裝置、主動源超聲波信號發(fā)射/采集裝置用于安裝在巖芯上，分別與被動源聲發(fā)射記錄裝置、主動源超聲波信號控制/記錄裝置連接；所述CT掃描裝置設置在巖芯承壓容器的外周。

進一步地，所述被動源聲發(fā)射采集裝置、主動源超聲波信號發(fā)射/采集裝置合為一體，采用PZT壓電陶瓷片探頭；對應地，所述被動源聲發(fā)射記錄裝置、主動源超聲波信號控制/記錄裝置也合為一體。

進一步地，還包括用于與巖芯連接的巖芯破裂狀態(tài)監(jiān)控裝置。

進一步地，所述巖芯破裂狀態(tài)監(jiān)控裝置包括纏繞固結在巖芯外周的分布式光纖及與分布式光纖連接的光纖信號監(jiān)測處理裝置。

進一步地，所述壓力加載裝置包括壓機及高壓流體加載裝置；所述壓機用于作用于巖芯承壓容器為其內部的巖芯提供軸壓加載；所述高壓流體加載裝置包括：通過圍壓管道與巖芯承壓容器中巖芯外周連通的圍壓油罐，所述圍壓管道上設置有圍壓注入泵。

進一步地，所述高壓流體加載裝置還包括：流入管道、流體注入泵及壓裂液罐，所述流入管道一端與巖芯承壓容器中的巖芯軸向進口端連通，另一端連接流體注入泵，所述流體注入泵與壓裂液罐連接；流出管道、流體輸出泵及壓裂廢液罐，所述流出管道一端與與巖芯承壓容器中的巖芯軸向出口端連通，另一端連接流體輸出泵，所述流體輸出泵與壓裂廢液罐連接。

進一步地，還包括與所述壓機、圍壓管道、流入管道、流出管道分別連接的軸壓/圍壓/流體壓力監(jiān)測裝置。

進一步地，所述巖芯承壓容器配備有加熱裝置及監(jiān)控巖芯承壓容器內部溫度的溫度檢測裝置。

一種利用上述巖石壓裂實驗系統(tǒng)的實驗方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)實驗需求制備對應的巖芯，然后將被動源聲發(fā)射采集裝置、主動源超聲波信號發(fā)射/采集裝置安裝在巖芯上；

(2)將巖芯放入巖芯承壓容器中，配合壓力加載裝置進行加載操作；