[發明專利]模擬層狀巖石中裂縫形成演化及連通性的試驗裝置

在審

• 申請號: 201710068735.1
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106813979A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 鞏磊;高帥;付曉飛;平貴東;柳波;謝昭涵
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所23118
• 代理人: 曹愛華

技術領域

本發明涉及石油地質勘探技術領域中使用的試驗裝置，具體涉及模擬層狀巖石中裂縫形成演化及連通性的試驗裝置。

背景技術

人們已經越來越認識到天然裂縫是影響油氣勘探和開發的重要因素，并且很多油氣藏也被劃分為裂縫性儲層。破裂作用提高了孔隙度，更為重要的是提高了致密儲層的滲透率，同時增加了油氣藏內部不同儲集單元之間的連通性。裂縫形成演化及連通性研究的重要性主要體現在：（1）裂縫的發育程度與連通性對油氣藏儲層孔滲性能與產能具有重要的作用，裂縫的連通程度不僅影響裂縫中流體的滲流，對油氣井保持高產與穩產、儲層保護以及儲層改造等方面具有決定性的作用；（2）破裂作用引起蓋層完整性破壞，造成油氣滲漏，有時，即使很小規模的破裂作用也能導致巨大的滲漏速率，例如，在北海某油田，一個裂縫性頂部封閉的裂縫滲透率相對很低，僅為0.05md，但是其油氣泄漏體積超過1000億桶/百萬年；（3）在進行有害廢棄物處理或存儲地選址（儲氣庫、CO₂埋存）時，評價污染物從儲集庫向外擴散的可能路徑尤為重要；（4）天然地熱系統中裂縫連通性是解釋裂縫中流體流動的重要因素，對于保證足夠的地熱流體供給具有重要意義，內部連通的、有傳導能力的裂縫控制了地熱系統中質量和熱量的傳輸，不適當的注入井和開發井布局會導致過早的熱竄。

國內外學者利用野外露頭、巖心資料、測井資料對天然裂縫的成因類型、形成機理、控制因素及預測方法等方面做了大量的研究，也設計過模擬斷層伴生裂縫分布規律、地層厚度對裂縫發育影響的試驗裝置，但是這些裝置功能非常單一，無法滿足模擬層狀巖石中多期次天然裂縫形成演化過程及連通性的定量表征。基于現實油氣勘探等地質方面問題的需要，針對多期次不同性質（伸展或擠壓）應變場中裂縫形成演化過程的模擬越發迫切。

發明內容

本發明的目的是提供模擬層狀巖石中裂縫形成演化及連通性的試驗裝置，這種模擬層狀巖石中裂縫形成演化及連通性的試驗裝置用于解決現有的裂縫模擬試驗裝置功能單一，無法滿足模擬層狀巖石中多期次天然裂縫形成演化過程及連通性的定量表征的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：這種模擬層狀巖石中裂縫形成演化及連通性的試驗裝置包括試驗桌臺、PMMA基板、巖石模型、抓爪、鎢絲光源、相機，PMMA基板為透明的，位于試驗桌臺的中心，PMMA基板為正方形削掉四角后形成的帶四個翅板的平板，四個翅板兩兩相對，兩兩相對的翅板為一組且對稱設置，每個翅板上都均勻設置有連接孔；試驗桌臺上固定設置四個應變加載器，四個應變加載器分別與PMMA基板的四個翅板一一對應設置，每個應變加載器與相應的翅板均通過抓爪固定，抓爪的底面延長度方向設置有貫通的條形槽，條形槽的兩側槽壁均設置有連接孔， PMMA基板的每個翅板分別伸入到相應抓爪的條形槽內，通過螺栓與該抓爪固定連接，抓爪通過其頂面的固定孔與相應的應變加載器固定連接，兩個相對設置的應變加載器的推拉方向是共線的；PMMA基板的中心放置巖石模型，巖石模型的四周分別設置應變傳感器；鎢絲光源位于PMMA基板的一個翅板一側，鎢絲光源進行照射，在裂縫處生成反射光，相機設置在巖石模型的斜上方，相機接收裂縫的反射光，記錄裂縫的擴展模式；上述相機、各應變加載器、各應變傳感器均連接計算機，巖石模型為脆性涂層。

上述方案中脆性涂層的制備方法：將模具放置在PMMA基板的中央，用注射器將液體脆性涂層展布到模具范圍內，該過程在1分鐘之內完成，形成一個穩定分布的、厚度均勻的薄膜，之后，在室溫22.5℃條件下干燥24小時，使脆性涂層的力學性質趨于穩定；模擬具有不同厚度、不同巖石力學性質組合的多層巖石時，根據設定的單層厚度確定所需液體脆性涂層的體積，根據所設定的力學性質選擇脆性涂層的類型，分別對每一層用注射器進行展布；模型建立好后，撤掉模具；模具為兩端開放的方筒體，筒體的長、寬、高均為10cm，模具的底端用橡膠皮套包圍，模具材質為塑料。

上述方案中巖石模型的四周設置四個應變傳感器，四個應變傳感器分別設置在巖石模型的四個側面。

上述方案中PMMA基板的厚度為0.45cm。

上述方案中鎢絲光源采用500W鎢絲光源。

本發明具有以下有益效果：