[發明專利]一種高壓環境下巖心熱致裂實驗系統與方法

有效

• 申請號: 201710283873.1
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106908314B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 劉均榮;劉燕章;史偉新;邵東亮;韓兵奇;鄭明軍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/60;G01N15/08;G01N25/18
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

一種高壓環境下巖心熱致裂實驗系統，包括對實驗巖心進行單側端部加熱的巖心夾持器、與所述巖心夾持器連通的介質源和介質流動管系、數據采集?顯示?控制系統；所述介質源為巖心夾持器內的實驗巖心進行流體飽和、滲透率測量提供模擬實驗介質；所述介質流動管系為巖心流體飽和、滲透率測量提供介質源流動通道以及為巖心冷卻提供冷源流動通道；所述數據采集?顯示?控制系統用于實時控制實驗巖心的端部加熱溫度、實時監測實驗巖心的端部加熱溫度、實時監測實驗巖心的聲發射信號、實時采集介質源流量數據。本發明采用巖心單側端面受熱設計，與現有巖石熱致裂實驗方法中采用的巖心整體受熱設計存在顯著差別，更符合工程應用背景。

技術領域

本發明涉及一種高壓環境下巖心熱致裂實驗系統與方法，屬于儲層改造和儲層完整性評價的技術領域。

背景技術

我國擁有豐富的地熱能、油頁巖、頁巖油、頁巖氣等新能源和非常規能源。對于這樣一些清潔能源和非常規能源，如何高效、安全開采是目前所面臨的首要問題。由于這些能源的特殊性，與傳統的開采和處理方式相比，存在很大的不同。如干熱巖儲層通常采用水力壓裂形成人工熱儲后，再注入低溫的冷水或者二氧化碳工作液提取熱能；油頁巖由于采用地面干餾礦石方式生產存在成本高、易引起地質災害以及環境污染等問題，而轉向地下高溫加熱干餾生產；為了提高頁巖油氣的采收率，在體積壓裂形成的裂縫中進行加熱，從而促進原油的流動和氣體的解吸；等等。上述工程應用中儲層巖心及儲層流體都要受到高溫或低溫作用的影響。

當受到外界熱作用時，由于巖心內部各種礦物顆粒的熱膨脹系數的不同，將會在其內部產生熱應力，并可能導致新裂縫的產生、延伸和連通，從而引起巖心力學性質、物理性質等的改變，如巖心強度、彈性模量、孔隙度、滲透率的變化。因熱應力引起巖心內部產生裂縫的現象稱為巖心熱致裂，也稱作巖心熱開裂。

從不同的工程應用角度來講，巖心熱致裂一方面會引起巖體完整性的破壞，導致不可預期的后果，如CO₂地質埋存過程中因蓋層或井筒存在裂縫而導致CO₂發生泄漏、核廢料地下處置過程中放射性污染物通過巖體中產生的裂縫發生逸散等；另一方面，又需要采用不同手段產生大量裂縫，提高儲層流體流動能力，如形成裂縫網絡提高干熱巖體的換熱效率、提高頁巖油氣的產量等。為了使巖心熱致裂的工程效益最大化，進行儲層環境下的巖心熱致裂研究，為未來的工程應用提供理論依據和技術指導，具有重大的理論意義和工程價值。

中國專利文獻：CN106368688A公開了《研究巖心受熱破裂條件和裂縫分布的實驗方法》，該方法包括：將巖芯進行切片分割處理，然后進行CT掃描獲取巖芯破裂前的CT掃描切片圖；對巖芯加熱加壓，創造高溫高壓條件；進行裂縫監測，并記錄裂縫產生與擴展現象；記錄巖心破裂的溫度條件；當達到設定溫度時，保存振動波實時圖像和對應巖芯溫度；將破裂后的巖芯進行切片分割處理，再次進行CT掃描獲取巖芯破裂后的CT掃描切片圖；將破裂前后的CT掃描切片圖進行處理，得到裂縫的長度和寬度，確定裂縫在巖芯中的位置和分布情況。該研究巖心受熱破裂條件和裂縫分布的實驗方法可以判斷巖芯產生破裂的時間和破裂溫度條件，有助于識別裂縫在巖芯內部的產生位置和分布情況。該對比文獻是從微觀觀角度研究巖石熱破裂條件和裂縫分布情況，并未涉及巖石熱致裂方法的研究。而本發明則從宏觀角度研究巖石熱致裂過程以及提高巖石熱致裂效果的方法。

發明內容

針對目前有關巖心熱致裂的研究大都以干燥巖心展開、巖心完全處于整體受熱環境中且很少考慮圍壓作用等問題，本發明提出一種高壓環境下巖心熱致裂實驗系統。

本發明還提供一種上述高壓環境下巖心熱致裂實驗系統的工作方法，真實模擬儲層環境下巖心受熱致裂過程。

本發明的技術方案如下：

一種高壓環境下巖心熱致裂實驗系統，包括對實驗巖心進行單側端部加熱的巖心夾持器、與所述巖心夾持器連通的介質源和介質流動管系、數據采集-顯示-控制系統；